抗高能γ辐射强脉冲温X射线剂量率探测方法研究

Dose rate is an important input parameter in research of radiation effects. Under the condition of high dose rate (>1e7Gy(Si)/s), the dose rate of pulse warm X-ray (10-100 keV) is obtained by measuring the total dose and time resolved X-ray waveform. In addition, in the process of warm X-ray dose rate measuring, the influence of associated gamma radiation cannot be ignored. Therefore, we propose a novel method to directly detecting the warm X-ray dose rate in the strong pulsed X-ray radiation environment. A special detector design would be used which can eliminate mostly current generated by the secondary electrons produced by high-energy gamma rays in the detector. Thus, the influence of high-energy gamma rays on the detecting of warm X-ray dose rate can be effectively reduced. Simultaneously, in this method, we can select appropriate medium materials with similar spectral response to materials studied in dose rate effect. It is expected to provide a new dose rate diagnostic technology for the study of ionizing radiation effects.

剂量率是辐射效应研究的重要输入参量。在高剂量率（>1e7Gy(Si)/s）条件下，脉冲温X射线（10-100 keV）剂量率测量普遍采用结合时间积分总剂量与时间分辨温X射线波形测量结果间接推导剂量率的方法开展。同时，在温X射线剂量率测量过程中，伴生γ辐射的影响往往不能忽视。基于此，本项目提出了一种可在强脉冲X射线辐射环境中直接测量温X射线剂量率的探测方法。该方法通过特殊构型设计，可令大部分高能γ射线在探测器中产生的次级电子形成的电流，在收集回路中相互抵消，从而有效降低高能γ射线对温X射线剂量率测量的影响。该探测方法原则上可选择适当的探测介质材料，实现探测器与剂量率效应研究对象的光谱响应相匹配，有望为电离辐射效应研究提供新的测量技术。

温X射线（10-100keV）既具有一定的穿透能力，又具有对原子序数极其敏感的吸收特性。它能够穿过电子学系统的外层，将X射线能量沉积在系统内部并与内部物质相互作用，诱发系统内部结构和器件产生热力学效应、电离辐射效应、瞬态辐照效应（剂量率效应）及系统电磁脉冲等效应。特别是在高剂量率条件下，各种辐射效应相互耦合，对系统的损伤效应更加明显，作用机制也更加复杂。高剂量率（1e9 rad（Si）/s以上）脉冲温X射线源是开展这类效应实验研究的有力工具。目前普遍使用的温X射线辐射环境构建方法不可避免的存在高能γ辐射尾部。在此试验条件下，剂量率作为辐射效应研究的主要输入参数，其精确测试需要解决三个主要问题：1）测试探头能谱响应问题。理想的温X射线测试探头应对温X射线灵敏度高而对γ射线（0.2MeV以上）灵敏度低。2）测试探头需要具备大的线性范围，以及较高的饱和阈，以满足高剂量率测试的需求。3）测试探头时间响应需要满足纳秒级脉冲信号探测的需求。目前还没有成熟的能同时对这三个问题都能处理的直接测试方法。本项目研究针对高剂量率辐射环境下温X射线剂量率测试存在的挑战，着力研究对温X射线能段响应超过高能γ尾部，并且具有高探测阈值、快时间响应的辐射剂量率直接探测方法，主要包括温X射线和高能γ射线在探测吸收材料中的主要作用机制差异分析、初/次级电子特性、灵敏度及饱和阈影响因素分析等。在此基础上提出了一种新型的探测器构型，通过收集次级电子在探测器中产生的二次电子直接对剂量率进行测试，利用差分吸收方法消减高能γ射线对测试结果的影响。最后在10MA脉冲功率装置上对探测器样件开展了实验测试，获得了时间分辨的温X射线剂量率测试结果，分析了该探测方法存在的问题及适用条件。本项目探索了一种适用于高剂量率脉冲温X射线辐射场剂量率直接测量的探测方法，构建的探测器构型可令剂量率探测线性上限达1e14rad（Si）/s以上，且具备纳秒级时间响应，为电离辐射效应研究提供一种新的测量技术。