GB T 14055.1-2008 中子参考辐射.第1部分 辐射特性和产生方法.pdf

1、ICS 17240F 84 a雪中华人民共和国国家标准GBT 1 40551-2008ISO 8529-1：200 1代替GBT 14055-1993中子参考辐射第1部分：辐射特性和产生方法Reference neutron radiations-Part 1：Characteristics and methods of production2008-07-18发布(IS0 85291：2001，IDT)2009040 1实施宰瞀鳃紫瓣警麟瞥星发布中国国家标准化管理委员会促19目 次前言1范围一2规范性引用文件3术语和定义4用于校准中子测量仪器的参考辐射41 引言42一般性质43源的特性44源

2、的中子注量率45中子源强度的校准46辐照设施5用于确定中子测量仪器能量响应的参考辐射51引言-52一般性质-53反应堆产生的中子参考辐射54加速器产生的中子辐射-附录A(规范性附录) 用图表表示放射性核素源的中子能谱A1用数据表表示A2用图表示附录B(资料性附录)两个放射性核索中子源的角源强特性附录C(规范性附录)约定热中子注量率-参考文献GBT 140551-2008ISO 8529-1 12001，12555667777788如M如：2埔珀刖 置GBT 140551-2008IS0 8529-1：2001GBT 14055中子参考辐射的结构分为三部分：第1部分：辐射特性和产生方法；第2部分

3、：与表征辐射场基本量相关的辐射防护仪表校准基础；第3部分：场所剂量仪和个人剂量计的校准及其能量和角响应的确定。本部分为GBT 14055的第1部分，等同采用ISO 85291：2001中子参考辐射第1部分：辐射特性和产生方法(英文版)。为便于使用，本部分作了下列编辑性修改：a)“IS0 8529的本部分”改为“GBT 14055的本部分”；b) 用小数点“”代替作为小数点的逗号“，”；c)删除了IsO 85291：2001的前言。本部分代替GBT 14055-1993校准辐射防护用的中子测量仪表并确定其能量响应的中子参考辐射。本部分与GBT 14055-1993在技术内容上的主要差异有：标准名

4、称改为中子参考辐射第1部分：辐射特性和产生方法；术语部分增加了吸收剂量、剂量当量、剂量当量率和活度的定义；删除了第5章中光中子源部分的内容。本部分中的附录A、附录C为规范性附录，附录B为资料性附录。本部分由中国核工业集团公司提出。本部分由全国核能标准化技术委员会归口。本部分起草单位：中国原子能科学研究院。本部分主要起草人：陈军、王志强、刘毅娜、李春娟、骆海龙。本部分所代替标准的历次版本发布情况为：GBT 14055 1993。GBT 140551-20081IS0 8529-1：2001中子参考辐射第1部分：辐射特性和产生方法1范围GBT 14055的本部分规定了用于校准辐射防护用中子测量仪器

5、并确定其能量响应的中子参考辐射，能量范围为热能至20MeV。对中子能量为lMeV时，中子注量率达到1109m_2s，相当于剂量当量率达到100mSvh一。本部分只涉及中子参考辐射的产生方法及其特性，ISO 85292和ISO 85293规定用这些参考辐射进行校准的方法。本部分规定的参考辐射如下：放射性核素源(包括在慢化体中的源)产生的中子；加速器带电粒子核反应产生的中子；核反应堆产生的中子。鉴于它们产生方法和用途的不同，第4章规定了用于校准中子测量仪器的具有宽谱的放射性核素中子源，其宜用于型式试验后的中子测量仪器的常规校准，第5章规定了用于确定中子测量仪器能量响应的由加速器产生的单能中子和由反

6、应堆产生的宽能或准单能中子。由于只有专业的、有足够设备的实验室才具备产生这些参考辐射的条件，所以对实验细节只做简要介绍。为了将中子注量转换到辐射防护实用量，根据附录A中的中子能谱并采用CRP 74号出版物和ICRU 57号报告中给出的中子注量一剂量当量转换系数与能量的关系计算了转换系数。2规范性引用文件下列文件中的条款通过GBT 14055本部分的引用而成为本部分的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本部分，然而，鼓励根据本部分达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本部分。ISO 85292：20

7、00中子参考辐射第z部分：与表征辐射场基本量相关的辐射防护仪表校准基础(Reference neutron radiation-Part 2：Calibration fundamentals of radiation protection devices relatedto the basic quantities characterizing the radiation field)ISO 85293：1998中子参考辐射第3部分：场所剂量仪和个人剂量计的校准及其能量和角响应的确定(Reference neutron radiation-Part 3：Calibration area and

8、 personal dosimeters and determination of response as a function of energy and angle of incidence)ICRP 74号出版物 用于外照射防护的转换系数(Conversion Coefficients for use in RadiologicalProtection against External Radiation)Annals of the ICRP，V0126，No34(1996)ICRU 33号报告：1980辐射量和单位(Radiation Quantities and Units)ICRU

9、 51号报告：1993辐射防护剂量学中的量和单位(Quantities and Units in Radiation Protection Dosimetry)ICRU 57号报告：1998用于外照射防护的转换系数(Conversion Coefficients for use in Radiological Protection Against External Radiation)1GBT 140551-2008ISO 85291：20013术语和定义ICRU 33号报告和ICRU 51号报告确立的以及下列术语和定义适用于GBT 14055的本部分。31323334352中子注量neutr

10、on fluence垂dN除以出而得的商，即：西一掣d式中：dN射人截面积为如的球体中的中子数。注：中子注量的单位为m，常用单位为cm。中子注量率neutron fluence rate中子通量密度neutron flux density尹d西除以出而得的商，即：，一警一怒式中：d争一中子注量在时间间隔出内的增量。注：中子注量率的单位为1Tl_2s，常用单位为cm卅s。谱中子注量spectral neutron fluence中子注量的能量分布energy distribution of the neutron fluence吼d西除以dE而得的商，即：吼一塞式中：d啻一中子注量在能量间隔EE

11、+dE内的增量。注：谱中子注量的单位为m-2J_1，常用单位为c群eV。谱中子注量率spectral neutron fluence rate谱中子通量密度spectral neutron flux density甲Ed魄除以出而得的商，即： d吼d2中仇一百一蕊五式中：d吼谱中子注量在时间间隔出内的增量。注：谱中子注量率的单位为mqs_1J-1，常用单位为cmzseV。吸收剂量absorbed doseD蚯除以dm而得的商，即：GBT 140551-20081S0 8529-1：2001D一竺 dm式中：拉电离辐射授予质量为dm的物质的平均能量。注：吸收剂量的单位为J“g。专有名称为戈瑞(G

12、y)。36剂量当量dose equivalentH组织中某点处的剂量当量H是D和Q的乘积，即：HDQ式中：D该点处的吸收剂量；Q辐射的品质因数。注：剂量当量的单位为Jkg，专有名称为希沃特(sv)。37剂量当量率dose equivalent rate目dH除以出而得的商，即：矗一等式中：dH剂量当量在时间间隔出内的增量。注：剂量当量率的单位为Jkg_1S，专有名称为希沃特每秒(Sv-s叫)。38中子注量一剂量当量转换系数neutron fluence to dose equivalent conversion coefficientk在未被照射物体干扰的辐射场中某点处的中子剂量当量H除以该点

13、处的中子注量垂而得的商，即：一善注：注量一剂量当量转换系数应指明剂量当量的类型，如周围剂量当量或个人剂量当量，ISO 85293中给出了具体的定义和各自的转换系数。39放射性活度activityA在给定时刻，处于特定能态的一定量的某种放射性核素活度A是dN+除以出而得的商，即：A一警 (9)式中：dN+在时间间隔出内，该核素从该能态发生自发核跃迁数的期望值。注：活度的单位为S，专有名称为贝可勒尔(Bq)。310中子源强度neutron source strengthB3GBT 140551-2008：捌9 8529-1：2001给定时刻的中子源强度B是dN除以出而得的商，即：B一d1N一 d式

14、中：dN。在时间间隔出内由源发射的中子数的期望值。注：源强的单位为S。311角源强angular source strengthBndB除以dn而得的商，即：一錾式中：dB在指定方向、立体角c尬内单位时间发射的中子数。注：角源强的单位为S11sr。312谱源强spectral source strength中子源强的能量分布energy distribution of neutron source strengthBEdB除以dE而得的商，即：Bz一差式中：dB中子源强度在能量间隔EE+dE内的增量。注1：谱源强的单位为S叫J_1，常用单位为S_eV。r注2：Bz和源强B有如下关系：Bl风dE

15、由于谱源强为Br的点源发射的中子是各向同性的，故与点源距离为处的谱中子注量率礼由下式给出(忽略周围物质的影响)：仇一嘉313注平均中子能量fluence-average neutron energyE对整个谱中子注量求平均得到的中子能量，即：雷一去E吼(E)dE314剂量当量平均中子能量doseequivalent-average neutron energy豆对整个剂量当量谱求平均得到的中子能量，即：豆一击E。(E)雪EdE注：上式中，HJk(E)q。EdE。GBT 140551-2008ISO 8529-I：2001315响应responseR测量仪器的读数M除以被测量约定真值而得的商。宜

16、指明响应的类型，如“注量响应”(相应于中的响应)：R。=箬，或“剂量当量响应”(相应于剂量当量H的响应)：R一一等4用于校准中子测量仪器的参考辐射41 引言本章说明由放射性核素中子源产生的参考辐射，其特别适用于中子测量仪器的校准(见ISO 85293)。42一般性质421类型表1给出了应被用于产生参考辐射的中子源，其中的数值只作为中子源主要特征的参考值。由于中子和7射线的散射与吸收以及放射性材料中同位素杂质等因素的影响，中子源强度和剂量当量率可能随源的结构而变化，因此，详细规定了源的封装(见422)，以及中子发射各向异性的测量方法(见44)。对于2”cf，由于发射7射线的裂变产物具有累积效应，

17、故比光子剂量当量率取决于源龄，但在最初的20年内，其增量不超过5。除在表1中列出的源外，还可以用PuBe(a，n)和Ar口Li(a，n)源，但如果实验室还未开始使用，则推荐不宜使用PuBe源。表1 用于中子测量仪器校准的参考放射性核素中子源半衰期注量平均 剂量当量平均 谱平均注量一剂量源 能量“。 能量“比源强。 光子一中子当量转换系数。酽 (s一1kg一1) 齐j量当量率比MeV MeV (pSvcm2)”2Cf(nO慢化)。 265 055 21 21101 5 018 105052Cf 265 213 2 3 241015 005 385S“Bq_1川AmB(d，n) 432 272 2

18、8 16X10-5 24 keV)的注量率。BF。或3 He正比计数管可用作监测仪或传递仪器。54加速器产生的中子辐射541一般要求产生表2给出的所有能量的中子辐射，需要一台能加速质子和氘核达到35 MeV的加速器o。如果只产生能量为28 MeV和148 MeV的中子，则一台加速电压为几百千伏的小型加速器即可满足要求。使用加速器产生的中子校准仪器时，应确定下列参数：带电粒子能量；8GBT 140551-20081SO 8529-1：2001中子注量；中子能谱；散射中子影响；靶龄和厚度。542带电粒子能量参考文献12和13中给出了确定中子能量和相应带电粒子能量的核反应动力学。宜确定入射带电粒子束

19、的能量。经过若干已知的核反应阈能校准的稳定分析磁铁，可用于选择粒子束的动量。在计算所需中子参考辐射能量的入射粒子能量时，应考虑带电粒子在靶中的能量损失。参考文献Ez03给出了质子在不同物质中阻止本领的最新值。543中子能谱由于靶中的能量损失及其他影响，在给定的角度，由加速带电粒子产生的中子在既定的参考能量附近会有小的能量展宽，但是是有限的。通常，利用注量一剂量当量转换系数计算剂量当量时不必考虑能量展宽，而总是采用既定能量的“单能”中子的转换系数。对于吸热反应，在入射质子束阈能附近会产生两组中子，如T(P，n)3He反应，在o。方向既产生144 keV中子，也产生250 keV中子，这种情况下，

20、为了获得这些能量的单能中子，宜在相对较高的入射带电粒子能量下，采用较大角度方向出射的中子。对于T(d，n)4He放热反应，必须考虑由D(d，n)反应产生的低能中子的影响，尤其对薄靶。对于质子与钪和锂的核反应，当在o。方向分别产生能量高于53 keV和650 keV中子时，剩余核将处于激发态。只有当仪器对产生的附加中子能群的响应以及附加群中子对主群中子的相对强度都已知时，才宜利用由这两种核反应产生的较高能量的中子作为参考辐射。544散射中子本底下列情况应考虑散射中子本底：a)测量中子注量；b)监测中子产额；c)评价仪器的性能。可利用影锥法和1z2关系(这里z是中子源和探测器之间的距离)的偏离分析

21、，扣除散射中子本底。为了减小本底对测量的影响，测量宜尽可能在o。方向进行。而为了减小散射中子对测量的影响，测量房间应尽可能大(见46)，靶组件的材料宜尽量少。545中子注量测量和监测中子校准实验室应对中子注量测量提供实际指导，适当的测量方法和仪器包括：a)反冲质子计数器(含氢正比计数器，反冲质子望远镜，闪烁探测器)；b) 阈活化探测器和共振探测器；c)裂变碎片探测器；d) 效率已知且经过校准的探测器(如精密长计数器)。应确定仪器校准位置的中子注量。校准过程中，应在校准位置外使用中子注量监测仪，其能够反映校准位置的中子注量。GBT 1405512008Iso 8529-1：2001A1用数据表表

22、示附录A(规范性附录)用图表表示放射性核素源的中子能谱表A1表A4按某一能量间隔的组源强B：给出了表1中所列放射性核素中子源的能谱，即能量E。E一问的中子源强度：B。一I B。dE式中；Bt谱源强。其中，对于“2Cf自发裂变中子源，B，按432给出的分析函数通过数值积分计算；对于2“Am-Be(a，n)和“1Am-B(a，n)中子源，使用实验数据，对测量阈下的中子源强度，从最小能量处的谱源强线性外推到O(E。一0 MeV)；对于D20慢化2”cf中子源，用蒙特卡罗方法计算了距离源表面大于15 cm处的中子能谱”。表A1t表A4中给出的每组源强B。的能量是能量间隔i的下限E。，各表给出的最后一个

23、能量是最后一个能量间隔的上限。对于“1Am-Be(a，n)2J-LAm-B(tx，n)和2”cf源，组源强被归一到总源强B一1 s，即；B。一1 s对于D：O慢化”2Cf源，因有115的中子被慢化到镉截止能以下并被镉壳俘获，所以组源强之和为0885 s。表A1表A4中的数据可以通过各组源强的简单求和计算出能量E。Eb问的部分源强，即：扣1B口尽管组源强的值源于测量或计算的基本物理数据并应被用于作进一步的积分计算，但由于其与能量间隔的宽度有关，故不适于用其描述谱的图示。如果谱以连续(分析)函数给出，最常用的图示是谱源强。若横坐标E是线性刻度，则纵坐标为BedBdE；若横坐标E是对数刻度，则纵坐标

24、为dBd(1nEE。)(后者曾经被称为“等勒图”，任意参数E用来使对数变量的量纲为1)。因为d(1nz)=出屈，所以dBd(1nEE。)一EdBdEE既。采用这种方法，中子能谱能够通过曲线下相等面积表示相等源强份额的方式描绘出。马 岛r rIB(E)-dE=IEBE(E)(dEE) (A。4)J J马 El图A1图A4中，能谱表示为EBz(线性刻度)E。(对数刻度)，阶梯形曲线只限于了解能谱的形状。如果其横坐标用线性刻度表示，则纵坐标通过Bz一BaEB：(E。一E)求出。图A1图A4就是通过下式计算得到的：E。-B=B。In(E*，E,) (A5)】0毫B示表图用2A(；BT 14055120

25、08Is0 85291：2001表A1 D20慢化2”cf自发裂变中子源组源强值ElMeV 且s一1 EiMeV B。s_1414107 19010一2 700101 678103100106 631102 800101 575103100105 604102 900X101 357X103500105 317102 100100 748103100X10叫 341102 12010。 84310320010一 382102 140100 91310-340010一 32810一2 160100 85510370010一 224102 18010。 80710310010 1 756102 2

26、00100 134102300103 509102 230100 145102600103 379102 260100 149102100102 54710一2 30010。 123102200102 512102 35010。 81910 340010 2 2 96102 40010。 8101036 00102 2 0010一2 45010。 6541038 0010 2 145102 5 00100 870103100101 247102 600100 49310 3150101 159102 70010。 24210 320010 1 114X102 800100 130103250X

27、101 890103 900100 76610 3300101 65710 3 100101 44310一435010_1 48910一3 110101 16210 440010 1 265103 120101 12410一45010 1 314103 130X101 59310 550010 1 420X10_3 140101 283105550101 412103 1501016OO101 78310一3表A2 2”Cf自发裂变中子源组源强值BMeV B。s一1 EMeV B。s一1414107 310X1010 70010 1 339102100106 111X108 800101 33

28、710一2100105 127107 90010 1 333102500105 27610一7 100X10。 64610一210010一 78210 7 120100 6 1210 220010 221106 140100 57310211GBr 140551D2008ISO 8529-1：2001表A2(续)EMeV B。s1 EMeV B。s r140010一 453106 160100 53110 270010叫 568108 180100 488102100103 55110一 200X100 65510230010一3 12810一 230100 567X102600103 230

29、10一 260100 63310210010一2 77410一 300100 621102200102 217103 350X100 468X102400102 280103 400100 349102600102 329103 45010。 258102800102 368103 500100 330lO一2100101 10510一o 600100 17410 315010 1 121102 700100 901103200101 1。33102 800100 461X10325010_1 142102 900100 23310 3300X101 149102 100101 11710 3

30、35010 1 155102 110X101 583X10一400101 160102 120101 28810 44 50X101 163lO一2 130101 14210 4500X10叫 16610一2 140101 694lO一5550101 168lO 2 150101600101 338102表A3“1Am-B(n，n)中子源组源强值EMeV B。s一1 E!fMeV B，s一1414107 175102 398100 198102820101 113lO一2 41310。 17210 210910。 807103 427100 14510213410。 210102 441100

31、 997X103156100 45410一2 455100 74610 3178100 63110一2 469lOo 34l103198100 799102 483X100 219103Z17X10。 890X102 4，96100 11610 3236100 926X10 2 509100 30310一25410。 965102 52210。 268X10一Z72100 83010一2 53510。 23610一289100 706102 54810。 11510一12表A3(续)GBT 140551-2008IS0 85291：2001EjMeV B。5-1 E。jMeV 且s一13051

32、00 66710 2 561X10。 145X104322X100 49910一2 57410。 1-3910-4338100 40210 2 586X10。 278X10-353100 317X102 598100 17810一o368100 303102 611100 2，9110 3383X100 252102 619X100表A4 2”Am-Be(a，n)中子源组源强值EiMeV B。s叫 EMeV Bs_1414107 14410一2 568100 20610一2110101 334102 589X10。 1。821023 30X10“ 313X103 61110。 17710 25

33、40X101 281X10_2 632100 20410275010_1 250X】O一2 654X10。 183X10一o97010。 21410 2 675100 163X10q1 18100 198X102 696X10。 168102140100 175102 718100 1 6810 2161100 19210 2 739100 188X10 2182X100 23310 2 76110。 1841032 04X100 2 15X10 2 782100 16910 3225100 225X10矗2 803100 144103247X100 228102 825100 968X10

34、3268100 Z95102 846X10。 652103290X100 35610 2 868100 426X10331l100 369X10 2 889X100 36710 3332x100 346X10_2 911100 381103354X100 30710 2 932100 506103375X100 300102 953100 625103395100 269102 975100 552103418X100 28610一2 996100 468X103439x100 318102 102101 381103461100 307X102 104101 381103482100 333

35、10 2 106X101 381X103503100 304X102 108X101 381103525100 274102 110101547X10。 233lO一213GBT 140551-2008ISO 85291：200114T墨0者10一o 0 10图A1 中心置有252cf中子源半径为150 mm的D。O球外的中子能谱图A2”2Cf中子源能谱10丘MeV童0毋GBT 140551-2008ISO 8529-1：2001102图A3 2”Am-B(a，n)中子源能谱MeV102图A4Am-Be(a，n)中子源能谱EoMeV15GBT 140551-2008ISO B529-1二200

36、1附录B(资料性附录)两个放射性核素中子源的角源强特性在以源的几何中心为坐标原点的坐标系下，放射性核素中子源通常各向异性发射中子，该坐标系示于44中的图1。一般而言，角源强随角度的变化是针对每个源的，即使相同包装的同类型源也会有一定程度的不同。图B1和图B2给出了两个不同包装的2”cf源角源强变化。单位为毫米 。Fr|1。-半L o一一 o一龟SFC 70(9)150图B1 对等效点源的角源强B4n归一后的小尺寸2”cf自发裂变源的角源强(有效体积约为：姐6 minx 6 mm)GBT 140551-2008IS0 85291：200 1单位为毫米120 150 180o()图B2对等效点源的

37、角源强_B4归一后的高强度“2cf自发裂变源的角源强(有效体积约为：3 minx 30 mm)17GBT 140551-2008ISO 85291：2001附录C(规范性附录)约定热中子注量率“约定热中子注量率”或“约定热中子通量密度”吼，由下式给出叫舻(鲁)12ip。(E)dE式中：E中子能量；Eca镉截止能5仇谱中子注量率，Eo参考能量，Eo一0025 3 eV(v=2 200 mS“)。各种Iv探测器在此参考能量的截面值均用列表方式给出。约定热中子注量率也可以由下式给出：仙一玉一P蔷Nn ”(C3)式中：n。反应率密度；邑截面密度；P一探测介质的密度；户探测介质的同位素丰度；M探测介质的

38、摩尔质量；Nn阿佛加德罗常数；能量为E。时的截面。在热力学温度20时，对于能量参数为E。一o025 3 eV的麦克斯韦速度分布，“真热中子注量率”由下式给出：一斧。_1128钆其中，所使用的约定热中子注量率不包括能量E。以上的中子。参考文献GBT 140551-2008IS0 8529-1：200Eli ING，Hand MAKRA，SCompendium of Neutron Spectra in Criticality Accident Dosimetry，Technical Reports Series No180，International Atomic Energy Agency，V

39、ienna 19782 ING，Hand cROss，wGSpectral and Dosimetric Characteristics of a D20-ModeratedCf Calibration FacilityHealth Phys46，No1，(1984)，971063 scHwARTz，RB and ELsENHAuER，cMThe Design and Construction of a D20-Modcrated 252 Cf Source for Calibrating Neutron Personal Dosimeters Used at Nuclear Power Re

40、actorsNUREGCR-1204，USNuclear Regulatory Commission，Washington，DC，(1980)4SMITH，ABProcOf the IAEA ConsultantsMeeting on Neutron Source Properties，Dehrecen，Hungary，INDC(NDS)一114GT(1980)，P19(Blinov，MV p79，and Geiger，KW，P，43)5 McDONALD，JC，GRIFFITH，rV，PLATO，PAand MIKLOs，JAmeasurement ofGaroma Ray Dose Fro

41、m a Moderated 252Cf SourceRadiaProtDosim9(1984)，1131186 LORcHEAneutron Spectra of“1AmB，241AmF，2们CmBe，238Pu”C and 252Cf IsotopicNeutron SourcesIntJournApplRadLsot，24(1973)，5855917KLUGE，Hand wEIsE，KThe Neutron Energy Spectrum of a 2“Am-Be(Q，n)Source andResulting Mcan Fluence to Dose Equivalent Convers

42、ion FactorsRadiaProtDosim2(1982)，85938 AXTON，EJ，HUNT，JBROBERTs0N，JCand RYVES，TBinProcIntSysom：Progress in the Establishment of Neutron Standards at the National Physical LaboratoryNeutron Monitoring for Radiation Protection，IAEA STIPUB318 V01II，Vienna(1973)，431439r9 scHWARTZ，RBCalibration and Use of

43、 Filered Beams，ProcSympNeutron Standardsand ApplicationNBS SpecPubl493(1977)，25025610 ALBERTS，WG，COSACK，MDIETzE，G，JAHR，R，KLUGE，H，KNAuF，K，LESIECKI，H，MATZKE，M，SCHUSTER，HJ，WAGNER，Sand ZILL，HWAdvances in Radiation Protection Monitoring，IAEA STIPUB494，(1979)，26511 ROGERS，DWOThe“Sc(P，n)Reaction as a Source of Monoenergetic 1050keV NeutronsNuclInstrMeth，142，(1977)，475478r12LISKIEN，Hand PAULSEN，ANeutron