1、ICS 2903520K 15 a目中华人民共和国国家标准GBT 2616812010IEC 60544-1：1994电气绝缘材料确定电离辐射的影响第1部分：辐射相互作用和剂量测定Electrical insulating materials-Determination of the effects of ionizingradiation-Part 1：Radiation interaction and dosimetry201卜01-14发布(IEC 605441：1994，IDT)201 1-07-01实施宰瞀辫鬻瓣警麟瞥星发布中国国家标准化管理委员会促111前言引言1范围2规范性引用文
2、件3术语和定义-4评估绝缘材料耐辐射能力要考虑的因素5剂量测定方法6 X射线或7射线吸收剂量的测定7电子辐射的剂量估算方法附录A(规范性附录) 带电粒子平衡厚度附录B(规范性附录)数值因数的推导参考文献目 次GBT 26168-2010IEC 60544-1：1994，2368刖 罱GBT 2616812010mc 60544-1：1994GBT 26168(电气绝缘材料确定电离辐射的影响分为4个部分：第1部分：辐射相互作用和剂量测定；第2部分：辐照和试验程序第3部分：辐射环境下应用的分级体系；第4部分：运行中老化的评定程序。本部分为第1部分。本部分等同采用IEC 605441：1994捌岛苦
3、涮删删碟o喇舞。罹翎嚣椒嚣雹害m芒髻咖林暖型脚爿竹嚣耙冀辎惺旺怛峨_曜佃1I口窭裂薹萋垂鋈罾妥车虽恺墨譬爹銎，p，醯勺。恨墨醯醯譬善k盐赠曷魁越H醯墨懈根R2芸蝰pp芸o。求曲挂冰；：斗I誉懈蟥魏藿i警七善醯蛔恨露；妻目昌一锰啾撂恨爹|匿咖榷喜袒篮勰制jJi疆N。7i!H2o2?222b2凡瓜凡晤i：三V耀谣L删属mN毛H。色hb备呵ff?2靶2?22咖-_o幕H一HN甘韬毪赵蛔魁恻趟斑魁斌芸米棠掣米米米g囊丑赠脚舞来F晡米米巢粼糕舞求电彘彘隶磔口t蝥罄媳米掣耋蓬划芒箭糕鹤璀I士船删蝌器靳士锰删蠢蓑萋擐螳枷堂蝥111惺制裴锚啦门堰罂磔扩艇士_逮錾薹撂0椒斑蓑删螳椒蛔型极智捌韶羽霉5蠼恹旺牡幕掣
4、掣一嚣露壮爨一琳GBT 261681-20lOllEC 605441：19946 x射线或T射线吸收剂量的测定61综述吸收剂量是描述绝缘材料辐照效应的参数。推荐的测试是一种通过对x射线或7射线辐射场的认识和材料组成来计算吸收剂量的技术E1口。通过一种材料的吸收剂量就可以计算在同样辐射场中其他材料的吸收剂量。62通过测量照射量来计算吸收剂量o 3口41621 吸收剂量已成为比较不同辐射效应的基础，因此必须确定被辐射材料沉积的吸收剂量。试样在大气中的照射量可作为计算吸收剂量的基础信息。下面各条中的公式都是计算要用到的。表2和表3提供了必要的数值因数和计算示例。表2数值因数，I(单位照射量的吸收剂量
5、)，单位JC，用于从绝缘材料所含元素的照射量计算吸收剂量一计算式参见附录B(使用原CGS单位，拉德和伦琴参见附录B备注)光子能量MeV H C N O F sj S c】 P010 593 311 324 338 347 647 872 992 729015 647 330 334 338 327 411 473 488 422020 663 336 336 341 323 367 388 388 367030 667 337 338 338 319 346 352 368 339040 667 336 337 337 319 340 343 331 320050 667 337 337 33
6、7 319 336 34O 327 327060 667 337 337 337 320 337 338 325 327080 667 336 337 337 319 336 334 323 32710 667 336 337 337 319 334 337 3Z1 32415 667 337 337 337 318 337 336 319 32420 667 337 337 337 319 338 338 324 3283O 651 335 337 338 322 345 345 335 335表3数值因数f。(单位照射量的吸收剂量)，单位Jc，用于一些重要的绝缘材料及其他化合物从照射量计算
7、吸收剂量(使用原CGS单位，拉德和伦琴参见附录B备注)材 料 。(JC)1 MeV O1MeV聚苯乙烯 (CH)。 364 333聚乙烯 (CHz)。 382 349尼龙一6 (C6 HllON)。 368 345聚二甲基硅氧烷 (C2H60Si)。 360 470聚多硫化乙烯 (C：H。&)。 349 779偏二氯乙烯共聚物 (C4HjCl3)。 337 775表3(续)GBT 2616812010mc 605441：1994材 料 f。(JC)1 MeV 01MeV聚四氟乙烯 (CF：)。 323 338聚氯三氟乙烯 (C2FaCl)。 322 535聚氯乙烯 (C2 H3CI)。 345
8、 705聚二氯乙烯 (C2H2C1z)。 333 814聚吡咯烷酮 (C6H9NO)。 364 337聚乙烯咔唑 (C14H11N)。 357 329聚乙酸乙烯酯 (C。H。O：)。 36O 341聚甲基丙烯酸甲酯 (C5HB02)。 364 341磷酸三丁酯 (C4H9)3 P02 368 395弗里克剂量计 374 372注：这是1 MeV的数据，适用于05 MeV 15 MeV。也适用于”Co、”7Cs以厦2 MeV 3 MeV的x射线辐射。应用实例：对于聚四氟乙烯，光能在1 MeV时的数值因数，FrPE可以计算得出。PTFE的分子式是(CFz)。(不考虑链封端、不饱和度和杂质)，C和F
9、的口。一O24，口ro76。表2中给出的1 MeV时fo一336 jc，F一319 JC，将这些值代人式(2)，得到：，FTPE一(O24336)+(O76319)一323 jc622材料m的吸收剂量D。，计算式如下：D。一JX (1)式中数值因数，m是每单位照射量的吸收剂量的系数。为了计算，m，需要知道材料的成分以及元素i的数值因数，：，m一4 ”(2)f其中，a是材料中元素i的质量分数；而是元素i的每单位照射量的吸收剂量。623表2给出光子能在01 MeV 30 MeV时，列出的各种元素的值，单位为JC(，i见附录B)。在带电粒子平衡的条件下，值才有效(解释见附录A)。表3给出一些常用材料
10、在光子能10 MeV01 MeV时按式(2)计算得到的，诅值。624对于很多有机材料，在光子能05 MeV15 MeV时进行辐照，则式(2)中，计算大致如下：，。一(329aH一194aF155ncl1164，+337Uc63通过一种材料的吸收剂量计算另一种材料的吸收剂量631假设照射量恒定，在不考虑照射量的时候，数值因数在比较不同介质中的吸收剂量时也是有效的。根据附录B中式(B2)在照射量恒定的情况下，两种介质的，m的比值等于它们的质量能量一吸收系数之比(PD；因此亦等于吸收剂量之比，在介质1中的吸收剂量D。，利用数值因数，。和，2就能把在介质2中的吸收剂量D：计算出来，公式如下：7GBT
11、2616812010IEC 60544-1：1994D-一争Dz632当使用化学剂量计时，测得的化学变化能直接转换为吸收剂量。如果入射光子能已知，通过，的比值就可用化学剂量计测得的吸收剂量算出在任何介质中的吸收剂量(受64的限制)。633例如，如果用弗里克剂量计测得1 h的”Co辐照的吸收剂量D“。“一5 Gy，而要想得到的是PE试样在同样的辐射源中1 h的吸收剂量，那么计算如下。弗里克剂量计的质量分数：nn一011，口。一088，as一0013。表2给出了10 MeV光子能的值。将n，和值代入式(2)，得到，F一=374 JC。查表3，Pe一382 JC，按照式(3)计算PE的吸收剂量：，一
12、DPEi笋兰_Dk一1025Gy=51 GyJ F血h634 同样，只要辐射能在01 MeV或05 MeV15 MeV，表3的数值因数可用于将表中任一种材料的吸收剂量换算成另一种材料的吸收剂量。64剂量-深度分布(局限性)641 由于被辐射材料的吸收剂量分布是变化的，并且受试样厚度、密度、辐射能量的影响，有必要判定当射线穿透材料时，多大剂量变化是其承受的极限。常用的辐射源能量为05 MeV15 MeV，假设对于一个点辐射源，随意设定试样前后面的吸收剂量的差别为25(在试样中衰减25)，并且没有叠加、试样密度为1 gcm3、单向辐射(见附录A)，那么如果辐射能为05 MeV，则试样厚度为28 c
13、m；如果辐射能为15 MeV，则试样厚度就能达到5 cm。对于其他的辐射源结构(例如平板状的辐射源)，试样厚度就会显著不同。642在附录A中，图A3是密度为l gcm3的试样在单向辐射中能量衰减10和25的厚度曲线。对于更高密度的材料曲线会向左偏移，对于更低密度的材料，则曲线会向右偏移。对于试样中10或25衰减的精确厚度，可以用图A3中获得的值除以试样电子密度和331023g的比值再得到。由于曲线的计算仅基于衰减，忽略在更厚试样中的叠加，益线给出的是单向辐射在给定能量和厚度下最大的衰减；非单向辐射会导致更大的衰减。7 电子辐射的剂量估算方法71综述711在本章中，电子束的剂量估算方法主要适用于
14、电子能量范围为几百keY至几MeV，剂量范围为kGy至MGy。712电子束辐射场常用电子能谱和电流密度来表征，电流密度是单位时间内、与单位面积辐照平面相碰撞的电荷数。束扫描电子加速器正常运行时，辐射平面瞬间电流密度的周期性改变取决于扫描频率。实际上，辐射场用穿过束窗和气隙之间的电子平均能量以及扫描周期内电流密度平均值来表征。试样表面的平均电子能量E。，可用下列计算式估算：E。一E0一E，一E。 (4)其中Eo是电子未射到束窗前的原始能量，E。和E。分别是电子在穿过束窗和气隙时的平均能量损失。每种能量损失大致等于撞击停止能和厚度(单位是gcm2)的乘积，或者在厚度远小于电子射程时，可用式(6)粗
15、略估算。713辐射场中平均电流密度分布大致决定了材料吸收剂量率的横向分布，吸收剂量率横向分布在辐射场扫描轴的垂直方向一般呈现高斯分布。高斯分布的半峰宽依赖于电子能量、原子序数、束窗厚度以及束窗到试样的气隙距离。在静态辐射中，材料横向剂量的均匀性主要由平均电流密度的分布决定，如8GBT 2616812010IEC 605441：1994果扫描强度在扫描轴方向是均匀的，并且辐照采用一个恒速传输系统，这时材料的横向剂量分布也会是均匀的。714在静态辐射中，扫描过程中剂量率的平均值一般被估算为平均剂量率，下列两个因素使估算变复杂：i)电子束的重叠，1i)试样在运输系统中的运动。715整个材料的剂量均匀
16、性由剂量一深度分布决定，而后者与材料平面的横向剂量分布无关。图1是电子加速器在均质材料中形成的典型剂量一深度分布曲线。剂量一深度分布分为两个深度区域表征：一个是剂量累加区域，另一个是剂量降低区域。当能量高于1 MeV时，有效射程R。大致随着电子能量呈线性增加，但是在电子束辐射中剂量随着深度的变化远大于在y射线辐射中。表面剂量和峰值剂量的比率、有效射程与一些辐射参数有关，比如电子能量、材料的原子组成，束窗的厚度以及气隙的距离等，在典型的辐照状态下，如果电子能量高于1MeV这一比率是06o8。吸收剂量凰 材料质量射程图1 典型的电子加速器辐照过程中均匀材料的深度一剂量分布曲线(加速电压05 MV，
17、R。为有效射程)716在一个三层平板吸收器(束窗、空气层和试样)01”3中，如果平面层状材料在辐射场中的运动方向与电子束扫描方向垂直，并且电子束正常是单能的、平行平面碰撞束窗，则材料每单位电子通量的剂量一深度分布可以作为能量吸收函数z(z)的一部分计算。图2是平面层状聚乙烯材料曝露在1 MeV电子束下的t(z)(z是三层的总厚度)计算结果的一个图例。三层的l(z)差异与吸收剂量的差异不相等。图3是在同样辐照条件下测得的几种典型绝缘材料相对剂量一深度分布的对比图，不能忽视典型有机绝缘材料之间的差异，这是由于它们的质量撞击停止能和质量多次散射能不同，其不同主要取决于氢含量和有效原子序数。GBT 2
18、616812010me 60544-1：1994如(MeV(gcm2)、一和(A)见下式：z一z，和(A)一(z)(W，Z，A，)_1J J式中w，、互和A，分别是重量分数、原子数目、第J种原子组分的原子量。14GBT 2616812010IEC 60544-1：1994表5-些itig绝缘材料及其他材料的电子质量撞击停止能(MeVtill2g)73电子 聚对苯 聚甲基水 空气 二甲酸 聚苯 聚四氟 聚氯 聚碳能量 碳 尼龙一6 聚乙烯 丙烯酸 聚丙烯(液态) (干) 乙二 乙烯 乙烯 乙烯 酸酯MeV 甲酯醇酯01 3671 4115 3633 4152 4384 3823 4006 403
19、4 3421 3604 4287 3920015 2883 3238 286I 3263 3443 3015 3152 3172 2697 2843 3367 308402 2482 2793 2470 2813 2967 2603 2719 2735 2330 1457 2902 26600 3 2083 2355 2084 2369 2497 2195 2292 2305 1968 2077 2443 224205 1782 2034 1802 2032 2142 1889 1957 1984 1699 1793 2098 193007 1673 1 917 1706 1906 2008
20、1776 1856 1864 1600 1690 1969 181310 1609 1849 1661 1823 1930 1710 1788 1794 1534 1633 1893 174815 1584 1822 1661 1801 1895 1684 1760 1766 1522 1615 1860 17192O 1587 1824 1684 1802 1895 1686 1762 1768 1525 1623 1861 172130 161l 1846 1740 1823 1917 1709 1784 1791 1546 1653 1883 174450 1658 1892 1833
21、1870 1965 1758 1832 1839 1589 1708 1931 1791100 1730 1968 1979 1946 2042 1831 1908 1916 1657 1791 2008 1867表6一些重要绝缘材料及其他材料的外推电子射程(gtin2)“电子能量 聚对苯二甲酸 聚甲基丙烯碳铝 水 尼龙一6 聚乙烯MeV 乙二醇酯 酸甲酯01 13910-2 130X102 123102 126102 11710一2 12310-2 12810-2015 28010-2 25410 2 245102 254102 236 265X102 25710202 45110-2 40
22、3102 393102 410102 383102 428102 415X10203 86010-2 753102 74510一2 78110 2 73210 2 823102 78910205 183101 15810 1 158101 166101 156101 17310_1 16810一1O7 29110-1 249101 251X10叫 26510-1 249101 275101 26710110 46310-1 396101 398X10一1 421101 39610 1 437101 42510120 107100 91210-I 918101 969101 912101 I01
23、100 9781013O 1_68100 144100 145100 15310 1 14410。 15910。 154lO。5o 29210。 25210。 252100 26610。 250100 276100 26810。100 60110。 518100 518lOo 547100 51410。 563X100 55210。注：穿透深度是单能电子正常照射到平板吸收器上的穿透曲线几乎直线下降段中的斜率最大点的切线与x轴相交(穿透一0)。GBT 2616812010IEC 60544-1：1994附录A(规范性附录)带电粒子平衡厚度当只使用不含次级电子的x或7射线从一边对材料进行辐照时，随
24、着射线穿透材料，(第一吸收剂)从一开始就总有能量沉积(吸收剂量)，达到一定的厚度后，辐射能量沉积开始减弱。能量沉积达到最大值时的厚度通常称为带电粒子平衡厚度，它与辐射能量和被辐照材料的电子密度都有函数关系，材料厚度较大时，带电粒子会达到平衡。图A1是典型的能量沉积与厚度的函数曲线图。为了确保整个试样的带电粒子平衡，不管从哪边对试样进行辐照，都必须用吸收剂包裹试样。在高散射的辐照操作中，没有观察到沉积现象。推荐使用沉积层以便获得界定清晰的辐射状况。图A2电子密度3310”cm_3的材料(水)的能量和吸收剂带电粒子平衡厚度的函数曲线图。能量存储量厚度cm图A1 吸收剂量与厚度的函数关系图。最大值左
25、边部分的曲线未知因此试样有效厚度应不小于最大值右边的值GBT 2616812010iEc 60544-1：1994 一一，?|l075 10厚度cm图A2 电子密度33 X 10”cm_3的材料(水)的能量和吸收剂带电粒子平衡厚度的函数曲线图图A3衰减一定的单向x射线或7射线辐照的光子能量和水(或相同电子密度的材料)厚度的函数曲线图。注：任何材料的的电子密度n可以用下列公式估算：n=PN可Azcm一3一鲁zg一1式中：r材料的密度，gcm3；N阿伏加德罗常数，60231023 tool_1；M摩尔质量，gtool；互元素i的原子数；：五每个分子的电子总数。当元素Z在17(不包括H)以下时，1M
26、(Z)大约为1z，对于有机材料上式又可简化为：nP莆310”正cm。3=310”Eg。1图A1至图A3即用这个方法进行估算的。在图A2中，如果电子密度增加超过估值，曲线会向左平移，反之，曲线向右移动。因此，等效厚度就相当于用图A2中的值除以吸收剂电子密度与3310”cm。(水的电子密度)的比值。1 7O0OO0OOO0，098765432mmtmttz雌惭imnmmm乱n仉GBT 2616812010IEC 60544-1：1994例如，假使用11 MeV光子辐照聚四氟乙烯(PTFE)薄膜，参考图A2需要厚度为05 cm、电子密度为3310”cm。的材料，才能保证带电粒子平衡，因此，要用此厚度
27、的水包裹试样。因为PTFE的密度P一22 gcm3，计算如下：RPTTE 3102322。”Ho 331023“以及 dm一芈一025cmnPTFEnH20这意味着必须要用025 cm的PTFE包裹这个薄膜。18M 。 5衰耐 j ， | |， ，| ，| 厚度era图A3衰减一定的单向x射线或Y射线辐照的光子能量和水厚度的函数曲线图詈=；器滢M撼器GBT 2616812010IEC 60544-1：1994附录B(规范性附录)数值因数，t的推导x射线或7射线辐照材料时，它的能量吸收效率取决于它的质量能量吸收系数(pp)。这可以用质量吸收系数乘以材料真正吸收的光子能量的分数来获得，因此需要用荧
28、光、散射，湮灭、辐射和轫致辐射损失进行修正。被辐射材料的质量能量吸收系数值，不管是共混材料还是复合物，都可以有下列近似关系：(p。P)。一W(P。np) (B1)式中w和(F。p)，分别是i组分的质量分数和质量能量吸收系数。只要存在带电粒子平衡，空气中1 Ckg的照射量能产生3368 Jkg的吸收(空气中337+o2 eV产生一个离子对)。同样的照射量，被辐照材料的吸收剂量可用下列公式计算：Dm=D。，琶毒g：一3368琶詈2窘：x c Bz，其中：D。材料的吸收剂量，GyD。空气的吸收剂量，Gy 5(ffp)材料m的质量能量吸收系数5(卢。p)。空气的质量能量吸收系数；x照射量，Ckg。将式
29、(B1)带入式(B2)，得到，D。一XW (B3)其中，一3368啬瓮(Jc)注；数值因数也可以用旧的cGS单位radR(1 radR：3876 JC)=087。啬魅(radR)GBT 2616812010IEC 605441：1994参考文献1Standard method of test for absorbed gamma radiation dose in the Fricke dosimeter，ASTMD167172，Book of ASTM standards，Parts 39 and 45(1976)23 STM D2586 Calculation of absorbed do
30、se from X or Gamma radiation，Book of ASTMstandards，Parts 39 and 45(1976)E33 FHAttix，Present status of dosimetry by radiophotoluminescence and thermoluminecencemethodsUSNaval Research Laboratory，Rep6145(1964)4FHAttix and WC Roesch，Radiation dosimetry，Academic Press，Vol，I(1968)，v。1，(1966)，Vol，(1969)5J
31、HBarrett，IntJApplRadiatIsot33，1177(1982)E6KBecker，Solid state dosimetry，CRC Press，Cleveland(1973)7 MJBerger and SMSeltzer，Stopping powers and ranges of electrons and positrons，National Bureau of standards RepNBSIR 822550一A(1982)，and ICRU Report 37(1984)8BBurgkhardt，DSingh and EPiesch，NuclInstrumMeth
32、ods 141，363(1977)9DIN 6800，Methods for dose measurements by radiological technique，Beuth-vertrieb GmbH(Berlin)10Dole and Malcolm，The radiation-chemistry of macromolecules，Academic Press，Vol，I(1972)，V01，1I(1973)11BGross，Electrets，Sessler，ed，Springer，Chapter 4(1980)12 International Atomic Energy Agenc
33、y，Manual of food irradiation dosimetry，TechnicalReport Series No178，IAEA(1977)13Radiation dosimetry：X-rays and Gamma rays with maximum photon energies between 06and 50 MeV，ICRU Report 14(1969)14 Radiation dosimetry：X-rays generated at potentials of 5 to 150 kV，ICRU Report 17(1970)1 5Radiation quanti
34、ties and units，ICRU Report 33(1980)16Radiation dosimetry：Electron beams with energies between 1 and 50 MeV，ICRUReport 35(1984)17R1to and TTabata，RadiatCenter Osaka PrefectTechRepNo 8(1987)F18ADKantz and JCHumphreys，RadiatPhysChem10，119(1977)19CJKarzmark，JWhite and JFFlowler，Lithium fluoride thermolu
35、minescencedosimetry，Physin MedAnd Bi019，273(1964)20TKojima et a1，IntJRadiatApplInstr，ApplRadIsot37，517(1986)21WLmclaughlin，RDJarrett and TAOlejnik，Dosimetry in preservation of foods byionizing radiation，V011，ESJosephson and MSPeterson，eds，CRC Press，BocaRaton，FL(1982)22WLMeLaughlin，JCHumphreys and WC
36、hen，RadiatPhysChem2579(1985)23WLMcLaughlin et a1RadiatPhysChem31505(1988)24AMiller and WLMcLaugghlinintJApplRadiatIsot331299(1982)25AMiller and AKovacs，NuclInstrummethods in PhysResB10ll，994(1985)20GBT 261681-201011EC 605441：1994M0berhofer，Atomkermenergie 31，209(1978)B BRadak and VMMarkovic，Manual O
37、n radiation dosimetry，NWHolm and RJ，Marcel Dekker，New York(1970)，Chep3DFRegulla and UDefiner，IntJA。pplRadiatIsot331101(1982)DFRegulla and UDefiner，High-dose dosimetry，IAEA，221(1985)TTabata，RIto and SOkabe：NuclInstrumMethods 103，85(1972)TTabata and RIto，RadiatCenter Osaka PrefectTechRepNo1(1981)NTamura et a1，RadiatPhysChem18，947(1981)R Tanaka，KMizuhashi，HSunaga and NTamura，NuclInstrurnmethods 17，201(1980)RTanaka，SMitomo andNTamura，IntJApplRadiatIsot35，875(1984)RTanaka，HSunaga and TAgematsu，Highdose dosimetry，IAEA，317(1985)BWhittaker et a1High-dose dosimetry，IAEA，293(1985)嘲刎础蜘刎列伽蜘蚓l；j1蚓蚓ylrreB
