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摘要随着辐照加工的大量兴起和人们对辐射越来越关注，剂量计在我们的生活中变得的越来越不可缺少。本课题根据氯化烃的反应特性，制备了以氯仿作为基质的剂量计。为了研究溶液的含气量和溶质的浓度对剂量计的影响，我们对剂量计采用了剂量在 KGy量级的电子束照射。我们对不同氧含量的剂量计样品进行照射，发现饱和三氯甲烷溶液中的含氧量多少与照射后的产物的 ph关系不大；通过对多种不同浓度的剂量计进行相同剂量的照射，可以观察到三氯甲烷溶液的浓度与剂量之间没有明显的线性关系；而对单一浓度进行多种剂量照射，三氯甲烷溶液的浓度在 3.73g/L 的情况下，其酸浓度与剂量间的关系线性最好。27241
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毕业论文关键词 三氯甲烷 电子束 含氧量
Title The preparation of chlorinated hydrocarbon dosimeter and study on its performance
Abstract
With the rise of irradiation process and the growing concern of people to radiation，dosimeter become more and more indispensable in our life . According to the reaction characteristic of chlorinated hydrocarbon, we use chloroform as matrix dosimeter. To study the effect of the oxygen concentration on the dosimeter made by saturated chloroform on the dosimeter, dosimeter samples, with different oxygen concentration, were irradiated by electron beam with dose up to KGy, and we found that all of the PH of the products was the same; Through a variety of different concentrations dosimeter had been irradiated in the same dose of radiation ,the result showed us There was no significant linear relationship between the concentration and dose of chloroform solution; And a variety of dose irradiation for a single concentration, the chloroform solution concentration in the case of 3.73g/L, the best linear relationship ,between acid concentration and dose ,have been found. Keywords： Chloroform electron beam oxygen concentration
目 次
1绪论 1
1.1研究背景 . 1
1.2研究意义及现状 . 1
2 实验方案的设计 4
2.1 理论上的可行性研究 4
2.1.1剂量计的工作原理 4
2.1.2 氯化烃的选择及其反应原理 . 5
2.2 实际操作的可行性探究 5
2.2.1 玻璃瓶的选择。 5
2.2.2 辐照加工原理 . 6
2.2.3 辐照中心的工作原理 . 6
2.2.4 光照原理 9
3剂量计的制备与性能测试 . 10
3.1剂量计的制备 10
3.1.1溶液的制备 . 10
3.1.2. 溶液装瓶过程 . 10
3.2照射详情 .. 11
3.2.1 实验样品的照射过程 11
3.2.2玻璃瓶放上传送车的放置要求 .. 11
3.2.3玻璃瓶放入盒子后的处理 . 12
3.3数据采集过程 12
3.3.1溶液吸取过程注意事项： . 12
3.3.2测量ph 时的注意事项 . 13
4数据分析 .. 14
4.1浓度 . 14
4.2水中含氧量 . 16
结论 . 18
致谢 . 19
参考文献 .. 20 1 绪论 1.1 研究背景 近半个世纪以来，特别在九十年代之后，世界上的经济发达的国家，如美国和日本，已经通过政府的大力扶持和市场效益的拉动，形成了较高关联度，高效节能又无污染的一个新兴的产业：同位素与辐射技术产业。它也是民用的非动力的核技术应用的产业的重要组成部分。在 2009 年，国际原子能机构核技术评价指出：“同位素与辐射正在为全世界的社会经济发展做出宝贵贡献的领域”。该报告用了很大的篇幅对世界范围内核技术在粮食和农业，环境，水资源，人体健康以及放射性同位素的供应和生产，其中特别提出电子束处理的最新进展进行了大量的介绍。放射所导致的各种环境问题和社会问题越来越明显，其矛盾也越来越突出，广岛长崎上原子弹的爆照，还是切尔诺贝利核电站，和福岛核电站的泄露，这都给人们们蒙上了一股浓浓的核恐惧。联合国人类环境保护会议上已经表示放射性辐射已经是造成公害的主要污染之一。不论是世界范围内大量兴建的核电站，还是迅猛发展的电子束辐射加工，这使得人们越来越注重辐射剂量的监测，所以对于辐射剂量监测项目，已经变成一个炙手可热的课题。 当辐射能量达到足够高的时候，就可以电离原子，改变物质结构。一般来说，电离就是一个高能粒子穿过靶原子，使靶原子的电子获得能量，然后飞出靶原子，从而,使靶原子带上正电的过程。因为细胞也是由原子组成的，这些原子发生电离，就会对组织产生损伤，甚至引发癌症。而一个细胞由数超万亿的原子组成，由此可见，并不是所有的电离辐射都能引发癌症，这和辐射剂量率以及生物感应性有关。电离辐射又分为多种，最常见的是阿尔法，贝塔以及伽玛和中子辐射，还有新型的人工照射，电子束射线，这些辐射射线能量一般都足以电离原子。习惯上常把用于伽马辐射照相探伤、放射治疗、辐射加工和辐射效应研究等目的的伽马放射源，称为辐射源。而这些辐射，都足以对人体造成伤害，不论是为了工作的需要，还是为了人的安全，剂量计的诞生，是很有必要的，但是并不是只有那些高能射线才能电离原子，某些高频率的光也可以使原子电离，而类似与这类辐射，往往穿透性不强，有的甚至不能穿过皮肤，所以对于剂量计的制作方面，是要考虑这方面因素的。 1.2 研究意义及现状 在化学剂量学的学术领域里，辐射剂量实质上是由某些介质里产生的化学变化来表征的。任何可以定量分析的化学反应并且具有显著的特点都可以当作剂量计制备的基础。我们知道最多的是水溶液中的反应，这也是对照人体最好的一种反应。大多数辐射化学剂量计都是这种类型，弗里克剂量计是大约在半个世纪以前发展起来的，这是一种充满空气的硫酸亚铁溶液中的亚铁离子的氧化生成铁离子为基础的，可以通过测其吸光度来判断亚铁离子转化成铁离子的量，并以此为刻度描述受照射的剂量。如今日常中受到照射也趋于普遍，所以人们更需要简便，经济的测量方法，去判定受到的照射量是否会对人体造成伤害。国际辐射单位和测量委员会（ICRC）建议把化学法、量热法、电离法作为吸收剂量测定标准方法。 化学法是利用受到照射物质产生的化学变化（颜色的改变，酸碱度的变化，络合物吸光度的变化等）的情况来对吸收剂量进行计量。化学法具有简单、易操作、体积小等特点。被广泛的应用在许多辐射加工的剂量监测中。化学法可以分为液体化学法和固体化学法两种。液体化学法可以用水溶液作为液体进行照射，也是本贯穿本实验的一个方法。 量热法是对测量吸收剂量来说是最为直接，也是最为基本的一种方法。同时，这也是测量吸收剂量的绝对方法。它的原理非常简单。它通过测量物质（隔热良好情况下）的温度升高情况，计算吸收剂量。它的基础假设是受到照射的物质会将吸收的辐射能量完整的转变为热能（不转化为其他形式的能量）。量热法的优点在于不需要对照射吸收的过程进行假设，不需要转化因子，不依赖物质的原子序数和几何条件、密度、剂量率等因素。测量准确度高。但也有一定的局限，因为要保证良好的绝热条件，就使得它的设备结构复杂，体积庞大，不易于搬动。 电离法的基础假设则是出名的空腔理论，这是一种测量吸收剂量的绝对方法，也是测吸收剂量的直接方法，也是唯一一种直接通过测量电离的量的方法。它是通过测量照射之后，电离室中产生电离电流的多少来计算出照射量和空气中的吸收剂量或者比释动能。它的优越性在于测量精度高，设备简单，操作系数低。 在辐射化学的领域中，硫酸亚铁剂量计已经广泛地被当作标准剂量计。但是，为了扩大所要测定的剂量的范围，更为了适用于多种用途，以及剂量计的再生能力，以便在一些特殊的场合下使用和重复使用，所以近年又有大量的研究，这些研究针对于其他的化学反应，其他的介质，正如我们要研究的氯仿（三氯甲烷）。 放射源所发出的射线在遇到靶物质时，会发生各种各样的反应。反应又可以分成两大类，一类是物质与物质的反应，一种是射线与物质的反应。重带电粒子（指相对质量比阿尔法粒子更重的粒子）会使得经过的靶物质原子的电子发生电离和激发，靶物质原子也能吸收或者改变重带电粒子的运动轨迹，使重带电粒子产生辐射损失。轻带点粒子（例如电子），由于质量很小，它的运动轨迹会与重带电粒子大不相同。当它与物质相互作用时，不仅会引起电离能量损失，还会引起轫致辐射和弹性散射。伽马射线与物质的相互作用主要可以分为三种。第一种是光电效应。光电效应是指光子将自己的能量全部授予给某个束缚电子，类似于完全非弹性碰撞，使电子的能量大于它的电离能，从而使它发射出去。第二种是康普顿效应。这是一种非相干反射。光子将一部分能量授予给电子，而后两者以与入射角相同角度差但是以相反的一侧飞出原子，光子波长会变长，能量也会变低。第三种反应是电子对效应。当光子能量大于1.02MeV 时，部分入射光子会在原子或者某些电子周围的磁场里面被全部吸收并转化成正负电子对，并向两个相反的方向以相同的动量远离。中子与原子的作用最常见的形式是弹性散射。 对化学剂量计的各种参数的评价，主要分为四种参数。第一种是剂量曲线：当受到照射时，因为照射的作用，剂量计的组成成份会发生变化，产生产物会随着照射量的增加而积累。所以当受到照射的剂量与产生的产物的多少的线性关系，那么这条剂量曲线就比较理想。第二个是浓度。拿氯仿来说，当照射环境，温度环境等均相同，浓度高的氯仿的剂量曲线的线性程度和浓度低的氯仿的剂量曲线的线性程度不同，高浓度的氯仿会有明显的线性，而低浓度的变化更是深不可测。第三个是含氧量。含氧量高的辐射反应过程与低含氧量的辐射反应过程会有明显的不同，影响反应的产额。第四个是 PH 值。因为氢离子会与剂量计中其它组分进行竞争，有可能使得产额减少或者增加，而溶液的酸碱度也会明显影响反应的速率和转化的效率。 2 实验方案的设计 经过大量文献的查询和与导师同学的探讨，最终我们将实验分成两个部分，第一部分我们称为剂量计的制作部分，第二部分我们称为剂量计的调试部分，而调试部分又分为照射和测量部分，对于这两大部分以及能够使用的器材，我们制定了较为详细的方案。大体流程可分为三个阶段，溶液配制阶段，照射阶段以及数据采集阶段。 2.1 理论上的可行性研究 实验前，我们对剂量计的制作基础进行了调查，我们发现在工业生产中，液体剂量计被作为最常规，也是最主要的剂量计，其工作原理是在接受了射线授予的能量之后产生的化学反应以至于某些参数的变化（浓度，酸碱度，颜色等）的量来对吸收剂量进行计量。 2.1.1剂量计的工作原理 射线在穿过剂量计时，会与其中的溶剂或者是溶质相互作用（一般情形下是电离作用），而后射线会损失部分能量甚至全部能量，而沿着射线的轨迹产生被电离出的电子，激发态的电子等，在溶液里面，就会产生很多自由基，自由基离子等类似的拥有强氧化能力或者强还原能力的活性基团，这些活性基团在溶液中又会导致很多复杂的化学反应（氧化还原反应，聚合反应，取代反应，加成反应等），而对这些反应过程加以研究，就会发现，某一些与剂量有着明显反应曲线或者规律的反应，是可以作为剂量计制作的基础的，这种曲线或者规律就是作为化学剂量计对于吸收剂量的一个重要的计量参数。当溶液体系具有上述特性，并符合下列条件时，则其与剂量的关系曲线或者规律就可考虑作为吸收辐射的度量。 （1）该溶液的配置简单、方便、安全； （2）辐照后物质的某一性质（溶质浓度，酸碱度，颜色等）有明显的变化，且可以精确地测量； （3）辐射导致的性质的变化的量应与辐射剂量有着良好的线性相关，如果呈现其他关系，那么测量其性质的方案应足够简单； （4）溶液与射线的作用当有着良好的重复性，就是指多次同样的实验下，实验结果不会有太大变化； （5） 辐射导致的溶液性质的变化的量最好在较宽的量程范围内，并且和射线能量转移无关；