专利名称：电离辐射的剂量测定法的制作方法
专利说明 本发明是关于核辐射和X射线参数测量法(其中也包括电离辐射的剂量测定法)的。
本发明可用于聚乙烯探测器的制造，这种探测器的功用是在很宽的吸收剂量测量范围和吸收剂量的测量范围内，测量各种工业放射化学过程中电离辐射，主要是电子辐射的吸收剂量。
已知的一种电离辐射剂量测定法在于，测定电离辐射照射后的聚乙烯试样的质量并使它在沸腾地溶剂(二甲苯或甲苯)中放置24～36小时，随后使其干燥到恒重，通常在6小时内重新测定它的质量，然后根据试样材料未溶部分(凝胶部分)之值以及测量校正曲线之值来测定试样吸收的电离辐射剂量(Э.Э.Финкель и другие，″Нагревостойкие провода и кабели с радиационно-моди

ицированной изоляцией″，1975，Энергия，(Москва)，с.179-180)。
上述方法极为繁琐，且需用有毒溶剂，剂量测定范围有限(20～1000千克伦琴)，由于辐射原试样处理时间长(30～42小时)，不能进行快速的剂量检验。
已知的另一种电离辐射剂量测定法在于根据电离辐射照射的未固化的环氧树脂的光学性质的变化来测定电离辐射的吸收剂量(SU，A，500704)。
但是，由于未凝固环氧树脂的光学性质，在颇大程度上，取决于周围介质的影响、氧化程度以及不同批次环氧树脂参数的变化不定，这种方法不具有足够的精度。此外，这种方法在吸收剂量低于500千克伦琴的范围内，灵敏度较低。
已知的第三种电离辐射剂量测定法是用电离辐射来照射聚乙烯试样，将试样加热到聚乙烯的熔点以上，在试样加热的情况下，使它变形，并测量试样变形后的尺寸，然后根据这个尺寸来判定试样吸收的电离辐射剂量(Atom-kernenergie′No4，1959，H.Wilski″EinneuesDosismeβver-fahrenfürdenMegarad-Bereich″，S.402-403)。
这种方法包括下述具体操作用电离辐射(电子辐射或γ辐射)来照射聚乙烯试样，然后在恒定载荷(0.2兆巴)下，将其加热到聚乙烯的熔点以上(443K)，在该温度下放置30分钟，冷却到室温，然后测量试样尺寸。吸收剂量根据载荷作用下试样垂直于加载方向的表面积增量加以判定。试样的最终表面积取决于用电离辐射照射时聚乙烯的交联程度(степеньюсшивания)。
上述剂量测定法，简便易行，不需要毒性溶剂，对5千克伦琴以上的剂量是灵敏的，能够充分有效地测定吸收剂量的大小并可在用电子辐射和γ辐射的情况下进行剂量测定。
但是，上述方法，对于电离辐射吸收剂量的测量精度本质上是不高的(结果的再现误差为±10～15%)，因为变形后试样表面积的测定误差较高;加载或测量表面积时试样的最终面积均与试样温度有关;聚乙烯的交联程度在颇大程度上取决于所用批次聚乙烯的质量。上述方法剂量测定范围有限(5～500千克伦琴)，而且测量吸收剂量的温度范围也有限(由于试样熔化，不大于370K)。
本发明是以电离辐射剂量测定法的研究为基础的，按照这种方法，可对聚乙烯试样进行使之具有新的物理性质的补充加工，而这种新的物理性质与电离辐射的吸收剂量有关，同时使我们有可能在待测吸收剂量和测量吸收剂量的温度范围都比较宽大的情况下，比较高的精度测定吸收剂量。
利用电离辐射剂量测定法就可以做到这一点，这种方法包括，用电离辐射来照射聚乙烯试样，然后将其加热到聚乙烯熔点以上，在加热的情况下使之变形，测量变形后的试样尺寸，根据测得的尺寸判定试样吸收的电离辐射剂量。按照本发明，用电离辐射对聚乙烯试样进行上述照射之前，应利用标准电离辐射来照射试样，然后加热，使之变形，在保持变形状态的情况下加以冷却。
最好以剂量为50～1000千克伦琴的标准电离辐射来照射聚乙烯试样，然后加热到383～573K，使试样的变形度达到试样原始尺寸的5～800%。
合理的作法是在保持变形状态的情况下，使聚乙烯试样冷却之后，将试样固定起来，同时将试样的变形度记录下来，用电离辐射照射后，将试样拆下。
用标准电离辐射对聚乙烯试样进行照射之后，可在试样中加入聚乙烯辐射交联的敏化剂。
加入聚乙烯试样中的辐射交联敏化剂的数量，以0.2～15%(重量百分比)为宜。
这样实施享有专利权的电离辐射吸收剂量测定法，可以提高电离辐射吸收剂量的测定精度，扩大吸收剂量的测量范围以及测量吸收剂量的温度范围。
下面，通过实施这种方法的具体方案的介绍来说明本发明。
按照本发明，电离辐射的剂量测定法在于，取聚乙烯试样，用标准电离辐射，例如电子辐射或γ辐射对试样进行照射。然后将聚乙烯试样加热，使之变形并在保持变形状态的情况下加以冷却。
为叙述简明起见，上述照射、加热和变形，在下文中均取名为一次照射、一次加热和一次变形。
然后，仍用同类的(待测的)电离辐射再次照射试样，并加热到聚乙烯熔点以上而不施加外部载荷，在如此加热的情况下，由于试样的热收缩而产生变形。
继而测量热收缩后的试样尺寸，根据所得尺寸来判定试样吸收的电离辐射剂量。
如上所述，这些照射、加热和变形，在下文中将取名为二次照射、二次加热和二次变形。
剂量测定法的物理实质，按照本发明如下所述。
经过一次照射初步交联、一次加热对于高弹性状态下经过一次变形并在变形状态下冷却的聚乙烯试样，具有一次取向的主体分子网格(первичной ориентированной пространственной молекулярной сеткой)，它是聚乙烯试样出现“形状记忆”效应(э


екта ″памяти

ормы″)的先决条件。当用电离辐射(待测的)对这种试样进行二次照射时，由于交联过程的延续，在试样中便形成二次非取向分子网格(вторичная неориентированная молекулярная сетка)。当对试样进行二次加热，使温度到聚乙烯的熔点以上时，便出现一次分子网格的“形状记忆”效应，试样产生热收缩，即二次变形。
试样原始尺寸的恢复程度，决定于二次照射时形成而阻止试样热收缩的二次网格不受力的横向键的密度。与一次和二次网格横向键密度(плотностипоперечныхсвяэей)有关的弹性关系，也决定着试样的最后尺寸，根据这个尺寸可以判定二次照射的吸收剂量。此时，如果二次照射的电离辐射吸收剂量测量值最小，则试样的最后尺寸接近其一次变形前的原始尺寸;如果辐射吸收剂量的测量值最大，试样则基本上不产生热收缩。
按照本发明的方法，聚乙烯试样首先用剂量为50～1000千克伦琴的标准电离辐射加以照射，然后加热到383～375K并使其变形(拉伸、压缩、弯曲)度达到试样原始尺寸的5～800%。
然后按上述，以0.25～7000千克伦琴的剂量再次照射聚乙烯试样并加热到443±10K。
应该指出，如果试样没有经过电离辐射的二次照射，就是说，当二次照射的辐射吸收剂量值等于零，则一次照射的最小必需剂量，应该保证在试样热收缩过程中，经过照射的试样连续不断地产生“形状记忆”效应。实验已经证实，剂量最好不小于50千克伦琴。加大一次照射剂量，可将二次照射的吸收剂量的测量范围扩大到剂量更大的区域。但是，以大于1000千克伦琴的剂量进行一次照射是不适宜的，因为聚乙烯在一次变形过程中会失去显著变形的能力，这将导致测量误差的增加。
一次加热温度的选择决定于下述原因。将聚乙烯试样加热到383K和更高的温度，可以消除对结晶区域的限制作用，而经过照射的聚乙烯具有高弹性变形的能力，而不会破坏其完整性。加热超过573K是不适宜的，因为在这种温度下即开始聚乙烯急剧的热破坏，结果将增大各试样剂量测定指数的分散性。
一次变形度的选择 (l-l0)/(l0) ×100%，这里l0-试样变形前的原始尺寸，l-变形后的试样尺寸)是保证吸收剂量测量精度的先决条件。例如，当变形度较小(小于5%)时，试样的内应力不大，甚至不大的应力值的绝对误差，也会导致剂量测定指数明显的不一致。当变形度最大(大于800%)时，由于一次分子网格应力过大键发生断开，而使指数分散性加剧。
当用能够引起试样自行加热到聚乙烯结晶相熔点以上的、大功率待测辐射对试样进行二次照射时，或者在二次照射过程中，环境温度高于聚乙烯熔点时，必须避免试样“形状记忆”效应的过早出现。为此，按照享有专利权的这种方法，聚乙烯试样在保持第一次变形得到的变形状态的情况下冷却之后，两拉紧的试样(无中部下垂现象)相对的两个边固定在两个相互固定不动的夹头上，同时把试样的一次变形度记录下来，在用电离辐射进行二次照射之后，将试样取下，然后对它进行二次加热。
为了提高测定方法的精度，按照本发明，聚乙烯试样经过一次照射之后，最好在所测小剂量(小于100千克伦琴)的范围内，于试样中加入辐射交联敏化剂。当二次照射试样时，在敏化剂存在的情况下，试样的二次非取向网格更加充分地交联，就是说，在二次照射剂量相同的情况下，加有敏化剂的试样中，二次网格横向键的密度较之不会敏化剂的试样要大。同时，敏化剂不会影响一次网格横向键的密度和键弹性。可见，电离辐射对试样进行一次照射之后，于试样中加入辐射交联(радиационногосшивания)敏化剂，可将二次照射吸收剂量的测量范围扩大到小剂量区域，并提高小剂量时的测量精度。
聚乙烯试样中加入的聚乙烯辐射交联敏化剂的数量为0.2～15%(质量百分比)。
作为敏化剂，可以使用邻二氯代苯和三丙烯基氰尿酸酯。
加入聚乙烯试样中的敏化剂最佳数量决定于上述原因在已经成型的聚乙烯试样中不能加入大量敏化剂。例如，在邻二氯代苯中的聚乙烯均衡膨胀的情况下，邻二氯代苯的最大加入量为15%(质量百分比)，由溶液成型的试样中加入的多功能单体的最大数量不超过百分之几(质量百分比)。实验已经证实，能够保证较之不会敏化剂的试样具有良好效果的敏化剂最小数量，应不少于0.2%(质量百分比)。
下面介绍实施本发明的具体例子。
例1 用压力铸造法，以低密度聚乙烯(密度为0.9185±0.0015克/厘米3，熔体的流动性指数为2.0±0.2克/10分，熔化点为376～383K)制取试样。试样尺寸长度为50毫米，宽度为10毫米，厚度为4毫米。
试样的一次和二次照射，在空气介质中，用同位素钴60γ辐射化学装置，在吸收剂量功率为1.5克伦琴/秒的条件下进行。吸收剂量同时用硫酸亚铁剂量测定系统加以检验。
一次照射用50千克伦琴的吸收剂量进行。然后对试样进行一次加热(加热到383K)并用拉伸法(拉伸到变形度100%)进行一次变形。继而在变形状态(不要去掉载荷)下将试样冷却到293K。之后，放入(被测的)电离辐射区，以0.25～7000千克伦琴的剂量加以照射。随后从电离辐射区取出试样，在443±10K的温度下，对试样进行二次加热，时间为5分钟(不施加外部载荷)，在加热过程中，试样将产生热收缩。根据试样的最终长度绘制其相对长度L/LO(这里，L-热收缩后的试样长度L0-一次变形后的试样长度)与二次照射时电离辐射吸收剂量的校正关系曲线。根据校正曲线来求每个试样电离辐射待测的吸收剂量值。
剂量测定法的精度，按照本发明，用10次测量结果再现的相对误差来描述，而这种误差在可靠性为0.99的条件下，可根据斯塔登特(CTbrogeHT)分布求出。将一批中全部试样的示数不同于来经二次照射的试样辐射吸收剂量作为电离辐射的最小剂量。对于一批中的全部试样仍可测出二次照射后热收缩的辐射吸收剂量，作为电离辐射的最大剂量。
例1以及以下各例所用测定方法的工作状态示于表1。例1以及各例所用测定方法的特性示于表2。
表1 序号工作状态、操作、物质例子 或参数的名称123 1α345 1试样的材料 低密度聚乙烯++- 高密度聚乙烯--+ 2一次照射吸收剂量，千克伦琴50200100 3一次加热温度，K383443443 4一次变形度，%100100800 5辐射交联敏化剂的含量， %(质量百分比)--- 6二次加热温度K443443443 +)有材料 -)没有材料或操作 接表1 序号例子 456789 167891011 1---+++ +++--- 210002002002005353 3573443443443443443 45100100100100100 5443443443443443443 6---1530.2 +)有材料 -)没有材料或操作 表2 序号技术特性例子 123 12345 1剂量为下列数值时(千克伦 琴)二次照射的测定误差，% 5±10±10±10 500±5±5±7.5 2二次照射的最大可测剂量， 200030002000 千克伦琴 3二次照射的最大可测剂量， 12.51 千克伦琴 4二次照射时最大容许介质 363363373 温度，K 接表2 序号例子 456789 167891011 1±10±5±5±5±5±7.5 ±5±4±4±5±5±5 2600030003000200020002000 351110.251 4373373473363363363 例2 测定方法和工作状态与例1相同，只是一次和二次照射是用电子能为0.7兆电子伏以及吸收剂量的功率约为103克伦琴/秒的电子辐射电子加速器进行的，一次加热温度为443K，一次照射的吸收剂量为200千克伦琴，而试样是用挤压法制成的，试样的原始尺寸长度为100毫米，宽度为7毫米，厚度为0.3毫米。
例3 测定方法和工作状态与例2相同，只是试验用试样是由高密度(密度为0.949～0.955克/厘米3，熔体的平均流动性指数为7.5克/10分，熔化点为398～405K)聚乙烯基混合物制成的，混合物中含有不稳定防蚀添加剂。此外，一次照射的吸收剂量为100千克伦琴，而一次变形度为800%。
例4 测定方法和工作状态与例3相同，只是一次照射的吸收剂量为1000千克伦琴，一次变形度为5%，一次加热温度为573K。
例5 测定方法和工作状态与例1相同，仅试样的材料按例3。一次照射的吸收剂量为200千克伦琴，而一次加热温度为443K。
例6 测定方法和工作状态与例5相同。不同之处在于二次照射时，于照射区中插入配备有热电偶的加热元件，将介质温度保持在423～473K之间。此外，二次照射时，先将试样垂直于一次变形方向相对的两个边固定在框架型带有夹具的金属框上，二次照射之后，从夹具上解下试样，然后对它进行二次加热。
例7 测定方法和工作状态与例2相同。不同之处在于一次变形后于试样中加入聚乙烯辐射交联敏化剂(邻二氯代苯)并在293K下于敏化剂中放置2小时，亦即放置到均衡膨胀的程度(约15%(质量百分比))。试样中的敏化剂含量用称重法测定。然后，在邻二氯代苯中对试样进行二次照射。对于二次照射，使用吸收剂量功率为1.5克伦琴/秒的同位素钴60γ辐射。之后，从邻二氯代苯中取出试样，对之进行二次加热，以后的操作与例2相同。
例8 测定方法和工作状态与例2相同，只是一次照射的吸收剂量为53千克伦琴。不同之处还在于一次变形之后，于试样中加入聚乙烯辐射交联敏化剂三丙烯基氰尿酸酯，其数量为3%(质量百分比)。加敏化剂时，先将试样放入三丙烯基氰尿酸酯的甲苯溶液并放置到均衡膨胀的程度(2小时)。溶液浓度为三丙烯基氰尿酸酯的40%(质量百分比)，溶液温度为333K。之后，从溶液中取出试样，干燥至恒重，继而在真空(10-1巴)中用同位素钴60对试样进行二次照射，以后的操作与例2相同。
例9 测定方法和工作状态与例8相同，只是加入试样中的敏化剂数量为0.2%(质量百分比)，溶液浓度为三丙烯基氰尿酸酯的5%(质量百分比)，溶液温度为293K。
电离辐卸剂量测定法，按照本发明，可保证电离辐射吸收剂量的高精度(在置信度为0.99的情况下，试样示值的再现误差为±5%)，因而按照享有专利权的剂量测定法，电离辐射的吸收剂量可通过吸收剂量值已知的一次照射与二次照射对聚乙烯试样作用度的比较加以测定，就是说，事实上是通过一次和二次照射对聚乙烯作用度之比测定的。
本发明的剂量测定法，可以使用工业用聚乙烯，在这种情况下，对每一批聚乙烯进行校正，因为聚乙烯中含有的伴生杂质，无论对一次照射或二次照射时聚乙烯的交联度都产生同样的影响。
此外，本发明的测定法，对于电离辐射吸收剂量具有宽大的测量范围(0.5～6000千克伦琴)且保证能在较高温度下(370～470K)测量电离辐射吸收剂量的可能性。
享有专利权的剂量测定法使试样经过一次照射和一次变形之后，可长期保存(不少于一年)，以后可以直接用在有待测量二次辐射吸收剂量的对象上，因为具有“形状记忆力”的聚乙烯的存放时间对于记忆效应的显现度没有影响。
在实现本发明的剂量测定法时，测量电离辐射吸收剂量的对象，不需要复杂的设备和专业知识很高的工作人员，因为实际上利用任何加热器或喷灯都可将试样加热到聚乙烯熔点以上，而试样直线尺寸可用卡尺或测量用直尺加以测量。
正如上面所指出的，按照本发明的剂量测定法，可以制造出聚乙烯探测器。
聚乙烯探测器，按照本发明的剂量测定法，可做成厚度为100～200微米的片状或块状。这类检测器的特点是使用简便，易于保存，使用时无需专用的工艺设备，且能检验从电缆、导线到复杂的异型产品等各种不同物体的照射情况。检测器对于1～107克/秒的吸收剂量功率、介于0.3～10兆电子伏之间的辐射能和水份是不敏感的，对于360K以下的温度也不大敏感。
本发明的剂量测定法，可以大幅度地调整聚乙烯探测器以适于所测照 当对聚乙烯牌号和工作条件进行最优选择时，本发明的方法可在置信度为0.95的情况下，以±2～3%的再现误差，在5-5000千克伦琴的范围内测量吸收剂量。照射区的容许温度范围为200～473。
权利要求
1、电离辐射剂量测定方法，用电离辐射来照射聚乙烯试样，然后将其加热至聚乙烯的熔化点上，在加热的情况下使试样变形，继而测量变形后的试样尺寸，再根据所得尺寸来判定试样吸收的电离辐射剂量，其特征在于在用电离辐射对聚乙烯试样进行上述照射之前，先用标准电离辐射试样，然后加热，使之变形，随后在保持变形状态的情况下进行冷却。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于用剂量为50～1000千克伦琴的标准电离辐射来照射聚乙烯试样，然后加热到383～573K，并使试样的变形量达到试样原尺寸的5～800%。
3、根据权利要求1或2的方法，其特征在于聚乙烯试样冷却后，在保持变形状态的情况下，将试样固定起来，同时记录下试样这一次变形的变形度，经电离辐射后，把试样解开。
4、根据权利要求1的方法，其特征在于用标准电离辐射对聚乙烯试样照射后，于试样中加入聚乙烯辐射交联敏化剂。
5、根据权利要求2的方法，其特征在于用标准电离辐射对聚乙烯试样照射后，于试样中加入聚乙烯辐射交联敏化剂。
6、根据权利要求3的方法，其特征在于用标准电离辐射对聚乙烯试样照射后，于试样中加入聚乙烯辐射交联敏化剂。
7、根据权利要求4的方法，其特征在于聚乙烯辐射交联敏化剂加入聚乙烯试样中的数量为0.2～15%(质量百分比)。
8、根据权利要求5的方法，其特征在于加入聚乙烯试样中的辐射交联敏化剂的数量为0.2～15%(质量百分比)。
9、根据权利要求6的方法，其特征在于聚乙烯辐射交联敏化剂加入试样中的数量为0.2～15%(质量百分比)。
全文摘要
电离辐射的剂量测定法在于，首先用标准电离辐射来照射聚乙烯试样，然后加热，使之变形并在保持变形状态的情况下予以冷却。继而用所需测量的电离辐射来照射聚乙烯试样，加热到聚乙烯熔点以上，在这种情况下，由于试样热收缩而发生变形，随后测量变形后的试样尺寸，根据这个尺寸来判定试样吸收的电离辐射剂量。
文档编号G01T1/16GK1043004SQ8810811
公开日1990年6月13日 申请日期1988年11月25日 优先权日1988年5月25日
发明者朱莉·米克海洛维奇·普莱斯卡切夫斯基, 薇拉迪米尔·帕特罗维奇·塞尔金, 维克多·万尼亚米诺维奇·斯米尔诺夫, 埃兰娜·包里索夫娜·杜勃瓦, 瓦里瑞·扎克哈罗维奇·高夫施坦, 嘎山·兹亚多维奇·高察里耶夫, 鲍利斯·伊萨可维奇·鲁宾, 夫拉迪米耳·尼柯拉维奇·阿德里克哈 申请人:苏联白俄罗斯科学院金属聚合系力学研究所, 鲁·扬·卡尔洛夫科学研究分院物理-化学研究所