GB/T 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

UDC614.876

F74

中华人民共和国国家标准

GB14055-93

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

Neutronreferenceradiationsforcalibrating

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neutron-measuringdevicesusedforradiation

protectionpurposesandfordeterminingtheir

responseasafunctionofneutronenergy

1993-01-04发布1993-07-01实施

中华人民共和国国家标准

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GB14055-93

Neutronreferenceradiationsforcalibratingneutron­

measuringdevicesusedforradiationprotectionpurposes

andfordeterminingtheirresponseasafunctionof

neutronenergy

本标准等效采用国际标准ISO8529—1989《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》。

1主题内容与适用范围

本标准规定了用于校准辐射防护水平中子测量仪表并确定其能量响应的中子参考辐射的性能要

求。

这些中子参考辐射的能量范围为热能至20MeV,最大中子注量率为lOScm"•sT（对应于能量为

IMeV中子的剂量当量率为1OOmSvhT）。

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本标准适用于以“剂量当量”校准中子测量仪表，也适用于以“标准人体组织”的“吸收剂量”和“比释

动能”校准中子测量仪表。

本标准对下列三种不同来源的中子参考辐射作了规定：

a.放射性核素源产生的中子,包括经慢化剂慢化的中子；

b.加速器带电子核反应产生的中子；

C.核反应堆产生的中子。

a类中子源主要用于仪表的常规校准,b类和C类中子源主要用于确定仪表的能量响应特性。

本标准还给定了下列四组量值之间的转换系数：

中子注量一剂量当量；

中子注量一带电子吸收剂量5

中子注量一光子吸收剂量；

中子注量一比释动能。

在校准辐射防护用的中子测量仪表并确定其能量响应特性时,必须根据特定的情况选择适当的参

考辐射和相应的转换系数。

2引用标准

GB4075密封放射源分级

GB4076密封放射源的一般规定

3术语

3.1中子注量

国家技术监督局1993-01-04批准1993-07-01实施

GB14055-93

中子注量©是dN除以da所得的商，即:

&N

0(1)

式中：0——中子注量,m7；

dN——入射到截面积为da的球体内的中子数。

3-2中子注量的谱分布.

中子注量的谱分布%是d0除以dE所得的商，即:

dG

%(2)

d£

式中：如——中子注量的谱分布，广•mT

d©——在能量E〜E+d£间隔内的中子注量增量。

放射性核素中子源的谱分布资料见附录A（补充件）。

3-3“中子注量”对“吸收剂量”的转换系数

“中子注量”对“吸收割量"的转换系数必是在不受被照物体干扰的某参考点上，吸收剂量除以中子

注量所得的商，即：

(3)

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式中：de——“中子注量”对“吸收剂量”的转换系数,Gy-mS

D吸收剂J量,Gy；

◎——中子注量,m~\

附录B（补充件）和附录C（补充件）中的转换系数按下列两种成分给出：

a.重带电子成分产生的吸收剂量，必；

b.iH（n,7）辽）反应中子俘获光子成分产生的吸收剂量，必。

对于同时发射7辐射的中子源，则由光子产生的总吸收剂量为入射7辐射与中子俘获光子两者所

产生的剂量之和。

3-“中子注量”对“比释动能”的转换系数

“中子注量”对“比释动能”的转换系数Ke,是在不受被照物体干扰的某参考点上，比释动能除以中

子注量所得的商，即：

K严箫

(4)

式中：K©——“中子注量”对“比释动能”的转换系数,Gy•mS

K——比释动能；Gy；

◎中子注量,m7。

3-5“中子注量”对“剂量当量”的转换系数

“中子注量”对“剂量当量”的转换系数％如是在不受被照物体干扰的某参考点上，中子剂量当量除

以中子注量所得的商.即

GB14055-93

he=f(5)

式中：屁——-“中子注量”对“中子剂量当量”的转换系数,Sv•应;

H——剂量当量,Sv；

0——中子注量,m

3-6中子源强度

某一给定时刻的中子源强度B是dN"除以dr所得的商，即:

(6)

式中：P—中子源强度,s-；

dN*——是在时间间隔dr内该源发射的中子数期望值；

dr时间间隔,S。

3-7剂量当量（谱）平均中子能量

在由放射性核素中子源发射中子的情况下，它是针对某一参考点的剂量当量谱求平均而得到的中

子能量，即：

£=罚Efi©(E)④EdE(7)

其中:国家标准ㅤ可打印ㅤ可复制ㅤ无水印ㅤ高清原版ㅤ去除空白页

H=［治

以上两式中：E——剂量当量谱的平均中子能量,MeV；

H剂量当量,Sv；

E——中子能量,MeV；

h®——中子注量对剂量当量的转换系数,Sv.m?；

尊——中子注量的谱分布,JT*m-寫

3-8角源强

在放射性核素中子源的情况下,角源强Bn是AB除以An所得的商，即:

(9)

式中：Bn角源强,s7•sr；

dB——是源在立体角dn内特定方向上发射的中子数。

3-9响应

某一中子探测仪表的响应R是M除以G所得的商，即：

R_M

R-可(10)

式中：M——该仪表指示的量值，或是根据仪表指示估算的量值;

G—是使仪表产生响应的量，通常G是待测的量值。

3

GB14055—93

4校准中子测量仪表用的中子参考辐射

校准中子测量仪表时，一般应选择表1中推荐的中子源提供的参考辐射。

4-1一般特性

4.1.1源的类型

表1中列出了推荐用于产生参考辐射的中子源及其主要特性。由于中子源强度及其比剂量当量率,

会随着源的结构特点及其放射性物质中的同位素杂质含量不同而发生变化，因此中子源生产厂家应按

本标准第4.1.2条及第4.3条的规定,分别制订相应的源封装技术要求及测定中子注量率各向异性的

方法。

"'Cf中子源内发射7辐射的裂变产物具有累积效应，故其比光子剂量当量率与源的年龄有关，但

是在最初20年内，其增量不超过5%。

4-1.2源的形状和封装

源的形状应当是球形或圆柱形；当源的形状是圆柱形时，其直径和长度最好大体相同。源的封装包

壳厚度应当均匀，并尽量薄。这些源应当遵守GB4075和GB4076规定的封装要求。

当2"Am-Be（a,n）源包在厚1mm的铅屏蔽层内时，源的光子剂量当量率将减弱到低于中子剂量当

量率的5%,中子剂量当量率产生的变化可以忽略不计（小于1%）。而在无铅屏蔽时，该源的光子剂量当

量率（主要来自能量为59.5keV的7辐射），有可能达到与其中子剂量当量率相近的水平。

表1用于校准中子测量仪表的放射性核素中子参考源

剂量当量（谱）的在距离Im处的比在距离Un处的比

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半衰期比源强

源平均中子能量"中子剂量当量率"光子剂量当量率3）"

aS7•IcgT

MeVSv•s7•kg*Sv.s-i・kg_i

252Cf

2.652.22.1X10"1.50.25

（重水慢化严

（球体直径300mm：

252Cf2.652.2.4X256.50.3P*

2】Am-B4322.81.6X10'5X10-201.9X10-"'

(a,n)

2】Am-Be

4324.6.6X10"'2X10T1.9X107

(a,n)

注：1）直径为300mm的重水球,外包厚度约为Imm的镉壳层。

2）剂量当量（谱）的平均中子能量参见3.7条定义。

3）对于2"Cf源,其值与源中含有的铜的质量有关;对于備基中子源，其值与源中含有《的活度有关。

4）暂行规定照射量对剂量当量的转换系数取为0.01SV/2.58X107C•kg-\

5）'源的钢密封包壳厚约为2.5mm。

4-2常规校准用的中子源特性

4.2.1源的类型

中子测量仪表的常规校准,应选用自发裂变源或2"Am-Be（a,n）源。通常'"Cf中子源具有高比

源强，因而其体积相对比较小。縮基中子源应由均匀压缩的氧化縮与钺（或硼）的混合物组成。也可使用

镐合金源。

4.2.2中子源强的谱分布

GB14055-93

附录A（补充件）给岀了本标准表1中推荐的放射性核素中子源的源强谱分布资料。其中2"cf自发

裂变源在lOOkeV-lOMeV能区内的中子源强谱分布Be可用下式描述：

(11)

式中：T——谱参数（常数），暂取为1.42MeV；

E——中子能量,MeV；

B——中子源强度,sT。

4.2.3'“中子注量”对“剂量当量”的转换系数

对于本标准推荐的放射性核素中子源,必须采用本标准附录B（补充件）中给岀的“中子注量”对“剂

量当量"的平均转换系数值屁计算其剂量当量。

4-3源产生的中子注量率

中子源发射的中子，通常是在以该源几何中心为原点的某个坐标系统中显出各向异性。圆柱体源在

方向（见图1）的角源强只依赖于0角，而与方位角a没有显著关系。角源强在0=90。附近变化最

小，应该选用这个方向进行校准。

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图1各向异性发射源情况下的坐标系统示意图

中子源强B及在d等于90。方向的角源强箸，必须由基准或标准实验室测定。

在9为90。方向取不大于14。,对应的立体角Afi为3.8X10-^sr„距源中心I处的中子注量率可

以表示为：

GB14055-93

心90。）=雳X召

(12)

式中：0——中子注量率,s7•m-2；

I——探测器灵敏中心至源中心的距离,m,

器——角源强,sT.sr。

由此式得到的中子注量率，还应对空气吸收、空气和周围物质的内散射效应进行修正。

4.中子源强度的校准

4-4-1制造厂供应的2"Am-Be（a,n）严Am-B（a,n）和中子源，应附有该源同位素成分的检验合格

证书；其源强在使用前必须由基准或标准实验室进行校准。由基准或标准实验室校准的中子源，通常可

以使其源强的不确定度达到1.5%左右（2）。

4.4.2随着时间的推移，这些領-镀中子源和縮-硼中子源的组分可能发生一些改变，从而使其中子源

强也发生相应变化。对这些铠基中子源应每隔5年重新校准一次。

4.4.3目前2"Cf半衰期的不确定度为士0.5%〜士0.7%。经过大约两个半衰期（即5年左右）以后，由

半衰期不确定度导致的中子源不确定度约为士1%,达到可以与最初校准时的不确定度相比较的水平。

因此亦应对252Cf中子源每隔5年重新校准一次。

4.4.4由于放射性衰变的影响，所有放射性核素中子源强必须进行衰变修正。

4.5辐照室

通常中子辐照室或刻度室具有厚墙（例如混凝土）屏蔽，设计辐照室时,在实际可行的范围内，应使

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室内尺寸尽可能大。房间散射和空气散射中子带来的修正量大小以及辐照场内辐射量的不确定度，都与

房间的尺寸紧密相关，所以必须根据特定的刻度室和中子源情况，确定散射中子的影响。

5用于确定中子测量仪表能量响应的参考辐射

在本标准中，专门指定多种参考辐射作为确定中子测量仪表能量响应特性之用。这些中子参考辐射

还可用于测定剂量率响应和角响应，也可用于中子测量仪表的常规校准。

这些参考辐射只能在某些专门实验室中得到，所以在此只叙述各类中子参考辐射产生方法的一般

原理。

5-1一般特性

表2列出了本标准推荐用于测定能量响应的14种中子能量的参考辐射及其产生方法。其中包括了

若干种具有窄谱分布的放射性核素中子源。

5.2反应堆产生的中子参考辐射

5.2-1一般要求

必须使用单向中子束进行校准。如果该中子束的直径比被校准的中子测量仪表的尺寸小得多，则可

用仪表在中子束中进行合适的横向扫描方法，以模拟宽束辐照。

5.2.2热中子束

5.2.2.1本标准规定，凡是能量低于镉截止能（对ImmCd为0.51eV）的中子，均称为热中子"。“真正

的热中子注量率”九，则是指由附录C（补充件）的转换系数推导出该剂量当量率所需的中子注量率。

注：1）包括低于镉截止能的某些超热中子的少量贡献。

5.2.2.2真正的热中子注量率必须由测量其谱注量率（例如采用飞行时间能谱法）直接测定;或者根据

定义由诸如金箔活化之类的方法测量的“约定中子注量率”确定，见附录D（补充件）。

对已知温度下的麦克斯韦（Maxwell）谱的特殊情况，可由1/v探测器测量到的活化产额直接求出

真正的中子注量率。

6

GB14055-93

表2用于确定中子测量仪表能量响应的中子辐射

中子能量

产生方法

MeV

反应堆中子或用加速器产生的中子，慢化

(热中子)

0.0005Sb-BeCZm)放射性核素中子源,水慢化

0.002ft过滤的堆中子束或用加速器通过45Sc(p,n严Ti反应产生

0.021Sb-Be(y,n)放射性核素中子源

0.024铁/铝过滤的堆中子束，或用加速器通过“0(p,n严Ti反应产生

0.144】）硅过滤的堆中子束或用加速器通过TCp,n)^He和?D(p,n)7Be反应产生

0.25用加速器通过TCp,n)^He和^IJ(p,n)^Re反应产生

0.565"用加速器通过T(p,n)3He和反应产生

1.2用加速器通过T(p,“)3He反应产生

2.5"用加速器通过T(p,n)^He和D(d..n)^He反应产生

2-貂用加速器通过反应产生

5.0用加速器通过rXd,n)^He反应产生

14.8**-'用加速器通过TCd,n)^He反应产主

19.0用加速器通过T(d,n)“He反应产生

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注：1)在这些能量点上的中子注量测量已进行过国际比对。

2)系加速器产生的中子，入射笊核能量为几百千电子伏。

5.2.2.3必要时，可对中子束进行过滤，以改善热中子产生的剂量当量与无用辐射(光子及能量高于镉

截止能的中子)产生的剂量当量之间的比例关系。

5.2.2.4利用反应堆热中子束校准中子测量仪表时，应当对热中子注量率进行监测(例如采用裂变

室)，以便对不同时间的注量率变化作出修正。

适合于测量热中子注量率的方法，包括金箔活化法，BFs或咀e正比计数管以及裂变电离室

法。

5.2.3反应堆的过滤中子束

5.2.3-1采用过滤的堆中子束以获得准单能中子辐射，就是利用某些物质的中子总截面在某个特殊能

量点(例如对Sc为2keV,Fe和Al为24keV,Si为1keV)存在着显著的相对极小值，即“中子窗”现

象。此外，在其他一些能量点上也还存在所谓“中子窗”现象。因此，必须对堆中子束的能谱进行测量，以

确定这些中子群的相对强度。

5.2.3.2由这种特定材料(尤其是Sc)制成的过滤器，必须安置在与反应堆堆芯成切线方向的中子束

管道内，以获得特定能量的准单能中子辐射。此外，还必须考虑其他中子群的影响。

5.2-3-3中子束能谱测量可采用反冲质子正比计数器和'He正比计数器。绝对测量低能中子束

24keV)的注量率可采用BF3或'He正比计数器，绝对测量较高能量的中子束(£„>24keV)可采用反冲

质子计数器。

5.2.3.4BFa和3He正比计数器还可用作中子注量率的监测器或标准传递仪器。

5-3光中子源

5.3-1餅傲源

iMSb-Be(7,n)源主要用于产生低能中子CE"=22.8keV)严Sb的半衰期为60.2+0.03d。此源还产

7

GB14055-93

生能量为378keV的另一群高能中子。计算得岀，此源高能中子注量率约为其低能中子的(3+0.8)%。

iMSb-Be(7,n)源得到的低能中子谱不是严格的单能谱,其中子能量随入射光子与发射中子之间的

夹角久而发生变化，中子能量分布符合(22.8+1.3cos<9")keV。此外，由于7辐射和中子在源材料及其

密封包壳中的多次散射,因而使其出射的某些中子发生能量降低。对于球形源，在考虑了所有散射过程

的条件下，采用Monte-Carlo计算方法,得岀此群低能中子的平均能量介于21〜21.5keV之间。

本标准推荐的「"Sb-Be(7,n)源的“中子注量"对“剂量当量”的平均转换系数值屁如下：

A®(1)=1.7X10-"Sv•cm'(适用于21-5keV中子)；

屁(T)=2.IXlO-nSvcmU适用于珈Sb-Be源整个中子谱)。

虽然高能中子(£„=378keV)对总注量贡献只占3%,但它对总的中子剂量当量的贡献约占23%。

而其光子剂量当量率约为中子剂量当量率的10U咅。

5.3.2慢化铺-皱源

5.3.2.1采用轻水慢化uWb-Be(7,n)源，可制成能量约为0.5keV的宽谱中子源。慢化用水层厚

40mm,外面再包一层"B当量厚度为1mm的吸收层。采用计算方法和猛浴测量法求得该慢化装置的中

子发射率约为“'Sb-Bea,n)裸源发射率的18%。

此外，裸源的高能中子(£„=378keV)成分也在此慢化源中形成第二群中子，其能量大体集中在

200keV附近。

5.3-2.2本标准推荐的慢化-Be(7,n)源的“中子注量”对“剂量当量”的平均转换系数几如下：

A®(1)=1.1X10~"Sv•cm%适用于0.5keV主群中子)；

Ao(T)=1.4X10-»Svcm^(适用于慢化i"Sb-Be源的整个中子谱)。

校准中子测量仪表时，必须考虑高能中子CE"~2OOkeV)的影响，并且该慢化源的光子剂量当量率

比中子剂量当量率约高105倍。国家标准ㅤ可打印ㅤ可复制ㅤ无水印ㅤ高清原版ㅤ去除空白页

5-加速器产生的中子

5.4.1_般要求

为要产生表2中给出的所有能量的中子辐射，需提供能量高达3.5MeV的质子和氟核的加速器。

如果只要求产生能量为2.8MeV和14.8MeV的中子，则利用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表时，必须对下列一些参数作岀评估：

a.带电子能量；

b.中子注量！

中子能谱；

散射中子影响；

e.靶的厚度及其使用历史。

5.4.2带电子能量