环境辐射测量

环境辐射测量（通用7篇）

环境辐射测量 篇1

摘要：依据JJF1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》方法和原理, 对环境地表γ辐射剂量率测量不确定度进行了评定:建立数学模型, 分析测量不确定度的来源, 得出相对扩展不确定度。

关键词：环境地表γ辐射,剂量率,测量不确定度

对测量数据不确定度的分析和估算是质量保证工作的重要内容之一, 测量结果的应用, 在很大程度上取决于其不确定度的大小。本文对环境地表γ辐射剂量率测量不确定度的评定进行了着重论述。

1 测量不确定度

测量不确定度是根据所用到的信息, 表征赋予被测量值分散性的非负参数[1]。根据各输入量估计值获得方法的不同, 不确定度分量可以用A类评定和B类评定两种不同的方法进行评定。测量不确定度的A类评定是指用统计方法对不确定度分量的评定;不确定度的B类评定是指用任何非统计方法对不确定度分量的评定, 即除了A类评定之外的所有其他方法都称为B类评定。

在国家质量监督检验检疫总局最新发布的《测量不确定度评定与表示》 (JJF 1059.1-2012) 中, 给出了用GUM法评定测量不确定度的一般流程[1]: (1) 分析不确定度来源和建立测量模型; (2) 评定标准不确定度; (3) 计算合成标准不确定度; (4) 估算 (或者评估) 扩展不确定度; (5) 报告测量结果。

2 测量不确定度分析

2.1 监测方法及测量仪器

监测方法的执行标准:GB/T14583-93《环境地表γ辐射剂量率测定规范》、HJ/T61-2001《辐射环境监测技术规范》

仪器:FH40G-L10 (主机) /FHZ672E-10 (探头)

2.2 测量不确定度的来源

按照国家相关规范[2,3], 综合考虑分析测量仪器、测量环境、测量人员、测量方法等方面因素, 环境地表γ辐射剂量率测量不确定度的来源主要包括测量时的各种随机因素使数据采集结果的不重复、仪器的校准因子、仪器固有误差等三个方面。其中, 测量时的各种随机因素使数据采集结果的不重复为A类不确定度, 其余为B类不确定度。

2.3 建立测量模型

在《环境地表γ辐射剂量率测定规范》中给出的环境γ辐射照射对人体产生有效剂量当量计算公式如下[2]:

式中, 为有效剂量当量, Sv; 为环境地表γ辐射空气吸收剂量率, Gy/h;为有效剂量当量率与空气吸收剂量率比值, 比值取0.7Sv/Gy;K为环境中停留时间, h。

考虑到仪器内置程序已将空气吸收剂量率转化成有效剂量当量率, 以及仪器校准因子的修正影响, (1) 式可化为:

3 测量不确定度的评定

3.1 测量重复性引入的不确定度

在同一条件下对环境地表γ辐射水平独立重复观测10次, 测量数据见表1。

单次测量标准差为:

根据贝塞尔公式, 多次测量平均值的标准差为:

即外照射测量的重复测量的不确定度, 相对标准不确定度。

3.2 校准因子的不确定度

校准因子的不确定度可以追溯到计量部门的检定报告中, 根据中国测试技术研究院给出的检定报告结果, 本次测量使用仪器校准因子的相对扩展标准不确定度为Urel (CF) 4.5% (k=2) , 则其相对标准不确定度urel (CF) =0.0225。

3.3 仪器固有误差

仪器固有误差是指测量仪器在参考条件下所确定的测量仪器本身所具有的误差, 主要来源于测量仪器自身的缺陷, 如仪器的结构、原理、使用、安装、测量方法及其测量标准传递等造成的误差 (包括自身本底) 。根据中国测试技术研究院提供的检定报告, 本次测量使用仪器的固有误差Δ为-12%, 测量值落在该区间内的概率分布为均匀分布, 则其相对标准不确定度 (不确定度只取正值) 。

4 合成不确定度的评定

4.1 相对合成标准不确定度

在计算合成标准不确定度时, 除了要确定不确定度各分量值外, 还要考虑各分量之间的相关性。以上因素构成的不确定度的分量互不相关 (见表2) , 按照所建立的数学模型, 对不确定度的分量进行合成, 求出相对合成标准不确定度:

4.2 相对扩展不确定度的评定

相对扩展标准不确定度是确定测量结果区间的量, 合理赋予被测量之值分布的大部分可望含于此区间[4]。相对扩展标准不确定度是合成标准不确定度与包含因子的乘积。值的选用取决于被测量的重要性、效益和风险, 一般取2或者3。当涉及工业、商业及健康和安全方面的测量时, 如果没有特殊要求, 一律报告扩展不确定度, 一般取k=2[1]。此次测量的相对扩展不确定度为:

5 结语

5.1由以上各种不确定度的计算分析发现, 环境地表γ辐射剂量率测量不确定度来源主要包括:测量时的各种随机因素使数据采集结果的不重复、仪器的校准因子、仪器固有误差等三个方面;其中, 仪器固有误差是影响本次测量不确定度的主要因素。

5.2本次测量的相对扩展标准不确定度为15% (k=2) , 满足《环境地表γ辐射剂量率测定规范》中规定的环境地表γ辐射剂量率测定的总不确定度应不超过20%的要求。

5.3环境地表γ辐射剂量率测量不确定度的评定不是一成不变的, 要根据实际测量情况进行具体分析。例如, 当测量结果需要扣除宇宙射线影响时, 就要将扣除宇宙射线时带来的不确定度考虑进去。

参考文献

[1]国家质量监督检验检疫总局.JJF1059.1-2012测量不确定度评定与表示[S].北京:中国标准出版社, 2013:4, 8-9, 24.

[2]国家环境保护局, 国际技术监督局.GB/T 14583-93环境地表γ辐射剂量率测定规范[S].北京:标准化出版社, 1994:4.

[3]国家环境保护局.HJ/T 61-2001辐射环境监测技术规范[S].北京:中国环境科学出版社, 2001.

[4]国家质量监督检验检疫总局, 国家标准化管理委员会.GB/Z22553-2010利用重复性、再现性和正确度的估计值评估测量不确定度的指南[S].北京:中国标准出版社, 2010:2.

环境辐射测量 篇2

为了避免患者在接受X线影像检查时遭受过多的辐射危害,目前国内对医用诊断X线机的辐射剂量采取强检措施,所使用的X线剂量计每年需要在标准辐射条件下校准一次。本研究采用标准剂量计对建立的X线辐射场进行了测量,按照GB/T12162.1—2000《用于校准剂量仪和剂量率仪及确定其能量响应的X和γ参考辐射第1部分:辐射特性及产生方法》的要求计算辐射场的均匀性,按照JJF 1033—2008《计量标准考核规范》标准的要求计算稳定性和重复性,并将计算结果与IEC 61267:2004《Medical diagnostic X-ray equipment radiation condition for use in the determination of characteristics》的要求进行比较,对辐射场进行评定,现报道如下。

1 均匀性测量

1.1 均匀性

辐射场均匀性表示在应用平面上的辐射剂量的一致性,GB/T 12162.1—2000中4.5.2对辐射场的均匀性作出了定义。在选定的应用范围内,确定测量点,对每一测量点在整个探测器灵敏体积上测量空气比释动能率,测量计算得到的在应用平面上的空气比释动能率的变化称为均匀性,标准条件辐射质的均匀性不应超过5%[1]。在测量辐射场均匀性时,先根据使用要求在应用平面上确定一个区域,再在区域内选取若干测量点,测量其空气比释动能的值,按公式(1)计算空气比释动能率的相对变化作为均匀性的测量结果:

式中,Er为辐射场的均匀性,Kmax为测量区域内空气比释动能的最大值,Kmin为测量区域内空气比释动能的最小值,K軍为测量区域内空气比释动能的平均值。

1.2 测量区域的确定

在标准辐射场均匀性测量前,首先必须确定测量区域,测量区域的确定必须满足实际使用的需要。实际使用中包括2种情况,一种是使用辐射场对被校准设备进行校准,另一种是使用标准剂量计对辐射场进行刻度。这2种情况下使用的辐射检测器件可能不同,目前诊断X线辐射场测量使用的电离室直径较大的约为50 mm,较小的尺寸为毫米级。测量传感器一般采用半导体器件。因此,本研究以原点为中心,选取52 mm×52 mm的正方形区域作为测量区域,测量点之间的间距为2 mm,测量点的布置采用平面上间隔2 mm的点。如果设测量点为(x,y),其中x={-26,-24,-22,…,0,…22,24,26},y={-26,-24,-22,…,0,…22,24,26}(单位均为mm),则测量点Z={x,y}共有729个测量点。

1.3 传感器及X线发射条件的确定

目前用于X线辐射剂量的测量器件主要有2种:空气电离室和半导体传感器[2]。空气电离室是利用电离辐射的电离效应测量电离辐射的传感器,半导体传感器是用半导体制成的将射线能量转换成电信号的探测器。均匀性测量要求对被测范围内所选取的位置点的剂量进行测量,测量传感器体积越小,测量的结果越能体现该点的实际辐射剂量值,还要求测量设备能够满足稳定性要求,对于测量值的绝对量值是否准确要求不高。因此我们选择半导体传感器作为测量器件,采用了目前市场上应用较广的RTI Electronics公司的半导体辐射探测器R100。

测量所使用的辐射条件需要具有代表性,从目前使用的建标标准[3]和测量标准(或规程)[4]中可以看到,70 k V的辐射条件是每个标准都涉及的重要条件,因此,我们将管电压设定为70 k V[5]。目前医院所使用的DR设备的电流时间积输出范围在1~320 m As,常用的范围一般都小于30 m As[6],常用的电流时间积范围在5~20 m As[7],结合标准辐射源装置的实际技术参数,我们选定采用80 m A管电流和200 ms曝光时间,实际的电流时间积值为16 m As。

1.4 辐射场空气比释动能的测量

把传感器固定在双向移动平台上,打开激光标线,确定辐射场中心位置,调节双向移动平台,使传感器中心和激光标线中心重合。在此点进行3次曝光测量,记录3个测量数据;移动传感器2 mm到临近的下一个点,曝光3次,测得3个数据。重复上述操作,直到完成729个测量点的测量,测量结果中的最大值为74.12 p C,最小值为70.59 p C,平均值为72.839 4 p C,测量结果的数据分布如图1所示。根据公式(1)计算出辐射场的均匀性为4.85%,小于5%,满足建立标准辐射场的要求。

2 重复性测量

2.1 辐射场的重复性

辐射场的重复性是指在相同条件下,用标准剂量计对辐射场进行测量,所测得的观测值的实验标准差s(y)表示在相同辐射条件所能提供相近似示值的能力。重复性测量的相同条件包括测量程序、人员、仪器、环境等。因此,必须在尽量短的一段时间内完成重复性测量。在计算时通常用一组测量结果yi的实验室标准差s(yi)来表示[8]。若测量得到的数据为yi(i=1,2,…,n),则其重复性s(yi)为

式中,为n次测量结果的算术平均值;n为重复测量次数,应尽可能的大,一般应不少于10次。

2.2 标准辐射条件RQR5的重复性测量

将标准剂量计的电离室置于应用平面与辐射场中心轴的交点上,电离室的中心点与激光标定点重合,曝光条件设置为:管电压70 k V、管电流50 m A、曝光时间1 000 ms。在相同条件下每半月对空气比释动能进行10次独立重复测量,按照公式(2)计算其重复性,测量结果见表1。取测量结果最大值作为最终的重复性测量结果,则重复性的最终测量结果为0.50%。

3 稳定性测量

3.1 稳定性的概念

在计量标准考核中,计量标准的稳定性是指用该计量标准在规定的一段时间间隔内测量稳定的被测对象时所得到的测量结果的一致性。也就是说,计量标准的稳定性除与计量标准中计量标准器的稳定性有关外,还与其主要配套设备在内的测量系统的稳定性有关。

对于已建计量标准,选择稳定的被测对象,每年同一时间用该计量标准进行一组n(n≥10)次的重复测量,取其算术平均值作为测量结果[9]。以相邻2 a的测量结果之差作为该段时间内计量标准的稳定性。

3.2 稳定性的测量

曝光条件设置为:管电压70 k V、管电流50 m A、曝光时间1 000 ms。将电离室的中心点置于应用平面与基准轴的交点上,在较短时间内采用相同条件进行一组10次独立的重复测量,每隔一个月进行一组测量,共测量6次,计算稳定性。测量结果见表2。

3.3 稳定性的判定

依据“标准的建立与保持”规程JJF 1033—2008《计量标准考核规范》,对于已建标准的稳定性判定需要符合2个条件:变化量随机没有趋向;组间变化量小于标准的不确定度[10]。对实验的测量数据进行分析,6组数据随机变化,没有趋向性;标准规定的扩展不确定度为3.0%(置信因子k=2),即合成不确定度为1.5%,而组间的最大相对变化量为0.53%,小于合成不确定度。因此本标准装置的稳定性符合要求。

4 结论

本论文依据IEC 61267:2004《Medical diagnostic X-ray equipment radiation condition for use in the determination of characteristics》及JJF 1033—2008《计量标准考核规范》,采用标准剂量计对已建辐射场进行了测量,分析计算了其均匀性、重复性和稳定性,证实该辐射场各测量参数满足标准要求。同时针对RQR5进行了测量、计算和评定,此方法同样可以用于其他辐射质的测量和评定。

参考文献

[1]用于校准剂量仪和剂量率仪及确定其能量响应的X和γ参考辐射第1部分:辐射特性及产生方法:GB/T 12162.1—2000[S].北京:中国标准出版社,2000.

[2]刘俏.医用诊断X射线辐射源空气比释动能测量结果的不确定度评定[J].中国计量,2014(4):90-91.

[3]Medical diagnostic X-ray equipment radiation condition for use in the determination of characteristics:IEC 61267:1994[S].

[4]医用电气设备X射线诊断影像中使用的电离室和(或)半导体探测器剂量计:GB/T 19629—2005[S].北京:中国标准出版社,2005.

[5]医用诊断X射线辐射源:JJG 744—2004[S].北京:中国标准出版社,2004.

[6]刘晶磊.医用诊断X射线机检测与评价[J].中国卫生工程学,2001,1(3):143-148.

[7]曲良勇.数字X射线摄影设备(DR)曝光条件与剂量学参数相关性研究[J].中国辐射卫生,2010,19(3):279-281.

[8]邢菁.计量标准装置测量重复性考核和稳定性的测试[J].计量与测试技术,2005,32(10):12-13.

[9]马世英.计量标准的测量重复性考核和稳定性考核[J].中国计量,2007(2):34-35.

太阳散射辐射测量装置的设计 篇3

针对太阳能利用方式的不同,需要对太阳能直接辐射和散射辐射资源的储量和分布进行精确的分类观测与评估。在全自动太阳跟踪器上安装遮光装置,能够对散射辐射进行自动测量,避免人工调整和计算散射时的遮光系数的修正[1],实现太阳散射辐射的自动测量。

1 太阳散射辐射测量装置工作原理

为了测量太阳的散射辐射,须在全自动太阳跟踪装置上安装遮光装置,借助于该装置将太阳直接辐射从传感器上遮去。要使遮光球时时遮住总辐射表被遮光面[2],遮光球必须以总辐射表被遮光面中心为球心,跟随太阳位置的变动绕该中心旋转,为此采用与全自动太阳跟踪装置联动的平行四边形机构,如图1所示。平行四边形具有这样一个特点,即以任意两条邻边的节点为轴改变平行四边形的形状,其两条平行边始终保持平行。

遮光球在两个方向的运动都必须以总辐射表的被遮光面的中心为转动轴心。在太阳跟踪装置的设计中,总辐射表安装在全自动太阳跟踪装置赤纬轴驱动箱的箱顶平台上,该平台可以提供满足要求的时角轴方向的转动。为了实现实时对太阳的遮光,采用平行四边形机构来解决的是赤纬轴方向的转动。

2 太阳散射辐射测量装置的设计

根据遮光原理图1。遮光装置设计如下:

a) 铰链A为固定铰链,即与机架相连;

b) BE(即遮光杆)为一个构件;

c) 各长度关系:AB=EF,BE=AF,由此可知ABCD组成一个平行四边形机构;

d) 由于A为固定铰链,所以B点绕着A转动,这时BE杆作围绕D点的转动。

e) 根据平行四边形机构的特点可知,如果测量仪表F的位置安放在全自动太阳跟踪器箱体上面,并且遮光球E的位置确定必须满足BE=AF的长度要求;理论上保证E点永远围绕F点转动。也即是说A、F分别是B、E点运动的圆心;

f) 由于AB、EF永远是平行的,且永远保证与太阳的光线平行,所以遮光板永远能够保证遮挡住玻璃罩。

根据对称原理,设计得到遮光装置如图2所示。

2.1 遮光球的大小

由上面的遮光原理可知,在跟踪太阳的运动中,无论太阳处于什么位置,都要求遮光球能准确地遮住直射到仪表上的阳光。阳光理论上永远是与遮光球支撑杆(遮光杆)平行的。由于太阳的光线是平行光,所以理论上只要遮光球的直径等于最大的测量仪表的直径即可。

图3例举了太阳跟踪器在运行15°、30°、45°、58°、75°时,阳光被遮光球遮挡,仪表上得到遮光球影子后投影的不同情况。

从图3可以看出,若保证测量仪表上均是遮光球的影子,没有阳光,只要使遮光球的最外圈与测量仪表的最外圈是相切关系就可以达到。也就是照射到仪表最里面的阳光与测量仪表的外表面保持相切。根据平行四边形机构的特点,只要仪表的位置确定了,遮光球的位置便随之确定。遮光仪表与遮光球的中心点之间必须保证与平行四边形的一边长度相等并且平行。因为这时在原有平行四边形机构的控制下,在四杆机构的运动中,能够永远保证是平行四边形的状态。

2.2 遮光杆的设计

遮光球是遮光机构的附件之一,遮光球大小的计算与测量仪表的几何关系如图4。图4中R—遮光球的半径; r—测量仪表的半径; L—遮光杆长度; a—敞开角; b—斜角;

根据图4(a)可以得到:

$\tan \frac{a}{2}=\frac{R}{L}$ (1)

世界气象组织规定5°≤a≤11°,因此

$\tan \frac{5°}{2}\le \tan \frac{a}{2}=\frac{R}{L}\le \tan \frac{11°}{2}$ (2)

预使遮光球最大可能的遮住直射阳光,世界气象组织规定b≤1°,由图4(a)可知

$\tan b=\frac{R-r}{L}$ (3)

r的大小由测量仪表本身确定,对于一般总辐射表,r=30 mm。因此

$\frac{R-30}{L}\le \tan 1°$ (4)

由式(4)可知R≤0.017L+30,即30≤R≤0.017L+30。

由于太阳的光线是平行光,所以理论上只要遮光球的直径等于最大的玻璃罩的直径即可。但是由于安装制造过程中误差是不可避免的,所以根据安装制造的精度,必须使得遮光球的直径大于玻璃罩的直径[3],制造精度越低则应该选取的遮光球的直径就越大。取R的最大值0.017L+30,经过计算式(3)。

1 144.78≤L≤380.50。

在L和R的选取中,应考虑材料的强度,所以应首先选取L,原则是保证材料不发生明显颤动。选取L=580 mm,经验算满足各项要求。

2.3 齿形带设计

齿形带传动属于啮合型带传动,工作时带与带轮之间不会产生相对滑动,能够获得准确的传动比,因此它兼有带传动和齿轮啮合传动的特性和优点[4]。为便于测量仪表的安放,经过减速的赤纬轴输出设计为齿形带轴(如图5),通过该轴带动主动齿形带轮转动,遮光杆用稳定可调的方式固定在齿形带的从动轮上。由此遮光杆的回转中心既是从动带轮的回转中心,又因为所有测量仪表的中心都与两个齿形带从动轮的回转轴线重合,所以遮光球能实时遮住测量仪表。

2.3.1 确定计算功率,选取带型

Pd=KAP=0.06 kW。

选取齿形带的带型为L。

2.3.2 确定齿数z,节圆直径dp1

查表得到带轮的齿数为12。

带轮节圆直径$d{}_{p1}=\frac{{\rm P}{}_b{\rm Z}{}_1}{\text{π}}=36.38$。

2.3.3 确定轴间距a,带的节线长度Lp及齿数Zb

初定轴间距a0:1.4dp1≤a0≤4dp1 即50.93≤a0≤145.52;

初定节线长度Lp0=2a0+πdp1;

查表得到Lp=314.33; Zb=33。

3 太阳散射辐射测量装置的整体建模与仿真

用于测量太阳散射辐射的遮光装置,主要由箱体1,底板2,传动机构3,遮光框架4、遮光球5和总辐射表6组成,其中箱体1内部是全自动太阳跟踪装置的系统结构7,如图6所示。

将经过减速的赤纬轴71输出设计为齿形带轴31,通过该轴带动主动齿形带轮32转动,遮光杆用稳定可调的方式固定在齿形带的从动轮33上,从而将全自动太阳跟踪装置的赤纬轴运动转换为遮光装置的赤纬轴运动。将总辐射表6安装在遮光机构的底板2上面,而遮光机构的底板2安装在由赤纬轴驱动的箱体1上面,这样来实现遮光机构的时角轴方向的转动。测量太阳散射辐射的遮光装置是在安装全自动太阳跟踪装置上的,利用遮光装置将太阳的直接辐射从传感器上遮去,从而进行太阳散射辐射的测量。遮光球5的运动必须分解为跟踪太阳的赤纬轴运动和时角轴运动,这两个方向的运动都必须以总辐射表6的被遮光面的中心为转动轴心。将总辐射表6固定在全自动太阳跟踪装置的箱体1上,而全自动太阳跟踪装置的箱体1可以提供满足要求的时角轴方向的运动,从而实现遮光装置的时角轴运动。遮光机构的赤纬轴31转动则是通过传动机构3将直接辐射表赤纬轴71的转动转换而得到的。遮光杆41的回转中心是从动带轮33的回转中心,而所有总辐射表6的中心都与两个齿形带从动轮33的回转轴线重合,这样保证遮光杆指向太阳,则就能保证遮光球5遮住总辐射表6。利用Pro/E的机构仿真得到遮光球的运动轨迹如图7所示,基本符合太阳的运动轨迹。

4 结论

一种简单方便的测量太阳散射辐射的遮光装置,可与全自动太阳跟踪器连接在一起,能够代替现有的遮光环装置,实现太阳散射辐射的自动测量。通过利用直接辐射表赤纬轴的转动来实现遮光装置赤纬轴的转动,整个遮光装置放置在全自动太阳跟踪器外壳上,从而实现光装置时角轴的转动。测量太阳散射辐射遮光装置采用齿形带传动在实现平行四边形结够的同时也更好地保证了精度。

摘要：为实现太阳散射辐射的自动测量,设计一种简单方便的测量装置。该装置可与全自动太阳跟踪器连接在一起,代替现有的遮光环装置。太阳散射辐射测量装置通过利用直接辐射表赤纬轴的转动来实现遮光装置赤纬轴的转动,整个遮光装置放置在全自动太阳跟踪器外壳上,实现遮装置时角轴的转动。整个装置采用齿形带传动,在利用平行四边形结构的同时也更好地保证了精度。

关键词：散射辐婶,测量,设计,齿形带

参考文献

[1]王尚文.混合双轴太阳自动跟踪装置的研究.可再生能源,2007;25(6):10—13

[2]吕文华.全自动太阳跟踪器的研制和应用.光学精密工程,2008;16(12):2544—2549

[3]王炳忠.总日射表自动遮光装置.太阳能学报,1986;7(3):345—348

[4]倪森寿.机械基础.北京:高等教育出版社,2000

[5]Pro/ENGINEER野火版自学手册.北京:人民邮电出版社,2008

环境辐射测量 篇4

电磁辐射是变化的电场和变化的磁场相互作用而产生的一种能量流的辐射。高压输变电工程包括高压输电线路和变电站, 电压等级主要包括35~220k V的高压、330~750k V的超高压和1000k V级以上的特高压。运营期对环境的主要影响为工频电场强度、工频磁感应强度、环境噪声影响。当环境中电磁辐射水平达到一定程度时, 就会对周围的人和设施产生危害, 包括对人体及生物的热效应和非热效应、对用电设施或周围信号系统产生影响和干扰。世界卫生组织 (WHO) 和国际非电离辐射防护委员会 (ICNIRP) 在研究与各种形式的非电离辐射有关的公害及其处理有关非电离辐射保护问题方面做了大量工作[1]。而公众对环境中工频电场强度、工频磁感应强度的增加给环境的影响程度和对公众健康以及影响等日常生活产生的干扰情况十分关注。输电线路产生的工频电场强度与电压等级、导线形式、排列方式、对地高度等因素有关, 主要特点是在地面0~2m空间范围内, 近似均匀分布;场强最大值一般出现在边导线外附近, 随着与边导线之间距离的增加, 其电场强度迅速降低, 空间任意一点场强大小和方向随时间周期性变化。输电线路产生的工频磁感应强度与导线中电流大小和导线布置方式、导线对地高度等因素有关。主要特点是磁感应强度随用电负荷变化而变化;随着与输电线路之间距离的增加而强度迅速下降, 且比电场强度下降快。随天气条件变化而变化, 如交流高压输电线路雨天天气条件下场强最大, 随海拔高度变化而变化, 高度增加时干扰值亦增加。110k V输变电工程设施电磁辐射水平国家无相关标准限值, 根据我国有关单位的研究成果、送电线路设计规定和参考各国限值, 推荐暂以4k V/m作为居民区工频电场评价标准, 推荐应用国际辐射保护协会关于对公众全天辐射的工频限值0.1m T作为磁感应强度的评价标准。根据以上限值评价高压输变电工程设施运营期电磁辐射环境质量是否符合国家要求, 以减少对公众和环境影响。监测时必须注意选择具有代表性的合适点位布点监测, 注意监测中的质量控制。

变电站围墙外环境的电场强度水平主要取决于变电站带电构架的布置情况及其对地高度、与变电站围墙距离及围墙自身高度等因素, 围墙外的工频磁感应强度主要由架空线路产生。

1 电测辐射特征

输变电系统的基本电气设备主要有导线、变压器、开关设备、高压绝缘子等, 保护设备主要有互感器、继电保护装置、避雷器等, 在变电站还有电力电容器和电力电抗器等。我国电力系统的电源工作频率为50Hz, 根据 λ=u/f (式中u为光速, 取3x105km/s;f=50Hz;λ 为波长) , 则计算波长达6000km。当电磁系统的尺度和工作波长相当于该系统向空间发射电磁能量, 输变电设施的尺寸远小于这一波长, 构不成有效电磁能量发射, 周围电磁场彼此独立、没有联系。当电力设施带电, 沿导线到地面高度的空间范围内电位分布呈指数衰减分布, 在人体活动的地面高度, 以导线下方地面投影点原点沿垂直线路方向, 其电场强度按距离的倒数迅速衰减。电气设备运转时, 电流便在周围空间产生磁场, 磁感应强度随着与载流导体距离的增加而迅速衰减, 在变电站围墙外由变电设备产生的磁场水平已很低。变电站周围的工频电磁场最大值是由进站和出站的电力线所产生, 变电站内部的变压器、电抗器和电容器组等产生电磁场强度随距离增加迅速减小, 而变电站外电磁环境受进出线的影响很大, 变电站围墙外的电场水平主要由带电构架布置、对地距离、与围墙距离及围墙自身高度等决定。已有研究表明[1], 110k V户外布置式变电站, 较高的工频电场由高压架空进出线路产生, 在架空进线下方局部区域内, 最大值低于0.5k V/m, 较高的磁场同样由架空进线产生。

输电线路产生的工频电场强度与电压等级、导线形式、排列方式、对地高度等因素有关, 主要特点是距地面0~2m空间内近似均匀分布;场强最大值一般出现在边导线外不远处, 且随线路之间距离增加, 电场强度迅速降低;空间任意一点场强大小和方向随时间周期性变化, 输电线路产生的工频磁场强度与电流大小、布置方式、对地高度等因素有关, 主要特点是强度随用电负荷变化而变化;随着与输电线路距离增加, 强度快速下降, 且较电场相比下降更快;通常不会由于物体存在发生畸变。

2 电磁辐射监测

2.1 监测点位布设

根据文献[3]至[6], 高压输电线路的工频电磁场监测点位是在线路走廊两侧30m带状区域内布点监测, 在测试路径上分别以2nm处测量, 其中n=0, 1, 2, ...11 等正整数。对变电站的工频电磁场监测点位是在以变电站为中心半径500m的范围内布设。具体监测点位布设时, 送电线路的工频电磁场监测点位是以线路档距中央导线弛垂最大处的地面投影点为测试原点, 沿垂直于线路方向每间距5m布设一个监测点, 顺序测至边相导线地面投影点外30m处, 分别测量离地面1.5m高度处的电场强度垂直分量和磁感应强度垂直分量及水平分量。变电站的工频电磁场监测点位的测量选择在高压进出线处一测, 以围墙为起点, 测点间距为5m, 依次测至500m处为止, 分别测量离地面1.5m高度处的电场强度垂直分量和磁感应强度垂直分量及水平分量。

2.2 监量仪器和方法

测量工频电磁场时分别测量离地1.5m处的电场强度垂直分量、磁场强度垂直分量和水平分量。具体监测仪器和方法如表一所示。

3 监测结果

下面以目前最常见的110k V输变电工程监测为例, 具体监测结果如表二至表五所示。

从监测结果可知, 输变电工程设施附近的工频电磁场强度均满足国家相关标准和限值要求[4,5,6]。

4 影响测量结果的关键问题和质量保证措施探讨

4.1 关于监测点位布设

电磁辐射测量点位要选在人员经常活动的地方。变电站内测量点位应选在人员巡视走道、控制楼和其他电磁敏感点;测量高压设备附近工频电场和磁场时探头应分别距离设备外壳2.5m和1m远, 并在周围测出最大值。围墙外的电磁场强度测量应选在无进出线或远离进出线的围墙, 且距围墙间隔5m, 测至50m处。输电线路测量应选在导线档距中央弧垂最低位置横断面方向间隔5m, 测至50m处。以上测量间距主要考虑到电磁场的变化幅度, 测量距离主要考虑到工频电磁场的影响范围和程度。关于变电站和高压输电线路附近民房等敏感点的测量选点要考虑两个方面因素, 一是要选择附近群众对电磁辐射影响反映强烈和不理解的住户和居民点, 二是要选择属于环评范围[2]的居民点。具体测量点位应选在民房室内和室外, 寻找出最大测量值, 包括在阳台、屋顶平台等处布点测量。变电站围墙外和高压输电线路衰减断面测量应分别以围墙外电场和磁场测量最大值为起点, 在垂直围墙方向和线路导线档距中央弧垂最低位置横断面方向测量, 相邻两点距离5m为宜, 测至50m处, 以判断工频电磁场强度随着距离增加而衰减的情况。同时注意被测量电场的均匀性, 因为测量仪器是在均匀电场中校准的, 在不均匀电场测量会引起一定测量误差。

因而测点附近应无高大建筑、树木、杂物存在, 以免引起测点电场畸变和测量范围以外的可能受影响的大型军用设施。输电线路附近工频电磁场强度随离地高度的增加先增大, 后减小, 因此若监测范围内存在高层居民住宅或高层办公楼等环境敏感点, 应监测输变电设施在不同高度的电磁场强度, 以便更加全面准确评价环境影响是否超过标准限值, 不宜只预测距地1.5m处电磁场强度值。

4.2 关于工频电磁场强度测量问题及质量保证措施

室外测量需在晴天进行, 环境湿度应在80%以下, 以避免通过仪器支架泄漏电流。要防止测量时仪器电极倾斜, 只有当场强仪表两电极分界面与被测电场垂直时才能正确显示被测场强值, 所以测量时要使仪器电极不得倾斜, 并调整测量电极方向, 使场强指示最大值, 测量仪器若非全向探头的应改变探头方向以寻找空间矢量的方向;测量人员尽量远离测量电极, 当操作人员靠近测量电极时场强表数值会发生明显变化, 操作人员一般应远离电极2m以上, 实验证明人对仪器的影响可忽略不计。测量时附近的磁性材料或导电物体对测量结果影响较大, 它们离测点的距离要大于该磁性材料或导电物体最大尺寸的3 倍以上, 具体距离应视测点情况进行试验。

4.3 关于测量值和理论计算值之间误差的探讨

往往测量值和理论计算值有较大误差, 其原因是多方面的, 如输电线路的电磁场强度值与电压等级、线路中电流强度大小、线路布置方式、导线对地高度等, 变电站带电设施的布设位置、变电站围墙与带电设施的距离等等。经常会出现的问题是监测时导线电流强度不是计算时所用的最大电流强度参数, 以及变电站由于设施电磁辐射的相互影响, 很难理论计算站界处的电磁辐射影响程度, 因此, 这都可能导致与理论计算值与实际测量值的较大偏差。我们主张在新建项目环境影响评价时对输电线路的电磁辐射环境影响既应进行理论电磁辐射影响计算又应进行类比测量, 并对数据进行对比讨论, 选取最大电磁辐射有关数据作为环境影响参数是十分必要的。对于变电站电磁辐环境影响要合理选择类比对象进行测量, 用类比对象测量数据代替新建项目建成后对周围环境的电磁辐射影响, 类比对象选择必须注意低压等级、站内实施布设的一致性、围墙与站内设施距离大体相同等可比性条件。当理论计算值或者类比测量值比较接近有关限值时, 必须慎重处理对待, 反复对数据进行测量验证, 确保环境安全。

5 结束语

高压输变电工程对环境的主要影响是工频电场强度、工频磁感应强度对环境的影响, 测量时必须严格按照国家有关规范布点和测量。注意测量值和理论计算在误差太大时的类比验证工作。目前国内不同电压等级的输变电工程在严格按照设计规范设计和施工, 其对环境的电磁辐射影响基本能够满足国家相关标准和限值。

摘要：本文针对高压输变电工程环境主要影响因子工频电磁场的测量和测量中关键问题进行了探讨, 提供了110k V输变电工程设施环境电磁辐射监测结果, 对高压输变电工程电磁辐射环境监测及其管理具有参考价值。

关键词：高压输变电工程,测量,工频电场强度,工频磁感应强度,环境影响

参考文献

[1]杨新村, 沈江, 傅正财, 等.输变电设施的电场、磁场及其环境影响[M].北京:中国电力出版社, 2007.

[2]HJ24-2014.环境影响评价技术导则输变电工程[S].北京:中国环境科学出版社, 2014.

[3]HJ/T10.2-1996.辐射环境保护管理导则电磁辐射监测仪器[S].北京:中国标准出版社, 1996.

[4]HJ/T24-1998.500k V超高压送变电工程电磁辐射环境影响评价技术规范[S].北京:中国标准出版社, 1993.

[5]DL/T988-2005.高压交流架空送电线路、变电站工频电场和磁场测量方法[S].北京:中国标准出版社, 2005.

红外辐射大气透过率测量方法研究 篇5

目标红外辐射特性测量是目标特征获取和识别的重要手段之一, 而大气透过率是影响红外辐射测量的重要因素, 是大气中目标辐射测量必需的一个环节。通常采用经验公式对大气透过率进行修正, 由于测量现场大气环境变化的不确定性, 与经验公式选取的大气模式会存在一定的差别, 使修正后的结果仍与实际情况存在较大的误差。

本文根据红外辐射测量原理, 对红外辐射大气透过率的测量方法进行研究, 提出利用红外源作为目标光源, 对大气透过率进行实测的方法。该方法采用对测量路程分段测量并将测量数据进行对比计算的数学处理方法, 得到测量路程上的大气透过率及大气衰减系数。该方法消除了目标光源和测量仪器标定误差的影响, 提高了大气透过率的测量精度。

1 影响红外辐射大气透过率的主要因素

大气透过率是影响红外辐射测量的一个重要因素。在试验场对红外诱饵、飞机、舰船等目标的红外辐射特性测量时, 通常是在远距离进行测量, 因此必须考虑测量路程上大气透过率对测量结果的影响, 当用红外辐射测量仪器对目标测量时, 根据红外辐射测量原理, 目标的红外辐射强度可用下面公式求得:

式中, J为目标的辐射强度;Vs为实时测量信号电压;τ为目标与测量仪器之间的大气透过率;R为目标到测量仪器的斜距;k为红外辐射测量仪器的响应度。

红外辐射在大气中传播的影响因素主要一是大气中某些气体分子 (H2O、CO2等) 的吸收, 二是大气分子、气溶胶的散射。目标的红外辐射在大气中传输时, 它与大气成分相互作用, 会受到衰减, 红外辐射通过大气的透过率可表示为:

式中:σ为衰减系数;在大多数情况下σ=α+γ。这里α是吸收系数;γ是散射系数, α和γ二者均随波长而变化。可以看出, 红外辐射在大气传播中某些气体分子 (H2O、CO2等) 的吸收和大气中的悬浮微粒和雾霾的散射是主要影响因素。

目前, 在红外测量中对大气透过率的计算, 通常采用查表和经验公式计算两种方法。这两种方法在计算大气透过率时只考虑了几种标准大气模式, 由于各地区大气中所含的各种气体成份在含量不同, 在考虑大气对红外辐射传输的影响时, 用上述方法计算得到的大气透过率, 往往与实际值存在较大的偏差, 给目标红外辐射特性的测量结果带来较大误差。

因此, 开展大气透过率的实测方法研究, 对在红外辐射测量时, 及时掌握大气衰减情况, 用大气透过率实测值取代计算值, 对测量结果进行修正, 可减小由于选用的标准大气模型与实际测量环境存在差别而对大气衰减修正的误差, 提高目标红外辐射测量精度。

2 大气透过率测量方法

介质对光的透过率是当光穿过介质时, 出射光能量与入射光能量之比, 即为介质对入射光的光谱透过率。

p0λ表示入射光的功率, pλ表示经过介质传播后出射光的功率。当用光谱仪对目标的红外辐射能量进行测量时, 已知目标的红外辐射强度是Jλ, 根据测量信号电压数据可计算出目标到测量仪器路程之间的大气透过率。即:

设某一红外光源的辐射面积为S, 辐射出射度为Mλ, 出射角为θ, 该光源的辐射强度可表示为:

由 (4) 、 (5) 两式可得:

根据这一原理, 通过测量光源穿过距离为R后的表征辐射强度的信号电压值, 用 (6) 式即可算出测量路程上在大气透过率。

在实际测量中, 由于野外用红外光源的辐射面积S、辐射出射度Mλ, 出射角θ等指标的标称值与实际值会有不同程度的差别, 在实际测量中如果直接使用 (6) 式计算大气透过率值, 会引入光源的辐射出射度误差、光源的面积误差、光源的发射角误差、测量仪器标定误差、仪器测量误差和距离测量误差。

由于这些误差因素的影响, 会对大气透过率的实际测量和结果计算产生偏差。为了消除、减小上述误差产生的影响, 提高大气透过率测量精度, 在实际测量时, 根据测量原理, 可采用分段测量、对比计算的方法, 完成大气透过率的测量。即将所测量的距离R分成若干段, 用辐射计在各距离段上对目标光源进行测量, 之后通过对比计算的数学处理方法, 消去各段所测数据中的一部分参数, 这样就消除了这些参数误差对计算结果的影响, 从而大大提高了测量精度。

图1是将测量距离R分为两段时, 大气透过率测量原理示意图。

图中L为红外光源, 发射角为θ, 辐射面积为S;M为红外辐射测量仪器。A、B两点间的距离为R, 为了测量A、B两点之间的大气透过率τλ, 在A、B之间选一点O, 设:AO=R1;OB=R2;AB=R1+R2=R;AO间的大气透过率为τ1λ;OB间的大气透过率为τ2λ;AB间的大气透过率为τλ。。

测量时, 分别按图1 (a) 、图1 (b) 和图1 (c) 布站。当按图1 (a) 所示布站时, 将红外光源放在A点, 辐射计放在O点, 对红外光源进行测量, 测得的信号电压为V1, 根据 (6) 式可推导得出:

按图1 (b) 所示, 将红外光源放在O点, 辐射计放在B点, 对红外光源进行测量, 测得的信号电压为V2, 则有:

按图1 (c) 所示布站, 将红外光源L放在A点, 光谱仪M放在B点, 对红外光源进行测量测得的信号电压为V则有:

因为路程R上的大气透过率τ等于路程R1上的大气透过率τ1λ乘以路程R2上的大气透过率τ2λ, 可得

同理, 将 (8) 、 (9) 式进行对比计算, 可得

分别将 (11) 、 (12) 式中的结果代入 (10) 式中可得:

公式 (13) 是将距离分为两段测量, 通过对比计算推导得出的大气透过率计算式, 根据上式可知, 采用分段测量对比计算方法, 得出的大气透过率值中, 消除了光源辐射出射度误差△Mλ、面积误差△S0、发射角误差△θ和测量仪器标定误差△K的影响, 使测量精度大大提高。

当将距离分成n段测量时, 这时R=R1+R2+...+Rn, 根据上述分析可得:

根据测量的大气透过率值τλ, 即可求出测量现场的大气衰减系数σ:

运用这种方法, 可对局部地区 (如试验场) 在不同季节、不同气象条件下的大气透过率进行多次测量, 通过对测量数据的统计处理, 可掌握不同气象条件的大气衰减情况, 为目标红外辐射测量的大气修正提供基础数据。

3 结论

本文基于红外辐射测量原理, 提出了一种大气透过率实测方法, 该方法通过实测测量现场大气透过率, 及时掌握大气衰减情况, 用实测值取代计算值, 对红外辐射测量结果进行修正, 消除了由于选用的大气模型与实际测量环境存在差别而对大气衰减修正产生的误差, 实现了对目标与红外系统之间大气透过率的高精度测量, 提高了目标红外辐射测量精度。

摘要：目标红外辐射特性测量是目标特征获取和识别的重要手段之一, 而大气透过率是大气中目标辐射测量必需的一个环节。分析了大气环境中红外辐射大气透过率的各种影响因子, 针对测试场条件下如何提高目标红外辐射能量测量精度, 对大气透过率的测量方法进行了分析研究, 提出了外场环境条件下, 大气透过率的一种实测的方法。

关键词：红外辐射,大气环境,大气透过率,测量方法

参考文献

[1]车念曾, 闫远达.辐射度学和光度学[M].北京:北京理工大学出版社, 1990:323-325.

[2]何照才.光学测量系统[M].北京:国防工业出版社, 2002:186-188.

[3]陈玻若.红外系统[M].北京:国防工业出版社, 1988:12-13.

[4]红外系统[M].北京:国防工业出版社, 1988:12-13.

环境辐射测量 篇6

IEC 60601-1-3, Ed.2.0:2008-并列标准, 诊断X射线设备辐射防护通用要求, 制定了医用诊断X射线设备电离辐射防护的通用要求, 目的是尽可能使患者、操作者和其他工作人员接受的X射线辐射降至在可合理实现的最低程度。该标准中各项要求, 主要针对加载期间的X射线辐射。

IEC 60601-1-3, Ed.2.0:2008在12.4章给出了X射线管组件和X射线源组件在加载状态下的泄露辐射的测试要求和测试方法, 介绍如下。

IEC 60601-1-3, Ed.2.0:2008, 12.4章的测试要求:

X射线管组件和X射线源组件在加载状态下的泄漏辐射, 当其在相当于基准加载条件下 (IEC60601-1-3, Ed.1.0为相当于“规定的1h最大输入能量加载条件下”) 以标称X射线管电压运行时, 距焦点1 m处, 在任一100 cm2的区域 (主要线性尺寸不大于20 cm) 范围内平均空气比释动能, 应不超过1.0 m Gy/h。

IEC 60601-1-3, Ed.2.0:2008, 12.4章给出的试验程序如下:

a) 将辐射窗完全封闭, 以保证泄漏辐射的测量不受通过窗的辐射的影响。为此目的所采用的罩应尽可能紧密地封住辐射窗, 但不能让它搭接到有效封闭范围以外;

b) 试验期间的加载:

1) 在试验过程中, 采用X射线管组件或X射线源组件的标称X射线管电压;

2) 在某一常规X射线管电流下, 采用透视方式, 或者在某一常规的电流时间积下, 采用摄影方式;

3) 在试验期间, 加载不得超过规定的定额。

c) 必要时先通过测量对泄漏辐射会有怎样的影响来确定组件正常使用所规定的设置及位态。在试验中, 采用对一致性最不利的设置和位态的组合。

d) 采用适当的加载因素, 对距焦点1m处的空气比释动能或空气比释动能率进行足够次数的测量, 来确定整个球面的最大值;

e) 将在实际使用的加载因素下测得的值统一到与在随机文件中所说明的基准加载条件 (根据12.3) 相应的1h空气比释动能的值上;

f) 考虑到允许在一定面积上取平均值 (如12.4所述) , 对测量值进行必要的调整。

g) 在理解所获得的结果过程中, 如果这些结果有可能影响一致性结果的最终确定, 可重复c) 并且在其他调整位置和状态下, 按照d) 到f) 再进行测量。

h) 如果按试验程序获得的测量值均不超过要求的极限值, 可以认为已达到一致性要求。

对以上标准给出的测试要求和方法, 似乎已非常清楚了。但是, 对测试要求里提到的基准加载条件 (规定的1h最大输入能量加载条件) 和足够的测量次数, 不熟悉本标准或测试方法的人容易忽视或容易搞错, 从而影响测试结果。针对这些, 在下面做些解析:

1.基准加载条件 (或规定的1h最大输入能量加载条件) 容易被忽视、误解或搞错:

(1) 标准IEC 60601-1-3, Ed.2在12.4章在加载状态下的泄露辐射的测试要求里, 特别提到:“当其在相当于基准加载条件下以标称X射线管电压运行时……”, 所以在测试前, 需要知道什么是“基准加载条件”;然而, IEC 60601-1-3, Ed.2.0, 12.4章的测试要求里的“相当于基准加载条件”通常容易被忽视或搞错, IEC 60601-1-3, Ed.1.0, 29.204.3章测试要求里的“相当于规定的1h最大输入能量加载条件”容易被误解或搞错。两个版本的文字有些调整, 但测试要求实际没有变, 本人认为第二版写为“基准加载条件”会减少被忽视或搞错的几率。

(2) 标准IEC 60601-1-3, Ed.2在12.4章在加载状态下的泄露辐射的测试方法里, 又提到:

e) 将在实际使用的加载因素下测得的值统一到与在随机文件中所说明的基准加载条件 (根据12.3) 相应的1h空气比释动能的值上。

(3) 在测试前或测试时, 若不了解或不考虑基准加载条件或规定的1h最大输入能量加载条件, 直接把实际使用的加载因素下测得的值当作最后的测量结果, 会对测试结果有很大影响, 是不符合标准要求的。那么如何知道基准加载条件或规定的1h最大输入能量加载条件, 看下面;

(4) 标准IEC 60601-1-3, Ed.2在12.3章对基准加载条件有下列要求和定义:

12.3基准加载条件的说明

各X射线管组件及X射线源组件的随机文件必须说明加载因素值, 即使在标称X射线管电压下使用, 也要对应于规定的每小时到阳极的最大输入能量。为此, 规定的每小时最大输人能量可看作:

·在可施加的X射线管电压下以摄影方式, 按照摄影定额相当于1h内总的电流时间积加载时所允许的值;

·或者相当于规定的连续的阳极输入功率的值 (连续的阳极输入功率的定义为:规定的能连续应用到阳极的最大的输入功率) 。

标准的条款是互相关联的, 不是脱节的, 12.4章提到基准加载条件, 12.3章对基准加载条件和规定的每小时最大输入能量有解释和定义;12.3章有提到连续的阳极输入功率, 子章节3.13对“连续的阳极输入功率”有定义;12.3和12.4章有提到标称的X射线管电压, 子章节3.42对“标称的X射线管电压”有定义。连贯地了解标准的一些重要信息, 对正确测试非常重要。

(5) 基于以上几点, 了解随机文件中所说明的基准加载条件及规定的每小时最大输入能量对本章泄漏辐射的测量值的准确性, 至关重要!

2.IEC 60601-1-3的测试方法中, 条款d) 要求对距焦点1m处的空气比释动能或空气比释动能率进行足够次数的测量, 来确定整个球面的最大值。标准没有说要测量多少次, 在哪些点测量。不足够的测量次数, 最严重的事情是没有测到已超标的最大泄露辐射值, 影响测试结果和判据, 有可能把辐射剂量过大的设备认为符合了标准要求而放行。

为了让大家对标准的测试方法有更好的了解, 结合标准IEC 60601-1-3, Ed.2.0的12.3与12.4章及例子, 简单介绍其测试方法, 简化分为四大步:

第一步:先确定好被测的X射线管组件或X射线源组件的加载因素值 (Defining the X-Ray Loading Factors at which Radiation Dose will be Measured) :

先看X射线管组件或X射线源组件的随机文件, 知道它对应于规定的每小时到阳极的最大输入能量的加载因素值:例如, 某一摄影X射线设备的X射线管组件的随机文件中给出的泄露因素值为:标称管电压:150 KV, 曝光电流3.3 m A;

第二步:标准化 (normalization) :

·标准要求泄露辐射当其在相当于基准加载条件下, 以标称X射线管电压运行时, 平均空气比释动能应不超过1.0 m Gy/h;

·12.4 d) 说采用适当的加载因素;

·12.4 e) 说将在实际使用的加载因素下测得的值统一到与在随机文件中所说明的基准加载条件 (根据12.3) 相应的1h空气比释动能的值上;

在实际的应用过程中, X射线管不可能保持工作1h, 所以, 我们先选择适当的加载因素值:如, 标称电压150 KV, 电流时间积100 m As;随机文件的加载因素值为:标称管电压:150 KV, 曝光电流3.3 m A, 计算在1h内能曝光多少次:

100 m As x number Exp/h=3.3 m A X 3600 s (1小时连续工作的电流3.3 m A)

曝光次数Exp= (3.3 m A X 3600 s) /100 m As=118.8/hr, 即, 每小时约119次

(note:若选择电流时间积200 m As, 则1小时需要60次曝光)

·1小时曝光119次, 对应于每30s曝光一次。

·1h内的总辐射泄露等于每次曝光的辐射泄露乘以1h内的总曝光次数;

第三步:执行测试 (Perform measurements) :

针对以上例子, 按照12.4章给出的测试程序, 进行测试:

·将X射线源组件的辐射窗完全封闭;

·设置X射线源组件标称X射线管电压150KV, 100m As (看第二步) , 摄影方式;

·按标准要求进行足够的测量次数:可以按照以下示意图, 选取距X射线管焦点1 m的球面上三条圆周线, 每隔45º取一测试点, 测量这些点的泄漏辐射的空气比释动能, 有必要的话, 需要测量更多的点;

·把经校准合格的测量设备 (探测器) 放置到距焦点1 m, 需要测量的位置上 (图1) ;

·在加载因素标称X射线管电压150 KV, 100m As, 摄影方式, 开始加载:曝光;并且记录不同点的测量的值, 选取最大的值, 假设最大的测量值为1.260 u Gy;

·如果有些结果有可能影响一致性结果的最终确定, 可重复以上步骤并且在其他调整位置和状态下, 按照以上步骤再进行测量;

·把在实际使用的加载因素下测得的值统一到与在随机文件中所说明的基准加载条件 (根据12.3) 相应的1h空气比释动能的值上:总的泄露辐射值=1.260 u Gy/exposure (1次曝光) X 119次曝光 (exposures) /h=149.94 u Gy/h=0.150m Gy/h

第四步:比较测试值与标准限值, 判断符合性 (Compare the Measured Value with the limit to judge compliance) :

总的泄露辐射值=1.260 u Gy/exposure (1次曝光) X 119次曝光 (exposures) /h=149.94 u Gy/h=0.150 m Gy/h<1 m Gy/h (标准限值) 。

结论:符合标准 (PASS)

结束语:

X射线辐射是诊断X光机的一项重要参数, 过量辐射会对患者和操作者造成危害, 辐射过低, 诊断影像质量会受到影响。辐射质量需要在没有给予患者不必要高的吸收剂量的情况下, 产生所期望的诊断影像。

相关人员需要正确理解标准和按照标准的要求和测试方法进行测试, 不要导致超出泄漏辐射限值的诊断X射线设备进入医院投入使用, 给患者, 医护操作者及其他人员遭受过量泄漏辐射, 给人身造成危害;当然, 也不要因不正确的测试方法导致已符合泄漏辐射要求的诊断X射线设备不能投入使用, 给生产厂家及医院造成直接经济损失, 给患者造成间接的损失。

摘要：本文先介绍了IEC 60601-1-3, Ed.2.0, 12.4章对诊断X射线设备在加载状态下的泄漏辐射的测量要求和测量方法, 然后针对该标准的12.4章的测试要求和测试方法中容易忽视或搞错, 但又影响测量结果的要点进行了解析, 最后通过一个例子归纳总结了IEC 60601-1-3对诊断X射线设备加载状态下的泄露辐射的测量方法, 也指出了正确测量诊断X射线设备在加载状态下的泄露辐射的重要意义。

关键词：X射线管,基准加载条件,加载因素,规定的每小时最大输入能量,泄露辐射,标称X射线管电压,空气比释动能

参考文献

[1]IEC 60601-1-3, Ed.1:1994–Medical electrical equipment Part 1.General requirements for safety Section 1.3 Collateral standard:General requirements for radiation protection in diagnostic X-ray equipment;

[2]IEC 60601-1-3, Ed.2.0 Medical electrical equipment–Part 1-3:General requirements for basic safety and essential performance–Collateral Standard:Radiation protection in diagnostic X-ray equipment;

[3]GB 9706.12–1997 (IEC 60601-1-3:1994) 医用电气设备第一部分:安全通用要求三、并列标准诊断X射线设备辐射防护通用要求;

环境辐射测量 篇7

为了解煤炭的品质与性质, 技术人员通常会通过测定其灰分的方式来确定。灰分作为衡量煤炭质量的重要指标, 在煤炭质量检测中占据重要地位, 它指的是煤炭在高温灼烧过程中, 煤炭中所含的有机物质与无机物质相互反应分解最终形成的产物。传统的灰分测定方法为灼烧称重法, 即通过对比和分析燃烧前后质量, 最终得出所含杂质比例从而确定煤炭中的灰分含量。同时, 在现场检测时, 技术人员也会采用快灰快浮的方式进行处理, 但这种测量手法所需时间过长, 检测效率低下, 不适应现代煤炭加工制造的实际需求, 因而使用范围有限, 难以推广。为进一步适应煤炭工业的快速发展需求, 提高煤炭质量检测效率, 荷兰于二十世纪二十年代首先研制出了“森得莱克斯”X射线测灰仪, 这种测灰仪的问世有效地解决了传统灰分测量难题, 同时也极大地提升了煤炭质量检测效率, 为企业节省了检测成本, 从而有效地提高了其经济效益。但目前从总体来看, 在线测灰仍以辐射测量法为主要检测手段, 这种检测方法具有很强的实时性, 工序较为简易, 减轻了工人负担, 同时受外界影响度小, 检测结果准确度高。

2 辐射测量法在煤的灰分检测中的应用

2.1 低能γ射线反散射法

低能γ射线反散射法是基于康普顿效应发展起来的, 它利用γ射线穿过物质时除损失部分能量外, 还剩余一部分能量散射开来的原理, 最后通过测量与质量吸收系数成比例的低能γ射线反射强度最终确定灰分含量。煤炭由可燃部分与不可燃部分组成, 其中可燃部分的主要成分为硫、碳、氢等, 其中碳元素含量在80%以上, 其等效原子序数Zeq≈14, 而不可燃部分的主要成分则为铁、硅、钙等, 其中硅的含量在80%以上, 其等效原子序数Zeq≈6。对煤炭而言, 所有不可燃部分均可以算作灰分。在测试时, 通过低能γ射线照射, 硅、钙、铝等原子的光电效应大于可燃部分中硫、碳、氢、氧等原子, 从而确定煤炭的灰分。我国于二十世纪六十年代就开始关注并着手研究此类测量仪器, 并于1976年首次鉴定了第一台低能γ射线反射测灰仪。这种灰分测量方法所需技术以及模型较为简易, 测量工序严格, 对所测量煤炭的各项指标均有明确规定与要求, 因此在实际使用中难以实行, 适用范围较窄, 推广难度大。

2.2 高能γ湮没辐射法

高能γ淹没辐射法是一种新型的测量方法, 其优势为测量准确度高、穿透能力强、检测效率高, 它适应了煤的灰分检测的需求, 应用范围较广。能量>1.022Me V的高能γ射线与煤中物质的原子核作用, 会有一定几率产生正、负电子对, 产生的正电子会立即与一个负电子发生湮没反应, 产生一对能量为511ke V的γ射线。高能γ射线与物质发生电子对效应的几率与物质的原子序数平方成正比, 煤中的灰分越高, 其平均原子序数越高, 可以利用这个原理, 通过测量511ke V的γ射线强度来确定煤的灰分含量。高能γ湮没辐射法与其他测量法相比, 不易受到高原子序数的影响, 但它同时也存在测量条件复杂, 测量统计精度较低, 辐射安全性能不高等缺点。因此, 目前技术人员针对这一问题加紧研究, 以进一步改造传统的测量技术, 减小误差, 改善测量条件。

2.3 双能量γ射线透射法

双能量γ射线透射法实现了煤灰分的在线测量, 它将低能γ射线和中能γ射线的放射源充分结合起来, 最后通过分析和对比二者的原子序数, 最终得出灰分含量。随着放射源吸收量的不断增加, 其原子序数也随之增加, 而灰分的原子序数远高于煤炭, 因此其吸收量也相对较大, 这就使灰分的测量成为可能。除原子序数外, 双能量γ射线的吸收量还与辐射的质量厚度有密切关系, 而辐射的质量厚度由运输机上煤层的荷重量与散密度共同决定。因此, 在实际测量时技术人员通常会采用两种射线对煤层进行透射, 并观察和测量其衰减情况, 而无需增设其他设备, 这就大大减轻了技术负担, 它可以适应多种复杂测量环境, 实用性较强, 目前被广泛应用于煤炭工业中。

2.4 中子瞬发γ分析法

中子瞬发γ分析法是一种准确度和灵敏度较高的测量方法, 同时具备非破坏性分析特点, 在科研和工农业生产领域应用广泛。其测量原理为, 通过收集与分析煤炭中各元素与中子因俘获辐射和非弹性散射而产生的瞬发γ射线, 最终得出煤的灰分含量, 同时还可以进一步确定煤炭中其他物质含量水平, 如发热量、水分、硫分等。但与其他测量方法相比, 这种测量方法不仅耗时较长, 而且设备分析过程复杂, 检测成本较高, 不适宜大范围推广。

3 总结

随着现代煤炭工业的不断发展壮大, 灰分测量被越来越多地应用于煤炭质量检测中。而为了进一步提升煤炭质量检测效率, 防止灰分超标, 影响煤炭品质, 煤炭企业必须要加强技术革新力度, 积极研发现代测量工艺, 在线测灰方法就是在此背景下诞生的。本文主要研究了辐射测量法在煤的灰分测试中的应用, 这种测量法成本较低, 稳定性强, 不易受到外界影响, 具备较强的发展潜力。

参考文献

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