非线性修正扩展电离室量程范围的方法 技术领域
本发明涉及核辐射探测技术领域，具体地说是一种非线性修正扩展电离室量程范围的方法。
背景技术
电离室是最早用于测量电离辐射的一种探测器，迄今已有上百年的历史，时至今日，电离室获得了极为广泛的应用，一直是核能工程与核技术和环境测量应用中的一类主导探测器。
高气压电离室作为环境γ辐射的主导探测器之一，运用广泛。电离室具有线性范围大的优点，且电离室的线性范围与极化电压关系较大。提高极化电压可扩展电离室的线性范围，但极化电压过高则会使气体发生放电。在选择最佳极化电压的情况下，一个电离室的线性范围(饱和全收集)通常最大只能达到6个数量级。
饱和全收集情况下，电离室测量的剂量率De可由下式计算：
De＝Ie/Ke，Ie＝C·ΔV/t
式中，De为剂量率，Ie为收集电流，Ke为电离室的灵敏度因子，C为积分电容，ΔV为积分定时结束与开始时电容上的电压差，t为积分定时时间。
当用于核设施周围环境和核事故应急监测系统时，要求测量仪器必须具有足够的灵敏度和足够高的量程上限，通常要求量程范围达8个数量级。而根据电离室的传统理论，电离室只能工作在饱和全收集情况下，所以在要求量程范围为8个数量级的仪器，都采用两个电离室(常压电离室和高气压电离室)，通过电离室切换来解决，如美国RSS-1013等。
发明内容
本发明提供一种非线性修正扩展量程范围的方法，其目的在于通过非线性修正的方法，使电离室的工作范围扩大到不饱和收集区，以此扩展电离室的量程范围，使得只采用一个电离室就可跨越8个数量级的量程范围，从而实现对现有电离室测量方法的补充。
非线性修正扩展电离室量程范围的方法：
在电离室饱和全收集情况下，电离室测量的剂量率De可由下式计算：
De＝Ie/Ke，Ie＝C·ΔV/t
在电离室不饱和收集情况下，电离室测量的剂量率De可由下式计算：De＝E·X2+F·X+G，X＝Ie/Ke，Ie＝C·ΔV/t。
式中，De为剂量率，Ie为收集电流，Ke为电离室的灵敏度因子，C为积分电容，ΔV为积分定时结束与开始时电容上的电压差，t为积分定时时间，E、F、G为待定系数。
附图说明
图1是非线性修正扩展电离室量程范围的方法的实验结果图。
具体实施方式
核设施环境γ监测系统要求的量程范围为0.01μSv/h-1Sv/h。采用高气压电离室作探测器，以基于单片机的智能仪表为二次仪表，扩展量程范围的非线性修正方法由单片机软件计算完成。
高气压电离室主要参数如下：球形电离室，直径254mm，不锈钢壁厚2.5mm，容积8.05升，内充2.5MPa的氩气。
该电离室在12mSv/h下从极化电压500V开始就可以达到饱和收集。故选用600V极化电压，可以保证在0.01μSv/h-12mSv/h范围内达到饱和全收集。饱和全收集情况下，电离室的收集电流Ie可由下式计算：Ie＝C*ΔV/t，式中，C为积分电容，t为积分定时时间，ΔV为定时积分结束与开始时电容上的电压差。此时：De＝Ie/Ke，式中Ie为收集电流，Ke为电离室的灵敏度因子。
实验结果表明，在600V工作电压下，在电离室不饱和收集范围内(12mSv/h至1Sv/h)，输出信号电流是随照射量率增大而单调上升的。
实验结果如下表1及图1所示：根据实验数据的趋势，选用2次多项式函数用最小二乘法作曲线拟合，得到拟合公式为：De＝1.796×10-6X2+1.05X(单位：μSv/h，X＝Ie/Ke)，拟合优度R2＝0.9964。
表1
约定真值mSv/h 15.67 21.32 30.71 47.98 85.03 219.5 448.0 609.8 878.0 1037
修正前测量值mSv/h 12.85 17.17 25.10 39.88 63.93 157.6 276.6 351.2 456.3 519.7
修正后测量值mSv/h 13.79 18.56 27.49 44.73 74.47 210.1 427.8 590.3 853.1 1031
误差％ -12.0 -13.0 -10.5 -6.8 -12.4 -4.3 -4.5 -3.2 -2.8 -0.6
由实验结果可知，电离室在12mSv/h至1Sv/h的不饱和收集情况下，采用非线性修正的方法，使用一个电离室，可以实现8个数量级的量程范围。
经国防科工委放射性计量一级站校准，仪器在此范围内满足基本误差小于±15％的要求。