1.简介

在我们基于同步电子技术的研究中，我们经常遇到一个影响许多研究人员的问题：如何快速简单地评估非常高的“白光”X射线通量具有合理精度的水平仪。由于信源性能的提高和新的生物医学应用，如成像（Hwu等。, 2004一,b条; 马加里东多等。, 2004; 陈等。, 2008)和合成（王等。, 2008; 线路接口单元等。, 2008; 韦恩等。, 2008)，并可能与即将到来的X射线自由电子激光器一起爆炸。

我们最近发现了一个简单的解决方案，希望与其他同步加速器用户分享。紫外线辐射、MB漂白（Lafuente）的常用剂量学方法等。, 1958; 科瓦茨等。, 1998; 拉弗恩等。, 2005; Day&Stein，1957年)，可以扩展到高通量同步辐射X射线的水平。我们通过使用常规单色源在低剂量水平下测试和校准该方法，然后将结果外推到同步电子水平通量，并使用Fricke剂量学进行交叉检查，从而得出了这一结论。

其他X射线剂量学技术，如胶片徽章、电离室或盖革计数器，对高白束流没有帮助。事实上，它们受到饱和度和其他问题的影响。我们将看到，即使是弗里克剂量测定法也比MB漂白法在高浓度下存在更多问题通量水平。

我们特别针对台湾新竹NSRRC 01A束线处高亮度超导摆动器光源发射的“白束”剂量率不衰减的定量测量（Wang，Chien）等。, 2007; 王华（Wang，Hua）等。, 2007). 我们想确定从辐射源到吸收材料的能量传输量，即单位质量的吸收剂量。由于光谱分布同步辐射与光子能量是精确已知的，绝对的光子通量作为光子能量的函数，可以从这个结果中提取。

MB以前用作高能光子的剂量计，包括γ-射线（Lafuente等。, 1958; 科瓦茨等。, 1998; 拉弗恩等。, 2005)和X射线（Day&Stein，1957). 然而，它从来没有测试过非常高的白色底纹通量先进同步加速器的水平。我们目前的结果表明，MB漂白确实可以应用于通量如下文所述，只要MB浓度足够高。

2.实验

并行测量在高位进行通量使用Fricke（硫酸亚铁）方法的水平（Fricke&Morse，1927). 结果得出的估计剂量比MB方法低得多。这种差异表明，与MB漂白相比，Fricke剂量测定在非常高的剂量率下受饱和度问题的影响更大。

第一次测试是在实验室铜上进行的K（K）α₁（1.54056μ波长，～8 keV光子能量）X射线源（在Bruker D8衍射仪中），工作电压为45 kV和40 mA。然后，在同步加速器测试中，我们使用除一组铍和卡普顿窗口外没有光学元件的未变色（“白色”）X射线。使用狭缝系统获得13×9 mm的横向梁截面。

所有染料和化学品均为试剂级，使用时无需额外净化。所有溶液均使用去离子水（18.2 M）制备Ω cm，Millipore，Milli-Q，MA，美国）。使用了两种类型的溶液容器：聚丙烯（PP）锥形管和PMMA试管。MB水合物来自Sigma-Aldrich，我们使用浓度为0.125、1.25、2.5和20 m的MB水溶液M（M）Fricke试验是一种1 m的空气饱和稀释溶液（总体积1 L）M（M）六水合硫酸亚铁铵[Fe（NH₄)₂（销售代表₄)_三·6小时₂O、 Showa公司]和0.4M（M）硫酸（Showa Inc.）。

MB漂白用UV-VIS JASCO V-570吸收分光光度计测量。根据664nm波长处吸光度的变化评估脱色。紫外-可见吸收光谱法也用于Fricke剂量测定，方法是根据304 nm吸收峰监测石英试管中产生的铁离子。

在每次辐照试验之前，MB和Fricke溶液都是新鲜制备的。在辐照后几分钟内进行吸光度测量。

3.结果和讨论

图1和2显示了用常规单色光源进行低照度测试的结果。具体来说，图1显示了Fricke测量的吸收剂量与曝光时间。这些结果基于测量参数（Law，1969)包括（i）铁离子和亚铁离子之间的摩尔消光系数之差（2204 L mol⁻¹厘米⁻¹); （ii）Fricke溶液的密度（1.024 g cm⁻³); （iii）a克值～13（铁的化学产率³⁺离子/100 eV）；该值与相关光谱范围内的光子能量无关，并且是在25和48keV光子的类似源条件下测量的（Law，1969).

图1 吸收剂量是使用常规X射线源用Fricke方法测量的曝光时间的函数。

图2 常规X射线源的MB漂白；水平刻度是通过将暴露时间转换为使用Fricke方法测量的吸收剂量而获得的。这三条曲线对应于三种不同的MB溶液浓度。

图1显示出相当线性的行为。从该图中提取的剂量率为146±3 Gys⁻¹.图2显示了MB漂白数据，表示为漂白的微米（µM（M）); 水平刻度从暴露时间转换为使用Fricke方法测量的剂量。这三条曲线对应于三种不同的MB溶液浓度。

我们在图2中看到随着剂量的增加，这两种较低浓度受到饱和问题的影响。相反，高浓度曲线在高剂量下呈线性；350kGy时，线性偏差<1%。图2中的曲线还表明，初始漂白速率，即MB漂白的斜率与Fricke测量的剂量与初始浓度无关。这是合理的，因为在低剂量下，每个光子的漂白分子数量与浓度无关。

从图2的最高浓度曲线来看（20米M（M）)，我们估计斜率为～0.00404µM（M）吉⁻¹对应于克～0.0390分子/100 eV的值。注意克该值比Fricke剂量测定值小得多。这反映了一个事实，即漂白对溶液中分子比例的影响小于弗里克剂量测定法。这让我们想到，MB漂白在高剂量或高剂量率下比Fricke方法更合适，受饱和度影响更小，如下所述。

我们现在讨论同步辐射的高通量率测量。典型结果如图3所示作为漂白剂与三种MB溶液浓度的辐照时间。我们可以看到，由于MB的高剂量率，白色同步加速器束几乎在瞬间漂白MB，比传统的X射线源大得多。因此，在非饱和状态的漂白过程中，除了非常短的暴露时间外，很难捕获。例如，图3表明即使是2.5米M（M）即使在暴露3秒后，MB溶液浓度也已明显饱和。因此，不可能从曲线的线性部分提取剂量率。然而，随着20米M（M）MB浓度溶液，线性很好，在2%以内，甚至高达5s的曝光。注意，该测量剂量是使用2.5 m的3 s数据点测量剂量的三倍M（M）MB浓度，并强调了精确测量极高辐射剂量的问题。

图3 同步加速器“白”束的MB漂白是辐照时间的函数。这三条曲线对应于三种不同的MB溶液浓度。

从图3的高浓度曲线来看并使用克从图2中获得的值，我们估计7s照射时间对应的总剂量为～3.1×10⁶ Gy。从3s点开始，我们估计剂量率为～4.7×10⁵ Gy秒⁻¹从7s点线性插值得出的结果的保守精度极限为6%或2.8×10⁴ Gy秒⁻¹且小于2%或9×10^三 Gy秒⁻¹.

非常有趣的是，当我们测量图3中的剂量和剂量率时用Fricke方法，我们得到了～0.6×10⁵ Gy秒⁻¹这一低得多的数值证实了我们的假设，即由于饱和问题，Fricke测量值比MB漂白更可能低估剂量率。

注意，MB漂白和Fricke剂量测定的饱和问题在这些高浓度下无法解决通量只需限制曝光时间即可。事实上，时间会变得太少，难以准确测量。

4.结论

总之，我们发现使用以下方法可以以合理的精度测量非常高的同步加速器通量下的剂量率。MB漂白作为不同MB浓度的时间函数进行测量，尽可能增加最高浓度。然后使用转换系数0.00404µ将漂白转化为剂量M（M） 吉⁻¹剂量率由最高浓度曲线导出，准确度通过评估漂白线性偏差来估算与曝光时间曲线。

对于目前的同步辐射源，我们估计，如果使用适当的浓度，上述精度可能会提高到1%。对于未来的自由电子激光源来说，这种方法将变得更加有趣，在用一种相当简单的方法测量剂量率时，它提供了有限但仍然合理的精度。