非电离室型探测器在深度剂量扫描中的应用研究

为研究非电离室型探测器在深度剂量分布扫描中的响应特性,通过采用平板电离室、半导体和宝石探测器对医用光子束和电子束深度剂量分布进行扫描,并以平板电离室作为参考,分析比较半导体和宝石探测器在最大剂量深度、射线质等参数来探究其在深度剂量上的性能。结果表明:医用光子束下除两支探测器外,其余探测器获得的射线质与参考值的最大相对偏差为-0.67%,符合TRS-398报告高能光子束允许的不确定度1.0%,电子束<10 MeV时,各能量下非电离室型探测器获得的射线质与参考值的平均相对偏差最小为1.91%,能量≥10 MeV时,平均相对偏差最大为1.01%,除两支探测器外,其余探测器的相对偏差最大为-1.15%,符合TRS-398报告高能电子束允许的不确定度1.2%。P型半导体探测器获得的射线质与参考值的相对偏差在±0.85%内,比E型半导体探测器的相对偏差范围±0.67%大。结论:非电离室型探测器在高能光子束下影响较小,电子束<10 MeV时影响较大,能量≥10 MeV时影响较小,且尽量选择E型半导体探测器,并考虑探测器外壳材质。

多种水等效材料的医用电子束修正因子研究

针对水等效材料在医用电子束剂量测量中修正因子的测量和使用问题,通过扫描医用电子束在水中和水等效材料中的百分深度剂量(percentage depth dose,PDD)曲线,计算获得深度缩放因子c_(pl)、注量缩放因子h_(pl)及总修正因子k_(pl)的实验值。结果表明,通过c_(pl)和h_(pl)组合或仅使用k_(pl)均可将水等效材料测量结果转换为水吸收剂量。比较PDD曲线表明,在10~20 MeV电子能量下3种水等效材料通过c_(pl)-h_(pl)修正后的R_(50),较水中测量最大偏差分别为0.19%、0.28%、0.22%;经k_(pl)修正得到的R_(50),较水中测量最大偏差分别为0.23%、0.29%、0.18%。结论:研究提供了多种材料c_(pl)-h_(pl)、k_(pl)的实验值,可方便用户快速完成电子束水吸收剂量的测量,相比于c_(pl)-h_(pl),使用k_(pl)更加简单高效。

医用电子束水吸收剂量测量及其不确定度讨论

目前医用电子束水吸收剂量测量不确定度超过3%,很难满足临床治疗和医用电子加速器辐射源检定规程的要求。中国计量科学研究院采用水量热法开展了电子束辐射剂量学的研究,实现了电子束水吸收剂量绝对测量相对标准不确定度为0.35%,同时也开展了医用电子束的同质溯源工作,总结了电子束水吸收剂量测量的5个方案,相对标准不确定度包含最高的3.7%和最低的1.4%。为方便临床电子束水吸收剂量测量,给出了电离室剂量计选取、送检和使用不同校准系数的注意事项。

基于TRS-483报告的小野输出因子测量与验证研究

为测量小野输出因子,采用国际原子能机构(IAEA)出版的TRS-483报告方法,测量了Elekta Synergy直线加速器标称6 MV、10 MV辐射场的组织模体比(TPR_(20,10)(10)),6 MV、10 MV能量TPR_(20,10)(10)分别为0.683和0.735。通过计算电离室适用的最小半高宽验证了多种电离室可测射野范围,选用的电离室可测最小半高宽在3~4 cm之间。对探测器灵敏体积、测量剂量和剂量率线性、漏电流、重复性和稳定性进行比较,选择了18种不同型号共21支探测器,在加速器TPR_(20,10)(10)为0.683和0.735的辐射场,源皮距(SSD)分别为90 cm和100 cm的条件下计算1 cm×1 cm,2 cm×2 cm,3 cm×3 cm,4 cm×4 cm,5 cm×5 cm和8 cm×8 cm方野与10 cm×10 cm方野的探测器电荷比值得到未修正的射野输出因子,乘以TRS-483报告的修正系数后得到修正射野输出因子,修正后的射野输出因子与平均值最大差异小于2.5%。结果表明:使用TRS-483报告的修正因子可提高不同探测器测量小野剂量的一致性。

60Coγ辐射的空气比释动能及水吸收剂量的NIM-IAEA双边比对

在中国计量科学研究院（NIM）^60Coy基准实验室,将^60Coy辐射的空气比释动能及水吸收剂量基准值传递到国际原子能机构（IAEA）的FC65-G-2869电离室,给出了此电离室的^60Coy辐射的空气比释动能和水吸收剂量的校准因子,并且比较了这2个物理量的校准因子与IAEA提供的相关结果的差异。实验结果表明,NIM给出的FC65-G-2869电离室的^60Coy辐射的空气比释动能和水吸收剂量的校准因子相对IAEA提供的结果分别偏差0.5%和0.1%,比对结果达到了相关要求。为NIM参与国际计量局（BIPM）组织的正在进行中的一轮^60Coy辐射的空气比释动能及水吸收剂量的关键比对作了前期准备。

医用加速器等中心性能的剂量学实验研究

在中国计量科学研究院25 MV医用加速器机架的0°和90°方向,分别用两套水箱开展了医用加速器等中心性能的剂量学实验研究。在水深100 mm处,用空腔电离室测量了6 MV光子的电离电流信号。对水箱定位、电离室定位因素引起的空腔电离室测量结果的不确定度进行了分析。结合现行的国家标准所允许的医用加速器的等中心误差,得到了相对等中心位置处的剂量学测量误差范围是-0.3%^+0.5%。作为一个相对独立的方法,本工作可以为检验医用加速器等中心性能提供参考。

医用加速器光子辐射场剂量学性能研究

在中国计量科学研究院医用加速器实验室,用自制的三维水箱测量系统对水吸收剂量绝对测量条件下的光子辐射场的剂量学参数开展了研究。基于这套三维水箱测量系统测量了加速器机架90°、源皮距SSD=1 000 mm、辐射野面积100 mm×100 mm实验条件下的6 MV光子辐射野均整曲线及百分剂量分布曲线,通过与常规商用三维水箱测量系统的相应测量结果进行对比后发现,本工作的研究方案基本可行。结合开展加速器光子水吸收剂量绝对测量研究的具体需求,从6 MV光子辐射野均整曲线中分析得出了水下深度100 mm处,直径60 mm范围内INLINE方向的均整性和对称性分别为100.5%、100.1%,CROSSLINE方向均整性和对称性分别为101.1%、101.4%,满足开展光子水吸收剂量测量的基本条件。

重离子束水吸收剂量的电离法实验研究

重离子束水吸收剂量是开展重离子束治疗最基本的物理量。在开展重离子束水吸收剂量的量值复现研究前,需用间接测量的方法开展相关工作以熟悉实验条件。本文用传统电离法开展了能量400 MeV/u、具有6 cm展宽Bragg峰的碳离子束的水吸收剂量测量研究,并评价了重离子束条件下的相关电离室的极化、离子复合修正因子。在电离室的极化和离子复合修正项方面,重离子束水吸收剂量测量的相关不确定度分量显著大于^60Coγ辐射水吸收剂量的相关值。用不同电离室测量重离子束水吸收剂量的结果在不确定度允许的范围内符合。以电离室测量为基础,开展更深入的包括量热法绝对测量在内的辐射剂量学研究,对进一步优化重离子束水吸收剂量测量的不确定度至关重要。

^(22)Na次级束的产生与应用

在日本东京大学核研究中心的放射性离子束分离器上,利用逆运动学反应1 H(22 Ne,22 Na)n产生了22 Na次级束。经分离器电磁系统的分离提纯后,获得了能量为(78.3±1.0)MeV的22 Na次级束。实验靶站处次级束的强度达2.5×105 s-1,其中22 Na的纯度好于90%。22 Na次级束已应用于与核天体物理Ne丰度异常问题相关的22 Na+α共振散射实验研究。

60Co γ辐射空气比释动能基准的研究进展和相关国际比对

60Coγ辐射空气比释动能基准是医用加速器光子水吸收剂量的重要溯源基准之一.近三年来,中国计量科学研究院(NIM)先后就60Co γ辐射空气比释动能参加了国际原子能机构(IAEA)的国际比对,以及国际计量局(BIPM)组织的新一轮的关键比对,最新的关键比对数据库(KCDB)结果表明,NIM的比对结果与国际计量研究机构及地区基准实验室的结果之间的一致性较好.

T（d，n）^4He反应快中子屏蔽体优化设计的蒙特卡罗模拟

在考虑T（d,n）^4He（D-T）反应快中子源能谱、角分布、面源结构及靶系统对中子的作用的基础上,利用MCNP程序模拟了（D-T）反应快中子在屏蔽材料中子的输运。通过屏蔽体外泄漏中子及γ射线的注量率、能谱及在水中的吸收剂量的分析,给出了满足T（d,n）^4He反应中子源快中子治疗屏蔽体的三种复合屏蔽方案。

水量热法加速器光子水吸收剂量绝对测量与国际比对

为实现加速器光子水吸收剂量绝对测量,研制了水量热计系统,在此基础上取得国际互认并建立加速器光子水吸收剂量基准,进一步提高了我国放疗剂量量值传递能力。通过水浴与半导体制冷系统二级控温,将量热计水模体的温度漂移控制在0.5μ℃/s。利用惠斯通交流电桥测量辐射所致的热敏探针阻值变化,逐次校准热敏探针和交流电桥,实现了医用加速器光子水吸收剂量的绝对测量,合成标准不确定度为0.30%。参加了国际计量局加速器光子水吸收剂量关键比对,复现的6 MV和10 MV光子水吸收剂量值与比对参考值之比分别为0.9917和0.9949,在不确定度允许的范围内一致。

D-T中子源的反冲质子望远镜模拟研究

为了设计用于监测D-T中子产额的反冲质子望远镜系统,采用MCNP程序模拟了14MeV中子在不同厚度的聚乙烯膜上产生的反冲质子的产额、能谱及角分布,通过对反冲质子的产额、能谱和角分布数据的分析,给出了用于D-T中子产额监测的反冲质子望远镜系统的聚乙烯膜最佳厚度和探测器放置位置。建立了D-T中子源模型,模拟设计了反冲质子望远镜系统,并给出了系统的探测效率。

强流D-T中子发生器n-γ辐射场的MC模拟研究

根据D-T中子源260 keV氘束流能量下的中子能谱和角分布数据,建立了D-T中子源模型,在中子发生器各元件材料及实验大厅墙壁对快中子的慢化、散射和吸收的条件下,采用MCNP模拟程序对强流中子发生器n-γ辐射场进行了模拟研究,得到了中子能谱、中子和γ角分布、n-γ比等重要参数。模拟结果与有关文献实验数据的基本吻合,验证了所建立的MCNP模拟模型的可靠合理。

圆饼电离室空气比释动能物理参量的蒙特卡洛模拟

为建立基于圆饼电离室系统的^60Coγ射线空气比释动能基准装置，对辐射场及场中电离室的相关物理参量进行了蒙特卡洛模拟研究。通过BEAMnrc程序建立辐照器模型计算测量点处能谱和注量分布，使用EGSnrc计算圆饼电离室在辐射场中各物理参量。^60Coγ射线空气比释动能绝对测量装置通过蒙特卡洛模拟得到的相关物理参数合成不确定度为0．20％，该结果与澳大利亚计量院同结构电离室的结果在不确定度范围内一致，与国家基准球一圆柱形电离室及球形电离室相比在不确定范围内符合。

医用加速器光子水吸收剂量国际比对及进展

医用加速器光子水吸收剂量国际比对采用星式比对方式,主导实验室为国际计量局,其石墨量热计复现的水吸收剂量为比对参考值.各国计量实验室依据各自医用加速器辐射质参数,进行2～3个辐射质的水吸收剂量绝对测量,现已完成7个国家的比对工作,比对数据公布在关键比对数据库中.

加速器辐射质测量方法的比较分析

针对加速器高能光子辐射质的不同测量方法,在剂量比(D20/D10)通过公式计算法和组织模体比(TPR20,10)直接实验法的基础上,提出了定剂量率和定剂量的测量方法.在中国计量科学研究院加速器实验室分别对6 MV、10 MV、25 MV光子的辐射质进行测量.实验结果表明:在测量加速器辐射质时,采用定剂量法比定剂量率法不确定度明显变小;采用定剂量法时,6 MV、10 MV、25 MV采用公式法计算的值比实际测量值分别偏小0.27％、0.31％、0.35％,采用剂量率法进行修正后和此结果一致.

(137)Cs γ辐照器光阑的优化设计

利用蒙特卡洛方法模拟计算了不同锥角外光阑准直孔条件下^(137)Caγ辐射场的均匀性和散射剂量,对外光阑进行了优化设计。通过实验与模拟计算验证了经光阑准直限束后辐射场的径向均匀性,在距离放射源中心1 m处得到了均匀性好于99%,直径大于10cm的均匀野。^(137)Csγ辐射场轴向剂量的模拟计算值、测量值与平方反比规律理论值对比差异均小于1%。使用光阑后辐射场的均匀性及轴向剂量分布规律达到了建立^(137)Csγ标准辐射场的需求。

恒星中子源^(13)C(α,n)^(16)O反应的研究

13 C(α,n)16 O是渐进巨星支(AGB)星中慢速中子俘获(s)过程的主中子源反应,而17 O 6.356 MeV1/2+阈下共振对13 C(α,n)16 O反应影响很大。本文使用HI-13串列加速器和Q3D磁谱仪,首次测量了13C(11B,7Li)17 O转移反应角分布,确定了影响13C(α,n)16 O反应最关键、最不确定的17 O(Ex=6.356MeV)阈下共振态的α宽度,从而得出天体物理能区13 C(α,n)16 O反应的天体物理S因子和反应率,澄清了国际上已有S因子数据间高达25倍的巨大分歧。AGB星s过程核合成网络计算表明:新反应率数据导致恒星中铅的丰度增加了25%。

掺钆高阻性板室热中子探测器的性能模拟

利用MCNP和Garfield程序模拟粒子与高阻性板室(RPC)热中子探测器的作用过程,计算出了转换体Gd2O3的最佳厚度和高阻性板室探测器对中子、γ的灵敏度,并得出了热中子和1.25 MeVγ与探测器作用产生的电子能谱。最终利用模拟数据给出了RPC热中子探测器的探测效率和时间分辨随电场、混合气体比例的变化规律,得到了最佳的电场强度和混合气体比例。