核电厂放射性废油中^(55)Fe的测量方法

为对核电厂放射性废油进行安全评价,需要测量其中的关键放射性核素^(55)Fe的活度。本工作建立了一种用液体闪烁计数器测量核电厂废油样品中^(55)Fe的方法。具体方法为:先用9 mol/L HCl反萃取废油样品中的^(55)Fe,再通过AGMP-1阴离子交换树脂柱分离纯化反萃取液,用X射线荧光光谱分析仪测量放化流程的回收率,用液体闪烁计数器测量活度。测量结果表明:铁的平均回收率为71%±3%,潜在干扰核素^(63)Ni、^(54)Mn、^(51)Cr的去污因子均大于10~5,^(60)Co的去污因子为5651。液体闪烁计数器测量1 h,^(55)Fe的最低检测限为0.02 Bq/g,用加标样品对方法进行检验,预期值与测量值的相对偏差在-2.9%^(6).0%范围内。此外,筛选了适合^(55)Fe测量的最优闪烁液,并建立了^(55)Fe和^(59)Fe双核素液闪图谱解析方法。该方法能快速、准确测量核电厂放射性废油中的^(55)Fe。

基于自适应源项离散的点核积分方法计算效率优化研究

点核积分方法面对多源项的复杂场景或是需要对辐射场进行动态更新的情形存在计算耗时较长的问题。针对该问题,通过点核积分程序CIRPDose对圆柱体源、长方体源等5类源项离散引起的误差随计算点与源距离的变化规律进行模拟计算,并提出了一种基于自适应源项离散的点核积分计算效率优化方法。在将该方法集成到CIRPDose程序后,通过自定义算例对其进行测试,测试结果显示,相比传统的固定离散数目,各类型源项在自适应离散方法下的辐射场计算用时最大缩短96.77%,且计算结果平均偏差最大值仅为3.19%,验证了所提方法的可靠性和有效性。研究工作可为核设施内的三维γ辐射场快速计算提供技术支持。

二异丙基萘基质^(3)H和^(14)C液闪标准源的稳定性与淬灭校正准确性研究

为了建立商用液闪液分析水溶液样品中^(3)H、^(14)C的淬灭校正方法,基于二异丙基萘(Diisopropylnaphthalene,DIN)液闪液制备了^(3)H无淬灭液闪标准源、^(3)H淬灭系列液闪标准源、^(14)C无淬灭液闪标准源和^(14)C淬灭系列液闪标准源。考察了室温、避光条件下标准源的稳定性,16个月后淬灭系列标准源的校正效率的变化小于0.5%,无淬灭^(3)H、^(14)C标准源的活度值和tSIE值在30个月的监测中斜率统计值均小于临界值,未观察到不稳定性。比较了DIN体系淬灭系列标准源与甲苯体系淬灭系列标准源对商用液闪液测量核素的校正准确性,结果表明DIN基质的淬灭系列标准源更适用于目前广泛使用的商用闪烁液(Ultima Gold^(TM)AB、Ultima Gold^(TM)LLT、Optiphase HiSafe 3)测试样品的淬灭校正。

尿液中超铀核素内照射污染常规监测方法现状

内照射污染监测是保障放射工作人员职业安全和健康的必要手段,最常用的方式是测量尿液中的放射性核素。然而,尿液基体复杂,超铀核素进入体内排泄缓慢,如何准确测量尿液中低水平超铀核素含量是个人内照射污染常规监测的难点。本文调研了目前尿液中超铀核素内照射污染常规监测方法,从放射化学分离方法及测量技术的研究方面提出对尿液中超铀核素进行准确测量。

放化分离-液闪测量联合分析核电厂废树脂中的^(55)Fe和^(63)Ni

建立了一种核电厂放射性废离子交换树脂中^(55)Fe和^(63)Ni的联合分析方法。将废树脂样品经芬顿氧化消解后,先用氢氧化钠沉淀法沉淀^(55)Fe和^(63)Ni,再用阴离子交换树脂联合丁二酮肟沉淀对杂质离子进行分离纯化,纯化后用液体闪烁计器测量。本方法对废树脂中^(60)Co、^(65)Zn、^(54)Mn等干扰核素的去污因子均大于10^(3)。本方法对^(55)Fe和^(63)Ni的平均化学回收率分别为86%和90%,对废树脂中^(55)Fe和^(63)Ni的检测限分别为5.7 Bq/g、6.8 Bq/g。用加标样品对分析方法进行验证,预期值和测量值的偏差小于±10%。实验测得某核电厂一组一回路实际废树脂样品中^(55)Fe和^(63)Ni的平均活度浓度分别为(76.2±1.4)kBq/g和(120.0±5.1)kBq/g。

尿素[^(14)C]胶囊中^(14)C核素的鉴别

^(14)C-尿素呼气试验是幽门螺杆菌检测的“金标准”,检测时受试者需要服用^(14)C标记的尿素胶囊,为保证药品质量,需对尿素[^(14)C]胶囊中的有效成分^(14)C进行核素鉴别,目前尚缺乏简单可行的核素鉴别方法。本工作建立了一种基于液闪测量的尿素[^(14)C]胶囊中^(14)C核素鉴别方法。通过研究氧气和乙醇对液闪β谱图的影响,确定了低淬灭^(14)C样品制备方法,去除氧气时间大于10 min,乙醇添加量应小于1.67%,样品“有效期”为30 min。在相同测量条件下,通过比较低淬灭样品和无淬灭^(14)C标准源的β谱图的特征点,实现了尿素[^(14)C]胶囊中^(14)C核素的鉴别。采用所建立的方法对上海某公司3批次尿素[^(14)C]胶囊中的^(14)C进行鉴别,证明了建立的^(14)C核素鉴别方法可行有效。

新型闪烁凝胶三维剂量测量装置的临床实验研究

放射治疗是癌症治疗的常用手段,剂量验证是放疗计划质量控制的关键。基于电离室等探测器的传统剂量验证方法已很难满足精准放射治疗技术发展对三维剂量验证的需求。结合新型闪烁凝胶材料,使用三正交视角排布的光学相机测量硬件,以及基于全变分最小绝对收缩选择算子(LASSO-TV)的三维剂量重建算法,研制了一套放疗三维剂量测量装置,并对其进行了临床实验研究。结果表明:在立体定向放疗(SBRT)单射野照射情况下,与治疗计划系统TPS计算值对比,冠状面、横断面、矢状面的γ通过率(3 mm/3%)均在90%以上;与MapCHECK2测量值相比,剂量相对误差小于5%,满足ICRU对临床剂量测量的要求。研制的三维剂量测量装置可为精准放疗的三维剂量验证提供技术手段。

基于全站仪定位的辐射场测量方法研究

在核设施检修或退役中,往往需要对现场的辐射剂量场进行测量。传统的剂量率仪不支持空间坐标测量,需要额外的坐标测量工具,且剂量测量和坐标测量不同步,使得测量效率受到限制。针对该问题,提出了一种基于全站仪定位的测量方法,可同时测量剂量率和对应的空间坐标,定位精度为mm级,研制了测量系统样机。使用样机对某个水泥固化放射性废物桶进行了测试实验,与蒙特卡罗计算结果进行对比,测量值与模拟值的相对偏差遵循正态分布,平均偏差为12.8%,标准偏差为9.37%,数量大约占96%的测量点位的相对偏差在[-30%,5%]的范围内,体现了较高的测量精度。对某核设施厂房的另外两个较为复杂的场景进行辐射场测量,使用对数变换普通克里金方法对离散的测量点进行辐射场插值计算,三维辐射场重构结果的平均相对偏差可控制在50%左右。结果表明通过基于全站仪的辐射场测量系统可对现场的三维辐射场进行重构,精度可以满足三维辐射场的应用需求。

闪烁液及淬灭校正方法对液闪测量^(55)Fe的影响

为了优化液体闪烁计数器(LSC)测量^(55)Fe的条件,测试了三种商用闪烁液和两种淬灭校正方法对LSC测量^(55)Fe的影响。配制与放化处理后基质相同的^(55)Fe样品进行测量,三种闪烁液中,Ultima Gold AB样品装载量最大;在不同混溶比条件下,Ultima Gold LLT探测效率最高、最低检测限最小,混溶比为1∶4时,Ultima Gold LLT的探测效率最大为49.1%,同时最低检测限最小为0.12 Bq;若样品采用与淬灭标准源不同的闪烁液,对结果的准确度会造成一定的影响,在实验条件下活度测量值与标称值最大平均相对偏差绝对值为3.55%。对比tSIE法和TDCR法两种淬灭校正方法,TDCR法能够消除由于颜色和化学淬灭同时存在对^(55)Fe液闪测量结果所造成的影响,是测量^(55)Fe准确性更高的方法。通过加标样品验证,颜色及化学淬灭校正曲线得到的测量值与预期值的相对偏差分别为-0.35%~0.40%、-0.91%~-0.16%。

基于点云分布的光学发射层析系统响应矩阵计算方法

为满足放射治疗的三维剂量实时测量验证需求,基于闪烁体发光的三维剂量测量技术被提出。该技术利用闪烁体受辐射发光的原理,将三维剂量分布转换为三维光分布,并通过相机和光学发射层析技术进行三维光分布的测量与重建。基于光学发射层析的三维重建需要使用迭代算法,而系统响应矩阵是迭代重建的重要参数。本文基于小孔成像模型提出了基于点云分布的系统响应矩阵计算方法,该方法将体素转化成随机点云,计算点云投影至像素内的数量作为体素对像素的响应。在模拟成像的对比中,相较于传统的基于投影面积的计算方法,该方法抑制了模拟图像上的条纹状误差,提升了模拟成像的均匀性和梯度均匀性,改善了模拟精度,有利于提升三维重建的准确性。

基于深度学习模型的伽马能谱解析方法

为提高伽马能谱解析精度,建立专用深度学习模型,含12个残差卷积模块、51个神经网络层、超107个参数;独特设计模型输出,使其直接预测核素出射谱,突破对预设核素库的依赖。选择自建全身计数器测量人体放射性作为实验场景,基于蒙特卡罗模拟构造了数据集,测试实验表明,深度学习模型核素识别率93.3%、活度计算平均误差8.6%,相较峰分析法的62.3%、28.3%,能谱重建法的78.2%、18.7%,浅层ANN模型的81.3%、14.8%,优势明显。实测实验进一步验证了上述结论。所建立方法借助深度学习的多层次特征提取能力与高数值稳定性,实现了全谱信息与伽马射线能量、数量间的复杂映射,具备高准确性、通用性,未来可为多种应用提供技术基础。

鼻擦拭分析在放射性内污染常规监测中的应用探讨

针对当前放射性内污染常规监测手段难以快速精准识别职业人员意外吸入过量放射性物质事件的问题,提出了加强鼻擦拭分析在放射性内污染常规监测中应用的构想。利用人体呼吸道气溶胶沉积模型和真实鼻擦拭分析数据论证了鼻擦拭分析监测放射性内污染的可靠性,梳理并分析了现有的鼻擦拭分析技术能力,阐述了鼻擦拭分析应用于职业人员放射性内污染日常监测的必要性和辐射防护价值,并给出进一步开展鼻擦拭分析应用研究的建议。

单细胞单粒子微束的发展及放射生物学应用现状

综述了单细胞单粒子微束的发展及其在放射生物学方面的应用现状。通过准直或聚焦方式,可以将加速器粒子束流在空气中的束斑限定到微米或亚微米大小,而聚焦微束因其更高的空间分辨率和更快的电磁扫描照射速度成为发展主流;借助于先进的荧光显微镜及微速成像技术,当前的粒子微束能够对活细胞辐射诱导DNA损伤的早期响应进行在线可视化观测。微束对单个细胞或亚细胞结构进行精准定量和定位照射的特点,使其成为低剂量效应、辐射诱导旁效应以及亚细胞结构辐射敏感性研究的重要实验工具,正逐步将其应用从细胞培养模型拓展到更为复杂的组织或体内模型,用于研究受照生物样品辐射响应的空间和时间演化规律。

4D人体辐射剂量计算技术研究

当前人体辐射剂量计算技术只能给出直立人体3D静态剂量结果,无法满足未来精准防护需求。为实现4D剂量计算,首先基于刚体旋转矩阵、体积图拉普拉斯算子和近似刚体变换三种算法实现了面元模型变形;然后研究了动作捕捉引导的模型变形;接下来基于Delaunay算法的四面体切割技术实现了高速蒙特卡罗计算,最后设计开发了4D剂量计算应用系统。将建立的完整方法用于核电厂进行现场实验,针对特定辐射作业过程的应用结果验证了该方法的可靠性和实用性,突破了4D剂量计算过程中关键技术环节。未来该技术有望在核电厂运维、核设施退役治理及医学介入治疗等场景下实现人员精准防护。

基于可变形面元模型的新一代人体辐射剂量计算技术

为提高人体辐射剂量计算精度,满足精准防护需求,建立了基于可变形面元模型的人体辐射剂量计算技术完整方法,包括人体数字面元模型的变形算法与面元模型高速蒙特卡罗计算方法。其中面元模型的变形采用刚体旋转矩阵、体积图拉普拉斯算子和近似刚体变换三种算法分别实现骨骼、软组织和内部器官的变形;模型高速蒙卡计算则基于Delaunay四面体切割技术。基于此,进行可变形面元模型与不可变形体素模型剂量计算对比试验,结果表明,蹲姿底向照射时,面元模型比直立体素模型得到的有效剂量高51.2%,器官剂量高至98.6%;跪姿前向照射时,面元模型比直立体素模型得到的有效剂量高58.7%,器官剂量高至98.0%。重点突破了新一代剂量计算技术中的面元模型变形、高速蒙特卡罗计算等关键环节,为国内进一步发展高精度剂量计算提供了重要支撑,未来有望在精准防护应用中实现人员剂量的精准评价。

常见双层介质材料γ射线照射量累积因子的计算与分析

使用蒙特卡罗开源程序包Geant4设计并开发了用于双层介质材料累积因子计算程序,计算并建立了核设施现场常见材料水、铁、铅和混凝土两两组合下的照射量累积因子数据库,同时选取了部分计算结果与可靠性较好的经验公式相应模拟数据进行了比较,并分析了造成差异的主要原因。结果表明:基于Geant4模拟计算的双层介质材料照射量累积因子数据与经验公式计算结果相对吻合较好,其偏差大多数在10%以内,验证了累积因子数据计算结果的可靠性。此研究工作可为辐射防护相关模拟计算提供底层数据基础。

基于闪烁凝胶的放疗二维剂量验证系统研制及可行性研究

为实现放疗二维剂量验证结果的实时、高分辨获取,基于灌装好的组织等效闪烁凝胶材料和相机等光学元器件搭建了剂量测量系统,并对该系统在IMRT质控剂量验证中的可行性进行实验验证。采用TPS剂量值对放疗均匀射束闪烁凝胶发光图像的像素灰度值进行标定。构建便于分区域对比分析的放疗计划,利用标定系数将凝胶闪烁光分布转换为剂量的二维分布。利用平板电离室对放疗计划进行测量,将凝胶系统与平板电离室的测量结果进行对比。结果显示,凝胶系统的测量分辨率远高于平板电离室;在有效成像区域内,凝胶系统的测量结果与平板电离室测量结果相对误差小于5%。这充分说明基于闪烁凝胶的放疗二维剂量验证系统在IMRT质控剂量验证中具有较高的可行性,尤其是对高剂量梯度放疗计划的实时、高分辨验证,后续深入开发可用于临床剂量验证。

SOI硅微剂量计物理结构设计中的电荷收集及能量沉积特性模拟研究

采用TCAD软件和蒙特卡罗方法对SOI硅微剂量计的电荷收集特性与能量沉积特性进行了研究。分析了电场分布随探测单元形状、尺寸、电极注入深度、入射粒子种类和能量的变化情况以及微剂量谱随探测单元形状以及聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)转换层厚度的变化情况。模拟结果表明,在10μm的范围内,硅探测单元采用圆柱型或立方体结构对电荷收集效率和能量沉积的影响均很小,探测单元高度越高、半径越小,电荷收集效率越高,PMMA转换层的厚度对微剂量谱有一定的影响,随着PMMA厚度增加,中子和γ射线与PMMA作用产生的次级粒子被阻止在硅灵敏区内的份额增加,导致了微剂量谱峰值的增高。

MC法模拟计算有限介质双层材料γ照射量累积因子

基于Geant4模拟平台和有限介质模型,计算并建立了常见材料水、铁、铅和混凝土两两组合下的γ射线照射量累积因子数据库,对比分析了计算结果与通过可靠性较好的经验公式计算数据之间的差异,以及与目前常用的无限大介质模型下相应数据之间的不同。实验结果表明,对于文中算例,相比于无限大介质模型,有限介质模型下的累积因子数据,使得点核积分计算结果与Geant4模拟结果之间的偏差缩小了约15%,能够有效地提升γ照射量点核积分计算结果的准确性。

宫颈癌放疗分次间剂量分布映射方法的现状与难点

目的总结宫颈癌联合治疗中远距离外照射放疗(EBRT)与近距离放疗(BT)联合放疗分次间剂量分布映射方法的现状与难点,特别侧重于基于图像配准的方法、剂量与图像配准的区别及关注点。方法检索PubMed、中国知网及万方期刊全文数据库建库至2023-09-20收录的相关文献,中文关键词为“宫颈癌、剂量分布映射、剂量叠加、图像配准”,英文关键词为“cervical cancer、dose distribution mapping、dose accumulation、image registration”。纳入标准:(1)宫颈癌剂量叠加;(2)宫颈癌分次间剂量分布映射;(3)基于图像配准的宫颈癌剂量叠加。排除标准:(1)低质量文献;(2)内容相似或重复。最终共纳入文献51篇。结果在宫颈癌治疗中,EBRT与BT联合的分次间剂量分布映射存在挑战。治疗过程中由于多器官的复杂厘米级位移和形变,可能导致分次间剂量递送误差。将不同放疗阶段的剂量分布映射传递至参考阶段可能引起误差放大效应,增加了精准放疗的难度。结论准确剂量分布映射方法是精确评估累积生物等效剂量的前提条件,直接利用图像配准将组织/肿瘤剂量分布图映射至参考阶段存在局限性,建议深入研究联合放疗分次间剂量分布映射方法。