tceic.com
学霸学习网 这下你爽了
赞助商链接
当前位置:首页 >> 兵器/核科学 >>

模体中的中子和γ辐射剂量分布的计算


%II

中华放射医学与防护杂志 %""! 年 # 月第 %! 卷第 I 期

&8.7 Q D4/.*3 :0/ R,*6,>1;126 %""!, M*3 %!, S*( I

&’ 裂变中子源在组织等效模体中的中子和 ! 辐射剂量分布的计算
%$%

纪刚

郭勇

骆亿生

张文仲

【摘要】 目的
%$%

计算%$% &’ 裂变中子源的中子和 !辐射在组织等效模体内的剂量分布, 为使用 建立%$% &’ 源和组织等效模体的三维 计算了两种医用 %$% &’

&’裂变中子源进行中子放疗提供有用的剂量学参数。方法

几何计算模型, 利用蒙特卡罗方法进行中子和 ! 辐射联合输运计算。结果 和 !辐射吸收剂量。结论

裂变中子源在水、 血液、 肌肉、 皮肤、 骨骼和肺组织等效材料构成的模体中距源不同距离点处的中子 蒙特卡罗计算结果与文献数据以及使用双电离室实验测量的结果符合 得较好。对%$% &’ 裂变中子源在 $ 种组织材料构成的模体中中子和 !辐射的剂量分布进行了比较, 使 用水作为组织等效材料对%$% &’ 裂变中子源在以肌肉、 血液和皮肤构成的局部组织内的剂量分布进 行模拟计算, 可取得比较可靠的结果。 【关键词】
%$%

&’ 裂变中子源; 蒙特卡罗计算; 剂量分布; 组织等效模体

!"#$%#"&’() (* +(,- +’,&.’/%&’() *(. %$% !* *’,,’() )-%&.() ,(%.$- ’) &’,,%- -0%’1"#-)& 23")&(4, %,’)5 6()&#’( )*%& , +’( ),-./%& , /0 $1 ( "%-0,020/ *3 4$5,$0,*% 6/5,7,%/ , 8/,9,%& !""#$", :.,; !".#( 4-&3(+ !" #$%& , %$ 【7/,&."$&】 8/9-$&’1- )* +,*-./0 120’13 +4,45060,2 ’*, 7016,*7 ,4/.*680,4+9, 68.2 +4+0, +,020762 ,021362 *’ 4 :*760 &4,3* 2.51346.*7 261/9 .7-026.;46.7; 680 /*2.506,.< <84,4<60,.26.<2 *’ 3.704, %$% &’ ’.22.*7 7016,*7 2*1,<= 02 ( 6-&3(+, > %$% &’ ’.22.*7 2*1,<0 47/ 6.2210 0?1.-430762 +8476*5 @0,0 5*/030/( )80 /*20 *’ 7016,*7 47/ ;4554 ,4/.46.*72 @0,0 <43<13460/ 12.7; :*760 &4,3* &*/0( :-,%#&, )80 /*20 *’ 7016,*7 47/ ;4554 46 20-0,43 +*2.6.*72 ’*, %$% &’ .7 680 +8476*5 54/0 *’ 0?1.-43076 5460,.432 6* @460,, A3**/, 512<30, 2B.7, A*70 47/ 317; @0,0 <43<13460/ ( !()$#%,’() )80 ,021362 A9 :*760 &4,3* 5068*/2 @0,0 <*5+4,0/ @.68 680 /464 A9 50421,050762 47/ 680 5068*/ 12.7; @460, +8476*5 6* 2.513460 3*<43 6.22102 21<8 42 512<30, ,0’0,07<02 ( ><<*,/.7; 6* 680 <43<1346.*7, A3**/ 47/ 2B.7 .2 ,042*74A30 ’*, 680 <43<1346.*7 47/ 50421,050762 *’ /*20 /.26,.A16.*7 ’*, %$% &’( 【;-< =(.+,】 %$% &’ ’.22.*7 7016,*7 2*1,<0; :*760 &4,3*; C*20 /.26,.A16.*7; ).2210 0?1.-43076 +847= 6*5
%$%

放射出的快中 &’ 裂变中子源是一种自发裂变中子源,

有关文献对%$% &’ 瞬发中子的能谱有两种描述, 一是 :4N=
[ ] 二是 O466 中子谱; @033.47 中子谱; >7/0,2*7 P ! 建议使用 :4N= [ ,] @033.47 中子谱 描 述 %$% &’ 瞬 发 中 子 能 量。文 献 % J 推 荐 使 用

子相对生物效应值 (DEF) 较高, 同时伴有瞬发 !射线, 针对组 织缺氧和对辐射不敏感的肿瘤比 !更加有效, 近年来在用于 近距离照射的一些特殊肿瘤治疗取得了比较满意效果。本 文作者利用蒙特卡罗 (:*760 &4,3*, 简称 :& 法) 方法, 计算了 线状%$% &’ 裂变中子源在组织等效模体中的中子和 ! 辐射剂 量分布, 并与实验测量及文献的数据进行了比较。 材料和方法 !G
%$% %$%

并得出较为准确的计算结 O466 谱对%$% &’ 中子能谱进行描述, 果。本文作者使用上述两种中子谱进行 :& 计算, 在计算过 程中采用 O466 谱。 临床放疗中使用的 %$% &’ 为圆柱形, 可置于体内, 利用组 织中的氢成分将快中子慢化。用于放疗的 %$% &’ 由活性区和
%$% 封装外壳组成, 外壳为圆 &’ 为线状结构分布于活性区内,

&’ 裂变中子源

半衰期为 %GHIH 年, &’ 裂变中子源的中子发射率很高,

柱体, 通常采用合金或不锈钢材料。国外常用的医用%$% &’ 源 由若干条线状氧化锎组成, 封装在圆柱形的双层白金和铱的
%$% 合金外壳中, 长为 %JG! 55, 直径为 %G# 55, &’ 源活性区长 [ ] %$% 度为 !$ 55, 直径为 "G# 55, &’ 含量为几克至几百微克 % 。

可制成体积很小的中子源, 自发裂变中子服从麦克斯韦分 布, 自发裂变中子产额为 %GJ!I K !"!% 7 ?2 L !?; L ! , 中子平均能 量为 %G!$# :0M。发射中子的同时, 伴随有瞬发 !射线, !射 线发射率为 !GJ K !"!J ! ? 2 L !? ;L! 。
作者单位:!""#$" 北京放射医学研究所

本文作者在计算和实验测量中还使用了国内部分医院临床 放疗使用的线状 %$% &’ 裂变中子源, 活性区为线状 %$% &’ 源, 直 径为 !GI 55, 长 $ 55, 封装外壳为不锈钢材料, 直径 J 55, 长 !J 55。

中华放射医学与防护杂志 !%%8 年 > 月第 !8 卷第 # 期

+@A7 B 3:CADE *6C FGD;,HI=IJ; !%%8, KDE !8, LD? #

!#,

!" 组织等效模体 以水, 成人的肌肉、 血液、 骨骼 (骨骼皮层) 、 皮肤和肺材 料构成模体
[#]

平均抽样统计误差为 #< 。 献 [)] !" 和计算 采用国际上通用的双电离室方法。实验测量所用的!,! +裂变中子源为细圆柱体, 活性区内填入氧化铝材料, 直径 8"# 长 , ’’, 外壳为不锈钢材料。测量时!,! +- 裂变中子源的 ’’,
!,! !,!

+- 裂变中子源在立方体水模体中剂量分布的测量

。采用圆柱体和立方体两种计算模型, 模拟人

体躯干部分。圆柱模体的几何尺寸与文献所用模体一致, 高 直径 $% &’, 用于近似模拟人体躯干部位。立方体模 $% &’、 体的几何尺寸为 #% &’ ( #% &’ ( )% &’。 )" *+ 计算方法
!,!

中子诱发 !剂量和瞬发 !剂量 +- 总剂量由中子剂量、

+- 实际含量为 >#8"# # =。组织等效模体采用立方体均匀水 模体。采用双电离室法和 *+ 在均匀水模体中测量和计算 出了距源中心点距离为 !",、 ,"% 和 8% &’ 处的中子和 !吸收

计算得出中子和中 ) 部分组成。作者建立了 *+ 计算模型, 子诱发 !吸收剂量; 利用该模型, 得出瞬发 ! 吸收剂量。利 用注量.比释动能换算系数 /0 1", 将计算出的注量转换成比 释动能, 即得到中子和 !吸收剂量值。中子在水和组织材料
[ ] 中的比释动能换算系数取自 2+34 第 ##、 #$ 和 $) 号报告 #.5 。 [5] 对于 ! , 依据质量能量吸收系数 # 67 1 $ 和比释动能换算系数

剂量分布。实验和计算结果见图 !。

的转换关系, 得到比释动能转换系数。 结 8"
!,!



+- 裂变中子源在圆柱形水模体中的剂量分布计算

[!] 利用文献 中采用的医用!,! +- 裂变中子源为放射源, 将

细圆柱状的!,! +- 中子源置于圆柱形均匀水模体中心, 其长轴 方向与圆柱模体 纵 轴 方 向 一 致, 在 水 模 体 外 设 一 个 高 $%% 直径 $%% &’ 的圆柱形空气层, 空气层外为真空介质。以 &’, 9:;; 谱模拟瞬发中子能谱
[,]

图"

双电离室法测量和 *+ 法计算 >#8 ? # # = !,! +源在水模体中剂量分布曲线

, 编写 *+ 中子和 !辐射联合输

两者相差最大一点是径向距 *+ 计算值与实验值比较, 而实验测量值是小块 离为 !", &’ 处。*+ 为水中吸收剂量, 组织的吸收剂量, 前者比后者约大 )< 。近距离处, 剂量率随 距离变化梯度较大, 电离室灵敏体积中心与!,! +- 源几何中心 之间的距离是实验测量误差的主要来源。 )"
!,!

运计算程序; 再建立另一个 !辐射输运程序, 模拟计算瞬发 ! 辐射在模体中的剂量分布。 *+ 计算粒子抽样总数设定为 统计误差小于 !< 。见图 8。 8", ( 8%, ,

+- 裂变中子源在 , 种组织模体中的剂量分布

由于水与组织材料在元素构成上的差异, 使得!,! +- 在水 模体与其他组织等效介质中的剂量学参数有差别。以水、 血
[,] 液、 肌肉、 皮肤、 骨骼和肺组织 为模型材料构成立方体模

体, 源置于模体中心点, 在与经过源中心点且与长轴垂直的 座标平面内, 计算了线状!,! +- 裂变中子源径向不同距离处的 中子和 !辐射吸收剂量率。

图 ! 8# = 线状医用!,! +- 裂变中子源在 水模体中的总剂量率分布
[!, )] 结果与文献 数据符合较好, 相差最大点在径向距离

%", &’ 处。造成剂量数据差别的原因之一是使用不同核反 应截面数据库, 本文使用的 *+ 软件包提供的较新的截面库 完成粒子输运计算, 文献 [8] 代替了白金截面数据库; 其二, 上述两篇文献因抽样统计数小, 距离较 *+ 统计粒子数不同, 大点处的计算误差偏大, 文献 [!] 抽样统计误差小于 ,< , 文 图# 医用 8 # = 线状!,! +- 裂变中子源在组织 等效模体中的总剂量率分布曲线

(MN

中华放射医学与防护杂志 (QQ" 年 B 月第 (" 卷第 M 期

’>/0 E G*4/7. &-4 =572,3;K;62 (QQ", P7. (", T79 M

从图 ! 可以看出, 在水、 肌肉和血液构成的模体中中子 的剂量分布差别很小, 因此, 使用水作为组织等效模体对肌 肉、 血液等构成的局部组织进行中子剂量的模拟计算, 可取 得较为接近的结果。在骨骼模体中中子剂量率相对偏小, 仅 在距离为 "# $% 时, 中子在骨骼模体中的剂量率值大于除肺 以外的其他材料; 肺模体在与源中心点距离较近处, 中子剂 量率与水、 肌肉和血液模体接近, 随距离增大, 肺模体中的中 子剂量值相对偏大。 由于元素组成和材料密度的差异, 中子在水中诱发的 ! 最大, 肺最小, 骨骼次之, 而瞬发 !成分在肺和水中剂量率值 最大, 其他材料相对较小, 且数值非常接近。两部分 !剂量 率值相加, 近距离处各材料的剂量率值非常接近, 远距离处, !在骨骼和肺中的剂量率值相对较小。 在骨骼构成的模体中, 总剂量率相对较小, 远距离处, 肺 模体剂量率值偏小, 水模体中的总剂量率与肌肉、 血液和皮 肤模体中的剂量率值比较接近。 讨 论

模体中的剂量分布比较接近, 因而使用水作为组织等效模体 对肌肉、 血液和皮肤构成的局部组织进行(#( ’) 裂变中子源的 中子以及中子和 ! 总剂量值的估算, 可取得比较可靠的结 果。 使用 &*+,-../*0 和 1*22 来描述对 (#( ’) 裂变中子源的瞬 发中子谱进行描述, 得出的中子剂量有明显的差异, 需要进 一步的研究得到更精确的描述 (#( ’) 瞬发中子能谱的模型。 目前尚缺少足够数量的、 充分的实验测量结果作为(#( ’) 裂变 中子源剂量学的依据。为了更准确模拟中子放疗的实际情 况, 需针对放射治疗实际使用的放射源和患者的具体受照部 位等照射条件, 建立更精确的计算模型。 参
" (







! M # N A

计算出两种医用 (#( ’) 裂变中子 本文作者使用 &’ 方法, 源在水、 血液、 肌肉、 骨骼、 肺和皮肤材料构成模体中的中子 和!剂量分布, 从计算结果可以看出, 在组织等效模体中靠 近(#( ’)中子源处, 剂量率随距离增大而急剧下降, 距离超过几 厘米时, 剂量率趋于平缓。
(#(

304-5670 889 :2*2;6 7) 476/%-25< 7) (#( ’) %-4/$*. 0-;2570 67;5$-69 =><6 &-4 ?/7., "@A!, "B: AA@CA@@ 9 D*0$> E’, F*%-0>7) GH9 I76/%-25< 7) (#( ’) 67;5$-6 )75 0-;2570 5*4/72>-5C *J< ,/2> *04 ,/2>7;2 *;K%-02*2/70 L< L7570 0-;2570 $*J2;5- 2>-5*J<9 G*4/C *2 G-6, "@@(, "!": (M@C(#N 9 O5/6>0*6,*%< P9 ’*.$;.*2/70 7) 2>- 476- 4/625/L;2/70 *L7;2 (#( ’) 0--4.-6 "@A", @B: "##C"NQ 9 /0 2/66;-9 G*4/7.7K<, R’GS G-J752 T79 MM 9 U/66;- :;L62/2;2-6 /0 G*4/*2/70 I76/%-25< *04 &-*C 6;5-%-02 9 "@B@ 9 ?5/-6%-/62-5 EV9 &’T=9 3 K-0-5*. &702- ’*5.7 TCJ*52/$.- 25*06J752 $74-, P-56/70 M?C&*0;*. 9 876 3.*%76, T&: 83TO883C"(N(#C&; "@@A 9 R’GS G-J752 T79 MN 9 =>7270, W.-$2570, =57270 *04 T-;2570 R02-5*$2/70 I*C 2* )75 ?74< U/66;-69 "@@( 9 R’GS G-J752 T79 N!, T;$.-*5 I*2* )75 T-;2570 *04 =57270 G*4/72>-5*J< *04 )75 G*4/*2/70 =572-$2/70 ,/2> I*2* ’I9 (QQQ 9 (收稿日期: (QQ"CQMC!Q)

’) 裂变中子源在不同的组织材料构成的模体中的剂

(#( 肌肉、 血液和皮肤构成的 量分布有明显的差别, ’) 源在水、

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

本刊 (Q 年刊出学术文稿学科分析一览表
中华放射医学与防护杂志从 "@B" 年创刊至 (QQQ 年的 (Q 年中刊出了 ( @@A 篇学术性文稿, 现将近 ! QQQ 篇文稿在各学科 中分布统计如下。 表 ! (Q年刊出稿在各学科中的分布
年份 "@B" "@B( "@B! "@BM "@B# "@BN "@BA "@BB "@B@ "@@Q "@@" "@@( "@@! "@@M "@@# "@@N "@@A "@@B "@@@ (QQQ 分类合计 总计 放射医学 人群 !Q (A !( (( !# (N (M (A !B (" (A !M !! !Q !! MN N! N# N@ MA A(@ 放射生物 放射毒理 辐射剂量 标准 X ( " X X N ( " X " ( ( " X ( M ( ( X " (@ 放射卫生 管理 X " X ! A # A B A B # N A "Q "M "" "! "( (B (" "A! 环境放射性 调查 ( "A B # "B N B "B (! (M "N (Q "! (( "M "" "" "" "! "# (A# !B( 核事故 动物 药物 细胞水平 分子水平 剂量 效应 方法学 调查 "B B "B M # B X A N (N ! M "" M "A A (@ A X "" # "A "A (B M " "Q (# "A A "@ M X "" B (" "Q (# "( ! "( # "" B "# "Q ( B N B A (Q M ! "A "Q B "Q (" N ! "Q A A N (@ # X B N @ A (@ N ! "# "( M "Q (A # ! "Q "# ( "Q (Q # # B M "" "M !( # M "! @ ( @ !# ! # ! "A # "( "! !Q M # ( "" "( A "M (Q # N M "! "" # A !Q @ # ! "# B M "M (" "M # ( "! A A "" !M "N N # (" ! "@M "@# #QB #" ""( ## (M( "N( """B ##@ "NA M!! 防护措施 方法学 M X M "! N N ! B # ! A ( "" A "( # B A B ( N N "Q ( # ! "Q ! B ! A " B X @ " N X A X "MM A( !"A 建材 应急 X ( X ( X X ( " ( X ( " ! ! ( X X " ( X ! X X " " " X ( ( M ( " ( " X X # X A " !# (" ("

(本刊编辑部)



推荐相关:
网站首页 | 网站地图
All rights reserved Powered by 学霸学习网 www.tceic.com
copyright ©right 2010-2021。
文档资料库内容来自网络,如有侵犯请联系客服。zhit325@126.com