电离法校准低能质子剂量技术

本工作建立1套电离室绝对剂量测量系统，对自制石墨电离室性能进行研究，实验结果表明自制电离室系统满足标准电离室的要求。设计了1套基于同向测量的透射电离室，用于在线监测束流变化，为剂量测量的准确性提供了依据，解决了替代法校准时束流波动对测量结果造成较大不确定度的问题。对已建立的电离室测量低能质子吸收剂量绝对测量系统进行不确定度评估，合成标准不确定度约4%。最后，以自行研制的质子剂量测量系统（电离室系统、透射电离室系统）在HI-13串列加速器上开展了对丙氨酸剂量计校准技术的研究，获得了不同能量质子辐照下的RE值。     

束流监测用透射电离室的研制

为有效监测低能质子束流强度，研制了1种无窗透射型电离室，用于H1—13串列加速器上10-30MeV质子束流的监测。该透射电离室主要由电极、工作气体和绝缘体3部分组成。电极由收集电极和高压电极两部分构成，两极板间充有空气。图1示出透射电离室结构示意图。电离室特性列于表1。     

透射电离室作为低能质子束流监测器的研究与应用

为有效监测低能质子的束流强度,研制了一种透射型电离室,用于HI-13串列加速器上低能质子束流的监测。研究了它的基本计量学性能,结果表明,各项性能均满足工作级电离室的要求。与传统的侧向束流监测用金硅面垒探测器测量结果相比,基于同向测量的透射电离室作为监测探测器明显优于金硅面垒探测器,提高了测量结果的准确度。     

陶瓷样品外束质子荧光定量分析中样品定位精度的研究

通过改变与陶瓷有相似成份的GBW07306水系沉积物标准样品的前后位置和角度,研究了陶瓷样品外束质子荧光(External beam proton induced X-ray emission,外束PIXE)分析中样品位置对测量结果的影响.并以此为依据分析了陶瓷样品外束PIXE定量分析对样品定位精度的要求.结果表明:在质子能量为2.5MeV、样品距离质子引出窗口12mm和质子束入射方向夹角为30°、Si(Li)探测器在80°且距离样品20mm的实验条件下,沿束流方向位置变化引起的相对误差控制在5%以内时,样品定位精确度应高于±0.14mm;样品与质子束夹角变化引起的相对误差控制在5%以内时,样品角度定位需精确到±1.2°.     

裂变室在散裂中子源反角方向束流监视系统中的应用研究

将235U与238U两种材料组成的裂变电离室作为散裂中子源反角方向束流监视系统应用的探测器,采用飞行时间方法可以高精度地测量束流的能谱。本文主要介绍整个系统的时间分辨精度对能量分辨的影响以及实际测量中的修正因素,时间分辨引起的能量分辨与能量的3/2幂成正比,能量分辨引起与标准截面的能量差异的修正小于0.1%,实验结果表明该项裂变电离室的设计能满足散裂反角中子能谱测量的要求。     

新型平板电离室的研制与初步测试北大核心CSCD

研制一款同时测量质子束流与剂量的平板电离室。利用基于有限元分析的Ansys模拟软件和Geant4蒙特卡罗软件对电离室电场分布、等效水厚度、不同能量质子束穿过电离室后的横向散射等参数进行模拟,进而优化电离室结构。并利用YXLON 450 kV X射线管、6 MeV脉冲加速器与北京大学串列加速器对电离室进行初步测试,电离室运行稳定,射线位置二维分布信息采集准确,性能良好。     

质子点扫描照射位置控制系统设计

上海质子治疗装置的束配系统采用点扫描的治疗模式。为了满足照射率与照射剂量分布精度的要求,需要设计一套精确的点扫描照射位置控制系统。点扫描照射位置控制系统通过二次多项式以及薄板样条曲线拟合得到了扫描磁场强度与位置电离室读出、扫描磁场强度与等中心束流位置之间的映射关系。在实际治疗时,通过治疗计划系统要求的等中心束流位置计算出目标扫描磁场强度,采用前馈算法控制扫描磁场到达目标磁场,同时通过比较位置电离室读出与目标位置之间的偏差来校正下一个点的照射位置。带束测试结果显示:在等中心处测得的质子束流在X方向和Y方向的照射位置偏差的最大值分别为0.8 mm和0.6 mm,均方值均为0.2 mm。该照射位置控制系统能够实现精确的点扫描照射。     

100 MeV质子回旋加速器的束流均匀性诊断

正束流均匀性是辐射生物学效应研究中的重要参数。使用中国原子能科学研究院100 MeV回旋加速器引出的1 Gy剂量的质子,分别照射了EBT3剂量胶片和热释光CTLD-100(LiF:Mg,Ti)探测器阵列,对辐射效应研究实验终端的束流的照射野均匀性进行了诊断。图1为获得的剂量胶片照射野照片以及分析得到的胶片灰度分布二维图,结果表明,在48mm×48 mm范围内,100 MeV质子的均匀性为96.3%。表1列出了分布在53mm×53mm面积上的热释光探测器阵列中各位置热释光片的相对测量值,结果表明,在48mm×48mm范围内,照     

医用加速器X-射线射野剂量分布的蒙特卡罗模拟与实验测量

用电离室测量及蒙特卡罗方法计算水模体中瓦里安6 MV X-射线射野的百分深度剂量和射野离轴比,对测量和计算结果进行比较和分析。结果表明:10 cm×10 cm射野百分深度剂量在0-20 cm深度范围内,按2 mm/2%标准,?≤1的通过率为96.47%,按3 mm/3%标准,?≤1的通过率为99.23%;射野离轴比按2 mm/2%标准,?≤1的通过率为97.56%,按3 mm/3%标准,?≤1的通过率为99.42%;10 cm×10 cm射野深度剂量中的电子线份额为5.3%,40 cm×40 cm射野深度剂量中的电子线份额为15.2%。通过电离室测量和蒙特卡罗计算的方法能够确定X-射线射野的剂量分布特性。     

CSNS束流损失监控(BLM)系统电离室的改进

报道了中国散裂中子源工程(CSNS)和强流质子加速器(PA)柬流损失监控(BLM)系统的电离室的改进.对改进后的电离室测量得到,电离室有良好的坪特性(坪长≥2 000 V),测量的辐照剂量范围到3.6×10 5rad/h,高压加到3500 V仍能稳定工作.测量的结果表明电离室探头性能已能满足CSNS和PA对束流损失监控...     

平板电离室的研制及改进

研制了用于10～40 MeV质子剂量测量的灵敏体积为0.055 cm3的平板电离室,并对其各输出特性进行了实验测量研究.电离室采用平行板静电喷涂石墨电极,利用激光腐蚀的方法雕刻保护极和收集极间的凹槽.金属化孔的焊接方法降低了电离室的加工难度,避免了传统的布线模式.     

高气压电离室能量响应特性的蒙卡方法优化设计

环境γ辐射监测用的高气压电离室要求具有较平的能量响应,以便提高其对环境γ辐射剂量率测量结果的准确性。论文利用MCNP蒙卡程序研究了高气压电离室对不同能量光子的响应特性,模拟研究了不同材料、不同厚度和不同面积能量补偿片对高气压电离室能量响应特性的作用规律,并在标准参考辐射场中进行刻度。根据其作用规律指导对高气压电离室外壁进行能量补偿的设计,解决了高气压电离室对不同能量γ射线响应不同的技术难题。计算和刻度结果表明:厚度为2 mm,屏蔽面积65%的锡片能够使高气压电离室在60 ke V~1.5 Me V之间的响应相对于137Cs的偏差在±30%以内,满足设计要求。     

闪烁体薄膜在线测量质子束流强度

质子单粒子效应实验研究和质子加速器研究中,质子束流强测量关系着实验结果的可靠性和准确性。法拉第筒、金硅面垒探测器、金刚石探测器等传统探测方法均为拦截式测量,无法实现束流的在线测量。本文用闪烁体薄膜在线监测质子束流强。质子束流穿过薄膜闪烁体,沉积部分能量使其发光,用光电倍增管收集光信号,从而得到束流的强度信息。通过质子与闪烁体材料相互作用的理论计算得到闪烁体材料对质子束流的响应关系。在北大2×6 MeV串列加速器上对3–10 MeV的质子束流进行了实验测量,验证了其响应关系。     

纵向型双电离室ΔE-E探测器系统及其在ERD分析中的应用

设计加工了一套纵向型双电离室ΔE-E(气体-固体)探测器系统,由于采用了双电离室及电场均匀技术,得到较好的能量分辨率:利用50.3 MeV的12C在束测量,ΔE分辨率达3.3 %,Er分辨率达1.5 %.利用该系统对新型半导体材料GaAs、新型光电材料GaN等进行ERD分析,得到了材料的元素深度分布谱(分辨达50 nm);在该系统和Q3D磁谱仪配合测量中,得到深度分辨达1 nm的深度分布谱.     

脑血管介入放射学操作中患者受照剂量的研究

采用穿透电离室型剂量测量系统,对在某医院行脑血管介入放射学操作的130例患者所受的 辐射剂量进行了测量.结果表明,造影组的剂量面积乘积和累积剂量分别为(17 937±15 8 74) cGy·cm2和(759±958) mGy,栓塞组的剂量面积乘积和累积剂量分别为(28 119 ±17 828) cGy·cm2和(1 335±717) mGy,栓塞组明显高于造影组.在所研究的130例患者中,约有4.6%的患者累积剂量超过2 Gy,主要是脑血管栓塞术患者,提示要加强对这些患者的防护.     

质子治疗电离室剂量读出电子学研制

中国原子能科学研究院正在研制一套用于质子治疗的治疗头设备,为了实现束流剂量的测量,研制了一套剂量读出电子学装置,用于实现电离室剂量信号读取和测试。该电子学通过IVC102精密低噪声积分器实现电荷的积分放大,DSP56F82控制ADC实现数据的采集并处理,装置采用Modbus通信协议实现和上位机间的通信。同时设计了固定电荷发生器,利用其产生固定电荷量,用于对该电荷测量装置进行试验测试。结果表明,该装置在20 pC~2 μC电荷测量范围内的最大相对误差在0?62%以内,满足了设计需求。     

CYCIAE-100的直流流强监测器研制及实验验证

100 MeV强流质子回旋加速器（CYCIAE-100）加速H^-，引出质子束能量为75~100 MeV、最大束流强度为200 μA。为对束流输运线上的质子束流强度进行无阻挡实时监测，选择了直流流强监测器（DCCT），其在设计上考虑了空间限制、杂散磁场和外部高频干扰信号等因素对探头的影响。探头外采用了三重磁屏蔽设计，磁屏蔽外为1层黄铜的电屏蔽。采用了绝缘垫圈隔断束流输运线的直流导电性，束流输运线管壁通有冷却水以保证探头温度稳定。在绝缘垫圈处增加电容以满足探头对电容值的要求。采用高精度PLC-AI模块对DCCT的输出电压进行了读取。通过模拟束流的实验验证表明，DCCT设计合理可行，测量结果的线性度、误差等指标符合设计要求。     

基于EGSnrc仿真的二维电离室剂量探测器的室壁厚度确定方法

室壁厚度是二维电离室剂量探测器的重要设计参数。在二维电离室剂量探测器的单元空腔几何参数确定的情况下，利用蒙特卡罗仿真方法建立了探测器室壁仿真计算的简化模型，并利用EGSnrc程序对模型进行了仿真计算，给出了室壁厚度的参考数值。结果表明，当空腔为直径4.5 mm、高5 mm的圆柱形时，在能量为1.25 MeV射线下，为达到1%的测量精度，电离室前壁厚度需达到4.4 mm，侧壁厚度需达到1.5 mm；在1.25~4 MeV射线能量范围内使用时，为达到1%的测量精度，侧壁厚度需达到5 mm。本文研究结果可作为该种探测器的设计依据。     

60Co γ射线在Au/Al界面剂量分布测量及其蒙特卡罗模拟

研究了高原子序数材料金与铝交界时60Coγ射线入射产生的剂量深度分布。用电离室测量了Au/Al界面剂量梯度分布,并且用蒙特卡罗方法对界面附近的剂量梯度分布进行了计算,得到了与实验符合较好的结果。采用的实验测试及理论模拟方法为研究γ射线剂量增强提供了手段。     

用于CSNS和PA束流损失监控(BLM)系统的电离室设计参数的优化

运用GEANT4蒙特卡洛模拟程序包,对用于中国散裂中子源(CSNS)和质子加速器(PA)束流损失监控系统(BLM)的γ电离室探头进行模拟研究,由模拟计算给出优化的电离室设计参数。工作气体选用1个大气压的氩气;内、外电极用无缝不锈钢管代替镍管,它们的分别为0.1和0.15 mm;屏蔽外壳亦选用1 mm厚度的不锈钢。按照以上参数制成的电离室模型用放射源测试,性能良好。