239Puα粒子的微剂量谱和径向剂量分布

　　用大容积(60 mm×80 mm)的圆柱型流气式组织等效正比计数器测定了239Puα粒子的微剂量谱和径向剂量分布。α粒子束在无窗的情况下直接穿入正比计数器,由离子穿过而发生能量沉积的机率Rb为1。测量结果证实:沿α粒子径迹由单次事件沉积的剂量平均比能z1D(Gy)与距径迹核径向距离b(μm)之间完全符合z1D=ab-2的函数关系,同时给出了求出最大径向距离(penumbra)的方法。

　　微剂量学主要研究辐射在吸收介质中能量沉积的微观分布以及这些分布在微观体中引起的物理、化学和生物学效应以及这些效应之间的关系。近年来,随着重离子束和中子束应用的发展,微剂量学在辐射防护和放射治疗中得到越来越多的应用。在保持初级辐射场不变和极化效应可忽略的条件下,辐射在物质中的能量转移和沉积决定于辐射穿过的物质层厚度,而与介质的密度无关。这就是一般以低气压流气方式工作的组织等效正比计数器用厘米级的灵敏体积模拟纳米级或微米级的微观组织,测定带电粒子在微观组织介质中的能量转移和沉积过程的物理依据[1,2]。Katz[3],Zhang等[4]和Varma等[5,6]为了描述离子径迹的径向剂量分布和求出剂量分布的最大径向距离,提出了很多模式,并进行了相应的理论计算。本工作应用自行研制的圆柱型流气式组织等效正比计数器测量239Puα粒子的微剂量谱和径向剂量分布。

　　1　测量原理和结果

　　测量239Puα粒子微剂量谱和径向剂量分布的装置示于图1。这里,α粒子束在无窗情况下直接进入正比计数器,通过改变阳极丝与束流轴线之间的垂直距离b′,测定其微剂量谱和径向剂量分布。

　　定义线能y是带电粒子在指定体积内穿过时沉积的能量与该指定体积的平均弦长的比值:

　　式中:h为谱仪道数;hp为峰位道数;L∞为带电粒子在组织介质中的线传能密度(对239Pu的α粒子,其值为115 keV/μm)[8]。线能y的分布函数f(y)可表示如下:

　　其中:Δh=1;dh/dy=hp/L;ΣN(h)为总积分计数。f(y)的量纲为(keV/μm)-1,它满足归一化条件:

　　这里,f(y)又称线能的机率密度函数。因此,通常表征微剂量谱的量值为线能y与其机率密度函数f(y)的乘积,它可由式(2)和(3)求出:

　　239Puα粒子在组织等效气体和CH4中的微剂量谱示于图2。这里近似选择在组织介质中的L∞值代替在CH4中的线传能密度值。通常在难以配制组织等效气体的情况下,常用CH4

　　近似模拟组织等效气体。根据线能的机率密度函数f(y),可以求出线能的期望值yF:

　　yF又称频率平均线能。据此,可进一步求出剂量平均线能yD(keV/μm):