CN107992699B - 一种眼晶体所受辐射剂量的仿真检测方法 - Google Patents

一种眼晶体所受辐射剂量的仿真检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明实施例涉及一种眼晶体所受辐射剂量的仿真检测方法，所述仿真检测方法包括：A、根据当前的待监测辐射场，在眼晶体剂量当量转换系数表中获取相应的眼晶体剂量当量转换系数；B、将内置于仿真模型内的电离室所在标准辐射场位置处的空气比释动能率除以测量电荷值，得到电离室刻度因子；C、将内置于仿真模型内的电离室放入所述待监测辐射场中，测量所述内置于仿真模型内的电离室在所述待监测辐射场中的电流或电荷值；D、基于步骤A至步骤C，将所述眼晶体剂量当量转换系数、所述电离室刻度因子和实测得到的电流或电荷值相乘，得到眼晶体剂量当量率。本发明，为眼晶体个人剂量当量的测量提供了更准确的数据，测量过程简单。

Description

一种眼晶体所受辐射剂量的仿真检测方法
技术领域
本发明涉及一种仿真检测方法，尤其涉及一种眼晶体所受辐射剂量的仿真检测方法。
背景技术
随着科学技术的进步和人们生活水平的提高，人们越来越注重自己的生活质量以及身体健康。但是，在多种行业的多种工种中都存在着放射性物质职业危害，如果防护措施不当，就可能由电离辐射照射机体而引起损伤。
为了保证放射性工作场所职业人员的身体健康，需要进行严格的辐射防护措施，并对其放射工作环境的辐射剂量进行实时监测，确保职业工作人员在相对安全的环境中工作。眼晶体是辐射敏感器官之一，受到电离辐射照射，发生白内障的几率会增加，实时监测放射工作人员的工作场所中的眼晶体剂量当量显得非常重要。当前对放射工作环境的人员眼晶体剂量的监测还停留在通过测量强贯穿辐射个人剂量当量，然后通过转换的方法得到，这种转换方式得到的眼晶体剂量当量值的准确度不高，因此，提出了一种用于眼晶体个人剂量当量的仿真检测方法，提高检测结果准确度。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种眼晶体个人剂量当量的测量值更准确且检测过程简单的仿真检测方法。
为实现上述目的，本发明提供了一种仿真检测方法，所述仿真检测方法包括以下步骤：
步骤A、根据当前的待监测辐射场，在眼晶体剂量当量转换系数表中获取相应的眼晶体剂量当量转换系数；
步骤B、将内置于仿真模型内的电离室所在标准辐射场位置处的空气比释动能率除以测量电荷值，得到电离室刻度因子；
步骤C、将内置于仿真模型内的电离室放入所述待监测辐射场中，测量所述内置于仿真模型内的电离室在所述待监测辐射场中的电流或电荷值；
步骤D、基于步骤A至步骤C，将所述眼晶体剂量当量转换系数、所述电离室刻度因子和实测得到的电流或电荷值相乘，得到眼晶体剂量当量率。
优选的，所述眼晶体剂量当量转换系数表的生成过程步骤包括：
步骤一、测量所述电离室在Cs-137γ射线标准辐射场内的第一电流值Ι1；
步骤二、测量所述内置于仿真模型内的电离室在所述Cs-137γ射线标准辐射场内的第二电流值Ι2；
步骤三、根据所述第一电流值Ι1与所述第二电流值Ι2得到所述Cs-137γ射线标准辐射场的眼晶体剂量当量转换系数s；所述眼晶体剂量当量转换系数s的计算公式为：
Figure BDA0001507390830000021
步骤四、在所述Cs-137γ射线标准辐射场中，射线选取不同的入射角度，重复上述步骤一至步骤三，得到所述Cs-137γ射线标准辐射场不同角度的眼晶体剂量当量转换系数；
步骤五、在其他不同能量的辐射场中重复上述步骤一至步骤四,得到所述其他不同能量的辐射场不同角度的眼晶体剂量当量转换系数；
步骤六、基于各辐射场不同角度的眼晶体剂量当量转换系数生成眼晶体剂量当量转换系数表。
进一步优选的，所述步骤一包括：
将所述电离室放入所述Cs-137γ射线标准辐射场内；
由电离室的腔室外高压电源向所述腔室加载高压，所述腔室与收集极之间产生电势差，形成电场；
辐射场中的射线射入所述腔室内，将所述腔室内的空气电离；
所述空气电离后产生的离子在所述电场的作用下向两极移动，形成电流；
通过三同轴电缆的中心信号线将所述电流传输到电荷测量系统中；
所述电荷测量系统根据传输的所述电流测量所述电离室在所述Cs-137γ射线标准辐射场内的所述第一电流值Ι1。
进一步优选的，所述步骤A包括：
确定当前的所述待监测辐射场的能量值和所述待监测辐射场中的射线入射角度；
根据所述能量值和所述射线入射角度在所述眼晶体剂量当量转换系数表选取相应的所述眼晶体剂量当量转换系数。
优选的，步骤B中的所述位置处的标准辐射场空气比释动能率可用标准电离室测量得到。
优选的，所述电离室为石墨电离室。
优选的，所述仿真模型的材质为有机玻璃或固体水。
本发明实施例提供的仿真检测方法，根据Bragg-Gray理论，采用结合仿真模型的电离室对137Csγ射线空气比释动能进行测量，进行高精度高仿真的人体头部在辐射场中受辐射的模拟过程，为眼晶体个人剂量当量的测量提供了数据更准确、测量过程简单的仿真检测方法，实现了放射性工作场所的眼晶体剂量当量的实时测量，为放射性工作人员的身体健康起了保障作用。
附图说明
图1为本发明实施例提供的仿真检测方法的流程示意图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
本发明实施例涉及提供的仿真检测方法，测量过程简单，眼晶体个人剂量当量的测量值更准确，能够实现对放射性工作场所的眼晶体剂量当量进行实时测量。
图1为本发明实施例提供的仿真检测方法的流程示意图。以下结合图1所示，对本发明实施例所提供的仿真检测方法进行说明。
步骤101，根据当前的待监测辐射场，在眼晶体剂量当量转换系数表中获取相应的眼晶体剂量当量转换系数。
具体的，确定当前的待监测辐射场的能量值和待监测辐射场中的射线入射角度；根据能量值和射线入射角度在眼晶体剂量当量转换系数表选取相应的眼晶体剂量当量转换系数。
其中，眼晶体剂量当量转换系数表的生成过程步骤包括：
步骤一，测量电离室在Cs-137γ射线标准辐射场内的第一电流值Ι1。
具体的，将电离室放入Cs-137γ射线标准辐射场内；由电离室的腔室外高压电源向腔室加载高压，腔室与收集极之间产生电势差，形成电场；辐射场中的射线射入腔室内，将腔室内的空气电离；空气电离后产生的离子在电场的作用下向两极移动，形成电流；通过三同轴电缆的中心信号线将电流传输到电荷测量系统中；电荷测量系统根据传输的电流测量电离室在Cs-137γ射线标准辐射场内的第一电流值Ι1。
本发明实施例提供的仿真检测方法所采用的电离室为石墨电离室。
步骤二，测量内置于仿真模型内的电离室在Cs-137γ射线标准辐射场内的第二电流值Ι2。
具体的，将电离室安装在仿真模型，模拟人体头部在辐射场中受辐射的过程。将内置于仿真模型内的电离室放置于Cs-137γ射线标准辐射场内，并将辐射场中射线的入射角度调整为与上述步骤一相同的入射角度；由电离室的腔室外高压电源向腔室加载高压，腔室与收集极之间产生电势差，形成电场；辐射场中的射线直接射入腔室内，将腔室内的空气电离，还有一部分射线经过仿真模型散射后射入腔室内，将腔室内的空气电离；空气电离后产生的离子在电场的作用下向两极移动，形成电流；通过三同轴电缆的中心信号线将电流传输到电荷测量系统中；电荷测量系统根据传输的电流测量内置于仿真模型内的电离室在Cs-137γ射线标准辐射场内的第二电流值Ι2。
其中，为保证能够进行高精度高仿真的人体头部在辐射场中受辐射的模拟过程，仿真模型材料的选择应根据被模拟的头部组织的成分和辐射特性进行选择。但是，在材料的选择上至今没有一种单一的化合物能够与头部组织原子成分完全相同，因此，在材料评估时，应该考虑替代材料与组织在辐射相互作用特性是否相同或者相近，以及物理特性、材料强度和易于加工性。故优选辐射性能相近的有机玻璃或固体水。
因此，本发明实施例提供的仿真检测方法所采用的仿真模型的材质优选有机玻璃或固体水。
步骤三，根据第一电流值Ι1与第二电流值Ι2得到Cs-137γ射线标准辐射场的眼晶体剂量当量转换系数s。
具体的，眼晶体剂量当量转换系数s的计算公式为：
s＝Ι2÷Ι1 (式1)
步骤四，在Cs-137γ射线标准辐射场中，射线选取不同的入射角度，重复上述步骤一至步骤三，得到Cs-137γ射线标准辐射场不同角度的眼晶体剂量当量转换系数。
具体的，在Cs-137γ射线标准辐射场中，将射线的入射角度调整为另一数值，测量电离室在Cs-137γ射线标准辐射场内的第一电流值Ι1，再测量内置于仿真模型内的电离室在Cs-137γ射线标准辐射场内的第二电流值Ι2，根据该入射角度下的第一电流值Ι1与第二电流值Ι2，并利用眼晶体剂量当量转换系数s的计算公式1计算得出Cs-137γ射线标准辐射场该角度下的眼晶体剂量当量转换系数。之后再将射线的入射角度选取为其他值，重复上述过程。
在一个具体的例子中，辐射场中射线的入射角度选取0°、15°、30°、45°、60°、75°和90°，并在Cs-137γ射线标准辐射场中依次测得上述七种不同角度下的眼晶体剂量当量转换系数。如下表1所示：
角度 0° 15° 30° 45° 60° 75° 90°
转换系数 1.120 1.117 1.098 1.056 1.012 0.919 0.823
表1 Cs-137γ射线标准辐射场不同角度的眼晶体剂量当量转换系数
步骤五，在其他不同能量的辐射场中重复上述步骤一至步骤四,得到其他不同能量的辐射场不同角度的眼晶体剂量当量转换系数。
具体的，为确保眼晶体剂量当量转换系数表中数据的完整性，还需测量在其他不同能量的辐射场不同角度的眼晶体剂量当量转换系数。同样，依次测量在不同能量的辐射场中不同射线入射角度下的第一电流值Ι1与第二电流值Ι2，并利用眼晶体剂量当量转换系数s的计算公式1计算得出在该辐射场中该射线入射角度下的眼晶体剂量当量转换系数。
步骤六，基于各辐射场不同角度的眼晶体剂量当量转换系数生成眼晶体剂量当量转换系数表。
具体的，各辐射场是指Cs-137γ射线标准辐射场和其他不同能量的辐射场。根据上述步骤四和步骤五中所得到的各辐射场不同角度的眼晶体剂量当量转换系数，生成眼晶体剂量当量转换系数表，用于查询不同能量辐射场的相应的眼晶体剂量当量转换系数，方便检测。
步骤102，将内置于仿真模型内的电离室所在标准辐射场位置处的空气比释动能率除以测量电荷值，得到电离室刻度因子。
下面对电离室刻度因子的推导过程进行详细介绍：
带电粒子通过气体介质时，同气体原子的轨道电子发生库仑相互作用，本身会损失部分能量，而使气体原子电离或激发，电离时核外电子所获得的一部分能量足以克服原子的束缚而成为自由电子，从而生成离子对即一个电子和一个正离子。利用电离电流测量的方法称为电离法，把电离电荷不加放大的完全收集起来的器件叫电离室。
在射线和空气的相互作用中，射线并不能直接引起电离，而是通过光电效应、康普顿散射和电子对效应损失能量，产生次级电子。光子与物质的作用中首先产生次级电子，而对于电离室来讲，电离室空腔内的次级电子主要在电离室的壁中产生的，由于电离室壁的材料的密度比空气大得多，产生的电子也多，因此随着壁厚的增加，进入电离室灵敏体积的次级电子增加，当电离室壁厚增加到一定程度，电离室壁对次级电子的阻挡作用开始明显，并最终使得进入灵敏体积的次级电子和逃出灵敏体积的次级电子数目相等，即达到电子平衡。
利用空腔中的电离量来计算介质的能量吸收思想是Brag提出的，但Gray第一次明确地建立了介质对辐射的吸收能量与电离量的关系，故通常称Brag-Gray理论。根据Brag-Gray空腔理论测定吸收剂量，在光子辐照下，固体材料中有一个小的气腔，空气中产生的电离电量Jg与包围这一空腔的固体材料(壁)吸收的能量Dm之间，有如下关系：
Figure BDA0001507390830000071
式中，Dm就是空腔位置上电离室壁材料中的吸收剂量；Wg是气体产生一对离子所花费的平均能量；
Figure BDA0001507390830000073
是腔内气体对次级电子的平均质量碰撞阻止本领；
Figure BDA0001507390830000072
是壁材料对次级电子的平均质量碰撞阻止本领。
根据电子平衡的前提条件，上式2成立必须满足以下条件：
(1)导致电离室空腔气体电离的全部电子产生于包围电离室空腔的壁材料中；
(2)电离室空腔的出现不对材料中的电子注量产生扰动；
(3)电离室壁材料厚度大于次级电子的最大射程，以满足带电粒子平衡条件；
(4)在产生可进入电离室空腔的次级电子的区域中,原光子注量的空间分布均匀。
由上可知，上式2成立与否依赖于电离室空腔大小、室壁材料和电离辐射的能量。与空气有效原子序数相近的室壁材料如石墨，在电离辐射能量较高以及电离室空腔几何尺寸适中的条件下，上述公式2才能较为精确的成立。
其中，在没有壁的情况下气体中吸收剂量:
Figure BDA0001507390830000081
式中，Dg是气体和壁材料的平均质能吸收系数比，因此，可在电子平衡条件下用电离室测量气体吸收剂量。
当石墨作为壁材料，空气作为空腔中的气体，空气比释动能Kair可写为:
Figure BDA0001507390830000082
根据Bragg-Gray理论，采用石墨空腔电离室对γ射线空气比释动能率进行测量。
根据γ射线空气比释动能的测量原理数学模型式4，可知，将空气比释动能Kair除以测量电荷值得到电离室刻度因子，单位为Gy/C。
步骤103，将内置于仿真模型内的电离室放入所述待监测辐射场中，测量所述内置于仿真模型内的电离室在所述待监测辐射场中的电流或电荷值。
具体的，将内置于仿真模型内的电离室放置于待监测辐射场内，调整辐射场中射线的入射角度，此处所指的入射角度值应与步骤101中的待监测辐射场中的射线入射角度相同；由电离室的腔室外高压电源向腔室加载高压，在腔室与收集极之间产生电势差，从而形成电场；辐射场中的射线直接射入腔室内，将腔室内的空气电离，还有一部分射线经过仿真模型散射后射入腔室内，将腔室内的空气电离；空气电离后产生的离子在电场的作用下向腔室与收集极形成的两极移动，形成电流；通过三同轴电缆的中心信号线将电流传输到电荷测量系统中；电荷测量系统根据传输的电流测量内置于仿真模型内的电离室在待监测辐射场内的电流值。
步骤104，将所述眼晶体剂量当量转换系数、所述电离室刻度因子和实测得到的电流或电荷值相乘，得到眼晶体剂量当量率。
具体的，将步骤103中所测量的电流值或电荷值与步骤101中所选定的眼晶体剂量当量转换系数和步骤102中所得到的电离室刻度因子相乘，得到眼晶体剂量当量率，即眼晶体剂量当量值HP(3)，用来评估人体眼睛晶体部分所受辐射值的大小。
本发明实施例提供的仿真检测方法，根据Bragg-Gray理论，采用结合仿真模型的石墨空腔电离室对137Csγ射线空气比释动能进行测量，进行高精度高仿真的人体头部在辐射场中受辐射的模拟过程，为眼晶体个人剂量当量的测量提供了更准确的数据，测量过程简单，实现了对放射性工作场所的眼晶体剂量当量进行实时测量，为放射性工作人员的身体健康起了保障作用。
专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种眼晶体所受辐射剂量的仿真检测方法，其特征在于，所述仿真检测方法包括以下步骤：
步骤A、根据当前的待监测辐射场，在眼晶体剂量当量转换系数表中获取相应的眼晶体剂量当量转换系数；
步骤B、将内置于仿真模型内的电离室所在标准辐射场位置处的空气比释动能率除以测量电荷值，得到电离室刻度因子；
步骤C、将内置于仿真模型内的电离室放入所述待监测辐射场中，测量所述内置于仿真模型内的电离室在所述待监测辐射场中的电流或电荷值；
步骤D、基于步骤A至步骤C，将所述眼晶体剂量当量转换系数、所述电离室刻度因子和实测得到的电流或电荷值相乘，得到眼晶体剂量当量率。
2.根据权利要求1所述的眼晶体所受辐射剂量的仿真检测方法，其特征在于，所述眼晶体剂量当量转换系数表的生成过程步骤包括：
步骤一、测量所述电离室在Cs-137γ射线标准辐射场内的第一电流值I1；
步骤二、测量所述内置于仿真模型内的电离室在所述Cs-137γ射线标准辐射场内的第二电流值I2；
步骤三、根据所述第一电流值I1与所述第二电流值I2得到所述Cs-137γ射线标准辐射场的眼晶体剂量当量转换系数s；所述眼晶体剂量当量转换系数s的计算公式为：
Figure FDA0002889653360000011
步骤四、在所述Cs-137γ射线标准辐射场中，射线选取不同的入射角度，重复上述步骤一至步骤三，得到所述Cs-137γ射线标准辐射场不同角度的眼晶体剂量当量转换系数；
步骤五、在其他不同能量的辐射场中重复上述步骤一至步骤四,得到所述其他不同能量的辐射场不同角度的眼晶体剂量当量转换系数；
步骤六、基于Cs-137γ射线标准辐射场和其他不同能量的辐射场不同角度的眼晶体剂量当量转换系数生成眼晶体剂量当量转换系数表。
3.根据权利要求2所述的眼晶体所受辐射剂量的仿真检测方法，其特征在于，所述步骤一包括：
将所述电离室放入所述Cs-137γ射线标准辐射场内；
由电离室的腔室外高压电源向所述腔室加载高压，所述腔室与收集极之间产生电势差，形成电场；
辐射场中的射线射入所述腔室内，将所述腔室内的空气电离；
所述空气电离后产生的离子在所述电场的作用下向两极移动，形成电流；
通过三同轴电缆的中心信号线将所述电流传输到电荷测量系统中；
所述电荷测量系统根据传输的所述电流测量所述电离室在所述Cs-137γ射线标准辐射场内的所述第一电流值I1。
4.根据权利要求2所述的眼晶体所受辐射剂量的仿真检测方法，其特征在于，所述步骤A包括：
确定当前的所述待监测辐射场的能量值和所述待监测辐射场中的射线入射角度；
根据所述能量值和所述射线入射角度在所述眼晶体剂量当量转换系数表选取相应的所述眼晶体剂量当量转换系数。
5.根据权利要求1所述的眼晶体所受辐射剂量的仿真检测方法，其特征在于，步骤B中的所述位置处的标准辐射场空气比释动能率可用标准电离室测量得到。
6.根据权利要求1所述的眼晶体所受辐射剂量的仿真检测方法，其特征在于，所述电离室为石墨电离室。
7.根据权利要求1所述的眼晶体所受辐射剂量的仿真检测方法，其特征在于，所述仿真模型的材质为有机玻璃或固体水。
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