组织等效性辐射发光闪烁体材料的研制

摘要

随着放射治疗技术的发展，对放疗计划的剂量验证技术也提出了全新的挑战。治疗计划剂量验证时，无法直接测量人体内剂量分布，通常用组织等效性体模替代，测量体模内剂量分布，这就要求体模和测量系统具有良好的组织等效性。由于制备的灵活性、良好的剂量响应以及实时读出等特性，闪烁探测器在复杂剂量分布的测量中正逐渐成为研究的热点。论文研究了三种混合材料组成的闪烁体材料的水等效性能和辐射发光性能。 模拟设计了基于聚苯乙烯和ZrO2的水等效性的塑料闪烁体。利用蒙特卡罗程序Geant4（GEometry And Tracking 4）模拟不同能量的X射线在水、固体水RW34 （聚苯乙烯中掺入2.1wt%的TiO2）和聚苯乙烯材料中掺入不同浓度ZrO2粒子的能量沉积和输运过程，比较不同材料和水在不同深度的吸收剂量和衰减系数，得出水等效性时聚苯乙烯中掺入ZrO2的质量分数。实验结果证明，聚苯乙烯中掺入约为0.4wt%ZrO2粒子构建的复合材料具有良好的水等效性，甚至优于固体水RW34。 研制了由十二烷基苯（软型）（LAB）、曲拉通X-100（Triton X-100）、二甲基亚砜（DMSO）、2,5-二苯基恶唑（PPO）、1,4,双2（5苯基恶唑）苯（POPOP）组成的水等效性的液体闪烁体。首先根据经验公式和Geant4模拟计算上述材料具有良好水等效性时的最佳浓度配比，并分别配制成液体闪烁体，利用生物学 X 射线辐照仪和多道谱仪分别测量其水等效性能和辐射发光性能。研究结果表明，配制1L该新型水等效性液体闪烁体的最优配方为0.09L的DMSO、0.36L的LAB、0.55L的Triton X-100，4g/L的PPO和0.2g/L的POPOP。在不同能量的X射线和不同深度下，其吸收剂量与水对应的吸收剂量比值约为0.9939～0.9989，并且具有良好的辐射发光特性，其发光效率约为PE公司ULTIMA GoldTM液体闪烁体的1/3。 研制了由苯基甲基硅氧烷低聚物（TPTMTS）、LAB、Triton X-100、PPO、POPOP组成的水等效性的液体闪烁体。首先根据经验公式和Geant4模拟计算上述材料具有良好水等效性时的最佳浓度配比，然后根据最佳浓度配比配制液体闪烁体，利用小动物放射治疗模拟定位机和多道谱仪分别测量其水等效性能和辐射发光性能。研究结果表明，配制 1L 该新型水等效性液体闪烁体的最优配方为 0.37L 的TPTMTS、0.25L的LAB、0.38L的Triton X-100，4g/L的PPO和0.2g/L的POPOP。在不同能量的 X 射线和不同深度下，其吸收剂量与水对应的吸收剂量比值约为1.0041～1.0134，并且具有良好的辐射发光特性，其发光效率约为PE公司ULTIMA GoldTM液体闪烁体的1.6倍。且比上述LAB/DMSO/Triton X-100/PPO/POPOP体系的液体闪烁体具有更好的稳定性和发光效率。 综上，本论文找到了设计水等效性闪烁体材料的方法，且成功研制出水等效性的液体闪烁体材料，解决了探测器组织等效性的问题。对环境测量、辐射防护和剂量测量等都有潜在的应用价值。

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