人体血液Na活化估算中子剂量研究

摘要

利用人体血液中Na活化估算中子剂量技术属于生物物理技术,它能快速准确地推算出受中子照射者所受的吸收剂量,为临床治疗提供依据,也为远期对健康的影响进行危害评价提供参考。与传统的中子剂量测量方法相比,它具有较高的技术优势和经济优势,已成为核事故后评价中子剂量的一种重要技术。
　　 国外早在50年代就对此展开了研究,1952年L.H.Hempelmann和他的同事首次利用人体的活化作用计算了受照者的中子吸收剂量,其后,六七十年代,美国阿拉莫斯实验室、美国橡树岭实验室、英国原子能研究所、国际原子能研究所等单位都对此进行了研究。20世纪末,国内开始了相关技术的研究,由于没有系统地开展基础性研究工作,一些基础性实验数据非常缺乏,目前还没有开展样品形状、样品位置、探测距离、探测时间、中子源照射时间、照射距离等因素对估算中子剂量系统的影响特征研究,从而无法得到准确的人体血液24Na活度与吸收剂量的关系。
　　 因此,本论文针对上述利用人体血液Na活化估算中子剂量相关技术研究过程中遇到的瓶颈问题,在调研国内外现状的基础上,依托四川省科技支撑计划项目《中子辐照血液检测仪的研制(编号:07GG010-010)》和科技部科技基础性工作专项《基于RBF算法的低本底核辐射监测技术与设备研究(编号:2008IM040500)》,开展了基于估算中子剂量技术的影响参数研究。在自主研发的低本底γ测量系统的基础上,开展了综合基础研究工作,获得了宝贵的实验数据。实验以252Cf中子源照射后的不同NaCl溶液作为测量对象,分析研究了照射时间、照射距离、测量时间等关键因素对测量结果的影响特征,确定了不同测量环境下的最佳测量条件；并采用蒙特卡罗方法模拟计算得到了一系列的活度-剂量转化系数,从而对提高估算中子剂量技术的分析精度具有重要的参考和借鉴价值。
　　 本文的研究内容和研究成果主要包括以下几方面:
　　 (1)利用血液中24Na活度推算人体吸收剂量的理论方法研究。
　　 在综合国内外利用血液中的24Na活度推算人体吸收剂量研究成果的基础上,开展了一系列实验,系统地形成了由血液中的24Na活度推算人体吸收剂量的理论方法。
　　 (2)利用蒙特卡罗方法对实验装置进行了优化设计。
　　 通过蒙特卡罗对低本底γ测量系统的模拟,同一样品探测距离越近,探测效率越高；同体积的样品,探测效率随样品的高度先增大后降低,并不是底面半径越大,探测效率越高,当底面半径大于探测器的半径时,探测效率反而降低。所以24Na活度测量时,10ml样品放置于直径5cm的塑料培养皿中,直接放置在探测器上:同时模拟研究了不同照射距离、样品体积、形状等因素对中子吸收剂量的影响,从而为中子源照射实验提供了初步理论依据。
　　 (3)利用实验与蒙特卡罗模拟相结合的方法计算得到了一系列的活度-剂量转化系数。
　　 用252Cf中子源照射样品进行实验,通过改变照射时间、照射距离、测量时间等参数,推导出了不同条件下24Na活度与吸收剂量的关系。在裸锎照射下,样品的活度-剂量转化系数随距离增大呈指数降低趋势；在经过重水慢化后的锎源照射下,样品的活度.剂量随距离增大变化不大,平均值为1.956728E-02(Gy·ml/Bq),且裸锎照射下的样品活度-剂量转化系数大于经过重水慢化的锎源照射下的样品。相同照射距离下样品的活度.剂量转化系数几乎不随时间变化,源为裸锎,照射距离10cm时,样品的活度.剂量转化系数平均值为2.09576E-02(Gy·ml/Bq)；源为经过重水慢化的锎源时,照射距离20cm时,样品的活度-剂量转化系数是平均值为1.616497E-02(Gy·ml/Bq)。
　　 本文的创新点主要有以下三点:
　　 (1)利用蒙特卡罗方法对实验装置进行了优化设计。
　　 (2)利用血液中的24Na活度推算人体吸收剂量,并系统地开展了基础性实验研究工作,获得了多个影响因素对测量结果的影响特征,优化了测量条件。
　　 (3)通过生物物理方法对人体所受的中子剂量进行估算,由24N放出γ射线的净计数,计算出放射性比活度,然后进行校正,通过蒙特卡罗模拟与实验相结合的方法,推导出了不同条件下24Na活度与吸收剂量的关系,形成了一套完整的估算中子剂量的理论体系。
　　 综上所述,论文从利用血液中的24Na活度推算人体吸收剂量技术的基础理论出发,采用蒙特卡罗方法模拟得到了低本底γ测量装置最优设计参数,以252Cf中子源照射后的不同NaCl溶液作为测量对象,分析研究照射时间、照射距离、测量时间等关键因素对测量结果的影响特征,在蒙特卡罗模拟的基础上计算了一系列的活度.剂量转化系数,从而对提高估算中子剂量技术的分析精度具有重要的参考和借鉴价值。