發(fā)布時(shí)間：2020-09-04 20:16

　　 X射線在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域用途廣泛,對(duì)人體的危害也不可忽視。由人工產(chǎn)生的X射線多為寬束,能譜分布相對(duì)復(fù)雜,因此準(zhǔn)確描述醫(yī)用X射線的分布及劑量性質(zhì),選擇合適的材料更好的防護(hù)X射線對(duì)人體帶來(lái)的危害是一項(xiàng)重要的研究工作。本文首先利用蒙特卡洛軟件MCNP5建立醫(yī)療診斷X射機(jī)及電子直線加速器模型,探究它們的能譜特征及劑量分布情況;為更好的對(duì)診斷X射線進(jìn)行過(guò)濾,對(duì)醫(yī)療診斷X射線的常用過(guò)濾材料進(jìn)行調(diào)研,計(jì)算各種材料對(duì)不同能量段X射線的透射率,綜合比較它們的過(guò)濾效果;之后選取合適的稀土元素進(jìn)行組合對(duì)X射線進(jìn)行防護(hù),利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法結(jié)合遺傳算法建立優(yōu)化模型計(jì)算并得到組合材料最優(yōu)配比。本文主要研究?jī)?nèi)容與成果總結(jié)如下:(1)通過(guò)蒙特卡羅方法,首先利用MCNP建立醫(yī)用X射線機(jī)及醫(yī)用電子直線加速器模型,模擬電子打靶產(chǎn)生的醫(yī)療診斷X射線以及治療X射線,之后對(duì)醫(yī)用診斷X射線的特性進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)診斷X射線能譜中特征X射線只占很小的比例,經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直及過(guò)濾之后,低能端粒子數(shù)目大幅度降低;探究6 MV X射線的能譜分布規(guī)律以及在源皮距為100 cm時(shí)水模中的劑量空間分布信息,研究發(fā)現(xiàn)6 MV X射線能譜以韌致輻射為主,峰值在0.7 MeV處;經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直均整之后,在水模中深度1.51 cm處沉積劑量達(dá)到最大,與相關(guān)文獻(xiàn)所給的測(cè)量值誤差不大。(2)根據(jù)X射線的物理特性,首先對(duì)診斷X射線的過(guò)濾材料做初步篩選,探究不同材料對(duì)X射線不同能量段的過(guò)濾效果,研究發(fā)現(xiàn)金屬Ni作為過(guò)濾材料時(shí)既能吸收大部分低能粒子,又能最大限度的透過(guò)高能部分X射線,綜合效果最優(yōu)。(3)Pb作為常用的診斷X射線屏蔽材料存在著“弱吸收區(qū)”,選擇K吸收邊處于鎢特征峰能量區(qū)間的稀土元素La、Ce、Pr、Gd、Sm中的四種進(jìn)行組合得到五組組合材料,利用WinXCom軟件對(duì)100 keV內(nèi)組合材料的質(zhì)量衰減系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。結(jié)果表明:所選擇的材料的K吸收邊正處于醫(yī)療診斷X射線的特征峰區(qū),可以通過(guò)K吸收邊的相互配合來(lái)彌補(bǔ)材料的弱吸收區(qū)。(4)利用遺傳算法結(jié)合BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法建立優(yōu)化模型,計(jì)算五種組合材料的最優(yōu)組合比例,并通過(guò)MCNP程序進(jìn)行模擬驗(yàn)證。認(rèn)為材料組合Ce_2O_3-Pr_2O_3-Sm_2O_3-Gd_2O_3相對(duì)于其他四種組合綜合性能更好。計(jì)算得到組合最佳質(zhì)量配比為(0.36:0.29:0.23:0.12);當(dāng)厚度為0.18 cm時(shí),可以屏蔽掉99.99%的射線,其密度僅為鉛的61.7%,證明優(yōu)化計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。若進(jìn)一步應(yīng)用到加速器的準(zhǔn)直、均整及擋鉛等防護(hù)材料中,能夠進(jìn)一步降低輻射對(duì)人體帶來(lái)的傷害。
【學(xué)位單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：R814;O434.1
【部分圖文】：

圖 1.1 光電效應(yīng)示意圖物質(zhì)的狀態(tài)沒(méi)有關(guān)系而只與 X 射線的能量以及物質(zhì)個(gè)殼層電子的結(jié)合能相同，則光電效應(yīng)最有可能發(fā)生合能小，則殼層中不會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)；如果光子能量增加，光電效應(yīng)在殼層中發(fā)生的概率開(kāi)始降低。因此能時(shí)，會(huì)導(dǎo)致光電效應(yīng)的概率突然增加，這被稱為子發(fā)生非彈性碰撞，作用過(guò)程中，入射光子把一部分電子，而光子則受到散射，運(yùn)動(dòng)方向和角度都發(fā)生了

空航天大學(xué)全日制專業(yè)學(xué)位碩士學(xué)用物理性質(zhì)，都是不帶電的高能光子，X 射線是由帶電粒子在原子核庫(kù)射。X 射線與物質(zhì)發(fā)生相互作用時(shí)應(yīng)，瑞利散射和光核反應(yīng)[7]。主要以用，放出光電子的原子變成正離子 X 射線離開(kāi)原子前又激發(fā)出外層電

醫(yī)用 X 射線的 MC 模擬及防護(hù)材料的優(yōu)化設(shè)計(jì)而增大，而在中間能量區(qū)卻隨光子能量的增大而減小。子電場(chǎng)中生成一對(duì)正負(fù)電子，這一過(guò)程稱作電子對(duì)生成效應(yīng)。部分能量轉(zhuǎn)變?yōu)檎?fù)電子的靜止能量，其值為 1.022 MeV。因MeV 時(shí)，電子對(duì)效應(yīng)才有可能發(fā)生。如下圖 1.3 所示：

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本文編號(hào)：2812537