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1、第35卷第6期原子能科学技术Vol.35,No.62001年11月AtomicEnergyScienceandTechnologyNov.2001文章编号:100026931(2001)0620508205半价层法测量电子束能量的模拟计算和分析石成玉,唐传祥,李泉凤,程建平,张化一(清华大学工程物理系,北京 100084)摘要:采用模拟计算电子2光子耦合输运的蒙特卡罗程序EGS4来模拟计算半价层测量能量方法的过程。得到的半价层数值在一定范围内与Varian公司给出的建议数据和实际测量数据基本吻合。分析了半价层测量的各种影响因素,同时给出了测量
2、能量时应注意的事项,并为实际应用提供了参考数据。关键词:半价层;能量标定;宽束;窄束;EGS4中图分类号:TL506文献标识码:A加速器能量的标定工作是一项常规工作,也是保证加速器正常运行的必要条件。测量加速器束流能量常用的一种方法是:通过测量电子束打靶后产生的X射线于宽束条件下在物质中(通常为钢)的半价层(HVL),并与公布的标准进行对比来获得相应的能量数值。实验设置示于图1。但是在实际工作中,由于屏蔽系统拆装的不图1 束流能量测量装置图便,同时也考虑到辐射防护问题,很难做到在宽束Fig.1Themeasurementset2upforHV
3、Lmethod条件下进行能量测量。测量一般是在加速器安装调试后环境下进行,这时,近似于窄束情况。窄束并不是指射线束几何学上的细小,而是指物理意义上的“窄束”。即使射线束有一定的宽度,只[1]要其中没有散射光子,就可称之为“窄束”。由于加速器能量测量的环境及测量条件对测量结果有很大影响,有时甚至得到错误的结论,因此,非常有必要对测量过程进行理论分析,找出影响测量的因素,而EGS4是进行理论分收稿日期:2000207211;修回日期:2001202210作者简介:石成玉(1974—),男,辽宁西丰人,硕士,核技术及应用专业第6期 石成玉等:半价
4、层法测量电子束能量的模拟计算和分析509[2～4]析的合适工具。1 半价层法模拟结果在对半价层法进行模拟计算时,利用图2所示近似窄束情况下的能量测量。分别模拟2、4、6、8和10MeV的电子束轰击相应厚度的钨靶。射线束经过窄束化处理,其中,窄束缝宽为3mm。计算获得了半价层,同时,模拟计算了相应的宽束半价层,并与Varian公司给出的建议数据和实际测量数据进行了对比。结果示于图3。图2 模拟计算结构图从图3可看出:模拟计算与实际测量Fig.2Thesimulationset2upfornarrowbeam结果基本吻合;在4MeV窄束处,模拟计
5、算值与Varian公司建议数据有一定差异。2 误差分析211 钨靶厚度的影响增加靶厚度可使X射线硬化,穿透能力增强。通过增加靶厚得到的4MeV窄束情况下的计算结果示于图4。从图4可以看出:靶厚增加确使X射线的穿透能力得以增强。因靶厚将影响半价层模拟计算的数值,计算中选择的靶厚为112mm,材料为钨。212 准直锥长度的影响准直锥是用来进行窄束化处理的装置。准直锥长度对测量有影响。为此,图3 半价层(HVL)的模拟计算结果与模拟计算了不同长度准直锥下进行窄束实测数据及Varian公司数据的比较化处理的情况。计算结果示于图5。Fig.3Compa
6、risonofHVLcalculatedwith准直锥从长变短的过程相当于逐渐measuredandgivenbyVariancompany■———模拟计算宽束;●———模拟计算窄束;宽束化,因此,半价层应随之增加。从图▲———实测数据窄束;"———实测数据宽束;5可看出:随着准直锥长度逐渐变小,半◆———Varian公司数据下限;!———Varian公司数据上限价层逐渐向宽束最大值过渡。因此,在实际测量中,必须保证准直锥有足够长度,确保获得理想的窄束条件。510原子能科学技术 第35卷图4 靶厚2半价层关系曲线图5 准直锥长度对半价层测量
7、的影响Fig.4TherelationshipFig.5TherelationshipofjawlengthandHVLoftargetthicknessandHVL缝宽3mm213 准直锥缝宽的影响准直锥缝宽的变化对应向宽束渐进的过程。为此模拟了不同能量下缝宽变化对半价层的影响。结果示于图6。从图6可以看出:由于2MeV电子能量较低,因此,半价层对缝宽变化不敏感,而缝宽对4MeV能量的影响最大,且对半价层的影响是不规则的。这相当于存在“缝宽陷阱”,对于一定能量的电子束,准直锥缝宽大小对测量X射线的能量有影响。前面模拟的4MeV电子束的半价层
8、偏低可能主要来自这种影响。214 模拟计算历史数的影响图6 准直锥缝宽对半价层测量的影响模拟历史数的多少对计算结果有一定影响。Fig.6HVLfordifferen
