一种组织等效正比计数器模拟谱生成方法及其应用与流程

1.本发明属于辐射测量技术领域，具体涉及一种组织等效正比计数器模拟谱生成方法及其应用。


背景技术：

2.组织等效正比计数器是测量微剂量学量的探测器,通过测量辐射场的微剂量谱和吸收剂量，进行转换计算进而获得品质因数q和剂量当量h。组织等效正比计数器的原始输出量是探测器内的沉积能量谱,简称测量谱，由测量谱向吸收剂量d、品质因数q和剂量当量h的转换过程具有很强的专业性，不仅过程复杂、繁琐，很容易出错，而且不同的国际权威机构给出的计算方法也存在区别，计算标准不统一。
3.开发tepc测量系统时，需要利用不同的辐射场(中子场、γ场、质子场、重带电粒子场等)对该测量系统进行校准，然而，对于组织等效正比计数器的校准，目前我国仍处于空白状态，而国际上通常在实验室条件下通过中子、γ参考辐射场等对组织等效正比计数器进行校准测试，但由于组织等效正比计数器的拆解及转移费时费力，并且对应用场所有一定的要求，因此目前针对组织等效正比计数器的校准方法效率不高，不能实时进行校准，并且应用范围受限。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种组织等效正比计数器模拟谱生成方法及其应用，所述方法具有校准效率高、可实时进行校准，并且应用范围广的优点。
5.为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种组织等效正比计数器模拟谱生成方法，所述方法包括以下步骤：
6.s1、根据接收的输入条件，调取事先存储的基础谱数据；
7.s2、基于所述基础谱数据生成满足所述输入条件的组织等效正比计数器测量分布规律的模拟谱；
8.s3、由所述模拟谱利用事先存储的转换公式进行计算转换得到品质因数q、吸收剂量d与剂量当量h值。
9.进一步,所述输入条件包括：照射条件、总道数、每道宽度、粒子个数、剂量学计算模式、模拟细胞直径。
10.进一步,所述照射条件由用户选择，为“空间站，太阳活动平静期，非saa区”、“空间站，太阳活动平静期，saa区”、“中子，am-be源”、“中子，cf-252”、“γ，cs-137”、“γ，co-60”、“γ，am-241”、“单能质子”、“单能c粒子”、“单能fe粒子”中的一种。
11.进一步,通过将现有资料公开的特定照射条件下的通量谱处理为let传能线密度微分通量的概率密度谱，以形成所述事先存储的基础谱数据。
12.进一步,所述通量谱主要从国内外发表的国际空间站环境、单能粒子、γ场、中子
场中利用组织等效正比计数器测得的数据中收集。
13.进一步,步骤s2中包括以下子步骤：
14.s201、生成表示模拟谱的模拟谱数组n[i]，并将所述模拟谱数组n[i]中所有元素置0，生成表示所述模拟谱中各道计数概率的概率数组f[i],所述概率数组f[i]之和为1，记录到的粒子数m的初始值置0，i置1；
[0015]imax
表示为所述模拟谱的总道数,i的范围为从1至i
max
；
[0016]
s202、生成一个0-1.0范围内的随机数，判断所述随机数是否小于所述基础谱中第i道的概率f[i]，如小于该概率，则n[i]＝n[i]+1，m＝m+1，否则，n[i]不变,重复此步骤直至i从1连续取值至i
max
，得到第1道至第i
max
道的计数；
[0017]
s203、重复步骤s202，直到记录到的粒子数m达到设定粒子数m。
[0018]
进一步,所述随机数的精度应至少达到10-9
。
[0019]
进一步,步骤s3中所述事先存储的转换公式基于icrp定义的品质因数q(l)定义的转换方法或基于icru的线能y定义的转换方法。
[0020]
一种组织等效正比计数器校准方法，所述方法包括步骤：
[0021]
s11、利用放射源对相同条件下的组织等效正比计数器进行照射，得到实测测量谱，结合步骤s2中得到的所述模拟谱对所述组织等效正比计数器的硬件测量系统进行校准。
[0022]
进一步,所述方法还包括步骤
[0023]
s12、将步骤s2中得到的所述模拟谱数据输入所述组织等效正比计数器的信号处理模块得到模拟品质因数q、吸收剂量d与剂量当量h值，结合步骤s3中得到的品质因数q、吸收剂量d与剂量当量h值对所述组织等效正比计数器的信号处理模块进行校准。
[0024]
本发明的效果在于：采用本发明所公开的一种组织等效正比计数器模拟谱生成方法及其应用，可模拟生成不同照射条件下tepc的沉积能量谱，通过模拟谱与实际测量谱的比较，可以对组织等效正比计数器硬件测量系统进行校准。
[0025]
进一步，可由模拟谱根据事先存储的转换公式计算出吸收剂量d、品质因数q、剂量当量h等剂量学量，计算过程中，可由用户选择使用不同标准的计算方法。tepc测量系统的开发人员可以将模拟谱导入所述组织等效正比计数器的信号处理模块得到模拟品质因数q、吸收剂量d与剂量当量h值，与根据事先存储的转换公式计算出吸收剂量d、品质因数q、剂量当量h等剂量学量进行比较，从而可对组织等效正比计数器的信号处理模块进行校准。
附图说明
[0026]
图1为本发明实施例一所述的一种组织等效正比计数器模拟谱生成方法中通过查阅资料得到的sts-89国际空间站利用组织等效正比计数器测得的let积分通量谱图；
[0027]
图2为对图1的积分通量谱图进行微分处理转换成的微分通量谱图；
[0028]
图3为对图2中的微分通量谱图进行处理转换成的概率密度谱图；
[0029]
图4为本发明实施例一所述的一种组织等效正比计数器模拟谱生成方法中步骤s2的方法流程图；
[0030]
图5为本发明实施例二所述的一种组织等效正比计数器校准方法的方法流程图。
具体实施方式
[0031]
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述。
[0032]
实施例一
[0033]
一种组织等效正比计数器模拟谱生成方法，包括以下步骤：
[0034]
s1、根据接收的输入条件，调取事先存储的基础谱数据。
[0035]
输入条件包括：照射条件、总道数、每道宽度、粒子个数、剂量学计算模式、模拟细胞直径。
[0036]
照射条件由用户选择，可从“空间站，太阳活动平静期，非saa区”、“空间站，太阳活动平静期，saa区”、“中子，am-be源”、“中子，cf-252”、“γ，cs-137”、“γ，co-60”、“γ，am-241”、“单能质子”、“单能c粒子”、“单能fe粒子”几种照射模式中选择。
[0037]
如果选择“单能质子”、“单能c粒子”、“单能fe粒子”中的一种，还需要选择能量。由于需要读取预先计算好的基础谱，“单能质子”、“单能c粒子”、“单能fe粒子”中的能量不能任意输入，仅能从限定的能量中选择。
[0038]
通过将现有资料公开的特定照射条件下的通量谱处理为let传能线密度微分通量的概率密度谱，以形成事先存储的基础谱数据。
[0039]
所述通量谱主要从国内外发表的国际空间站环境、单能粒子(质子、c离子、fe离子)、γ场(137cs、60co、241am)、中子场(241am、252cf)、中利用组织等效正比计数器测得的数据中收集。
[0040]
s2、基于所述基础谱生成满足所述特定照射条件的组织等效正比计数器测量分布规律的模拟谱。
[0041]
s3、由所述模拟谱利用事先存储的转换公式进行计算转换得到品质因数q、吸收剂量d与剂量当量h值。
[0042]
步骤s1中事先存储的基础谱数据通过以下方式得到
[0043]
例如将特定照射条件下由文献发表的通量谱处理为let传能线密度微分通量的概率密度谱作为基础谱。如图1所示，可查到国际空间站在太阳活动平稳期间利用组织等效正比计数器测到的一例积分通量谱。
[0044]
如图2所示，对图1中的积分通量谱处理为微分通量谱。
[0045]
微分通量谱的道数可以根据用户需求自行设置，将微分通量的道数记为i
max
。本实施例中以谱的道数为256道为例进行举例说明，图2中的微分通量谱各道的计数情况如表1。
[0046]
表1 tepc测得的let微分通量谱数据(256道，每道代表4kev/μm。通量单位为(cm2
·
sr
·
day)-1
)
[0047]
[0048][0049]
如图3所示，将图2中微分通量谱转换为概率密度谱，并得到表2中的let微分通量概率密度谱数据。
[0050]
表2 let微分通量概率密度谱数据(256道，每道代表4kev/μm)
[0051]
[0052][0053]
如图4所示，步骤s2中按照以下方法生成模拟谱：
[0054]
s201、生成表示模拟谱的模拟谱数组n[i]，并将所述模拟谱数组中所有元素置0，生成表示模拟谱中各道计数概率的概率数组f[i],所述概率数组f[i]之和为1，记录到的粒子数m的初始值置0，i置1。
[0055]imax
表示为该谱的总道数,第i道的计数用n[i]表示,i的范围为从1至i
max
。
[0056]
s202、当所述组织等效正比计数器探测到第i个粒子时，生成一个0～1.0范围内的随机数(精度应至少达到10-9
)，判断该随机数是否小于表2中第i道的概率f[i]，如小于该概率，则n[i]加1，并且记录到的粒子数m加1，否则，n[i]不变,重复此步骤直至i从1连续取值至i
max
，得到第1道至第i
max
道的计数。
[0057]
在本实施例中，当所述组织等效正比计数器探测到第一个粒子时，生成一个0～1.0范围内的随机数(精度应至少达到10-9
)，判断该随机数是否小于表2中第1道的概率f[1](在本实施例中f[1]的取值为0.9508)，如小于该概率，则n[1]加1，m＝1，则，n[1]不变。
[0058]
上述方法用于判断当所述组织等效正比计数器探测到第一个粒子时，该粒子是否引起第1道的计数。
[0059]
当所述组织等效正比计数器探测到第二个粒子时，生成一个0～1.0范围内的随机数(精度应至少达到10-9
)，判断该随机数是否小于表2中第2道的概率f[2](在本实施例中f[2]的取值为0.03725)，如小于该概率，则n[2]加1，m＝2，则，n[2]不变。
[0060]
使用相同的方法，继续判断当所述组织等效正比计数器探测到粒子时，该粒子是否引起第3道、第4道
……
直至第256道的计数，并依据判断结果，使得该道的计数加1或不变。
[0061]
s203、重复步骤s202，直到记录到的粒子数达到设定模拟的粒子数m为止。
[0062]
步骤s3中事先存储的转换公式包括以下两种，可根据用户选择采用其中一种转换公式。
[0063]
由原始谱向剂量学量的转换分为基于icrp(国际辐射防护委员会)定义的品质因数q(l)定义的转换方法和基于icru(国际辐射测量与单位委员会)的线能y定义的转换方法，模拟得到的测量谱为线能谱。
[0064]
基于icrp的q(l)定义的转换方法
[0065]
利用以下公式求得吸收剂量d：
[0066][0067]
εi＝i
·w·
l
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0068]
以上两式中，dd为吸收剂量，md为模拟的细胞的质量，可按照细胞为球形、密度为1.0g/cm3、直径d由用户输入计算得到。εi为第i道的一个计数代表的沉积能量。i表示道数，w为一道代表的let宽度(kev/μm)，l为球形细胞的弦长，l＝2/3d。
[0069]
利用以下公式，求得平均品质因数
[0070]
首先计算q(yi)，取与yi具有相同值的传能线密度l，按照下式计算q(l)，并将计算的结果等同于q(yi)值：
[0071][0072]
获得各道的q(yi)值
[0073]
[0074]
③
利用下式，求得剂量当量h：
[0075][0076]
基于icru的q值定义的转换方法
[0077]
利用以下公式，求得与各道i对应的线能yi出现的频率值f(yi)
[0078][0079]
利用以下公式，求得频率平均线能
[0080][0081]
利用以下公式，求得剂量平均线能
[0082][0083]
品质因数
[0084]
通过上述实施例可以看出，本发明公开的一种组织等效正比计数器模拟谱生成方法，通过收集国内外发表的国际空间站环境、单能粒子(质子、c离子、fe离子)、γ场(137cs、60co、241am)、中子场(241am、252cf)中利用组织等效正比计数器测得的数据，并对收集的数据进行处理以形成基础谱，在基础谱的基础上生成满足上述不同辐射场中组织等效正比计数器测量分布规律的模拟谱，并由该谱得到品质因数q、吸收剂量d与剂量当量h值，可以对组织等效正比计数器硬件测量系统及信号处理模块进行校准。
[0085]
实施例二
[0086]
如图5所示，一种组织等效正比计数器校准方法，包括以下步骤：
[0087]
s11、利用放射源对相同条件下的组织等效正比计数器进行照射，得到实测测量谱，结合步骤s2中得到的所述模拟谱对所述实测测量谱进行校准；
[0088]
s12、将步骤s2中得到的模拟谱数据输入所述组织等效正比计数器的信号处理模块得到模拟品质因数q、吸收剂量d与剂量当量h值，结合步骤s3中得到的品质因数q、吸收剂量d与剂量当量h值对所述组织等效正比计数器的信号处理模块进行校准。
[0089]
通过上述实施例可以看出，本发明公开的一种组织等效正比计数器校准方法，可通过模拟谱与实际测量谱的比较，tepc测量系统的开发人员可以将模拟谱导入所述组织等效正比计数器的信号处理模块得到模拟品质因数q、吸收剂量d与剂量当量h值，与根据事先存储的转换公式计算出吸收剂量d、品质因数q、剂量当量h等剂量学量进行比较，从而可对组织等效正比计数器的信号处理模块进行校准，具有校准效率高、可实时进行校准，并且应用范围广的优点。
[0090]
本发明所述的方法并不限于具体实施方式中所述的实施例，本领域技术人员根据
本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。