一种基于质子辐照源的深度剂量分布的测量装置及方法
阅读：201发布：2020-05-08
专利汇可以提供一种基于质子辐照源的深度剂量分布的测量装置及方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供的一种基于质子辐照源的深度剂量分布的测量装置及方法，装置包括：第一楔形模体和第二楔形模体；设置于第二楔形模体的上表面，用于接收辐照源产生的质子束的屏蔽层；设置在第一楔形模体和第二楔形模体之间，用于接收经过第二楔形模体后的质子束的第一显色胶片 剂量计 。本发明通过设置在第一楔形模体和第二楔形模体之间的第一显色胶片剂量计可以在一次辐照中获得质子束在第二楔形模体中的深度剂量分布，测量结果准确，测量方法简单，测量成本低；第二楔形模体为聚乙烯材料，可以等效人体组织内不同深度处的质子沉积 能量 以及粒子能谱信息，研究结果对航天员 辐射 屏蔽 以及航天 电子 元器件辐照损伤以及辐射效应试验有很好的指导作用。，下面是一种基于质子辐照源的深度剂量分布的测量装置及方法专利的具体信息内容。
1.一种基于质子辐照源的深度剂量分布的测量装置，其特征在于，所述测量装置包括：
第一楔形模体、屏蔽层、第二楔形模体和第一显色胶片剂量计；
所述屏蔽层设置于所述第二楔形模体的上表面，用于接收辐照源产生的质子束；
所述第一显色胶片剂量计设置在所述第一楔形模体和所述第二楔形模体之间，用于接收经过所述第二楔形模体后的所述质子束以获得所述质子束在所述第二楔形模体中的深度剂量分布。
2.根据权利要求1所述的基于质子辐照源的深度剂量分布的测量装置，其特征在于，所述屏蔽层的材料为铝或聚乙烯；所述第一楔形模体和所述第二楔形模体的材料为聚乙烯。
3.根据权利要求2所述的基于质子辐照源的深度剂量分布的测量装置，其特征在于，所述第一楔形模体和所述第二楔形模体的截面为直角三角形；所述第一楔形模体和所述第二楔形模体的斜面相对放置。
4.根据权利要求3所述的基于质子辐照源的深度剂量分布的测量装置，其特征在于，所述第一显色胶片剂量计设置于所述第一楔形模体和所述第二楔形模体的斜面之间。
5.根据权利要求4所述的基于质子辐照源的深度剂量分布的测量装置，其特征在于，所述第一显色胶片剂量计的长度与所述第一楔形模体和所述第二楔形模体的直角三角形截面的斜边长度相等；所述第一显色胶片剂量计的厚度小于0.1mm。
6.一种利用权利要求1所述的基于质子辐照源的深度剂量分布的测量装置的测量方法，其特征在于，包括步骤：
通过屏蔽层接收辐照源产生的质子束；
通过设置在第一楔形模体和第二楔形模体之间的第一显色胶片剂量计接收经过所述第二楔形模体后的所述质子束，得到所述第二楔形模体不同深度的所述质子束的辐照剂量；
根据所述质子束的辐照剂量获得所述质子束在所述第二楔形模体中的深度剂量分布。
7.根据权利要求6所述的基于质子辐照源的深度剂量分布的测量方法，其特征在于，所述通过设置在第一楔形模体和第二楔形模体之间的第一显色胶片剂量计接收经过所述第二楔形模体后的所述质子束的步骤之后还包括：
选择与所述第一显色胶片剂量计同类型的第二显色胶片剂量计，通过钴源对所述第二显色胶片剂量计进行辐照以获得所述第二显色胶片剂量计随时间变化的规律；
根据所述第二显色胶片剂量计随时间变化的规律对所述第一显色胶片剂量计随时间变化的因素进行修正。
8.根据权利要求6所述的基于质子辐照源的深度剂量分布的测量方法，其特征在于，所述通过设置在第一楔形模体和第二楔形模体之间的第一显色胶片剂量计接收经过所述第二楔形模体后的所述质子束，得到所述第二楔形模体不同深度的所述质子束的辐照剂量的步骤之前还包括：
在标准剂量场中对所述第一显色胶片剂量计进行剂量刻度标定，建立辐照剂量与光密度变化值之间的线性关系。
9.根据权利要求8所述的基于质子辐照源的深度剂量分布的测量方法，其特征在于，所述通过设置在第一楔形模体和第二楔形模体之间的第一显色胶片剂量计接收经过所述第二楔形模体后的所述质子束，得到所述第二楔形模体不同深度的所述质子束的辐照剂量的步骤具体包括：
通过设置在第一楔形模体和第二楔形模体之间的第一显色胶片剂量计接收经过所述第二楔形模体后的所述质子束，得到经过所述质子束辐照的第一显色胶片剂量计；
将经过所述质子束辐照的第一显色胶片剂量计避光放置预设时间后，测量所述第一显色胶片剂量计的光密度变化值；
根据测量出的所述第一显色胶片剂量计的光密度变化值以及预先建立的辐照剂量与光密度变化值之间的线性关系，得到所述第二楔形模体不同深度的所述质子束的辐照剂量。
10.根据权利要求6所述的基于质子辐照源的深度剂量分布的测量方法，其特征在于，所述根据所述质子束的辐照剂量获得所述质子束在所述第二楔形模体中的深度剂量分布的步骤具体包括：
建立所述第一显色胶片剂量计长度和所述第二楔形模体深度的对应关系；
根据所述第一显色胶片剂量计长度和所述第二楔形模体深度的对应关系，将所述质子束的辐照剂量沿所述第一显色胶片剂量计长度的变化关系转换为所述质子束的辐照剂量沿所述第二楔形模体深度的变化关系，得到所述质子束在所述第二楔形模体中的深度剂量分布。
一种基于质子辐照源的深度剂量分布的测量装置及方法
技术领域
背景技术
[0002] 宇宙空间存在以质子、重离子和电子等为主的空间辐射环境，运行在空间的航天器在辐射效应作用下，其中的电子元器件性能下降、改变甚至功效失效，严重威胁在轨航天器的安全运行以及航天员的生命安全。美国AEROSPACE公司的统计数据表明，空间环境导致了40％左右的航天器故障，位居各类故障原因之首。空间辐射环境中的部分高能重离子、质子被航天器壳体材料阻挡，射线能量沉积在壳体防护材料中，从而大大减少航天器中航天员接收的辐射剂量，但由于航天器屏蔽层厚度有限，仍有高能带电粒子会穿透屏蔽层进入航天器舱内，带电粒子与屏蔽层相互作用，产生的次级射线进入航天器舱内，也会给航天员造成损伤。而在宇宙射线中质子占了87％，因而开展地面质子辐照材料效应研究具有非常重要的作用。
[0003] 现有的深度剂量分布测量主要有两种方法，一种是基于多薄层厚度的材料叠加，将数量较多的剂量片放置到不同的夹层中来测量深度剂量分布，这种方法容易受到材料分割不均匀，测量时缝隙里混入空气等因素的影响导致测量结果产生较大的误差。另外一种方法是改变测量样品的厚度对样品进行多次测量，这种方法测量程序繁琐，多次辐照增加测量成本。
[0004] 因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
[0005] 本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种基于质子辐照源的深度剂量分布的测量装置及方法，旨在解决现有深度剂量分布测量方法中基于多薄层厚度的材料叠加测量法容易受到材料分割不均匀，测量时缝隙中混入空气等因素的影响导致测量结果误差大，而通过改变测量样品的厚度对样品进行多次测量，测量方法复杂，测量成本高等问题。
[0006] 本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：
[0007] 一种基于质子辐照源的深度剂量分布的测量装置，其中，所述测量装置包括：第一楔形模体、屏蔽层、第二楔形模体和第一显色胶片剂量计；
[0008] 所述屏蔽层设置于所述第二楔形模体的上表面，用于接收辐照源产生的质子束；
[0009] 所述第一显色胶片剂量计设置在所述第一楔形模体和所述第二楔形模体之间，用于接收经过所述第二楔形模体后的所述质子束以获得所述质子束在所述第二楔形模体中的深度剂量分布。
[0011] 所述的基于质子辐照源的深度剂量分布的测量装置，其中，所述第一楔形模体和所述第二楔形模体的截面为直角三角形；所述第一楔形模体和所述第二楔形模体的斜面相对放置。
[0012] 所述的基于质子辐照源的深度剂量分布的测量装置，其中，所述第一显色胶片剂量计设置于所述第一楔形模体和所述第二楔形模体的斜面之间。
[0013] 所述的基于质子辐照源的深度剂量分布的测量装置，其中，所述第一显色胶片剂量计的长度与所述第一楔形模体和所述第二楔形模体的直角三角形截面的斜边长度相等；所述第一显色胶片剂量计的厚度小于0.1mm。
[0014] 一种利用所述的基于质子辐照源的深度剂量分布的测量装置的测量方法，其中，包括步骤：
[0015] 通过屏蔽层接收辐照源产生的质子束；
[0016] 通过设置在第一楔形模体和第二楔形模体之间的第一显色胶片剂量计接收经过所述第二楔形模体后的所述质子束，得到所述第二楔形模体不同深度的所述质子束的辐照剂量；
[0017] 根据所述质子束的辐照剂量获得所述质子束在所述第二楔形模体中的深度剂量分布。
[0018] 所述的基于质子辐照源的深度剂量分布的测量方法，其中，所述通过设置在第一楔形模体和第二楔形模体之间的第一显色胶片剂量计接收经过所述第二楔形模体后的所述质子束的步骤之后还包括：
[0019] 选择与所述第一显色胶片剂量计同类型的第二显色胶片剂量计，通过钴源对所述第二显色胶片剂量计进行辐照以获得所述第二显色胶片剂量计随时间变化的规律；
[0020] 根据所述第二显色胶片剂量计随时间变化的规律对所述第一显色胶片剂量计随时间变化的因素进行修正。
[0021] 所述的基于质子辐照源的深度剂量分布的测量方法，其中，所述通过设置在第一楔形模体和第二楔形模体之间的第一显色胶片剂量计接收经过所述第二楔形模体后的所述质子束，得到所述第二楔形模体不同深度的所述质子束的辐照剂量的步骤之前还包括：
[0022] 在标准剂量场中对所述第一显色胶片剂量计进行剂量刻度标定，建立辐照剂量与光密度变化值之间的线性关系。
[0023] 所述的基于质子辐照源的深度剂量分布的测量方法，其中，所述通过设置在第一楔形模体和第二楔形模体之间的第一显色胶片剂量计接收经过所述第二楔形模体后的所述质子束，得到所述第二楔形模体不同深度的所述质子束的辐照剂量的步骤具体包括：
[0024] 通过设置在第一楔形模体和第二楔形模体之间的第一显色胶片剂量计接收经过所述第二楔形模体后的所述质子束，得到经过所述质子束辐照的第一显色胶片剂量计；
[0025] 将经过所述质子束辐照的第一显色胶片剂量计避光放置预设时间后，测量所述第一显色胶片剂量计的光密度变化值；
[0026] 根据测量出的所述第一显色胶片剂量计的光密度变化值以及预先建立的辐照剂量与光密度变化值之间的线性关系，得到所述第二楔形模体不同深度的所述质子束的辐照剂量。
[0027] 所述的基于质子辐照源的深度剂量分布的测量方法，其中，所述根据所述质子束的辐照剂量获得所述质子束在所述第二楔形模体中的深度剂量分布的步骤具体包括：
[0028] 建立所述第一显色胶片剂量计长度和所述第二楔形模体深度的对应关系；
[0029] 根据所述第一显色胶片剂量计长度和所述第二楔形模体深度的对应关系，将所述质子束的辐照剂量沿所述第一显色胶片剂量计长度的变化关系转换为所述质子束的辐照剂量沿所述第二楔形模体深度的变化关系，得到所述质子束在所述第二楔形模体中的深度剂量分布。
[0030] 本发明的有益效果：本发明通过设置在第一楔形模体和第二楔形模体之间的第一显色胶片剂量计可以在一次辐照中获得质子束在第二楔形模体中的深度剂量分布，测量结果准确，测量方法简单，测量成本低；将质子束穿过不同厚度的铝和聚乙烯屏蔽层后测量质子束在聚乙烯模体中深度剂量分布，可以等效人体组织内不同深度处的质子沉积能量以及粒子能谱信息，研究结果对航天员辐射屏蔽以及航天电子元器件辐照损伤以及辐射效应试验有很好的指导作用。附图说明
[0031] 图1是本发明基于质子辐照源的深度剂量分布的测量装置的结构示意图；
[0034] 图4是实施例2中基于质子辐照源的深度剂量分布的测量装置和基于Geant4软件得到的质子束在第二楔形模体中的深度剂量分布的测量结果和计算结果；
[0035] 图5是实施例3中基于质子辐照源的深度剂量分布的测量装置和基于Geant4软件得到的质子束在第二楔形模体中的深度剂量分布的测量结果和计算结果；
[0036] 图6是实施例4中基于质子辐照源的深度剂量分布的测量装置和基于Geant4软件得到的质子束在第二楔形模体中的深度剂量分布的测量结果和计算结果。
具体实施方式
[0037] 为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0038] 由于现有技术中深度剂量分布测量方法主要有两种，一种是基于多薄层厚度的材料叠加，这种方法是将数量较多的剂量片放置到不同的夹层中来测量深度剂量分布，这种方法容易受到材料分割不均匀，测量时缝隙里混入空气等因素的影响而导致测量结果误差较大；另一种方法是通过改变测量样品的厚度对样品进行多次测量，这种方法测量程序繁琐，多次辐照增加测量成本。为了解决上述问题，本发明提供了一种基于质子辐照源的深度剂量分布的测量装置，如图1所示，本发明的测量装置包括：第一楔形模体1、第二楔形模体2、屏蔽层3和第一显色胶片剂量计4；所述屏蔽层3设置在所述第二楔形模体2的上表面，用于接收辐照源产生的质子束；所述第一显色胶片剂量计4设置在所述第一楔形模体1和所述第二楔形模体2之间，用于接收经过所述第二楔形模体2后的所述质子束以获得所述质子束在所述第二楔形模体2中的深度剂量分布。具体实施时，辐照源产生的质子束垂直照射到屏蔽层3上，并穿过屏蔽层3照射到第二楔形模体2上，第二楔形模体2的下表面和第一楔形模体1的上表面之间放置有第一显色胶片剂量计4，依次经过屏蔽层3和第二楔形模体2的质子束被第一显色胶片剂量计4接收得到第二楔形模体2每个位置对应的质子束的辐照剂量，根据第二楔形模体2每个位置对应的质子束的辐照剂量就能计算出质子束在第二楔形模体2中的深度剂量分布。本发明中由于第一显色胶片剂量计4可以进行二维高分辨率定位测量，胶片剂量计不同位置处测得的辐照剂量代表质子束穿过不同深度的第二楔形模体2后的沉积剂量，可以在一次辐照中获得第二楔形模体2中的深度剂量分布，测量结果准确，测量方法简单，测量成本低，避免了改变模体材料厚度进行多次测量方法中辐照源强度、剂量计测量精度等因素的影响，而且大大节约辐照成本。
[0039] 具体实施时，本实施例中辐照源采用瑞士保罗谢尔研究所(Paul Scherrer Institute，简称PSI)的质子辐照装置(Proton Irradiation Factility,简称PIF)。瑞士保罗谢尔研究所是欧空局的空间辐射效应试验基地，为欧空局的空间辐射效应地面模拟试验提供辐照源，进行器件辐射损伤机理、抗辐射性能考核和器件辐射加固研究。该质子辐照装置能提供能量为6MeV-230MeV，束斑直径为9cm，束流强度为nA量级的质子。本实施例中第一显色胶片剂量计4选用美国西远公司生产的GAFChromic系列中的MD-55-2薄膜剂量计，薄膜剂量计相对于其他剂量计如热释光剂量计、电离室剂量计等，具有灵敏度高、分辨率高、测量结果更加精确等优势。
[0040] 在一具体实施方式中，所述屏蔽层3的材料为铝或聚乙烯；所述第一楔形模体1和所述第二楔形模体2的材料为聚乙烯。将铝或聚乙烯材料按照预先计算的结果加工成合适的大小和厚度，得到屏蔽层3。在辐射防护剂量学和放疗剂量验证研究中，聚乙烯是人体组织等效材料，而且便于加工成楔形形状。且本发明中将质子束穿过不同厚度的铝和聚乙烯屏蔽层后测量质子束在聚乙烯模体中深度剂量分布，可以等效人体组织内不同深度处的质子沉积能量以及粒子能谱信息，为航天员关键器官辐射剂量提供可靠的评估手段。
[0041] 在一具体实施方式中，如图1所示，所述第一楔形模体1和所述第二楔形模体2的截面为直角三角形；所述第一楔形模态1和所述第二楔形模体2的斜面相对放置；所述第一显色胶片剂量计4设置于所述第一楔形模体1和所述第二楔形模体2的斜面之间，所述第一显色胶片剂量计4的长度与所述第一楔形模体1和所述第二楔形模体2的直角三角形截面的斜边长度相等。具体实施时，第一楔形模体1和第二楔形模体2的大小和形状相等，且其截面为直角三角形，将第一楔形模体1和第二楔形模体2的斜面相对放置后，第一楔形模体1和第二楔形模体2组成一个长方体。将第一显色胶片剂量计4放置在第一楔形模体1和第二楔形模体2的斜面之间，由于第一显色胶片剂量计4的长度与第一楔形模体1和第二楔形模体2的直角三角形截面的斜边长度相等，第二楔形模体2的深度为其直角三角形截面的直角边长度，通过测量第二楔形模体2每个位置对应的质子束的辐照剂量就能确定质子束在第二楔形模体2中的深度剂量分布。
[0042] 具体实施时，所述第一显色胶片剂量计4的厚度小于0.1mm，由于第一显色胶片剂量计4设置在第一楔形模体1和第二楔形模体2之间，将第一显色胶片剂量计4的厚度设置不超过0.1mm，可以实现第一楔形模体1和第二楔形模体2之间的无缝对接。
[0043] 此外，本发明还提供了上述基于质子辐照源的深度剂量分布的测量装置的测量方法，如图2所示，其包括以下步骤：
[0044] S100、通过屏蔽层接收辐照源产生的质子束；
[0045] S200、通过设置在第一楔形模体和第二楔形模体之间的第一显色胶片剂量计接收经过所述第二楔形模体后的所述质子束，得到所述第二楔形模体不同深度的所述质子束的辐照剂量；
[0046] S300、根据所述质子束的辐照剂量获得所述质子束在所述第二楔形模体中的深度剂量分布。
[0047] 在一具体实施方式中，辐照源产生的质子束经过屏蔽层后照射到第二楔形模体上，由于第一显色胶片剂量计放置在第一楔形模体和第二楔形模体的斜面之间，第一显色胶片剂量计接收经过第二楔形模体的质子束为第二楔形模体不同深度对应的质子束，由第一显色胶片计量计得到的质子束的辐照剂量即为第二楔形模体不同深度的辐照剂量，根据第一显色胶片计量计得到的质子束的辐照剂量就能得到质子束在第二楔形模体中的深度剂量分布。通过第一楔形模体和第二楔形模体即可通过一次辐照得到整个样品的深度剂量分布，测量方法简单，结果精确，成本低。
[0048] 在一具体实施例中，所述步骤S200之前还包括：
[0049] M210、选择与所述第一显色胶片剂量计同类型的第二显色胶片剂量计，通过钴源对所述第二显色胶片剂量计进行辐照以获得所述第二显色胶片剂量计随时间变化的规律；
[0050] M220、根据所述第二显色胶片剂量计随时间变化的规律对所述第一显色胶片剂量计随时间变化的因素进行修正。
[0051] 具体实施时，由于本发明中的辐照试验在瑞士进行，无法携带测量仪器现场进行后续的辐照剂量测量，辐照剂量测量不能在辐照实验后及时进行。为了降低第一显色胶片剂量计辐照后长期变色过程的影响，本实施例中在获得经过质子束辐照的第一显色胶片剂量计后，选择与第一显色胶片剂量计同类型的第二显色胶片剂量计，通过钴源对第二显色胶片剂量计进行辐照至4000rad，这个辐照剂量属于第一显色胶片剂量计和第二显色胶片剂量计的量程中值。然后根据钴源照射后的第二显色胶片剂量确定第二显色胶片剂量计随时间变化的规律。最后根据第二显色胶片剂量计随时间变化的规律对第一显色胶片剂量计随时间变化的因素进行修正，从而降低第一显色胶片剂量计辐照后长期变色过程的影响，提高测量的准确性。根据本发明测量不确定度分析控制程序，考虑到辐照时间、距离、测量仪器和刻度曲线等的影响因素，用第一显色胶片剂量计测量深度剂量分布的不确定度为4.052％，置信度95％。本发明通过同类型的第二显色胶片剂量计对第一显色胶片剂量计进行修正，在外出进行辐照实验时，不需要携带复杂的测试设备，适合于远程外出辐照试验。
[0052] 在一具体实施方式中，所述步骤S200之前还包括：
[0053] S0、在标准剂量场中对所述第一显色胶片剂量计进行剂量刻度标定，建立辐照剂量与光密度变化值之间的线性关系。
[0054] 具体实施时，为了获取第二楔形模体不同深度的所述质子束的辐照剂量，本实施例中需要预先在标准剂量场中对第一显色胶片剂量计进行剂量刻度标定，建立辐照剂量与光密度变化值之间的线性关系，以便后续步骤中根据第一显色胶片剂量计的光密度变化值确定第二楔形模体不同深度的质子束的辐照剂量。
[0055] 在一具体实施方式中，所述步骤S200具体包括：
[0056] S210、通过设置在第一楔形模体和第二楔形模体之间的第一显色胶片剂量计接收经过所述第二楔形模体后的所述质子束，得到经过所述质子束辐照的第一显色胶片剂量计；
[0057] S220、将经过所述质子束辐照的第一显色胶片剂量计避光放置预设时间后，测量所述第一显色胶片剂量计的光密度变化值。
[0058] 具体实施时，通过设置在第一楔形模体和第二楔形模体之间的第一显色胶片剂量计接收经过第二楔形模体后的质子束，得到经过质子束辐照的第一显色胶片剂量计。然后将经过质子束辐照的第一显色胶片计量计避光条件下放置预设时间后，通过黑度计测量第一显色胶片剂量计的光密度变化值。前述步骤中提到，本实施例中会预先建立辐照剂量与光密度变化值之间的线性关系，根据测量出的第一显色胶片剂量计的光密度变化值以及预先建立的辐照剂量与光密度变化值之间的线性关系，就能够得到第二楔形模体不同深度的质子束的辐照剂量。
[0059] 在一具体实施方式中，所述步骤S300具体包括：
[0060] S310、建立所述第一显色胶片剂量计长度和所述第二楔形模体深度的对应关系；
[0061] S320、根据所述第一显色胶片剂量计长度和所述第二楔形模体深度的对应关系，将所述质子束的辐照剂量沿所述第一显色胶片剂量计长度的变化关系转换为所述质子束的辐照剂量沿所述第二楔形模体深度的变化关系，得到所述质子束在所述第二楔形模体中的深度剂量分布。
[0062] 具体实施时，由于第一显色胶片剂量计长度与第二楔形模体的直角三角形截面的斜边长度相等，而第二楔形模体深度即为直角三角形截面的一直角边，根据第二楔形模体的直角三角形截面的斜边和直角边的长度即可建立第一显色胶片剂量计长度和第二楔形模体深度的对应关系。而得到第一显色胶片剂量计上不同位置的质子束辐照剂量后，即可得到质子束的辐照剂量沿第一显色胶片剂量计长度的变化关系。根据第一显色胶片剂量计长度和第二楔形模体深度的对应关系，可以将质子束的辐照剂量沿第一显色胶片剂量计长度的变化关系转换为质子束的辐照剂量沿第二楔形模体深度的变化关系，即获得质子束在第二楔形模体中的深度剂量分布。
[0063] 在一具体实施方式中，为了验证本发明基于质子辐照源的深度剂量分布的测量装置及方法的测量结果的准确性。本实施例中采用欧洲核子中心开发的Geant4软件通过模拟计算来验证本发明中测量结果的准确性。Geant4软件是基于C++面向对象技术开发的蒙特卡罗应用软件包，用于模拟粒子在物质中输运的物理过程，相对于mcnp、egs等蒙特卡罗软件来说，主要优势是源代码完全开放，用户可以根据实际需要更改，扩充Geant4程序，目前Geant4已经广泛应用于高能物理、核技术、空间辐射物理、核医学等研究领域。模拟计算中首先根据上述屏蔽层的材料和厚度，以及质子束的质子能量，建立Geant4几何模型，质子束设置为垂直入射到屏蔽层。然后调用Geant4中的物理模型，本次选取的物理模型是Geant4中自带的用于空间辐射屏蔽的shielding物理包，该物理包比较全面的描述了电磁相互作用与强相互作用，电磁相互作用发明人调用Geant4中比较精细的emstandard-opt3模型，该模型对光子、电子、离子等与靶原子作用具有较好的输运和强相互作用，基本上包含了强子弹性散射，非弹性散射，中子俘获和离子非弹性碰撞等物理过程，并且对低于20MeV的中子都有较好的输运。最后统计通过与该软件耦合的root统计需要的能量沉积，次级能谱等等信息，从而得到等效人体组织的深度剂量分布。统计数据结果采用了与Geant4耦合的root处理软件，该软件能详细剂量质子穿越屏蔽层后等效人体组织内不同深度处的沉积能量以及粒子能谱信息，从而得到等效人体组织不同深度处的剂量值。在比较测量结果与模拟计算结果时需要对数据进行归一才能比较。一般的归一方法有峰值高度归一法，曲线面积归一化，表面数据归一法以及某一厚度的数据归一法。由于本发明中采用的显色胶片剂量计的量程比较小，动态范围比较窄，无法测量到尖锐的布拉格峰，无法采用峰值法归一。测量和计算的表面数值相差比较大，也无法采用表面数值法归一。质子深度剂量分布曲线的特点是在布拉格峰前面有一段平台区，因此本发明中选择某一厚度的数据归一法，在第二楔形模体深度为5cm的位置进行归一化。
[0064] 下面通过具体的实施例对本发明所提供的基于质子辐照源的深度剂量分布的测量装置及方法进行进一步说明。
[0065] 实施例1
[0066] 采用如图1所示的测量装置，其中第一楔形模体和第二楔形模体的材料为聚乙烯，第一楔形模体和第二楔形模体的长、宽和高分别为70mm、40mm和50mm，屏蔽层的材料为厚度10.15mm的铝，第一显色胶片剂量计选用美国西远公司生产的GAFChromic系列中的MD-55-2薄膜剂量计。将质子能量为101.34MeV、辐照注量率为7.112e+07p/cm2/s、辐照剂量率为
6.59Rad/s的质子束经过屏蔽层和第二楔形模体照射到第一显色胶片剂量计上，辐照时间为141s，获得质子束在第二楔形模体中的深度剂量分布的测量结果，并通过Geant4软件得到与测量结果对应的模拟计算结果，如图3所示。
6.59Rad/s的质子束经过屏蔽层和第二楔形模体照射到第一显色胶片剂量计上，辐照时间为141s，获得质子束在第二楔形模体中的深度剂量分布的测量结果，并通过Geant4软件得到与测量结果对应的模拟计算结果，如图3所示。
[0067] 实施例2
[0068] 与实施例1的区别是屏蔽层的材料为厚度5.98mm的铝，质子能量为60.81MeV、辐照注量率为3.094e+07p/cm2/s、辐照剂量率为4.202Rad/s，辐照时间为324s，获得质子束在第二楔形模体中的深度剂量分布的测量结果，并通过Geant4软件得到与测量结果对应的模拟计算结果，如图4所示。
[0069] 实施例3
[0070] 与实施例1的区别是屏蔽层的材料为厚度28.74mm的聚乙烯，质子能量为101.34MeV、辐照注量率为7.123e+07p/cm2/s、辐照剂量率为6.602Rad/s，辐照时间为211s，获得质子束在第二楔形模体中的深度剂量分布的测量结果，并通过Geant4软件得到与测量结果对应的模拟计算结果，如图5所示。
[0071] 实施例4
[0072] 与实施例1的区别是屏蔽层的材料为厚度14.37mm的聚乙烯，质子能量为60.81MeV、辐照注量率为3.095e+07p/cm2/s、辐照剂量率为4.203Rad/s，辐照时间为421s，获得质子束在第二楔形模体中的深度剂量分布的测量结果，并通过Geant4软件得到与测量结果对应的模拟计算结果，如图6所示。
[0073] 由图3～图6可以看出，基于本发明第一显色胶片剂量计测量的质子束的深度剂量分布在布拉格峰处比较平滑，由Geant4软件模拟计算出的质子束的深度剂量分布有比较明显的布拉格峰位。测量结果的布拉格峰比较平缓是因为胶片剂量计的量程比较窄，无法测量剂量梯度变化比较大的剂量分布，但和计算峰值的位置基本相同。对60.81MeV质子，测量曲线的质子射程大于计算曲线，而对101.34MeV的质子，测量曲线和计算曲线的最大射程符合的较好。这可能是由于入射质子能量有一定的展宽，不是单能质子。而计算时输入的是单能入射质子。对展宽能谱的质子，形成的深度分布曲线的布拉格峰也会被展宽。对高能质子，能谱展宽较小，计算值和测量值的最大质子能谱复合较好。能量较低的质子，由于能谱展宽较大，计算曲线和测量曲线的质子射程也有一定的偏差。表现出同样规律的还有深度剂量分布曲线的积分值，60.81MeV质子的深度剂量分布积分值大于测量值，而101.34MeV质子二者符合较好。
[0074] 综上所述，本发明提供的一种基于质子辐照源的深度剂量分布的测量装置及方法，装置包括：第一楔形模体和第二楔形模体；设置于第二楔形模体的上表面，用于接收辐照源产生的质子束的屏蔽层；设置在第一楔形模体和第二楔形模体之间，用于接收经过第二楔形模体后的质子束以获得所述质子束在第二楔形模体中的深度剂量分布的第一显色胶片剂量计。本发明通过设置在第一楔形模体和第二楔形模体之间的第一显色胶片剂量计可以在一次辐照中获得质子束在第二楔形模体中的深度剂量分布，测量结果准确，测量方法简单，测量成本低；将质子束穿过不同厚度的铝和聚乙烯屏蔽层后测量质子束在聚乙烯模体中深度剂量分布，可以等效人体组织内不同深度处的质子沉积能量以及粒子能谱信息，研究结果对航天员辐射屏蔽以及航天电子元器件辐照损伤以及辐射效应试验有很好的指导作用。
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