一种加速器X射线能量检测方法

技术领域

本发明属于加速器X射线能量测量技术领域，尤其涉及一种加速器X射线能量检测方法。

背景技术

加速器X射线由高能电子打靶产生，具有束流强度大，稳定性较强的特点，在CT成像、材料辐照改性、放射治疗等领域受到广泛应用。X射线的能谱对于成像效果、作用物反应及辐射防护剂量的计算起到决定作用，准确、高效的对加速器X射线能量进行测量时保证其有效、安全工作的基本前提。

加速器X射线束流强度大的特点使得利用传统谱仪通过逐个测量单光子能量并计数的方法难以实现——传统谱仪分辨时间有限，强束流情形下，一个分辨时间内会有大量光子入射灵敏体积，使得该分辨时间内的灵敏体积的剂量不能反映单光子的能量。目前常用的X射线测量方法包括：1.衰减透射法，该方法的代表是专利104142354A公开的加速器X射线能量测量系统，其通过测量光子穿透不同衰减片后在探测体积内造成的剂量，对照标准衰减曲线解谱；具有对波形信噪比要求高，解谱难度大，能量分辨能力有限等局限性。2.康普顿散射法，其通过测量光子入射低z材料靶发生康普顿散射产生的不同角度反冲电子能量推算能谱，精确度较高，适用能量范围大，但具有测量系统结构复杂，价格昂贵等缺陷。3.荧光法，具有测量效率低，能量分辨能力较差，能量测量范围有限的缺陷。上述方法使得X射线能量的实时、简便测量难以实现。

衰减透射法对测量信噪比要求高(<1％)，解谱难度大，能量分辨能力有限；康普顿散射法测量系统结构复杂，价格昂贵；荧光法测量效率低，且测量能量范围小。特别的，对于511keV的X射线，上述方法的平均能量分辨率分别为：12％(衰减透射法)，10％(康普顿散射法)，而荧光法由于材料K吸收边能量的限制，无法测量能量在0.5MeV以上的X射线。

发明内容

本发明的目的是提出一种加速器X射线能量检测方法，对已有的加速器X射线能量检测方法进行改进，以剂量增强效应作为原理，对X射线能量进行测量，并使检测过程操作简便、对信噪比要求低，而且不受X射线总剂量沉积的影响。

本发明提出的加速器X射线能量检测方法，首先构建一个用于测量加速器X射线能量的多电离室腔体阵列；利用蒙特卡洛方法进行标定，得到各剂量增强腔与参考腔的能量沉积比与X射线能量关系曲线；实验测量待测X射线入射各腔后的静电计读数之比，进而根据标定的能量沉积比与X射线能量关系曲线，得到待测X射线的能量。

本发明提出的加速器X射线能量检测方法，其优点是：

1、本发明的加速器X射线能量检测方法，可以实现高流强X射线能量的测量，而且相应的测量装置结构简单，易于加工。

2、本发明的检测方法，测量操作简便，对信噪比要求低，鲁棒性强。实验测量加速器X射线能量时，使电离室各腔在相同的条件下受到一次照射，得到各腔静电计读数之比即可，可以实现实时、较高精确度的X射线能量测量。

3、本发明的检测方法，能够实现较大能量范围，包括0.5MeV以上范围内X射线能量的测量，解决了已有技术中该能量范围内X射线难以精确测量的问题。

4、本发明的检测方法中，若X射线是由电子打靶产生的，通过能量标定，本方法可以通过测量X射线能谱来测量0.5MeV以上能量范围，得到打靶电子的能量。

附图说明

图1是用于测量加速器X射线能量的多电离室腔体阵列。

图2是本发明一个实施例中加速器X射线能量检测装置的结构示意图。

图3是本发明方法的一个实施例中，参考电离室腔R与剂量增强电离室的能量沉积在单能X射线照射条件下的剂量-X射线能量关系图。

图4是本发明方法的一个实施例中，剂量增强电离室与参考电离室腔R在单能X射线照射条件下的剂量之比与X射线能量的关系示意图。

图1和图2中，1是第一屏蔽外壳，2是第二屏蔽外壳，3是第一高压极，4是第二高压极，5是第一收集极，接参考静电计，6是第二收集极，接剂量增强静电计，7是第一工作气体，8是第二工作气体，9是参考窗，10是剂量增强窗，11是吸收窗；X射线由图示方向由窗入射电离室各腔。

具体实施方式

本发明提出的加速器X射线能量检测方法，首先构建一个用于测量加速器X射线能量的多电离室腔体阵列；利用蒙特卡洛方法进行标定，得到各剂量增强腔与参考腔的能量沉积比与X射线能量关系曲线；实验测量待测X射线入射各腔后的静电计读数之比，进而根据标定的能量沉积比与X射线能量关系曲线，得到待测X射线的能量。

上述加速器X射线能量检测方法，具体过程包括以下步骤：

(1)构建一个用于测量加速器X射线能量的多电离室腔体阵列，如图1所示；本发明的一个实施例中，该多电离室腔体阵列由一个参考电离室腔体和多个剂量增强电离室腔体构成，所述的参考电离室腔体的结构如图2中所示，包括第一屏蔽外壳1、第一高压极3、第一收集极5和参考窗9，第一高压极3和第一收集极5置于第一屏蔽外壳1内，参考窗9置于第一屏蔽外壳1上，屏蔽外壳1充满工作气体7；所述的第一收集极5与参考静电计相连；所述的剂量增强电离室腔体的结构如图2中所示，包括第二屏蔽外壳2、第二高压极4、第二收集极6、重金属窗10和吸收窗11；所述的第二高压极2和第二收集极3置于第二蔽外壳2内，所述的重金属窗10和吸收窗11从里到外相互重叠构成剂量增强窗，剂量增强窗置于第二屏蔽外壳2上，屏蔽外壳2充满工作气体8；所述的第二收集极与计量增强静电计相连；其中的第一高压极3和第二高压极4分别接高压电源。

所述的剂量增强电离室腔体可以有多个，所述剂量增强电离室腔体的剂量增强窗须与参考电离室腔体的参考窗9不同，而第二屏蔽外壳2、第二高压极4、第二收集极6和工作气体8须分别与第一屏蔽外壳1、第一高压极3、第一收集极5和工作气体7相同。

(2)利用蒙特卡洛方法(该方法为公知公用技术)，分别计算多电离室腔体阵列中的多个剂量增强腔与参考腔R在设定能量E

(3)改变上述X射线的设定能量E

(4)使待测X射线从窗入射步骤(1)所述的参考腔及所有剂量增强腔，得到第一静电计读数D

(5)根据步骤(4)计算得到的能量沉积比{α

以下结合附图，详细介绍本发明方法的内容：

本发明方法所依据的的工作原理是：原子序数不同的材料对相同能量X射线的响应不同，X射线穿过原子序数较高的材料制成的窗时，会在电离室腔中产生更多的次级电子，造成较多的能量沉积，该腔静电计的读数会显著增大。而该剂量增强效应的显著程度与X射线的能量、窗材料原子序数及厚度强相关。实验测量时，经过待测X射线相同条件的一次照射，各腔静电计读数将有显著差异，通过读取各腔与参考腔静电计读数之比，可以计算得知X射线的能量。

以下结合附图，详细介绍本发明实施例工作过程。以用于测量单能X射线能量的双腔电离室的实施步骤为例。

(1)构建一个用于测量加速器X射线能量的双腔电离室，该双腔电离室由一个参考电离室腔体和一个剂量增强电离室腔体构成，所述的参考电离室腔体的结构如图2中所示，包括第一屏蔽外壳1、第一高压极3、第一收集极5和参考窗9，实施例采用平板电离室结构，第一高压极3和第一收集极5置于第一屏蔽外壳1内两端，参考窗9为20μm厚的碳纤维薄膜，置于第一屏蔽外壳1上，屏蔽外壳1充满工作气体7，工作气体7为一个大气压的空气；所述的第一收集极5与参考静电计相连；

所述的剂量增强电离室腔体的结构如图2中所示，包括第二屏蔽外壳2、第二高压极4、第二收集极6、重金属窗10和吸收窗11；所述的第二高压极2和第二收集极3置于第二屏蔽外壳2内两端，所述的重金属窗10为0.2mm厚的金层，吸收窗11为0.15mm厚的硅层，重金属窗10和吸收窗11从里到外相互重叠构成剂量增强窗，剂量增强窗置于第二屏蔽外壳2上，屏蔽外壳2充满工作气体8，工作气体8为一个大气压的空气；所述的第二收集极与剂量增强静电计相连；

所述第二屏蔽外壳2、第二高压极4、第二收集极6和工作气体8分别与第一屏蔽外壳1、第一高压极3、第一收集极5和工作气体7一致。

(2)利用已有的蒙特卡洛方法，计算剂量增强腔与参考腔R在设定能量E

(3)改变上述X射线的设定能量E

(4)使待测X射线从窗入射步骤(1)所述的参考腔及所有剂量增强腔，得到第一静电计读数D

(5)根据步骤(4)计算得到的能量沉积比α，利用步骤(3)中标定的沉积比与X射线能量的关系曲线，得到待测X射线的能量。例如实验测得

本发明方法，利用剂量增强效应对X射线能量的敏感性，可以测量0.5MeV以上的X射线能量。本发明方法中涉及的多腔、窗结构各异的电离室阵列结构，电离室形状可以根据实际需要任意改变，只需要保证各腔几何形状及空腔体积一致，且使用时受照射条件一致即可。各腔无需相邻，但须保证相互隔离；电离室电极可以根据需求设计，可为平板电极，也可以为圆柱电极。