中能重离子在生物组织中产生的核碎片

在利用重离子束治疗肿瘤和辐射生物学效应研究中，重离子束产生的核碎片会引起辐射场的改变。一方面主束的粒子数减少，另一方面产生了低Z的弹核碎片。这直接影响了主束的剂量-深度分布，这些低Z的碎片在主束Bragg峰外会产生附加的剂量，进一步影响生物学效应，而这种影响随离子射程的增加而增加。发展精确计算剂量的物理模型就必须有重离子束在等效生物组织中产生碎片的实验数据。有关碎片研究的实验，已广泛进行了许多年，近年来随着人类对加速器物理技术应用到放射治疗和人类对空间探索防护的需要，研究重离子束与生物相互作用以及弹核碎片的影响，已成为各国核应用科学家研究的热点问题，然而，有关中能重离子在等效生物组织中的实验数据并不多。基于此，本论文对这一问题，利用HIRFL产生的55MeV/u ~(40)Ar在 1.5mm有机玻璃(生物组织等效材料)中产生的碎片，对不同角度分布情况进行了研究，结果表明，重离子在生物组织等效材料中产生的核碎片，主要集中在向前的很小角度范围，碎片随角度的增加，原子序数接近主束的碎片产额急剧减少，而质子的角分布最广，在同一角度内的产额比其它碎片高：主束的展宽较小。将主束的剂量贡献与各角度的碎片剂量贡献总和比较，主束的剂量远大于各角度的碎片剂量贡献总和，这说明碎片的展宽效应就剂量方面考虑影响很小，但它对生物效应的影响还需要研究。本文还利用RIBLL80MeV/u ~(20)Ne离子产生的低强度62.8 MeV/u ~(12)C离，对不同厚度有机玻璃产生的核碎片进行了研究。结果表明，主束产额随厚度的增加呈现指数衰减；而碎片产额随厚度的增加而增加，且在某一厚度产额逐渐饱和。重离子在生物体内产生的核碎片不利于重离子治疗，为此本文在理论上全面考虑了碎片对剂量的贡献后，提出了剂量-深度曲线计算方法，其计算结果与实验数据符合相当好。但对其广泛应用还需更多的实验数据验证。通过对中能重离子在生物等效组织中碎片的研究，提出了在放射治疗中应尽量采用轻的离子束以减少碎片对治疗的影响；而在象育种那样的诱变工作中，考虑到提高诱变效率，应尽量采用重的离子束。论文还对剂量测量中复合效应的影响进行了研究，并提出了修正F的计算公式。对剂量监测系统性能的研究表明，在治疗中，当达到治疗剂量后，治疗系统切断束流的反应速度对治疗效果有不可忽视的影响，为此在应用重离子束治疗的控制中必须引起注意。还研究了实验中产生的中子角分布及其防护。产尘的中子剂量与重离子束剂量的比较表明，中子剂量的贡献在应用重离子束治疗中是可忽略的。总之，论文通过碎片效应的实验和理论研究积累了一些有价值的资料，它们对重离子辐射育种、重离子放射治疗和放射治疗中中子防护是有用的。