问题征解

本栏目精选有趣、实用、新颖、灵巧、深浅适度、富有启发性的题目进行征解,使其成为启迪思维、开发智力的小智囊.该栏目面向广大读者征集问题,问题的选题范围不做限制,但难度应适当控制,适宜中学生解答.欢迎自编新问题,也可以在现有问题基础上进行改编,提供试题时请注明来源,并请附上解题思路分析和详细解答.每期问题征解时间为40天,欢迎广大读者(尤其是中学生)踊跃提供解答,本刊隔两期刊登读者或供题者提供的解答.提供问题或回答问题时,请发送到电子邮箱:shxtxwtzj@163.com.     

241Am-Be中子参考辐射的蒙特卡罗模拟研究

研究用于校准场所中子剂量监测仪表的241Am-Be中子参考辐射场计量特性。采用蒙特卡罗方法模拟了空气自由中子参考辐射(FRNR),GB/T 14055规定的最小尺寸中子参考辐射(SRNR)和实际中子参考辐射(ARNR)中不同检验点处中子周围剂量当量率、散射中子占比和能谱分布特征。研究结果表明,空气对FRNR中的剂量率和能谱分布影响小,近似为理想中子参考辐射;采用5%含硼聚乙烯作屏蔽的最小尺寸SRNR可减少热中子,降低散射中子占比,影锥法不适用于小尺寸中子参考辐射中对散射中子的修正;ARNR中的散射中子更少、占比更低,影锥法所得散射中子占比与理论值基本一致。     

均匀磁场下碳离子笔形束的剂量变化分析及位置修正方法

分析外加均匀磁场对于碳离子笔形束剂量分布的影响,并考虑修正这种影响,为磁共振成像引导碳离子放射治疗的临床应用提供指导。本文利用蒙特卡罗方法模拟计算了不同能量碳离子笔形束在不同强度磁场下的剂量分布情况,发现垂直于碳离子束入射方向的均匀磁场对于碳离子笔形束射程缩短的影响很小,磁场对碳离子束的主要影响是引起束流横向偏转,特别是碳离子束布拉格峰位置的横向侧移。横向侧移程度与碳离子束的能量和磁场强度相关,根据模拟结果,得到了一个计算碳离子束布拉格峰在磁场中相对横向偏转的方程,并提出一种校正外加磁场引起的碳离子束布拉格峰横移的角度修正方法。这些结果可用于指导磁共振图像引导碳离子放射治疗计划系统的研发。     

100 MeV质子束流品质诊断及剂量测量准确性评估方法研究

质子辐射生物学效应是太空放射生物学和质子束放疗研究的重要基础，可为空间环境下人员的危险性评估以及质子治疗优化设计提供科学依据。依托加速器建立相应的生物样本辐照技术是开展此类研究的前提条件。中国原子能科学研究院最近建立的100 MeV强流质子回旋加速器提供的中能质子束流为目前国内能量最高，特别适合用于太空放射生物学和质子治疗相关研究。本研究中，利用在束和离线等多种手段建立了中能质子束流诊断和剂量测量方法，对加速器引出的100 MeV质子照射野大小、均匀性等束流品质以及剂量测量系统准确性进行了分析和评估。结果表明，对光子剂量响应好的LiF(Mg, Ti)热释光探测器，对90 MeV质子同样具有良好的剂量响应关系，可作为中能质子剂量准确性评估的手段之一。在5.0 cm×5.0 cm照射野范围内，加速器引出的100 MeV质子束流的均匀性好于90%，在线剂量测量系统准确性好于93%，束流品质和剂量测量条件基本满足辐射生物学的要求，可为质子辐射生物学效应研究的开展提供可靠保障。     

烧结温度对煤系高岭土制备堇青石陶瓷的影响

我国的煤系高岭土具有明显的资源优势,应对其进行充分地研究和合理地应用,以缓和优质高岭土资源枯竭的燃眉之急.以鄂尔多斯煤系高岭土、鄂尔多斯滑石、工业氧化铝为原料,通过反应烧结一步合成堇青石,探讨了堇青石合成温度范围,以拓宽该煤系高岭土的应用范围.通过高温显微镜观察堇青石试样的合成温度范围为1400～1420℃.经1420℃合成的堇青石试样的吸水率为16.11;,显气孔率为28.44;,体积密度为1.77 g/cm3,径向烧成收缩为1.77;,厚度烧成收缩为4.80;,抗折强度为43.56 MPa.镁铝尖晶石是合成堇青石的重要中间产物,适当提高烧结温度可以促进镁铝尖晶石相向堇青石相转变,有利于堇青石晶粒的生长与发育.烧结温度的变化是堇青石晶粒发生变化的原因,同时导致液相量的变化,最终影响堇青石试样显微结构和烧结性能.     

一种具有低振动灵敏度和宽动态范围的MEMS陀螺仪(英文)

为了进一步提高MEMS陀螺的动态范围和振动环境适应性,以加速其工程化应用步伐,研究了陀螺振动误差,提出了一种新型MEMS陀螺结构。MEMS陀螺仍然采用了音叉结构形式,同时采用了工字型框架和隔离结构,从而提高了陀螺结构的稳定性和抗振动性能,并降低了残余应力对陀螺影响。理论分析了驱动和检测模态频差对标度因数非线性的影响,并基于理论和实验分析了振动环境中的角振动对陀螺性能的影响。在此基础上,进行了陀螺的模态优化设计,以进一步减小了陀螺的振动灵敏度,并使其具有大动态范围。MEMS陀螺采用了SOI圆片制备,并采用了圆片级真空封装技术实现陀螺芯片的真空封装。MEMS陀螺芯片和ASIC芯片叠装在陶瓷管壳内,体积为11.4?11.4?3.8 mm3。实验结果表明,MEMS陀螺的测量范围为±7200 (°)/s,零偏稳定性为12.2 (°)/h(1σ)。随机振动环境下(7.6grms),该陀螺的振中零偏变化量小于10.0 (°)/h,振中的零偏稳定性小于24.0 (°)/h,是原陀螺的1/5。     

激光大动态范围线性测量

为研究探测器在单色光照射下大动态范围的辐射响应度是否不变，建立了基于激光的线性测量装置，并对该装置的测量不确定度进行评价。实验根据双光路叠加法，分别采用功率和照度两种模式研究了光电探测器的线性。对于功率模式，实验测量了6个数量级光功率变化下探测器的大动态范围非线性系数；对于照度模式，将激光导入积分球输出光辐射，测量了探测器在3个量级变化下的非线性系数。实验结果表明:当激光功率模式下探测器的输出电流从0.2 mA变至0.2 nA，探测器的非线性系数全部小于±0.02%；当激光照度模式下探测器光电流从200 nA变为0.2 nA，探测器非线性系数小于±0.02%。由此可知，激光线性装置可以实现功率和照度两种模式测量，满足至少6个量级以上的测量。     

碳离子在不同材料叶片的多叶光栅上产生的次级粒子研究

在碳离子放射治疗中，碳离子束与治疗头设备和患者身体相互作用产生的次级粒子可以到达患者体内的许多区域，在产生的次级粒子中以中子和$\gamma $射线的产额为最大。在不影响束流配送功能的情况下，减少碳离子放疗中产生的次级中子和$\gamma $射线对于降低放疗后出现的正常组织并发症及二次肿瘤风险有着非常重要的意义。本文利用蒙特卡罗(Monte Carlo)方法模拟计算了被动式束流配送系统下，400 MeV/u碳离子束照射到由不同材料叶片构成的多叶光栅(MLC)形成典型的10 cm×10 cm方形射野时，在水模体中产生的次级中子和$\gamma $射线所沉积的剂量及空间分布等。模拟结果显示:碳离子束通过MLC形成射野后在水模体中产生的次级中子主要分布在水模体的入射端，次级$\gamma $射线较为均匀的分布在整个水模体内，且较多分布在具有展宽Bragg峰(SOBP)射野在水模体中贯穿时的坪区。对于MLC叶片材料的选择，则需根据实际情况对叶片厚度以及次级粒子当量剂量的要求来确定。本文通过模拟研究不同MLC叶片材料产生次级粒子的情况，为被动式束流配送系统中MLC叶片及其他元件的材料选择提供了科学依据。     

细胞松弛素B阻断微核法鉴定男性个体辐射敏感性的方法初探

初步研究了男性个体辐射敏感性的鉴定方法及标准。采集50名男性志愿者的外周血，分别给予不同剂量X射线照射，采用细胞松弛素B阻断双核法测定微核率(MNF)，通过二阶多项拟合法，绘制微核剂量效应选项中心标准曲线，将个人微核剂量效应曲线与标准曲线比对后判断个体辐射敏感性。 $0.0\sim2.5 $ Gy剂量范围内，剂量效应二阶多项拟合的中心方程为(MNF=0.014 7+0.036 2D+0.023 1D 2， r=0.726)。50名志愿者中，辐射敏感的有13人，辐射抗性的有14人，基本符合正态分布。Spearman秩和相关分析结果显示，MNF在各个辐射剂量点与辐射敏感性均存在正相关,与辐射抗性呈负相关,MNF随剂量增加而增加。本研究初步建立了“以线代点”男性个体辐射敏感性鉴定方法,并发现男性外周血淋巴细胞的本底微核率与个体辐射敏感性呈正相关。