全 文 ：文章编号 :100028551 (2002) 0520297204
γ辐照装置照射场计算的程序设计
方法与 C 语言程序实现
雷　鹏　于子厚　孙永堂　祝清俊
(山东省农业科学院原子能应用研究所 , 山东　济南　250100)
摘 　要 :本文详细论述双板源γ辐照装置照射场计算的程序设计方法与步骤 ,即欧氏
空间坐标系的选取与源棒坐标的确定 ;单棒对空间任意点照射率计算的程序设计方
法 ;多棒叠加合成即单板对空间任意点照射率计算的程序设计方法 ;双板叠加合成对
空间任意点照射率计算的程序设计方法。最后用准 C语言给出实现程序。
关键词 :辐照 ;照射率 ;程序设计 ;C语言
收稿日期 :2002204208
作者简介 :雷　鹏 (1964～)男 ,山东济南人 ,硕士 ,从事辐射加工 ,计算机算法与程序设计研究
当今国内辐射加工级的γ辐照装置大多为单板或双板源架结构。若干源棒在源架上如
何排列 ,直接决定了照射场的均匀性和放射源的利用率。因此 ,寻找源棒最佳排列具有重要经
济意义。通常寻找最佳源棒排列的方法是 :设计若干种排列方案 ,根据源棒生产商事先提供的
源棒活度 ,通过海量理论计算 ,分析计算数据 ,最后确定源棒最佳排列。由于此计算过程反复
用到反正切函数且计算量巨大 ,非计算机程序很难完成。下面我们给出程序设计思想和实现
步骤。
图 1 　线源照射量计算的数学模型
Fig. 1 　The mathematic model of computing
thread radiation source
1 　线状源照射量计算的数学模型
　　设源棒的长度为 L ,活度为 A ,且为均
匀强度线源。现空间任一点 P ,到源棒的距离
为 a ,垂足到源棒端点的距离为 a1 ,如图 1。将
线源微分 ,视为点源 ,利用点源公式[1 ] 积分 ,得
如下线源照射量率公式[2 ] :
X =Γ3 (AΠL) a 3 (arctg(L + a1 )Πa -
　　　arctga1Π) (1)
　　其中Γ是照射率常数 ,其意义为 :1Ci 点源
在 1m 处 1h 产生的照射量。
利用该计算公式 ,可计算出线源在空间任一点的照射量率。AΠL 为单位长度的源棒活度。
在计算过程中 ,分别取 A 的单位是 Ci、长度 cm ,照射率的单位为 RΠh。Γ= 1. 32R·m2Πh·Ci =
792　核 农 学 报　2002 ,16 (5) :297～300Acta Agriculturae Nucleatae Sinica
1132 3 104 R·cm2 (h·Ci) 。
2 　坐标系的建立和源棒坐标的确定及在计算机中的存取
山东辐照中心为双板源架结构。建立坐标系如下 :在于两源架平面平行且等距的中心面
的中心点为欧氏空间的坐标系的原点 0 ,X 轴方向为轨道运行方向 (向北) ,y 轴方向为垂直源
架平面方向 (向西) ,z 轴为上下方向 (向上) ,3 方向符合右手法则。该坐标系唯一确定源棒位
置和计算的空间点位。为方便应用公式 (1) ,以源棒最上点作为其在坐标系中的位置。例如图
2 中源棒的 A 点。
现对空间任一点 P(x ,y ,z) ,公式 (1)中的各量可表示为 :
a = sgr ( (x - x) 2 + (y - y1 ) 2 ) ;a1 = z- ;zj (2) (3)
　　其中 xi 、yi 、zj 为源棒坐标。在此 yi 也等于两源架的 y 方向坐标。山东辐照中心两源架之
间的距离为 70cm ,所以 yi = ±35cm。在计算机中 ,设两个浮点型二维数组 RodX[Line ] [ Col2
umn ]、RodZ[Line ] [ Column ]分别存放各行各列源棒的运行方向和垂直方向的坐标[3 ] 。每个源
架放置 3 行 8 列 24 根源棒。所以在此Line = 3 ,Column = 8 ,i = 1 ,2 , ⋯,24 ;j = 1 ,2 , ⋯24。
图 2 　欧氏空间坐标系的建立
Fig. 2 　Coordinate system in Euler space
3 　单棒和多棒叠加合成单板对空间任一点照射率计算的程序设计方法
将东、西两个源架上的源棒活度分别存入两个浮点型两维数组 EastActivity [Line ] [ Col2
umn ]、WestActivity[Line ] [ Column ] ,Line ,Column 的值同上。对空间任意点 P (x ,y ,z) ,利用公式
(1) ,分别计算第一行第一列、⋯⋯、第 3 行第 8 列单棒的照射率 ,将计算结果存入两维数组
SingleRadiation[Line ] [ Column ]。开辟两个三维数组 EastTotal [ X] [ Y] [ Z] ,WestTotal [ X] [ Y] [ Z]分
别存放合成后东、西板对 P(x、y、z)点的照射率。
4 　双板叠加合成对空间任意点照射率计算的程序设计方法
设两源架之间的距离为 D ,1 号源架的 y 轴坐标为 DΠ2 ,则二号源架 y 轴的坐标为 - DΠ2 ,
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(在此 1 号源架为西源架 ,2 号为东源架) 。在计算 1 号源架的照射量时 ,y = DΠd 的空间点应剔
除 (自身源架) ,不予计算 ;同样在计算二号源架时 ,y = - DΠ2 的空间点应剔除。即在东、西两
源架对应点叠加合成时 ,EastTotal [x] [ - DΠ2 ] [z ]、WestTotal [x] [DΠ2 ] [z ]的值应剔除。
5 　程序设计方法的准 C 语言实现
在此给出的准 C语言[4 ]或称类 C语言计算程序主要用来具体说明程序设计思想和步骤 ,
而非标准 C语言可编译程序。下面给出准 C语言的计算程序 :
# include < stdio. h > ; # include < stdlib. h > ; # include < math. h > ; # difine Line 3 ; # difine
Column8 ; # define X 100 ; # difine Y 140 ; # define Z 100ΠΠ确定计算空间范围 (cm) ;void main (void)
{ΠΠ输入源棒坐标
float RodX[Line ] [ Column ] ;
float RodZ[Line ] [ Column ] ;ΠΠ3 行、8 列
int Ywest = 35 ,Yeast = - 35 ;ΠΠ输入源棒的活度
float SingleRadiation[Line ] [ Column ] ;
float WestActivity[Line ] [ Column ] ;
float EastActivity[Line ] [ Column ] ;ΠΠ设立数组 ,存放计算值
flat WestTotal [ X] [ Y] [ Z] ;
float EastTotal [ X] [ Y] [ Z] ;
float Totol [ X] [ Y] [ Z] ;ΠΠ计算过程
for (Num = 1 ;Num < = 2 ;Num+ + ) ;for (x = 0 ;x < X;x + + ) ;for (y = 0 ;y < Y;y + + ) ;for (z = 0 ;z <
Z;z + + ) ;for (line = 1 ;line < = Line ;line + + ) ;for (column = 1 ;column < = Column ;column+ + )
{
a1 = Z - RoodZ[x] [y] ;a = sqrt (pow( (RodX[x0 ] [y0 ] - x) ,2) + pow( ( Y0 - y) ,2) ) ;ΠΠY0 = Ywest
or Yeast
计算 :SingleRadiation[Line ] [ Column ] ;
}
计算 WestTotal [x] [y] [z ]、EastTotal [x] [y] [z ] ;ΠΠ计算合成结果。Total [ x ] [ y ] [z ] = WestTotal
[x] [y] [z ] + EastTotal [x] [y] [z ] ;
}
6 　结果与讨论
现将编译通过的标准 C语言程序计算结果与用英国 NE 公司 Farmer 电离室计量计 (基准
级)测量结果比对于下表 1。
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表 1 　程序计算结果与 Farmer 电离室计量计测量结果比对
Table 1 　Comparison of programm’s outcome with those of Farmer (RΠh)
空间位置 position P(x ,y ,z) (cm)
(0 ,0 ,0) (0 ,0 ,10) (0 ,70 ,0) (0 ,70 ,10) (10 ,0 ,0) (10 ,0 ,10) (10 ,70 ,0)
Farmer 结果 631000 639105 411530 415500 631952 641804 412830
计算结果 caloulated 631760 640372 412377 416118 632681 642290 413263
误差 error ( %) 0. 12 0. 19 0. 20 0. 14 0. 12 0. 08 0. 10
Farmer 电离室计量计可作为基准级计量计使用 ,计算结果与其测量结果比对误差很小 ,说
明计算的准确度很高 ,计算方法和语言程序精确可靠。因 Farmer 实际测量的是空气吸收剂
量 ,而计算程序不考虑此吸收和源自身的吸收 ,故偏大。
山东辐照中心辐照装置共有 25 个辐照工位 ,每个工位处吊具高均为 1. 9m。该计算程序
可计算出吊具任意高度的 25 个工位的累计照射量值 ,供实际辐照物品时参考。
本程序的升级产品应是 ,在具有上述功能的同时还能自动绘出 x、y、z 方向的照射率走势
图及相关统计数据。该产品的研究开发我们正在进行之中 ,已具有雏形。
参考文献 :
[1 ] 　李承华. 辐射技术基础. 北京 :原子能出版社 ,1988 ,276～277
[2 ] 　李星洪. 辐射防护基础. 北京 :原子能出版社 ,1982 ,84～90
[3 ] 　谭浩强等. C语言程序设计教程 (二版) . 北京 :高等教育出版社 ,1998
[4 ] 　严蔚敏等. 数据结构 (C语言板) . 北京 :清华大学出版社 ,1997 ,10～11
THE METHOD OF PROGRAM DESIGN AND C LANGUAGE REALIZATION
OF COMPUTING IRRADIATION FIELD IN Aγ2RAY IRRADIATION FACILITY
LEI peng 　YU Zi2hou 　SUN Yong2tang 　ZHU qing2jun
( The Institute for Application of Atomic Energy , Shandong Academy of Agricultural Sciences . Jinan , Shandong prov . ,250100)
ABSTRACT :It is discussed in this paper that the methods and steps of program design of comput2
ing irradiation field in aγ2ray irradiation facility with a pair of irradiation source frames. They
are separately discussed that setting up a coordinate system in an irradiation field and calibrating
the coordinates of source rods , computing irradiation dose rate at any point in Euler space by a
single thread source , computing irradiation dose rate at any point by composition of multiple
thread sources , namely one frame , computing irradiation dose rate at any point by composition of
a pair of frames. The program by a language that is analogy to C language is given in the end.
Key words :irradiation ; irradiation dose rate ; program design ; C language
003 Acta Agriculturae Nucleatae Sinica
2002 ,16 (5) :297～300