全 文 ：文章编号 :100028551 (2006) 042327204
中药辐照剂量分布的测量与计算
郭平稳1 　李松兰1 　王　锋2 　张　磊1 　尹艳艳1 　杨利军1
(11 西北核技术研究所 ,陕西 西安　710024 ; 21 中国农业科学院农产品加工研究所 ,北京　100094)
摘 　要 :利用重铬酸银剂量计对以静态堆码方式进行辐照的某中药中的剂量分布进行测量 ,并利用蒙特
卡罗方法进行了相应的模拟计算。计算结果表明统计误差在 5 %以内 ,计算值和实测值的相对偏差在
20 %以内 ,计算结果基本反映了该剂量分布的真实情况。
关键词 :堆码辐照 ;蒙特卡罗方法 ;重铬酸银剂量计 ;吸收剂量
MEASUREMENT AND COMPUTED SIMULATION OF DOSE DISTRIBUTION IN IRRADIATED CHINESE MEDICINE
GUO Ping2wen1 　LI Song2lan1 　WANG Feng2 　ZHANGLei1 　YIN Yan2yan1 　YANGLi2jun1
(11 Northwest Institute of Nuclear Technology , Xi’an , Shaanxi 　710024 ;
21 Institute of Food Science & Technology Chinese Academy of Agricultural Science , Beijing ,100094)
Abstract :The dose distribution of 60 Co staticγ2irradiation in irradiated Chinese medicine with a mode of pilling up in state was
measured by using siluer dichromate dosimeter , and simulated with Monte Carlo method. The statistic errors of computed
results were less than 5 % , and the relative errors between the computed data and the measured data at 19 corresponding
measured points were less than 20 % mostly , indicating the computed results basically reflected the actual dose distribution.
Key words :piling2up irradiation ; Monte Carlo method ; silver dichromate dosimeter ; absorbed dose
收稿日期 :2005210213
作者简介 :郭平稳 (19702) ,男 ,山西稷山人 ,主要研究方向为辐射剂量与防护。Tel :029 84765464 ; Email :guo2pw @1631com
　　蒙特卡罗 (Monte Carlo ,MC) 方法是一种以概率论
为基础的计算方法 ,属于计算数学的一个分支 ,它是在
20 世纪 40 年代中期发展起来的 ,是核科学领域数值
模拟的主要方法。MCNP4B 程序是由美国 Los Alamos
国家实验室研制的一个大型多功能的通用 MC 计算程
序 ,可计算任意三维的中子、光子、电子或它们的耦合
输运问题 ,已很好地应用于辐射剂量、物理实验模拟
等。
在辐射加工中 ,如果采用 MC 理论计算与实际测
量相结合的方法 ,结合不同高量程液体化学剂量计的
量程 ,先对辐照产品中感兴趣点所在位置对应的吸收
剂量值进行理论计算 ,再有的放矢地选择合适的剂量
计进行实际测量 ,或者是参考实际吸收剂量测量数据 ,
算出一些没有测量的辐照产品中感兴趣点所在位置对
应的吸收剂量值 ,则可更好地掌握辐照情况 ,为调整辐
照工艺 ,减少辐照不均匀度 ,提高辐照产品辐射加工质
量提供技术支持 ,这对深入开展相关的辐射加工业务
具有重要的指导意义。
1 　辐照产品中的剂量分布测量
111 　辐照装置
本所60 Coγ辐照装置设计装源活度为 1111PBq ,现
实际装源活度为 4162PBq ,放射源由 25 根 C2188 型标
准60 Co 源棒 (英国产和加拿大产) 组成 ,装在 100cm ×
100cm 的单板栅源架中的不锈钢管内 ,不锈钢管相互
间距离 5cm 或 10cm ,源棒排列见图 1。源架中心点 O
距地面 71cm。由于源活度相对较低 ,所以辐照以人工
搬运产品的静态堆码辐照方式为主。
剂量计采用自制的重铬酸银化学剂量计 ,制作方
法参见文献[1 ]。
辐照产品采用本所的主要辐照中成药金嗓清音
丸 ,其密度ρ= 0127g·cm - 3 ,药箱尺寸 52cm ×26cm ×
20cm。
723　核 农 学 报　2006 ,20 (4) :327～330Journal of Nuclear Agricultural Sciences
1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
图 1 　源棒排列示意图
Fig. 1 　Schematic diagram of source array
图 2 　布放剂量计的中药产品箱摆放示意图
(1～19 为剂量测量点)
Fig. 2 　Layout of dosimeter distribution
in Chinese medicine boxes(1～19
are dose measured points)
112 　照射及测量
采用辐照一半时间时辐照产品原地各自前后翻
面 ,以保证辐照均匀度。辐照时 ,产品箱紧靠源架护栏
(图 2) ,以 Z 轴为中心 ,沿 Y 轴方向均匀放置 ,共放置
宽 7 箱 ( 26cm ×7 = 182cm) , 高 8 箱 ( 20cm ×8 =
160cm) 。剂量计布放于各产品箱中心点。产品箱的排
放及布放剂量计的产品箱示意图见图 2 及图 3。因源
架护栏距板源垂面 22cm ,故布放的剂量计距板源垂面
为 48cm(22cm + 1Π2 ×56cm) 。
用剂量测量仪器 (Cary23E UV2Vis 分光光度计 ,美
国 VARIAN 公司产) 在 350nm 波长下测量重铬酸银剂
量计溶液的吸光度值。实验采用的重铬酸银剂量计参
加了国家剂量保证服务 (NDAS) 计划 ,与中国计量科学
院的多次剂量比对偏差均小于 4 %。
图 3 　产品箱与源的相对位置图
Fig. 3 　Schematic diagram of layout of Chinese
medicine boxes and single plate source
2 　辐照产品中剂量分布的模拟计算
本文采用 MC方法对辐射产品中的剂量分布进行
模拟计算的软件为 MCNP4B。利用 MCNP 程序求解问
题 ,需要有效地概括出物理问题的主要因素 ,舍弃一些
影响不大的细节和因素 ,以降低问题描述和计算的复
杂性 ,同时又能保证计算结果的可靠性。由于蒙特卡
罗计算往往需要大量的计算机时 ,对物理模型进行简
化很有必要 ,并运用 MCNP 程序提供的有关技巧 ,这样
可使结果达到要求的统计误差以下[2 ] 。针对本文所研
究的问题 ,MCNP 程序在应用上主要涉及以下几个方
面 :
211 　几何描述
在本文模拟计算中 ,利用表面卡和栅元卡把所要
描述的几何空间分成许多栅元 ,所有的栅元都在栅元
卡中列出。其中 ,测量时相应实际布放剂量计的点 ,采
用小球面栅元描述。壁厚 2mm 的不锈钢源管 ,在计算
时也予以考虑。辐照室及防护墙采用平面描述 ,通过
并、交、余布尔运算来模拟实际辐照室辐照空间的几何
结构。在表面卡中列出了全部平面和球面。辐照室几
何尺寸按实际情况描述 ,为了简化几何结构 ,贮源水井
也采用和防护墙一样的介质 ,防护墙、房顶及地面均按
200cm计算 ,辐照室中传输链等物予以忽略。以防护
墙外作为散射光子跟踪的几何截止范围。
每个栅元代表一个空间区域 ,如果栅元尺寸取得
太大 ,则空间代表性不好 ,如果栅元尺寸太小 ,虽然空
间代表性好 ,但由于计算结果统计误差的原因 ,需要较
长的计算时间。用小球面栅元描述各相应测量时布放
剂量计的点时 ,通过调整这些栅元的直径大小 ,使得计
算时间和一系列计算结果都比较满意[2 ,3 ] 。
823 核　农　学　报 20 卷
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
212 　源的描述
采用 SDEF 卡来描述各源棒的位置和强度 ,各源
棒按其实际形状描述 ,能量值采用 1117 和 1133MeV ,
比例为 1∶1。
213 　主要计数
MCNP 程序所计算的结果都是由一个粒子的作用
引起的 ,若要得出实际的结果 ,应把计算结果再乘以一
个系数 k。模拟计算时 ,在计算点处布置一系列的球
面栅元 ,利用 3 F6 :p 卡来计算每个球面栅元里单位质
量的沉积能。同时利用 FM6 : k 卡 ( k 值取 51544 ×
1029 ) ,使得模拟计算最后输出结果为该球面栅元里的
吸收剂量率 (单位 : Gy·min - 1 ) 。
214 　计算参数
采用 MCNP 程序模拟粒子在介质中的输运过程 ,
必须了解介质的化学组成及其百分含量。所用到的全
部介质要在材料卡中列出。利用该程序对辐照产品所
吸收的剂量情况进行模拟计算时 ,同样需要准确了解
该辐照产品的化学成分。由于中成药成分复杂 ,要准
确了解其化学成分比较困难。利用 MCNP 程序进行模
拟计算时 ,通过比较 ,采用干燥中药材黄芩的主要化学
成分黄芩苷 (C21 H18O11 )来模拟实际辐照产品的组分以
进行计算[4 ] 。表 1 列出了本研究所用材料的物质组
分[4 ,5 ] 。
215 　计算条件
计算在联想微机上进行。通过仔细考虑计算途径
及选择最佳的问题描述 ,并适当运用 MCNP 程序提供
的有关技巧 ,对本研究给出的问题 ,源粒子抽样数为
107 个 ,所需机时约 51h。
3 　实验测量及模拟计算结果
实验测量和模拟计算结果以及计算值相对测量值
的偏差见表 2。模拟计算结果的统计误差均控制在
5 %以内。
表 1 　计算所用相关材料的化学组分
Table 1 　Chemical composition for materials related to computation
材料
material
密度
density
(g·cm - 3)
组分 (质量百分含量)
chemical composition ( %)
混凝土 concrete 2135 H(0165) O(49183) Na (1171) Mg(0124) Al (4154) Si (31150) S(0112) K(1192) Ca (8126) Fe (1122)
空气 air 11204 ×10 - 3 N(75171) O(23100) Ar (1124) CO2 (0105)
不锈钢 stainless steel 7183 C1100 Fe99100
辐照产品 (中药)
irradiated goods
(Chinese medicine)
0127 C(56150) H(4104) O(39146)
表 2 　相应点的测量值及计算值
Table 2 　The relevant data of measurement and computation ( Gy·min - 1)
位置
position
测量值
measured data
计算值
computed data
相对偏差
relative errors
位置
position
测量值
measured data
计算值
computed data
相对偏差
relative errors
⑴ 1010 1311 0131 ⑾ 2417 2519 0105
⑵ 1311 1619 0129 ⑿ 4514 4515 0
⑶ 1716 2016 0117 ⒀ 2916 3119 0108
⑷ 1413 1619 0118 ⒁ 3110 3018 - 0101
⑸ 1118 1217 0108 ⒂ 1317 1518 0115
⑹ 1912 2419 0130 ⒃ 2017 2215 0109
⑺ 2619 3010 0112 ⒄ 2616 3012 0114
⑻ 2111 2315 0111 ⒅ 2011 2411 0120
⑼ 2013 2616 0131 ⒆ 1518 1612 0103
⑽ 4713 4918 0105
注 :位置 (1)～ (19)为图 2 中所示的剂量测量点 ;有下划线的位置位于图 2 中双线框内。
Note : Position (1)～ (19) are dose measured points at Fig. 2. Underline means this position is inside the double2line frame at Fig. 2.
　　通过分析图 2 中布放剂量计的箱体排列情况及表
2 中的实测剂量数据 ,发现图 2 中双线外的剂量值和
中心点的剂量值二者相差偏大。为了保证辐照产品质
量 ,同时又能有效利用辐射源 ,在辐照产品时 ,一般把
923　4 期 中药辐照剂量分布的测量与计算
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
图 2 双线内安排同一批产品辐照 ,双线外的安排另一
批辐照。
从双线内辐照产品的剂量分布情况看 ,原地翻面
辐照方式其剂量不均匀度 U = 2146 ,超过了质量控制
标准 ,在产品辐照中不宜采用。通过实验 ,了解了原地
各点辐照产品在辐射场中的剂量分布 ,为了保证辐照
质量 ,在实际工作中 ,产品的辐照主要在双线内进行 ,
并采用如下双面辐照工艺 :辐照一半时间后 ,两侧和中
间对调 ,同时上下和中间对调 ,并前后翻转 ,则产品箱
中的吸收剂量不均匀度 U 可控制在辐照加工质量控
制标准 (U < 2)以内 ,并在平时产品辐照中结合实际剂
量跟踪 ,确保产品辐照质量。
双线外作为产品辅助辐照方式 ,以提高60 Co 源的
利用率。
从表 2 可以看出 ,双线内模拟计算值与实验值大
多在 20 %以内符合 ,说明本文计算所采用的计算模
式、假设条件和计算参数是可行的 ,所采用的模型符合
辐射作用的主要因素 ,基本反映了辐照产品中剂量分
布的真实情况 ,可与实际测量相结合 ,在平时实际剂量
计跟踪有限的情况下 ,可通过模拟计算了解更多点的
剂量情况 ,双线外由于偏离单板源正面较远 ,模拟效果
较差。
模拟计算结果偏差的主要来源 : ⑴计算所用参数 ,
如几何结构参数的简化等 ; ⑵测量结果的不确定度 ,包
括剂量计本身及测量位置点的不确定度等引起的偏
差 ; ⑶计算时所用替代物与实际辐照物的等效性有差
异。
参考文献 :
[1 ] 　使用重铬酸银剂量计测量射线水吸收剂量标准方法 ,JJ G1028291.
北京 :国家技术监督局 ,1991 ,4～5
[2 ] 　谈春明 ,等. 用蒙特卡罗方法计算60 Co 集装箱检测大厅辐射场剂
量分布及其散射体的影响. 辐射防护 ,2000 ,20 (6) :341～347
[3 ] 　陆向东. 放射性材料的特征谱分析与自吸收修正的研究 [硕士论
文 ] . 绵阳 :中国工程物理研究院 ,2002
[4 ] 　国家药典委员会 ,中华人民共和国药典 (一部) ,北京 :化学工业出
版社 ,20001248～249
[5 ] 　肖雪夫 ,等. 车载式集装箱检测系统运行时环境中剂量的蒙特卡
罗模拟及实验验证. 原子能科学技术 ,2000 ,34 (增刊) : 144～147
(上接第 298 页)
参考文献 :
[ 1 ] 　徐宝才. 天然食品防腐剂的研究. 食品与机械 ,2001 ,83 (3) :224～
228
[ 2 ] 　雷　阳. 浅谈可用于食品防腐剂的微生物物质. 贵州畜牧兽医 ,
2002 , 26 (4) :16～17
[ 3 ] 　Xiaomei Bie , Zhaoxin Lu , Fengxia Lu , Xiaoxiong Zeng. Screening the
main factors affecting extraction of the antimicrobial substance from
Bacillus sp . fmbJ using Plackett2Burman method. World Journal of
Microbiology and Biotechnology. 2005 ,21 :925～928
[ 4 ] 　宋道军. 离子注入效应研究. 核技术 ,1999 ,22 (3) :129～132
[ 5 ] 　姚建铭 ,王　纪 ,等. 离子注入花生四烯酸产生菌诱变选育. 生
物工程学报 ,2000 , 16 (4) :478～481
[ 6 ] 　张龙翔 ,张庭芳 ,等. 生化实验方法与技术. 北京 :高等教育出版
社 1981 ,56～59
[ 7 ] 　Yu Zeng2liang Ion beam application in genetic modification IEEE Trans
Plasma Sci ,2000 ,28 (1) :128～132
[ 8 ] 　Yu Long , Xu An , et al . The application of low energy ion implantation
in breeding of high yield Vc strains [J ] . Acta Laser Biology Sinca , 1999
8 (3) : 217～220
[ 9 ] 　Wu Li2jun , Gerhard R , et al . Targeted eytoplasmic irradiation with
alpha particles induces mutations inmammalian cells. Proc Natl Acad
Sci ,1999 , 96 :4959～4964 (USA)
[10 ] 　Wu Li2fang , Li Hong , et al . Radiobiological effect of a low2energy ion
beam on wheat[J ] . Radiat Environ Biophs , 2001 ,40 (1) : 53～57
[11 ] 　Song Dao2jun , Li Hong , et al . Effect of N + beam exposure on the
activities of Mn2SOD and catalase in deinococcus radiodurans [ J ] .
Nuclear Science and Techniques , 2000 ,11 (4) : 280～286
[12 ] 　陈　宇 ,林梓鑫 ,等. 离子注入微生物的生物效应研究. 中国抗
生素杂志 , 1998 , 23 (6) :415～419
(上接第 335 页)
用在于它具有使客户价值最大化的分析能力[2 ] 。辐射
加工企业只有对客户资料进行分析 ,了解客户需要什
么、追求什么样的利益、愿以何种方式达到等具体情
况 ,把握客户行为模式的变化及发展趋势 ,再结合本企
业的现实能力和条件 ,选择可行方案。
31314　依据自身特点制定并实施辐射加工企业的
CRM策略 　企业应根据客户资料分析提出的 CRM 实
施方案 ,制定切实可行的 CRM 决策和行动计划 ,并在
实际工作中倡导及不断地完善。实施 CRM 的目的是
开发和保持客户 ,这不仅要求市场分析、市场营销、销
售、客户服务等职能部门的积极合作 ,而且也涉及到研
发、生产、质量控制等系统 ,需要整个企业的全面配
合[3～6 ] 。
参考文献 :
[1 ] 　刘春泉 ,等. 江苏省60 Coγ射线辐射加工持续发展探讨. 核农学
报. 2005 ,19 (2) :118～122
[2 ] 　魏中龙. CRM:新经济时代的经营策略. 北京商学院学报 (社会科
学版) ,2001 ,5 :33～36
[3 ] 　潘　淇. 浅析客户关系管理在我国医药企业的应用. 上海医药 ,
2004 ,25 (9) :401～402
[4 ] 　刘聪慧. CRM系统成功的必要条件. 北京电子 ,2004 ,7 :19～21
[5 ] 　卢　江 ,李淑荣 ,等. 应用 HACCP 理念建立食品辐照企业 GIP 管理
体系的探讨. 核农学报 ,2005 ,19 (3) :198～201
[6 ] 　哈益明. 控制辐照食品安全的 HACCP 质量管理体系. 核农学报 ,
2004 ,18 (1) :22～25
033 Journal of Nuclear Agricultural Sciences
2006 ,20 (4) :327～330
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net