[研究目的]随着高能医用电子直线加速器在肿瘤放射治疗中的广泛应用,其辐射防护成为人们关注的焦点,特别是光中子污染的防护问题。由于高能电子加速器运行过程中,其机房内是光子与中子混合辐射场,利用常规探测器对照射野外光中子实测存在很大的局限性,尤其是在迷道内,测量结果偏差会比较大,不利于加速器辐射防护的研究。为了深入研究机房内辐射场特性、优化迷道内辐射场计算方法,本研究利用蒙特卡罗方法,开展迷道内和斜穿管道光中子、中子俘获γ辐射剂量场分布的研究,建立新的迷道内中子和俘获γ射线剂量当量估算公式,旨在更准确地分析机房内辐射剂量场,促进医用电子加速器辐射屏蔽工作。[研究方法]对于医用电子直线加速器机房内辐射场,首先选择从常用的15MVX射线源出发,构建了用于蒙特卡罗方法模拟计算的源项,研究机头内电子打靶产生的X射线束,包括标准照射野下的百分深度剂量曲线和离轴比曲线,并与实测结果进行对比,验证机头模型可靠性;还模拟了照射野内光中子能谱、光中子产额和等中心剂量当量等参数,并与相关文献结果比较,验证等中心处光中子辐射场模拟结果的可靠性,从而可以保障下一步迷道内光中子辐射场数据的准确性。然后,通过模拟迷道内辐射场,分析了迷道内散射X射线、光中子以及俘获γ射线的各自能谱特性和剂量衰减规律,同样还定量分析了斜穿管道内的光中子辐射场,提出穿墙管道的防护设计建议。此外,研究了NCRP推荐的迷道内辐射剂量估算公式计算结果与MCNPX模拟值的偏差,再结合不同尺寸机房迷道内辐射场模拟数据,在NCRP推荐公式的基础上进行改进,建立新的、更为准确的迷道内光中子和俘获γ射线剂量当量的计算公式。最后,通过研究防护门对迷道入口处俘获γ辐射强度放大倍数以及不同材料设置顺序的防护门辐射屏蔽效果,确定防护门材料的合理布置顺序并优化防护门屏蔽设计。[研究结果]对于15MV医用电子直线加速器机房,不同照射野下,迷道内散射X射线平均能量差异很小,光中子和俘获γ射线剂量当量最大值与最小值的比例均不超过1.35。在准直器关闭状态下,迷道外入口处中子注量的贡献以热中子为主,迷道内中子俘获γ射线其平均能量为1.56MeV,远高于散射X射线,迷道内光中子和散射X线的剂量当量衰减速度明显快于俘获γ射线,三者TVD值分别为1.9m、5.4m、8.7m。相比于无门状态,有防护门时,迷道外入口处俘获γ射线能谱快中子区2.2MeV能峰和慢中子区的注量增加明显;另外,管道内光中子能谱变化规律与迷道内相似,但是剂量当量受管道侧壁透射中子的影响衰减速度是先慢后快;准直器关闭、机架角度270度以及X射线输出剂量率为600cGy/min时,直径20cm的单向斜穿管道(与水平方向夹角为60度)外口的剂量率为4.7μSv/h,达不到相关国家防护标准的要求(不大于2.5μSv/h);此外,利用新建立的公式计算迷道内各测点的光中子与俘获γ射线剂量当量值与MC模拟值相对偏差绝对值不大于25%,远优于NCRP推荐公式;最后,通过对不同材料布置顺序防护门的屏蔽效果进行验证,结果显示,防护门的铅板应全部设置在中子防护材料外侧,防护门屏蔽效果才最佳。[研究结论]医用电子直线加速器机房迷道内辐射能谱和剂量分布与迷道内射线的衰减特性以及屏蔽防护的设计密切相关。本研究基于蒙特卡罗模拟数据建立的迷道内辐射剂量当量新估算公式和材料不同布置顺序对防护门屏蔽效果影响等研究成果为辐射防护人员优化医用电子直线加速器屏蔽设计提供了重要的科学依据。