高能电子束的辐射能量

高能电子束一般是指各类医用加速器产生的用来进行放射治疗的高能电子束流。由于电子束是带电粒子，每个电子携带的电量是确定的，从理论上来讲，在加速路径上，高能电子束流的能量只与加速电压的强度有关，电压越高，电子束的能量越高，因此，高能电子束的能量一般是用标称加速电压来表示的，单位是兆电子伏（MeV），如6MeV电子线、10MeV电子线等。

但是，因为电子是带电粒子，电子束的能谱在穿越介质的路径中会发生连续变化，对医用加速器产生的高能电子束而言，在电子被引出辐射窗之前，能谱较窄，基本上可以认为是单能。但电子束经过辐射窗、散射箔、监测电离室、空气层和其他材料时会发生随机的能量衰减而使能谱变宽。能谱的宽度一般用半高宽ΔE1/2表示（半高宽的定义参见图1-3-1）。加速器产生的高能电子束的能谱变化，见图1-2-8。图中包括3部分，图1-2-8A表示电子束流在引出辐射窗位置时的能谱分布，这时的半高宽ΔE1/2（i）比较窄；图1-2-8B表示电子束流在经过散射箔、监测电离室、空气层等到达体模表面位置时的能谱分布，这时的半高宽ΔE1/2（o）变宽了；图1-2-8C则表示电子束流辐射到体模某一深度z处的能谱分布状态，这时的半高宽ΔE1/2（z）进一步变宽，即能谱进一步变宽。

可见，虽然高能电子束的能量可以用标称加速电压来表示，但由于辐射路径上的许多因素都会影响高能电子束的能量，因此要进行实际测量和标定还是比较困难的。

在实际应用中，为了消除模体之外各种因素对高能电子束能量或能谱的影响，通常是通过测量并计算模体表面能量的方法来标定高能电子束的能量。具体测量方法有半峰值法、最大可能能量法等方法。由于半峰值法是最实用、便捷的测量标定方法，故本书只介绍按照半峰值法来测定高能电子束在模体表面的平均能量，并将该能量标定为高能电子束的标称能量的方法。其基本原理如下。

将探测器（电离室）置于水模体内，在放射源与探测器的距离为SCD＝100cm和射野尺寸不小于15cm×15cm的条件下，通过改变水模体的深度，测定出被测高能电子束的百分深度剂量曲线（图1-2-9）。

图1-2-8　加速器产生的高能电子束能谱变化

A．引出窗位置能谱分布；B．模体表面位置能谱分布；C．模体深度z位置能谱分布

图1-2-9　电子束半峰值剂量深度R50定义

在曲线上找到半峰值50%剂量所对应的半峰值辐射深度R50（cm），将其带入公式1-2-4就可以得到所测电子束的平均能量E0（MeV）：

式中：C是与模体材料或介质有关的计算系数，其单位是MeV/cm。临床上一般都是用水为模体材料，水介质的C＝2．33MeV/cm。可见，只要测出半峰值R50的深度，就很容易计算出模体表面的平均能量E0；反之，对确定标称能量的电子束来说，如10MeV的电子射线，通过式1-2-4就可以计算出半峰值R50＝4．29cm。如果实际测量的半峰值R50的深度与计算的数值相符，就可以确认所测量的电子束的能量是准确的，否则能量就不准确，必须对射线装置的相关参数进行重新设置或调整之后，再测量半峰值R50，直至实际测量深度与计算数值相符为止，如此所述电子束的能量才可以得到确认。

需要指出的是，式1-2-4只适用于SCD＝100cm的条件下通过改变水模体深度来进行测量和计算；如果采用源到模体表面的距离不变（SSD＝100cm），即通过改变探头深度进行测量，并且仍用水介质为模体材料，则必须用式1-2-5或式1-2-6计算：

或

式1-2-5中：角标d是在SSD保持不变时，在百分深度剂量曲线上测得的半峰值R50的深度。式1-2-6中：角标j则是表示在SSD保持不变时，未经归一化的绝对剂量深度曲线上测得的半峰值R50的深度。

可见，为了测定加速器输出的高能电子束的能量是否与标称能量相符，只要按照SCD＝100cm或SSD＝100cm的方法测量出百分深度剂量曲线或绝对剂量曲线，并计算出用相应测量方法得出的R50的深度值，然后与通过式1-2-4或式1-2-5或式1-2-6计算出的R50的数值进行比较，就可以做出比较准确的判断与标定。