1 材料和方法 1.1 生物容器

生物样品照射中，常常是物理技术人员了解所照射位置处的空气吸收剂量或照射量，而对于各种规格容器中的样品总剂量无从判断；而对于生物技术人员，对于剂量的了解则更少，往往只能提出一个模糊的概念，比如需要多少照射剂量。这样的结果导致照射时，辐照技术人员只能给出容器中间位置处的空气吸收剂量，把该值作为整个容器内的吸收剂量值。但是由于生物容器的多样性，以及材质的影响，中间位置处的剂量与总体剂量会有不同，再结合射线能量以及照射方式不同导致的这个差异可能会更大。鉴于此采用了Geant4程序^[1-2]模拟了4中常用规格生物容器，在不同射线和不同照射方式下容器内的剂量分布，并计算了中间位置处剂量与总体剂量的比值。

模拟实验采用了4中规格的生物容器，体积分别为1.5 mL、4 mL、15 mL和50 mL，其中1.5 mL容器的材质为聚苯乙烯；4 mL容器壁的材质为聚苯乙烯，帽为丁基橡胶；15 mL容器壁材质为聚苯乙烯，帽材质为聚乙烯；50 mL容器壁材质为PET塑料，帽材质为聚乙烯。

1.2 照射方式

采用了4种照射方式，分别为竖直照射和水平照射，其中每种照射方式对应着两种溶液状态，满管溶液和半管溶液。如图1所示。

1.3 射线能量

采用电子线和γ、X射线来照射容器，选取的能量分别为电子线^[3-4]：8 MeV、10 MeV、12 MeV、15 MeV、18 MeV和22 MeV；γ和X射线^[5-6]分别选取能量为：0.662 MeV、1.25 MeV、2 MeV、3 MeV和5 MeV，其中0.662 MeV为¹³⁷Cs产生的γ射线，1.25 MeV为⁶⁰Co产生的γ射线，2 MeV、3 MeV和5 MeV为加速器产生的X射线。

1.4 Geant4建立模型

本文采用Geant4来模拟建立容器模型，溶液为水，如图2所示，剂量利用Geant4的scoring mesh方法^[7-10]来获得容液内的剂量分布曲线，如图3所示，1.5 mL容器竖直选取了22层，水平选取10层，每层1 mm；4 mL容器竖直选取了70层，水平选取10层，每层1 mm；15 mL容器竖直选取了100层，水平选取20层，每层1 mm；50 mL容器竖直选取了100层，水平选取20层，每层1 mm；mesh中心与容器中点相一致。总剂量是计算容器内溶液整体受到的剂量值^[11]。最后取剂量曲线中间位置处的剂量与溶液总剂量相比（以下简称比值），这个比值反应了在生物样品照射中预期剂量与实际剂量的差异。如果中间位置处剂量与溶液总剂量相等，则比值为1，如果大于总剂量则比值大于1，如果小于总剂量则比值小于1。剂量的差异通过比值相对于1的大小来反映。

2 结果

利用不同射线对四种容器分别采用四种照射方式进行模拟计算，其中剂量值是与入射粒子数相关的相对值。1.5 mL容器比值与射线的关系详见图4；4 mL容器内比值与射线的关系详见图5；15 mL容器比值与射线关系详见图6；50 mL容器比值与射线关系详见图7。表1、表2、表3和表4分别与图4、图5、图6和图7相对应，表中列出了在四种照射模式下相应容器的最大比值和最小比值以及平均比值和标准差。平均比值是在固定容器与照射方式的情况下，比值随着射线能量变化的情况，标准差反映了比值的波动大小。

3 讨论

上文总结了比值随着容器大小、照射方式与射线能量的变化趋势。从容器大小来说，为了分析容器对比值的影响，对每种容器4中照射模式下的平均比值进行了再平均，得到1.5 mL对应的比值为1.04 ± 0.18；4 mL对应的比值为0.98 ± 0.16；15 mL对应的比值为1.04 ± 0.34；50 mL对应的比值为1.18 ± 0.32。据此可以说，采用4 mL容器进行生物样品照射，比值最接近1，且标准差最小，容器太大或者太小，比值都不理想。

从照射方式来说，对不同照射方式下的平均值进行了再平均，其中竖直满管照射模式下比值为1.03 ± 0.28；竖直半管模式下比值为1.29 ± 0.28；水平满管照射模式下为1.07 ± 0.01；水平半管照射模式下为0.83 ± 0.02。因此可以说水平满管照射模式下比值最接近1，且标准差小，是生物样品照射的理想模式。

射线选择应该与照射模式一起考虑，射线分为电子线和X、γ射线，对电子线4种照射模式下的比值进行平均，其中竖直满管照射模式下比值为0.92 ± 0.41；竖直半管模式下比值为1.71 ± 0.39；水平满管照射模式下为1.04 ± 0.01；水平半管照射模式下为0.98 ± 0.02。对X、γ射线4种照射模式下的比值进行平均，其中竖直满管照射模式下比值为1.17 ± 0.20；竖直半管模式下比值为0.79 ± 0.20；水平满管照射模式下为1.11 ± 0.02；水平半管照射模式下为0.64 ± 0.03。因此在选择电子线照射时，应该采用水平半管模式；选择X、γ射线时，应该采用水平满管模式。

在进行生物样品照射实验时，应该综合考虑容器大小、射线类型和照射模式，选择合适的照射方式以便使得比值最接近1。