医用直线加速器中子源强度(Q值)的实验与蒙特卡罗研究：Varian Clinac 2100C、TrueBeam与Elekta Versa HD的比较分析

本研究针对高能放疗中光中子(γ,n)污染问题，通过CR-39探测器实验测量和GATE蒙特卡罗模拟，首次系统测定了Varian TrueBeam（6/18 MV）和Elekta Versa HD（18 MV）的中子源强度(Q值)，揭示不同机型、能量及准直方式（MLC vs jaws）对中子产额的显著影响，为现代放疗设施的辐射防护与屏蔽设计提供关键基准数据。

　　

在肿瘤放射治疗领域，高能X射线（>10 MV）产生的光中子污染一直是辐射安全的重点关注问题。当光子能量超过核反应阈值时，会在直线加速器(LINAC)组件中引发(γ,n)反应，产生具有强穿透力的中子辐射。尽管这种现象早在1997年就被Mao等学者报道，但现代新型加速器如Varian TrueBeam和Elekta Versa HD的中子产额数据仍存在空白，特别是临床常用的6 MV和18 MV能量档位。更棘手的是，近年研究发现即使6-10 MV的低能射线也能通过²H和¹³C等低阈值同位素产生可测中子流，这对强调精准治疗的时代提出了新的防护挑战。

法国Hospital Nord Franche-Comté（HNFC）和摩洛哥Les Oliviers Clinic的研究团队合作开展了这项开创性工作。他们采用实验与模拟双验证策略：一方面使用CR-39固体核径迹探测器进行实际测量，另一方面建立经过验证的GATE蒙特卡罗模型（基于Geant4工具包开发的医学物理专用模拟平台），对三种主流加速器——Varian Clinac 2100C、TrueBeam和Elekta Versa HD进行系统测试。研究论文发表在《Radiation Physics and Chemistry》，首次填补了现代机型在6/18 MV能量下的Q值数据空白。

关键技术包括：1）在标准10×10 cm²射野、大射野（jaw定义）和小射野（MLC定义）三种条件下进行CR-39探测器测量；2）建立包含详细几何结构的GATE蒙特卡罗模型，重点模拟靶、初级准直器等关键组件；3）采用中子当量剂量转换系数分析能谱分布；4）通过散射体实验评估治疗室材料的影响。

【Irradiation facilities and configurations】
研究设置涵盖临床典型场景：Varian TrueBeam和Clinac 2100C在HNFC测试，Elekta Versa HD在摩洛哥中心完成。特别设计了三组对照——参考射野（10×10 cm²）、最大化中子产额的大射野（40×40 cm² jaws定义）、以及反映立体定向放疗的小射野（MLC定义）。

【Results】
数据表明：1）所有机型18 MV的Q值显著高于6 MV，TrueBeam在18 MV下达1.2×10¹² n/Gy；2）Varian机型中子产额普遍高于Elekta Versa HD，可能与靶材料密度差异有关；3）MLC准直比jaws准直产生更多中子（+15%），这对采用MLC的调强放疗具有警示意义；4）6 MV能量下仍检测到非零Q值（约10¹⁰ n/Gy），这对立体定向放射外科(SRS)的二次癌症风险评估至关重要。

【Discussion】
研究发现颠覆了传统认知：即使6 MV治疗也可能产生临床意义的中子剂量，尤其在MLC小野照射时。团队通过蒙特卡罗模拟揭示了物理机制——初级准直器的钨材料是主要中子源，而MLC的密集金属结构会增强中子散射。与历史数据对比显示，现代加速器因改进的靶设计，其中子产额比早期机型降低约30%。

【Conclusion】
该研究建立了首个TrueBeam和Versa HD的Q值数据库，证实了机型设计、能量选择和准直方法的三重影响。特别重要的是提出了"低能中子风险"概念——6 MV治疗时的中子污染虽比高能模式低2个数量级，但在大剂量SRS治疗中仍需纳入考量。这些发现直接指导放疗机房屏蔽优化，并为国际辐射防护委员会(ICRP)更新相关指南提供了实验依据。研究团队强调，随着FLASH放疗等超高压技术的兴起，中子监测将成为放射物理质控的新维度。