辐射剂量与防护实验教学软件的开发
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）07（a）-0133-02
随着核科学的迅速发展，核技术在工农业，医学等领域的应用日益广泛，为了保护放射性工作人员及公众的健康与安全，辐射防护工作也越来越受到人们的重视[1-3]。《辐射剂量与防护》课程是核工程与核技术，辐射防护与核安全专业本科生必修的专业课之一，旨在帮助学生掌握辐射剂量及防护学中的基本辐射量的概念及测量方法，常见射线的外照射及内照射剂量估算，以及辐射防护的基本原则和方法，为今后走上工作岗位打下坚实的理论和实践基础。但由于该门课程涉及的知识点较多且比较零散，有些内容比较抽象和深奥，学生学习积极性不高，课堂教学效果不太理想。因此，改善教学方法和手段，提高学生的学习兴趣，是课程教学改革的目标之一。针对该课程的特点，该文开发了基于VB6.0程序的《辐射剂量与防护》教学软件，从而使学生把所学的知识点融会贯通，提高学生们的学习兴趣。
1 开发《辐射剂量与防护》课程教学软件的必要性
《辐射剂量与防护》课程的核心知识点包括基础物理量，辐射所致生物效应，外照射剂量与防护，内照射剂量与防护等几大部分的内容，涉及的知识点众多，单凭简单的书本教学，内容空洞，结构单一，学生容易造成概念的混淆，严重影响了后续课程的开展。此外，该课程还包含了相当一部分的数值计算问题，如果仅仅依靠传统的课堂讲授方式，教师花费了大量的时间和精力，学生仍感觉抽象，繁琐，无趣味，达不到教学的效果。该文旨在结合飞速发展的计算机技术，开发基于可视化编程语言VB6.0的教学软件，使得学生在课程教学之外，对该门课程的繁琐的知识体系有系统的理解，并将所学知识和今后遇到的实际问题结合起来，为培养和和训练学生分析和解决问题以及科研能力方面打下基础。
2 《辐射剂量与防护》课程教学软件的设计
考虑到软件的兼容性，实用性和运行的可靠性，该软件采用VB6.0编写。它采用Basic语言，是一种拥有丰富的面向对象的可视化设计工具，简单易学，方便用户二次开发[4-5]。根据本门课程的知识体系特点，该教学软件分为两大主体模块：外照射相关模块和内照射相关模块。为了克服VB中Label控件格式单一的缺点，我们采用picturebox控件和PPT相结合的方法，设计出了灵活多变，界面美观，并能够清晰展示复杂公式的软件界面。
2.1 外照射剂量学模块
外照射剂量模块包括两部分的内容，第一部分介绍了基本辐射量以及它们之间的关系；第二部分为原理示例部分，主要列举了常见β射线，X（γ）射线以及中子引起的外照射剂量和防护屏蔽计算。如图1所示，基本物理量界面中分门别类地列出了三大类物理量，即辐射计量学量、辐射剂量学量及辐射防护中的量。同时，还给出了相关辐射量之间的关系式，如果将鼠标放置在某一物理量上，将会显示该物理量的具体概念和定义。此外，软件还给出了各个量之间的转换因子，针对不同的射线和粒子，通过下拉菜单就可以直接选择，非常方便。可以自由输入某一辐射量的数值，进而可以计算任意相关的各个量。通过这样的界面设计，使学生可以对基本辐射量之间的关系一目了然，从而避免概念的混淆。
通过点击主界面的示例按钮，进入例题解析界面。如图2所示，软件中选取日常生活中涉及的实际问题，对常见射线及粒子如β、X（γ）、中子等所引起的外照射剂量进行计算，计算时可以随时调用前面的基本物理量界面，同时给出标准答案供学生参考。学生在计算时可以自主选择隐藏和显示答案，既可以对课本理论进行补充，便于学生巩固和加深对所学知识的理解，又可以提升学生自行解决问题的能力。
2.2 内照射剂量学模块
随着核技术应用日益广泛，特别是在医学中的应用，内照射也日益受到人们的重视[6]。内照射剂量估算比外照射剂量计算所涉及的因素更为复杂，例如放射性核素所处的环境状态、物理化学性质、进入人体内途径、个人代谢特点、所采用的计算模式等，都与内照射剂量估算有关，因此，很难进行精确计算。该文参照IAEA-TECDOC-1162文件[7]，针对辐射应急情况下，按照其提供的计算方法设计了内照射教学软件，对内照射辐射情况下经由吸入和食入两种途径产生的内照射待积剂量进行快速计算，从而将损伤降低到最小。
软件设计和外照射类似，分为两大部分，第一部分为关于内照射的一些简单介绍，目的是方便学生对内照射有个直观系统的理解，如图3中左图所示；软件第二部分重点是对核应急（如发生核事故等）情况下，吸入和食入不同放射性核素产生的待积有效剂量进行快速计算，其计算公式均取自IAEA-TECDOC-1162文件，计算时对公式中各参数进行了详细的介绍，方便对该公式的理解和应用。以计算吸入途径产生的内照射有效剂量为例，计算界面如图3中右图所示，用户可以根据实际情况，输入各相应参数，进而快速的对不同核素产生的待积有效剂量进行估算。为了方便用户使用，对常见的放射性核素，可以通过下来菜单的方式进行选择，此外，该软件还将IAEAIAEA-TECDOC-1162文件中涉及的所有核素的转换系数整理成数据表的格式方便用户查询，用户只需点击计算界面中诸如“不常用核素的CF2值”按钮来进行所需核素的查询非常方便。
3 结语
针对《辐射剂量与防护》课程的特点及教学过程中存在的突出问题，我们开发了基于可视化VB6.0程序的教学软件，该软件界面美观，内容层次清晰，使学生对该门课程繁琐的知识体系有个系统的理解，并能将所学知识和今后遇到的实际问题结合起来，提高了学生的学习兴趣，为培养和和训练学生分析和解决问题以及科研能力方面打下基础。
