目的 利用蒙特卡洛模拟方法研究磁场中加速器输出的小野X线射束在非均匀模体中的剂量沉积特性.方法 使用通用蒙卡程序EGSnrc并结合Varian官方提供的相空间文件搭建TrueBeam 6 MV机头模型,在源皮距为100 cm处分别模拟10 cm×10 cm的常规野和2 cm×2 cm的小野.先模拟常规野在均匀水模体中的能量沉积以验证模型的正确性,再模拟小野分别在非均匀的水-肺-水模体和水-骨-水模体中的能量沉积,在空间中添加与射束方向正交的1.5 T静态磁场后再进行模拟,最后分析剂量沉积特性.结果 常规野的结果显示,无磁场时,Dmax深度为1.5 cm;磁场存在时,建成区缩短且Dmax深度前移至1.1 cm.小野的结果显示,磁场的存在导致原本的剂量沉积特性反转:水-肺-水模体中,两个交界面处分别有36.92%和-36.44%的剂量改变;水-骨-水模体中,两个交界面处分别有-11.17%和10.89%的剂量改变.结论 磁场的存在会使加速器输出的小野射束在模体中的剂量沉积情况发生较大程度改变,特别是在非均匀介质的交界处.

目的:为进一步拓展国产自主蒙卡核模拟软件系统(SuperMC)在肿瘤治疗领域内作为剂量计算核心的应用,发展一套基于CT模型的硼中子俘获治疗(BNCT)剂量计算流程,实现由CT和MRI影像到SuperMC计算文件的转换.方法:通过CT和MRI文件融合及肿瘤区域勾画建立高精度的蒙卡粒子输运计算模型,在设置血硼浓度和照射源项之后,开展粒子输运计算,从而得到4种生物剂量的空间分布.然后,使用BNCT领域内的国际基准题Synder模型进行校验,最后采用1例脑胶质瘤临床案例作为典型应用.结果:对于Synder模型,基于3σ原则,SuperMC计算结果与MCNP结果一致.对于CT模型,成功构建一个空间分辨率为0.06 cm×0.06 cm×0.30 cm的头部模型,且计算结果表明在肿瘤区域,硼生物剂量明显高于其他剂量的贡献.结论:SuperMC适用于BNCT剂量计算,特别是可开展基于高分辨率的CT模型的剂量计算.

目的 评估钚气溶胶α反冲导致的迁移能力.方法 本文用蒙特卡罗方法对含钚纳米气溶胶的反冲沉降和布朗运动进行了模拟.首先抽样了反冲角度和沉降过程中的布朗运动纵向落地首达时,然后抽样出横向布朗运动位移来确定气溶胶最终沉降位置.结果 对于粒径10-50 nm的气溶胶单次反冲沉降作用最大的迁移距离为1.39μm,布朗运动会使其迁移能力增大,大概率沉降至100μm以内,仍有小概率长时间滞空悬浮.结论 α反冲是钚气溶胶迁移的机制之一.纳米气溶胶长距离迁移的重要机制是反冲后的布朗运动可能使其长时间悬浮.

目的 研制一种用于全身计数器刻度的简化体模;方法 根据全身计数器刻度的过程与方法,建立了一种用于全身计数器刻度的简化体模设计方法,并利用蒙卡程序设计了一个包含全身、甲状腺、肺部和胃肠道4个器官的简化体模用于ORTEC-Stand FAST Ⅱ全身计数器的刻度,通过实验测量对该简化体模与BOMAB模型进行测量比较.结果 在50keV到2 MeV范围内,全身计数器对简化体模与BOMAB体模相同器官内相同能量射线探测效率的模拟数据的误差在5％以内,实验测量结果的误差在10％以内.结论 本工作研制了一款用于全身计数器刻度的简化体模,验证了用简化体模替代物理人体模型对全身计数器进行刻度的可行性,可为内照射监测中全身计数器的刻度提供极大的便利.

目的 蒙卡剂量计算中的统计噪声会影响有效点剂量测量的精度.采用用户定义的球体积替代有效点,围绕有效点进行球体取样可降低随机误差提高剂量统计精度.方法 将0.125cm3电离室(IC)放置在圆柱型均匀模体的中心分别在0°和90°进行直接剂量测量.在扫描的CT体模系列中,勾画IC敏感体积长度,将等中心点定义为模拟有效点.根据测量模式在治疗计划系统中模拟所有射野,采用2 mm体素计算网格间距要求相对标准偏差≤0.5％.在不同的采样球半径(2.5、2.0、1.5、1.0 mm)下对3种不同电子密度(ED) IC模型(模型A食管腔电子密度0.210 g/cm3、模型B空气电子密度0.001 g/cm3和模型C默认CT电子密度)计算值与测量值进行比较,确定MC计算统计不确定度对剂量精度影响.结果 在Monaco计划系统中对IC使用模型A且取样球半径为1.5mm时,计算统计值与测量值的绝对平均偏差最小为0.49％.当IC使用模型B和模型C时,推荐统计采样球半径为2.5 mm,绝对平均偏差分别为0.61％和0.70％.结论 在Monaco治疗计划中,对31010电离室的有效点测量模型推荐使用电子密度为0.210g/cm3和取样半径为1.5mm球体积替代有效点剂量测量以减小蒙卡随机统计误差.

目的 构建某放疗场所的蒙特卡洛物理模型,探究该场所的辐射水平分布规律.方法 利用蒙特卡洛程序对某放疗科室的医用直线加速器及治疗室进行物理建模,模拟直线加速器在15X档位、剂量率为400 MU模式下的出束,在考虑高能X线与机头高Z材料发生光核反应产生中子的情况下,得到该场所室内外的辐射剂量水平分布情况.结果 加速器等中心处的剂量率约为2.6×105 mSv/h,辐射剂量率随距离的衰减并不是呈现严格的距离平方成反比规律,即等剂量线存在一定漂移,且射线经过迷道内路的一次转折辐射水平下降一个量级.结论 蒙特卡洛方法能够对放疗场所的辐射剂量水平进行模拟计算,为放射治疗场所的屏蔽优化设计提供了新的思路.

目的 根据天然辐射来源,设计一套低本底反康测量系统的屏蔽体.方法 通过G eant4蒙卡程序建立探测器与屏蔽体模型,将主要的天然本底辐射作为源项输入到程序中,模拟优化低本底反康测量系统的屏蔽体的结构和尺寸,并通过实验测量对模拟结果进行了验证.结果 确定了由外到内依次为10 cm铅、8 cm含硼聚乙烯、2 cm铅和1 mm无氧铜内衬的屏蔽结构,各屏蔽层实验测量和模拟结果较为符合,规律体现出一致性,测量得到的50 ～2 000 keV能量范围内的积分本底计数率为1.72 cps.结论 优化设计了低本底反康测量系统屏蔽层的结构和尺寸,并通过增加含硼聚乙烯夹层来降低热中子和快中子所致本底,实验测量结果验证了设计方案的合理性和可行性.

[目的]根据豁免基本准则要求,通过对辐射剂量测量仪器性能的实验研究和屏蔽材料衰减特性曲线蒙卡模拟,建立对×射线装置豁免管理的技术认定方法.[方法]利用防护水平X辐射空气比释动能率标准装置,对市售且具有一定使用频次的8类典型辐射剂量测量仪器在10～60kV加载管电压范围、不同管电流档的仪器能响和读数稳定性等性能指标进行实验验证,计算校准因子;同时,通过蒙卡模拟计算,建立铅、铁、铝、铜、钨和有机玻璃6种常用屏蔽材料对X射线的衰减特性曲线.[结果]8类辐射剂量测量仪器对10 kV及以下×射线均无响应;对20kV能量X射线,6类仪器有响应,但获得的校准因子差异明显,范围为0.7～11.1;对于30kV能量X射线,8类仪器均有响应,但校准因子差异较大;对40kV能量X射线,8类仪器均有响应,其中6类仪器校准因子已接近1,且不受管电流值改变的明显影响;只有60kV能量X射线,市售8类辐射剂量测量仪的校准因子均接近1.即使同类型测量仪器,60kV以下时校准因子随管电压也变化较大,且不与管电压呈线性关系.使用蒙卡程序模拟计算并建立的10～100kV的X射线衰减特性曲线,可用于对不同能量尤其是40kV以下能量X射线经特定厚度材料屏蔽后泄漏剂量率估算.[结论]本研究建立了x射线装置豁免管理的技术认定方法:对于加载管电压40 kV及以上X射线装置,可使用满足技术性能要求且经相应能量档校准的测量仪进行检测和豁免认定;对于加载管电压40kV以下X射线装置,可采用衰减特性曲线估算X射线装置表面0.1m处周围剂量当量率H*(10)进行豁免认定.

目的:通过蒙特卡罗模拟评价基于各向异性解析算法(AAA)直肠癌术前容积调强放射治疗计划(VMAT)的剂量计算精度.方法:选取20例基于AAA和RapidPlan模型优化的直肠癌术前VMAT计划,通过对比蒙特卡罗模拟与治疗计划计算结果的平均剂量体积直方图、靶区适形度指数(CI)、靶区均匀性指数(HI)和Gamma 3D通过率等参数,评估基于AAA的VMAT治疗计划剂量计算的精度.结果:两种Gamma 3D评估策略通过率的均值与标准差分别为97.58％±0.47％(Max Dose方法)、92.46％±1.76％(Local Dose方法),且差异具有统计学意义(P<0.05);对PTV和PGTV的CI、Dmin和膀胱的D50％、Dmean等不符合正态分布的参数做相关样本非参数检验,除PGTV的CI和Dmin外,差异均具有统计学意义(P<0.05);其他服从正态分布的参数做配对样本T检验,差异均具有统计学意义(P<0.05).结论:Rapidplan模型计划在低剂量区通过率较低,说明AAA射野边缘低剂量区计算偏差较大;靶区Dmin与AAA的精度较为相关,CI和HI相对于蒙特卡罗模拟结果有一定差异;AAA在股骨头和膀胱的D50％、Dmean相对蒙卡模型有不同程度的低估.

目的 为了研究便携式探测器是否可用于核事故现场内污染的快速筛查,需要对肺计数探测器的探头类型、探测效率、探测灵敏度、测量距离等技术参数与测量方法进行预先理论研究.方法 利用蒙特卡罗粒子输运模拟程序(Monte Carlo N-particle code,MCNP),建立包含肺组织的简易躯干数学模型,将均匀分布在肺组织的典型放射性核素作为模拟辐射源,模拟计算高纯锗(high purity germanium,HPGe)和碘化钠[NaI(Tl)]两种探测器在不同胸壁厚度、不同测量距离下的探测效率,计算探测器的最小可探测活度,即探测灵敏度,通过比较分析,了解适用于现场便携式内污染计数器的技术参数与测量方法.结果 计算获得了典型核素内照射情况下两种探测器的探测效率和最小可探测活度.结论 初步确定了现场内污染肺计数器的关键技术参数和测量规律,便携式探测器可用于核事故现场内污染的快速筛查.