小射野条件下高能和低能Χ射线在非均匀介质中的剂量特性的比较研究

利用蒙特卡罗方法模拟计算了临床上常用的高能（15 MV）和低能（6 MV）点源光子束在有限宽非均匀模体中的沉积能量，研究了不同射野条件下中心轴上的剂量分布，并用剂量扰动因子（DPF）定量分析了剂量增强或减弱效应的强度.模拟结果表明：在小射野情况下，异质组织界面处出现了较大的剂量跃变，剂量扰动效应的强弱程度取决于射线的能量、射野的大小和模体介质的不同等多种因素，高能X射线条件下的剂量扰动效应大于低能X射线条件下的剂量扰动；在入射X射线能量相同的条件下，剂量扰动效应随射野尺寸的减小而增强，并呈现一种非线性关系     

小射野条件下高能和低能X射线在非均匀介质中的剂量特性的比较研究

利用蒙特卡罗方法模拟计算了临床上常用的高能(15 MV)和低能(6 MV)点源光子束在有限宽非均匀模体中的沉积能量,研究了不同射野条件下中心轴上的剂量分布,并用剂量扰动因子(DPF)定量分析了剂量增强或减弱效应的强度.模拟结果表明在小射野情况下,异质组织界面处出现了较大的剂量跃变,剂量扰动效应的强弱程度取决于射线的能量、射野的大小和模体介质的不同等多种因素,高能X射线条件下的剂量扰动效应大于低能X射线条件下的剂量扰动;在入射X射线能量相同的条件下,剂量扰动效应随射野尺寸的减小而增强,并呈现一种非线性关系.     

小野下光子特征线混合笔束模型肺部剂量算法

为了准确计算小射野下肺模体中精确的三维剂量分布,本文提出了光子特征线混合笔束模型.该模型首先采用光子特征线算法获得参考射野下肺模体的中心轴深度剂量,然后在此基础上对肺模体笔束核进行等效深度修正和加权密度修正.本文利用该算法计算了6 MV光子束在不同射野下不同肺模体的中心轴深度剂量分布,并与蒙特卡罗模拟结果相比较以验证其精度.结果表明,两种方法计算得到的剂量基本一致,大多数深度处的相对误差小于3%.主要差异表现在介质交界处及肺组织前部,其相对误差随着射野尺寸和肺密度的增大而减小,最大相对误差范围为7.8%～36.9%.在肺组织前部,相对误差大于3%的深度范围随射野尺寸的增大和肺密度的减小而增大.因此,该算法在小射野下的肺部剂量计算中具有潜在的研究价值.     

肺介质中光子剂量算法在不同能量下的计算精度差异

建立一包含肺介质的水模体,分别用笔形束(Pencil Beam,PB)算法、卷积叠加(Convolution-superposition,CS)算法和蒙特卡罗(Monte Carlo,MC)模拟计算1 cm×1 cm到7 cm×7 cm射野条件下,6 MV和15 MV光子在该模体中的百分深度剂量和离轴比,并以MC模拟为标准比较其计算误差.结果表明肺介质中,笔形束算法计算精度总体上随能量的增加降低,卷积叠加算法计算精度受能量影响不大.     

医用电子直线加速器的蒙特卡罗模拟

文章建立了XHA600D医用电子直线加速器模型,为精确放射治疗系统(Accurate Radiotherapy System,ARTS)的照射束研究提供分析工具。该加速器模拟分二步进行:首先使用BEAMnrc程序模拟整个加速器并加上MLC组件,然后再使用DOSXYZnrc程序模拟粒子在均匀水模中的剂量分布。通过与其规则野和非规则野OAR对比以及规则野的PDD对比得出误差都在允许范围之内。     

增加光子奇(偶)对相干态的非经典特性

构造了增加光子奇(偶)对相干态并用数值模拟方法研究了它们的非经典性质.结果表明,增加光子奇(偶)对相干态都具有光子统计的亚泊松分布以及反聚束效应等非经典性质,是新型量子光场.在奇(偶)对相干态的两个场模上增加光子,都可以增强光场光子统计的亚泊松分布特性.     

放射治疗处方剂量(MU)计算程序设计

常规外照射治疗时，通常要由查表的方法来确定百分深度剂量PDD、组织最大剂量比TMR、楔形因子以及射野输出因子，从而计算出加速器跳数(姗)，手工计算既费时又麻烦．本文通过分析这些参数的物理意义以及它们和跳数(姗)的关系，然后利用Delphi的语言Pascal设计了一组简单、易行的计算程序，实现了上述参数的自动计算，该程序操作简单、计算结果可靠，可广泛用于外照射治疗参数计算，从而得出MU值。     

用蒙特卡罗模拟评估小野条件下骨介质中AAA算法的精度

用蒙特卡罗模拟评估放射治疗剂量计算使用的各向异性分析算法(Aniso-tropic Analytical Algorithm,AAA)在小野条件下骨介质中的计算精度.建立一包含骨介质的水模体,分别用AAA算法、PBC算法(作为对比)和蒙特卡罗(Monte Carlo,MC)模拟计算2 cm×2 cm到8 cm×8 cm射野条件下该模体中的深度剂量和离轴比,并以MC模拟为标准比较深度剂量,用一维伽马分析对离轴比进行分析.结果显示,与MC模拟的结果相比,AAA算法与PBC算法均高估了骨介质区域的剂量,高估的剂量偏差范围分别为2.16%～2.7%、1.4%～2.03%.AAA算法与PBC算法均低估了(PBC算法2 cm×2 cm射野除外)肺介质后区域的剂量,低估的剂量偏差范围分别为-0.39%～-1.19%、-0.13%～-0.4%.AAA算法和PBC算法分别略高估了射野内边缘和外边缘的剂量.一维伽马分析显示AAA算法和PBC算法(以MC模拟结果为基准)在2 cm×2 cm到8 cm×8 cm射野,通过率分别为100%、100%1、00%、86%,100%、100%、72%、64%.总之,AAA算法在骨介质中剂量计算的结果略高于MC模拟的结果,与PBC算法相比,计算精度没有显示出明显的优势.     

15MV电子加速器机头感生放射性的Monte Carlo计算

加速器停机后的感生放射性是工作人员所受内外照射的首要来源。Monte Carlo模拟计算是进行感生放射性预测分析的重要方法之一。该文应用Monte Carlo软件FLUKA对同方威视技术股份有限公司一台15MV电子加速器的机头屏蔽结构进行了模拟。给出了2个测点的吸收剂量率和周围剂量当量率随冷却时间的变化曲线及其与实验测量结果的对比,并给出了各个区域放射性核素产额随时间的变化。模拟计算与实验测量的结果在量级和衰减趋势上吻合。该文提供了一种通过Monte Carlo模拟预测感生放射性问题的方法,也可应用于其他高能粒子加速器的活化分析。     

两种典型结构强流自箍缩二极管技术研究

主要介绍了箍缩聚焦二极管和自箍缩离子束二极管的研究进展。重点介绍了近几年发展的阳极杆箍缩聚焦二极管的理论模拟和实验结果,在“闪光二号”加速器和2 MV脉冲功率驱动源上进行了阳极杆箍缩二极管实验,二极管输出电压1.8~2.1 MV,电流40~60 kA,脉宽(FWHM)50~60 ns,1 m处的脉冲X剂量约20~30 mGy,焦斑直径约1 mm,X射线最高能量1.8 MeV。在“闪光二号”加速器上开展了高功率离子束的产生和应用研究,给出了自箍缩反射离子束二极管的结构和工作原理,实验获得的离子束峰值电流~160 kA,离子的峰值能量~500 keV,开展了利用高功率质子束轰击19F靶产生6~7 MeV准单能脉冲γ射线,模拟X射线热—力学效应等应用基础研究。     

电子束辐照材料剂量分布的蒙特卡罗计算

采用蒙特卡罗程序EGSnrcMP模拟软件的用户代码DOSXYZnrc模拟计算了能量为4.0MeV在聚苯乙烯材料的三维剂量分布;计算了在2.5~4.0 MeV能量范围内电子在聚苯乙烯材料和水中的剂量深度分布;计算了不同电子束射野大小对剂量分布的影响.计算的结果以绝对剂量的形式给出,误差在1%以内.该程序能够提供优化电子束辐射加工工艺的一种高效实用的理论估算方法.     

利用蒙特卡罗方法设计医用加速器均整器

采用BEAMnrc程序构建医用直线加速器治疗头模型,模拟计算几种单一材料或复合材料构成的均整器对应的射野剂量分布情况.通过对各组射野离轴比(off-axial ratio,OAR)、离轴剂量分布和能量注量分布曲线进行分析并与GB 15213-94国家标准对照,设计具有较好均整度的复合材料均整器.讨论粒子角分布、X射线剂...     

高功率轫致辐射X射线转换靶设计?

基于一台能量为9 MeV、平均流强为125μA的高功率电子直线加速器,开展了轫致辐射X射线转换靶设计工作.转换靶为内靶设计,电子束流为非扫描式点源入射.选取钨(W)为转换靶材料,优化设计了靶材的厚度和靶体的冷却结构;并采用有限元方法分稳态和瞬态两种方式分别模拟计算了转换靶的温度分布.结果表明,转换靶局部最高温度约为970℃,平均温度约为430℃,在真空环境中该转换靶可以稳定工作.最后采用蒙特卡罗程序MCNP计算了转换靶产生X射线的剂量分布以及能谱分布,结果表明,在转换靶正前方1m处,X射线的吸收剂量率约40Gy·min-1.     

基于Lagrangian Gaussian光束的数值方法

给出一种二维非均匀介质波场计算的渐近方法, 该方法基于Lagrangian Gaussian光束(简称LGB)系统的波场数值模拟, 利用任何一个非均匀介质的光束都是独立连续的, 完整的波场即为由所有这些Guassian光束叠加得到的原则构造数值方法, 并用数值结果验证了该方法的有效性.     

利用MONTECARLO方法分析高能电子加速器中中子引起的感生放射性——微观分析

在高能电子加速器中，高能电子与物质相互作用产生电磁簇射，生成的高能光子与 介质发生光核反应，其后的中子、介子又引发核反应，并引发感生辐射场.本系列文章利用 Monte Carlo方法分析了高能电子加速器中中子引起的感生放射性以及对加速器周围环境的 影响，对于制定关于停机后等待时间的规定具有指导性意义.在微观上利用多步动力学模型 （Many Stage Dynamical Model，MSDM）计算了中子与不同靶材Fe、Cu、Ni的辐射损伤总截 面，然后计算了能量为10、140和700 MeV的中子与加速器相互作用所产生的放射性同位素的 分布及生成截面，并且对3种情况进行了比较和分析.     

Energy doubling of 42 GeV electrons in a metre-scale plasma wakefield accelerator

The energy frontier of particle physics is several trillion electron volts, but colliders capable of reaching this regime (such as the Large Hadron Collider and the International Linear Collider) are costly and time-consuming to build; it is therefore important to explore new methods of accelerating particles to high energies. Plasma-based accelerators are particularly attractive because they are capable of producing accelerating fields that are orders of magnitude larger than those used in conventional colliders. In these accelerators, a drive beam (either laser or particle) produces a plasma wave (wakefield) that accelerates charged particles. The ultimate utility of plasma accelerators will depend on sustaining ultrahigh accelerating fields over a substantial length to achieve a significant energy gain. Here we show that an energy gain of more than 42 GeV is achieved in a plasma wakefield accelerator of 85 cm length, driven by a 42 GeV electron beam at the Stanford Linear Accelerator Center (SLAC). The results are in excellent agreement with the predictions of three-dimensional particle-in-cell simulations. Most of the beam electrons lose energy to the plasma wave, but some electrons in the back of the same beam pulse are accelerated with a field of approximately 52 GV m(-1). This effectively doubles their energy, producing the energy gain of the 3-km-long SLAC accelerator in less than a metre for a small fraction of the electrons in the injected bunch. This is an important step towards demonstrating the viability of plasma accelerators for high-energy physics applications.