双能X射线检查系统的Monte Carlo模拟

为了提高双能X射线安全检查系统的材料分类能力,采用M on te C arlo方法对系统的成像过程进行了模拟。利用M CNP 4C程序模拟电子打击钨靶产生韧致辐射、射线与物质的相互作用,得到了材料分类曲线。与数值方法以及实验方法相比,该方法的材料分类不受系统噪声影响,可以分辨原子序数相差为1的两种材料,并且只需要几m in计算时间。进行了铝阶梯的实验,对一系列典型材料和专用测试工具箱进行了测试。结果表明,M on te C arlo模拟方法可以提高安全检查系统的材料分辨能力。     

Monte Carlo方法在载人航天辐射安全性评价中的应用

为了评价航天员在外层空间的辐射危害,建立了载人航天辐射安全评价体系,该体系用于航天员个人剂量预估及辐射危害评价。该文利用Monte Carlo应用程序GEANT 4,结合计算机化的三维人体模型,模拟质子在空间的各向同性条件,估算了单能质子造成航天员11个辐射敏感器官的吸收剂量值;并且利用某次神舟飞船所测得的质子各能量段注量数据,估算了此次飞行中各辐射敏感器官的剂量,其中皮肤剂量与飞船上所用的L iF剂量计所测得的剂量值拟合较好,与俄美所测量和计算值100~300μG y/d接近。     

空间辐射剂量及屏蔽效应研究

为分析空间辐射剂量及屏蔽效应,建立空间辐射剂量Monte Carlo评估方法.建立了符合空间辐射点点分布均匀、处处各向同性的抽样方法,并实现了基于体元的人体屏蔽模型.计算了3种屏蔽厚度下质子空间辐射的器官当量剂量和有效剂量分布,分析了不同厚度的屏蔽效果.结果表明,器官当量剂量在100～200 MeV之间存在高峰,有效剂量在200 MeV左右存在高峰;随能量增加,次级粒子有效剂量贡献增大,重粒子增长速度最快;提出了加大眼晶体和性腺屏蔽厚度,开发新型辐射屏蔽材料的建议.     

激光诱导间质热疗中血流冷却效应的模拟

为研究激光诱导间质热疗过程中血管冷却对于生物组织内温度场和损伤度的影响,建立了包含单根血管的双层模型。由M on te C arlo模拟方法得到组织内的激光能量分布,采用有限差分法求解Pennes生物传热方程和血流换热能量方程得到组织内温度场,通过A rrhen ius速率过程方程得到组织损伤度。利用此模型,比较研究了不同血管情况下组织的温度场和损伤度。模拟结果表明,血管直径及血流速度是影响热疗中血管附近组织温度场和损伤度的重要因素。在模拟的5W功率条件下,当血管直径大于1mm时,如果仍采用与无血管情况下相同的治疗方案将可能导致无法完全杀死肿瘤而使热疗失去疗效。     

质子透射能量损失(PTEL)测量气溶胶样品面密度

通过用配有小孔光栏的探测器测量能量为2 MeV、束斑直径为4 mm的质子束透过气溶胶样品的能量损失(proton transmission energy losses,PTEL)谱,然后利用代表性的气溶胶元素组分和C5H9O2N有机物能量损失靶模型计算气溶胶对质子的阻止截面.在扣除气溶胶样品mylar膜衬底中质子能量损失时,分别采用了质子穿过空白mylar膜能量损失近似法和迭代法.不同模型和近似方法下PTEL测量和称量结果之间的误差大都在10%以内.     

高温堆临界实验装置ASTRA的初始临界计算

为了验证球床式高温气冷堆初始临界的计算方法,用法国M on te C arlo程序TR IPOL I-4.3对燃料球内的包覆燃料颗粒以及堆芯内不同的球分布进行了模拟。考虑了燃料球的双重非均匀性、不同区域内球的布置以及其在堆芯的体积填充率等。计算了俄罗斯的球床式高温气冷堆临界试验装置A STRA的初始临界。与实验结果比较,计算得到的临界实验高度误差为0.6%,堆芯有效增值因子keff误差为0.1%。TR IPOL I-4.3程序是球床式高温气冷堆初始临界计算的有效工具。     

二元自相关过程的残差T2控制图

多元自相关过程不满足现行多元质量控制理论的前提假设。该文探讨了两个随机变量相互独立,其中一个随机变量的观测值相互独立、另一随机变量服从一阶自回归模型的二元自相关过程。在参数已知的条件下,提出了二元自相关过程的残差T2控制图。通过M on te C arlo模拟,得到了一族该二元自相关过程在不同偏移量下的平均链长。分析结果表明残差T2控制图的适用范围由自相关的强弱和偏移量的大小决定,可以有效监控大部分该类二元自相关过程。     

质子与13C原子核弹性散射动量空间库仑作用的处理

将C M Vincent和S C Phatak,以及R Crespo和J A Tostevin分别提出的两种不同的处理库仑作用的方案,推广应用于自旋1/2×1/2的散射,研究了P-13C弹性散射动量空间库仑作用的处理.计算了入射质子能量为500MeV时的微分散射截面和极化本领.两种方案的结果相比较表明,R-J方案在散射角较大处比V-P方案有较好的修正效果;两种方案均显示库仑作用产生的影响是小的.     

中国参考人数字体素体模及其在辐射防护领域的应用

人体内辐射剂量的精确模拟计算需要建立精确模拟人体各种组织器官的人体模型。该文依据中国数字人项目的人体彩色切片照片数据,建立了中国参考人数字体素体模。它采用数百万至上千万个立方体体素描述了79种组织和器官,满足ICRP(International Commission on Radiologi-cal Protection)2007年建议书中组织权重因子的技术要求,并反映了中国人体貌特征,为得到适用于中国人的剂量学参数提供了技术基础。该文详述了中国参考人数字体素体模的建立过程,并将中国参考人男性数字体素体模分别应用在外照射剂量学和内照射剂量学的研究中。该研究对于促进我国人员辐射剂量评价工作具有一定的积极意义和应用价值。     

女性航天员空间辐射防护需求分析

为了保障女性航天员的健康和安全,需要对其空间辐射风险进行评估与分析,并提出合理有效的防护建议.文中建立了符合中国女性航天员体征特点的空间辐射剂量计算模型.利用Monte Carlo方法,分别计算了0 g/cm²和5 g/cm²铝屏蔽条件下,不同能量的质子、碳离子和铁离子在女性各组织器官中的剂量分布情况.结合空间辐射环境能谱,对不同飞行任务期间女性航天员的空间辐射防护需求进行了分析.结果表明：对于中长期飞行、载人登月以及深空探索等任务,应针对女性的性器官做相应的局部防护,同时加强空间辐射防护新方法和新技术的研究.     

BNCT物理剂量Monte Carlo程序系统——MCDB及算法

硼中子俘获治疗(BNCT,boron neutron capture therapy)规划软件系统MCDB(Monte Carlo dosimetry inbrain),包括医学前处理、Monte Carlo物理剂量计算和后处理。采用中心点方法确定网格的材料和密度,并自动生成Monte Carlo输入文件。MCDB借鉴并发展了一套网格几何下的快速粒子径迹算法,取得了与MCNP程序一致的剂量计算结果,计算速度较MCNP程序提高2.7~3.5倍。MCDB可进行并行计算,具有线性加速比,能够满足BNCT临床对计算时间和精度的要求。     

Monte Carlo方法在放射治疗计划剂量计算中的应用

为了在放射治疗计划系统中的临床应用,探讨Monte Carlo剂量计算方法。应用已经建立Monte Carlo虚拟源模型,针对一例食道肿瘤病例,完成该食道癌患者放射治疗计划各个射野的剂量计算,并进行了计划设计。研究发现,高剂量区与计划靶区(PTV)保持了很好的适形,关键器官的照射量很小,得到了很好的保护。结果表明,用Monte Carlo虚拟源剂量计算模型生成的剂量分布符合临床放射治疗的实施原则,治疗计划靶区得到了高剂量照射,危险器官受照剂量远低于耐受剂量。由于该模型的精确性,完全可以替代现有的解析型剂量计算模型。     

内照射小器官剂量计算中减方差技巧的比较和应用

在用人体模型计算内照射比吸收分数的Monte Carlo模拟中,对小尺寸、远距离器官的计算结果通常精度不够,可信度差,这就要求采用减方差技巧。该文采用一个简单模型比较了直接模拟和区域粒子分裂-轮盘赌、强迫碰撞与DXTRAN球、指向概率强迫碰撞3种减方差技巧的效果。结果表明指向概率强迫碰撞方法能更有效解决此类问题。利用中国人体数学模型,选择一组典型的源靶器官对,计算了一个实例,得到了可信度高的吸收分数值并体现了指向概率强迫碰撞方法的优越性。     

以水作为慢化体的多球中子谱仪模拟与解谱研究

中子能谱的测量是核辐射探测领域的一个重要研究课题,它在整个中子辐射防护检测中具有重要地位,与中子辐射剂量关系密切.多球中子谱仪是进行中子能谱测量的常见工具,具有非常多的优势,首先操作简单方便;其次功能强大,主要表现在测量范围上,相比较于其他类似设备来说要大许多;最后在灵敏性方面十分出色.本研究分别采用水和聚乙烯作为多球中子谱仪的慢化体,使用蒙特卡罗程序Geant4,计算了10~(-9)～10~(2 )MeV能量范围中60个能量点的响应函数,并分析比较;利用Gravel少道解谱算法,对不同中子场中的水慢化体多球中子谱仪测量数据进行解谱,数据显示水可以用作慢化体在设备中使用.该研究为水用作慢化体在设备中使用提供了理论和模拟研究基础.     

大型集装箱检测系统探测效率的MC模拟计算

为了研究各种不同能量和能谱分布的入射射线对于“大型集装箱辐射检测系统”成像质量的影响 ,通过采用Monte Carlo (MC)模拟方法 ,对该问题进行了计算求解。采用通用电子和光子模拟计算程序 EGS4,在保证足够的计算粒子数目的条件下 ,具有较高的计算精度。对 0 .8Me V单能光子和最大能量分别为 2 ,3,7Me V连续谱情况 ,从透射深度、丝分辨率和对比度灵敏度 3个方面加以分析和比较 ,给出了这 3个指标的数值范围 ,从而得到能量和能谱分布对系统成像质量的影响。这表明 MC方法能够应用于大型集装箱检测系统     

Monte Carlo方法用于就地γ辐射源项调查与剂量评估

基于Monte Carlo通用软件EGS4,开发了用于就地γ辐射源项调查与剂量评估目的的Monte Carlo应用程序Sterm-MC。该软件运行于Windows 98操作系统,具有图形化用户界面,主要由探测器特性数据库、源描述模块、几何描述模块、谱模拟分析、源项与剂量估算等模块组成。它可以对高纯锗(HPGe)、碲锌镉(CdZnTe)两种半导体探测器提供多种源、几何条件下的无源效率刻度;同时依据无源效率刻度数据,进行辐射源项反算与剂量估算。结合物理实验对Sterm-MC进行验证后,该软件已在中国某核电站检修期间的职业照射源项调查中得到了应用,所验证的探测器包括N型、P型两种同轴型高纯锗探测器和碲锌镉探测器。     

太阳同步轨道电子与质子对卫星的电离和非电离能损

空间辐射环境是飞行器寿命的主要限制因素之一。由于空间辐射环境的复杂性,以及飞行器在空间活动的轨道和设计寿命的不同,飞行器需要的抗辐射屏蔽的要求也不同。针对太阳同步轨道所处的空间辐射环境(由AE8和AP8提供该轨道的电子和质子能谱),采用Monte Carlo方法的PENELOPE和SHIELD软件包进行了模拟计算,研究了卫星所需的辐射屏蔽。根据模拟结果分析发现:在空间环境研究中,除了电离能损引起的总剂量外,由质子的非电离能损引起的位移损伤的影响不可忽略。质子和二次质子对电离能损、中子对非电离能损的贡献最大。     

14 MeV中子照相中CCD芯片的屏蔽计算

快中子照相实验中,电荷耦合装置(CCD)是重要的成像器件。快中子辐射不仅会减少CCD的使用寿命,而且会对快中子图像带来影响,因此必须对CCD芯片进行有效的屏蔽,减少快中子辐射对芯片的损伤。该文利用MCNP/4B程序计算了14MeV中子照相中不同屏蔽材料组合条件下CCD芯片的吸收剂量。计算结果表明,在对CCD进行有效的屏蔽后,芯片的吸收剂量是屏蔽前的3%,按源中子数归一后仅为1.29 aGy,已经达到屏蔽要求。计算结果还表明,环境散射中子辐射对芯片吸收剂量贡献较小,可以忽略。     

Monte Carlo方法在核辐射医学中的应用

在放射性治疗(外照射或内照射)疑难病症(如癌症)及重症病过程中,病体所受剂量及其分布是治疗过程中必须考虑的问题。当射线进入人体后各部分受到的剂量必须要进行理论计算。射线在人体内的反应机制是光子和电子偶合输运过程,非常复杂,一般数值方法难于求解。Monte Carlo方法是解决本类问题十分有效的方法。该文将Monte Carlo方法应用到核辐射医学中,叙述了两种体内剂量场分布的Monte Carlo计算方法:沉积能量法和通量转换法。为了提高计算效率,给出了几种实用的技巧。最后,介绍了一个应用实例。     

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.