碳离子在不同材料叶片的多叶光栅上产生的次级粒子研究

在碳离子放射治疗中，碳离子束与治疗头设备和患者身体相互作用产生的次级粒子可以到达患者体内的许多区域，在产生的次级粒子中以中子和$\gamma $射线的产额为最大。在不影响束流配送功能的情况下，减少碳离子放疗中产生的次级中子和$\gamma $射线对于降低放疗后出现的正常组织并发症及二次肿瘤风险有着非常重要的意义。本文利用蒙特卡罗(Monte Carlo)方法模拟计算了被动式束流配送系统下，400 MeV/u碳离子束照射到由不同材料叶片构成的多叶光栅(MLC)形成典型的10 cm×10 cm方形射野时，在水模体中产生的次级中子和$\gamma $射线所沉积的剂量及空间分布等。模拟结果显示:碳离子束通过MLC形成射野后在水模体中产生的次级中子主要分布在水模体的入射端，次级$\gamma $射线较为均匀的分布在整个水模体内，且较多分布在具有展宽Bragg峰(SOBP)射野在水模体中贯穿时的坪区。对于MLC叶片材料的选择，则需根据实际情况对叶片厚度以及次级粒子当量剂量的要求来确定。本文通过模拟研究不同MLC叶片材料产生次级粒子的情况，为被动式束流配送系统中MLC叶片及其他元件的材料选择提供了科学依据。     

均匀磁场下碳离子笔形束的剂量变化分析及位置修正方法

分析外加均匀磁场对于碳离子笔形束剂量分布的影响,并考虑修正这种影响,为磁共振成像引导碳离子放射治疗的临床应用提供指导。本文利用蒙特卡罗方法模拟计算了不同能量碳离子笔形束在不同强度磁场下的剂量分布情况,发现垂直于碳离子束入射方向的均匀磁场对于碳离子笔形束射程缩短的影响很小,磁场对碳离子束的主要影响是引起束流横向偏转,特别是碳离子束布拉格峰位置的横向侧移。横向侧移程度与碳离子束的能量和磁场强度相关,根据模拟结果,得到了一个计算碳离子束布拉格峰在磁场中相对横向偏转的方程,并提出一种校正外加磁场引起的碳离子束布拉格峰横移的角度修正方法。这些结果可用于指导磁共振图像引导碳离子放射治疗计划系统的研发。     

二氧化硅纳米线中振动模式奇偶振荡的理论研究

运用密度泛函理论的B3LYP方法, 在6-31G(d)基组水平上, 计算了(SiO2)n和(SiO2)nO2H4 (n=3-20)准一维链状纳米线的振动光谱. 结果发现, 在红外和拉曼光谱中振动频率和强度随着二氧化硅纳米线单元个数的奇偶变化, 表现出奇偶振荡现象. 团簇两端极性基团取向的影响, 使不同振动模式的奇偶振荡强弱有所差异, 进一步从极化率说明了羟基对准一维(SiO2)n纳米线奇偶性变化所起的作用.     

环和纳米管径向呼吸振动模式的一个简单理论模型

用密度泛函方法在B3LYP/6-31G(d)基组下计算了(MgO)n和(BeO)n环(n=3-10)的径向呼吸振动. 大环的径向呼吸振动频率正比于环直径的倒数, 但键长的变化导致频率偏离了这种线性关系. 随着环直径的减小, 直径倒数的三次方和键长的变化将导致频率更大地偏离线性行为. 从化学键的角度出发利用一维谐振子及弹簧的串并联思想, 解释了这种线性关系和偏离现象. 这种模型还可以用于研究纳米管的径向呼吸振动频率.     

氩气电弧等离子体炬提纯大鳞片石墨研究

石墨材料作为一种工业原料,特别是纯度在99.9%以上的高纯石墨被应用在各大高科技领域,现有物理法和化学法的石墨提纯技术成本高、酸碱对设备和环境破坏严重、工艺流程复杂,因此开发一种优良有效的石墨提纯技术,已成为近年来国内外研究的热点。建立了一种利用非转移电弧等离子体炬提纯大鳞片石墨的方法,利用电弧可快速产生高温的特性,对黑龙江省鸡西市纯度为94.18%的大鳞片石墨样品进行高温处理。研究显示在本文电弧装置下提纯石墨的最佳放电参数范围气流量为25 L/min、电流为400 A、功率为10 kW,此时的电弧表面温度高达3350 ℃,利用扫描电子显微镜等对电弧处理前后石墨样品的微观结构对比发现石墨样品出现粉碎、断裂等特点,根据石墨化学分析方法国家标准GB/T 3521 2008对石墨纯度及其杂质进行研究分析,经电弧处理后石墨纯度提高到99.21%。     

电化学法合成BiOCl薄膜及其光催化活性研究

以金属Bi板为阳极,石墨为阴极,NaClO为电解液,在室温下用电化学法一步合成了BiOCl薄膜光催化剂.采用X射线衍射(XRD)、紫外可见漫反射(DRS)、扫描电镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)对其组成、光学特性和形貌进行表征.以500 W氙灯为光源,磺胺甲恶唑为目标降解物,研究了NaClO用量、电解电流大小、EDTA添加量以及电解溶液初始pH不同制备条件下对所得BiOCl薄膜催化活性的影响.结果表明,合成的BiOCl-0薄膜为组分单一、均匀的片状结构,在模拟太阳光下照射150m in,磺胺甲恶唑的降解率达89.8;,而且该薄膜具有较好的光催化稳定性.     

碳离子束射程快速验证方法的蒙特卡罗模拟研究

可通过楔形装置把离子束(质子和重离子)纵向上的的深度剂量分布转换成横向上的剂量分布，进行离子束射程的快速测量及验证。本工作通过基于GEANT4内核的GATE蒙特卡罗模拟平台，模拟计算了不同能量碳离子束在用于制作楔形装置的铜、铝、铁和有机玻璃等材料中的深度剂量分布，得到不同能量碳离子束在不同材料中Bragg峰位所处深度与能量之间的关系；模拟计算了不同能量碳离子束穿越单楔板、双楔板和大小组合楔板等楔形装置后横向上的剂量分布，得到了横向剂量峰值出现位置与碳离子束射程之间的关系。本文蒙特卡罗模拟研究为进一步开发重离子治疗当中的射程快速验证方法与设备奠定了坚实的基础。     

二氧化硅纳米结构径向呼吸振动的理论研究

运用密度泛函理论的B3LYP方法,在6-31G(d)基组水平上,计算了由Si₂O₂二元环组成的准一维SiO₂纳米链及三元环(3MR)、四元环(4MR)、六元环(6MR)和八元环(8MR)组成的SiO₂纳米管的Raman振动光谱。从Raman光谱发现纳米链和纳米管的径向呼吸振动频率随链或管长的增加而频率移动相反,即分别发生红移和蓝移,但随着链和管趋于无限长频率趋近稳定值;同时,随着直径的增大,振动频率减小。在小尺寸时,由于结构内部的应力影响使频率移动更明显,进一步对键长和键角分析说明,结构应力的作用使频率随尺寸变化发生移动。     

二氧化硅准一维纳米团簇的弯曲振动

运用密度泛函理论,计算了4～24个单元的准一维单链、双链、三元环、四元环管状构型SiO₂团簇的振动频率。在不同构型的红外光谱中,侧重研究了频率小于300cm^-1的低频处的弯曲振动。该类振动的频率和强度有很强的尺寸效应,频率与团簇长度呈指数关系,并且指数随直径变化表明它依赖于团簇的几何维数。实验发现此类红外振动只存在于长度0.8nm～5.5nm的SiO₂团簇中,揭示出实验和理论上可用于表征特定长度范围的纳米团簇。     

氧化镁纳米管团簇电子结构的密度泛函研究

用密度泛函理论（DFT）的杂化密度泛函B3LYP方法在6-31G（d）基组水平上对MgO纳米管团簇的二元环双管、三元环、三元环双管三种构型共21个团簇进行优化,对各构型的平均结合能、能隙、平均原子电荷以及总电荷密度进行了理论研究. 结果表明,平均结合能和配位数呈线性关系;随着纳米管的生长,团簇的稳定性增加,其中以三元环纳米管最为稳定;生长过程中发生原子间的电荷转移现象,预测出至无限长时的平均原子电荷分别为1298,1270,1306;混合离子共价键始终存在于MgO纳米管团簇之中. 关键词： 氧化镁 纳米管团簇 密度泛函理论 电子结构