基于蒙特卡罗方法的α粒子细胞S值计算

在放射性免疫治疗以及硼中子俘获治疗（BNCT）等放射性治疗过程中,粒子通过与人体组织材料相互作用产生次级电子将能量传递给人体组织,放射性核素在细胞尺度分布的不均匀性将严重影响靶区剂量分布。为深入了解放射性核素在细胞中不同位置分布对靶区剂量影响,采用基于历史凝聚算法的Monte Carlo 工具包Geant4编写了细胞S值计算程序。计算了2种细胞尺寸,12种粒子能量,3种源分布方式的细胞S值,与医学内照射剂量（MIRD）委员会解析算法的计算结果进行对比,发现两者差异在1%以内。证明了Geant4在m尺度下细胞剂量计算的可行性,并对BNCT治疗过程中产生的粒子(1.47 MeV与1.78 MeV)的细胞S值进行计算。     

用于BNCT-SPECT的帕维亚TRIGA MARK II反应堆热柱优化设计

针对坐落于意大利帕维亚大学的TRIGA Mark II反应堆热柱结构进行优化设计,从而满足面向硼中子俘获治疗(BNCT)的单光子发射计算机断层成像(SPECT)研究要求。为提高计算效率并减小统计误差,对比分析使用SSW/SSR方法与直接使用反应堆为源项时热柱内照射位置处中子能谱,其结果基本一致,从而验证了SSW/SSR方法的可靠性。为在该反应堆开展BNCT中SPECT实验,热柱中子束需准直为笔形束。对比分析四种热柱优化方案下束流口处及探测器处热中子和光子通量:40 cm长石墨(射束口5 cm3 cm);0.5 cm厚硼包裹40 cm长石墨(射束口5 cm3 cm);30 cm长天然锂聚乙烯(射束口直径4 cm);30 cm长天然锂聚乙烯(20 cm长射束口直径5 cm,5 cm长射束口直径4 cm,5 cm长射束口直径2 cm)。结果显示,射束口处热中子通量分别为1.05108,2.52107,6.08107和5.10 107 #/(cm2s)。综合考虑中子准直效果及光子污染,方案三具有最优性能。为后续进行BNCT-SPECT理论和实验研究提供了基础,从而有效促进BNCT剂量准确评估方法的研究进程。     

用于BNCT-SPECT的帕维亚TRIGA MARK Ⅱ反应堆热柱优化设计北大核心CSCD

针对坐落于意大利帕维亚大学的TRIGA Mark Ⅱ反应堆热柱结构进行优化设计,从而满足面向硼中子俘获治疗(BNCT)的单光子发射计算机断层成像(SPECT)研究要求。为提高计算效率并减小统计误差,对比分析使用SSW/SSR方法与直接使用反应堆为源项时热柱内照射位置处中子能谱,其结果基本一致,从而验证了SSW/SSR方法的可靠性。为在该反应堆开展BNCT中SPECT实验,热柱中子束需准直为笔形束。对比分析四种热柱优化方案下束流口处及探测器处热中子和光子通量:40cm长石墨(射束口5cm×3cm);0.5cm厚硼包裹40cm长石墨(射束口5cm×3cm);30cm长天然锂聚乙烯(射束口直径4cm);30cm长天然锂聚乙烯(20cm长射束口直径5cm,5cm长射束口直径4cm,5cm长射束口直径2cm)。结果显示,射束口处热中子通量分别为1.05×108,2.52×107,6.08×107和5.10×107#/(cm2·s)。综合考虑中子准直效果及光子污染,方案三具有最优性能。为后续进行BNCT-SPECT理论和实验研究提供了基础,从而有效促进BNCT剂量准确评估方法的研究进程。     

小型旋翼机机载辐射环境监测系统的设计与实现

利用小型旋翼机良好的机动性能和环境适用性,将小型旋翼机与传统的核辐射探测设备相结合,再通过软硬件的开发、无线通讯、GPS定位以及核数据处理技术的应用,研发了一套具有受地形环境影响小、可避免人员受到近距离辐射损伤等优点的机载辐射监测系统。介绍了系统的结构组成、工作原理以及关键技术难点,重点研究了系统关键模块的设计以及剂量率响应线性范围的测定。飞行实测结果表明,该系统可对环境中的放射性实时、准确地测量,可用于日常的辐射环境监测以及失控放射源的搜寻,为核应急提供了一种新方法。     

基于切伦科夫辐射的核素治疗剂量测量可行性分析

针对现有核素治疗中内照射剂量测量缺乏简单、高效方法的问题,基于内照射剂量与切伦科夫辐射之间的关系,提出一种基于切伦科夫辐射的核素治疗内照射剂量测量的新方法。利用蒙特卡罗计算程序Geant4,模拟放射性核素131I在水体模型和甲状腺模型中产生切伦科夫辐射与剂量沉积的分布情况,并定量分析切伦科夫光子数与剂量之间的关系。计算结果表明:在水体模的半径方向上切伦科夫光子数与剂量之间有着相同的变化趋势,且两者有着相同的二维分布规律;核素131I在介质中产生的切伦科夫光子数与剂量两者之间存在一定的线性关系,且这种线性关系与核素的分布情况无关。研究结果证实,将这种放射性核素在介质中产生的切伦科夫辐射应用于内照射剂量学具有非常大的研究潜力和价值。     

医学物理学科的发展和现状

 医学物理学科在人类璀璨的科学知识宝库中,物理学和医学是两个重要的分支,而且物理学与医学的结合给物理学的发展带来了巨大的活力,也给医学诊疗技术带来了革命,医学物理(medicalphysics)学科正是这一结合的产物。     

磁场下夹层结构的高能电子屏蔽性能

针对空间高能电子环境可能造成的航天设备故障、宇航员辐照损伤等情况,基于电子束返回效应,提出了一种磁场下金属/真空夹层式高能电子屏蔽结构。采用Geant4软件,模拟空间高能电子连续能谱,研究磁场下夹层式结构的高能电子屏蔽性能。此外,建立体素模型,计算射线在人体中的累积剂量,从而评估磁感应强度、屏蔽体材料对屏蔽性能的影响。结果表明:与传统被动屏蔽方式相比,夹层式结构具有电子屏蔽性能高、生成透射次级X射线少的特点;随着磁感应强度增加,体模中累积剂量下降,证明夹层结构的电子屏蔽性能不断提升;Ti/Ti材料组合的屏蔽方式具有更优越的高能电子屏蔽性能。该结构具备较好的高能电子屏蔽性能,将来有望对空间高能电子辐射环境进行有效防护。     

基于磁场调制的质子放疗新方法及其调制机制

提出一种基于磁场调制的质子放射治疗新方法, 探索肿瘤剂量、正常器官剂量与磁场调制方法之间的关联机制, 研究磁场调制质子放疗在器官环绕型肿瘤(肿瘤被正常器官环绕或包围)治疗中的应用。基于蒙特卡罗粒子输运程序Geant4,分别建立了理想器官环绕结构（由若干平行六面体结构组成）和含胰腺肿瘤人体腹部解剖结构两种几何构型。分别对两种几何构型内部施加磁场, 通过改变磁场强度和方向,调制质子束布拉格峰几何位置, 利用质子径迹的磁致偏转效应使质子束绕开正常器官对肿瘤进行照射。 对于理想器官环绕型构型, 磁场调制质子放疗可在保证95%剂量覆盖肿瘤情况下将受质子照射正常器官体积控制在接近于零的极低水平。对于胰腺肿瘤解剖构型, 磁场调制方法可使质子束在调制磁场作用下, 绕过脊髓和肾脏照射肿瘤, 并使肿瘤被95%剂量较好地覆盖。通过磁场调制, 可对质子束布拉格峰几何位置和质子径迹弯曲程度进行调制, 绕过正常器官对肿瘤进行照射,从而最大限度地减少正常器官的受照体积和剂量。     

基于蒙特卡罗方法的中子屏蔽材料设计

基于蒙特卡罗粒子输运程序MCNP,设计了一种强度高、密度低、具有优异中子屏蔽性能的新型玻璃纤维/B4C/环氧树脂复合材料,模拟计算了镅-铍（Am-Be）中子源产生中子对该材料的透射率;研究了该材料的中子屏蔽性能与传统屏蔽材料的差异以及不同B4C质量分数对该材料的屏蔽性能影响;根据模拟结果分析了该材料对不同能区中子（慢中子、中能中子、快中子）具有的不同屏蔽性能。研究发现:B4C质量分数为10%的该种新型玻璃纤维/B4C/环氧树脂复合材料的中子屏蔽性能,尤其是慢中子屏蔽性能较传统的含硼聚乙烯和Al-B4C合金材料更为优异;但随着B4C质量分数的增大,屏蔽性能提升不明显。结果验证了蒙特卡罗方法用于中子屏蔽材料优化设计的可行性。     

超临界水冷堆中子能谱计算及安全性分析

超临界水堆是国际第Ⅳ代核能系统论坛推荐的六种第Ⅳ代核电反应堆堆型之一,与现有的轻水堆相比,具有热效率高、系统结构简单、造价低等优点。建立了MCNP程序下的超临界水堆堆芯物理计算模型,解决了燃料组件几何结构过于复杂精细难以建模的技术难题;考虑了堆芯轴向冷却剂密度的不均匀分布,计算并分析各区域的中子能谱分布;对失水事故下的超临界水冷堆安全性进行了分析,研究了不同区域冷却剂丢失程度对反应性及有效增殖系数的影响,表明所设计堆型具有较高的安全性;分析处理失水事故的应对措施,验证了使用注入硼水措施处理超临界水冷堆失水事故的可行性。