一种改进的计算探测器校正因子的相关抽样方法

对于小尺寸探测器处于大块介质的情形, 在探测器的校正因子的Monte Carlo模拟中, 存在两个难题: 一是由于探测器尺寸很小粒子难以到达探测器并发生碰撞; 二是两个随机变量比值难以达到要求精度. 本文使用经过改进的粒子碰撞自动重要抽样方法, 再结合相关抽样方法, 解决了这两个难题, 并在MCNP-4C程序平台上加以实现. 除了粒子碰撞自动重要抽样以外, 还选用了其他3种方法: 直接模拟、区域分裂、强迫碰撞+Dxtran球分别与相关抽样方法结合, 对一个简化的探测器校正因子计算模型进行了计算. 实际计算结果表明, 相关抽样方法无论与哪种方法结合, 都起到了提高相关量计算效率的作用; 而它与粒子碰撞自动重要抽样结合, 比其他方法具有明显的优越性.     

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。     

辐射成像系统模拟软件NUCRPD的研发与应用

在辐射成像系统的设计研发中,经常需要计算系统的各项物理性能指标。为了提升产品研发的效率,同方威视联合清华大学,基于蒙特卡罗程序包Geant4,研发了国内首套具有自主知识产权的辐射成像系统模拟软件NucRPD(NUCTECH Radiography Performance Design Tools),其能够快速、精确地模拟系统的各项性能指标。该软件对常用的一些辐射成像系统进行了参数化建模,用户通过修改软件界面上的少量参数,就可以快速建立各类辐射成像系统的几何体、源项、物理模型和统计量,然后在服务器上以并行计算方式完成模拟计算,能在较短的时间内模拟出系统的性能指标,并给出直观的图形帮助用户深入理解模拟结果。NucRPD的模拟结果经过了大量的实验验证,其剂量场分布和物理指标等模拟结果和实验结果符合得很好。NucRPD已经应用于同方威视辐射成像系统产品的设计研发,在产品的物理指标优化和辐射防护优化中发挥了重要作用。     

高能X射线整车原木辐照检疫中的感生放射性

利用加速器产生的高能电子束或者高能X射线进行原木辐照处理过程中,原木和车厢有可能会产生感生放射性,从而可能会对工作人员或后续的消费者带来不必要的辐射照射风险。采用Monte Carlo方法,使用FLUKA程序结合解析经验公式,以25 MeV和35 MeV高能X射线装置为例,建立了高能X射线整车原木辐照检疫中的感生放射性计算模型,并比较了16、20、25、35MeV的辐照装置可能产生的感生放射性核素的剂量率。结果表明:由于木材的感生放射性核素多为短寿命核素,故不需要考虑原木被辐照后的感生放射性的影响;但只有16MeV辐照装置能够满足工作人员每年20 mSv的剂量限值要求,因此需要对车厢经过辐照后对工作人员的长期辐照进行防护。     

低能电子致DNA链断裂的纳剂量蒙特卡罗模拟

为了对DNA损伤进行纳剂量蒙特卡罗模拟,先根据D.Emfietzoglou给出的介电响应理论和Born修正模型计算了低能电子与液态水的非弹性反应截面,在Geant4-DNA的基础上建立了纳剂量蒙特卡罗程序的物理模块,同时参照国际纳剂量蒙特卡罗程序使用的模型参数建立了纳剂量蒙特卡罗程序的前化学模块、化学模块、DNA几何模块及DNA损伤模块。利用本程序,采用H. Nikjoo给出的对电子均匀照射DNA情形的模拟方法,还模拟计算了不同能量电子均匀照射DNA所导致的DNA链断裂产额,并与已公布的实验数据进行比对,二者符合良好。     

基于中国参考人体素模型环境外照射剂量转换系数的计算

基于中国参考人体素模型计算地面污染和空气浸没情况下环境外照射剂量转换系数,主要用于核事故情况下公众及工作人员有效剂量的快速估算.首先,采用二次源项方法,基于Geant4模拟进入人体周围圆柱面入射光子的高度、角度和能量分布;其次,利用中国参考人体素模型和二次源项结果作为MCNPX模拟的输入项,计算15 keV至10 MeV能量范围内20组单能光子外照射剂量转换系数,和文献数据吻合;最后,利用ICRP第107报告核素衰变程序并对单能光子外照射剂量转换系数进行插值,计算了核事故情况下68种常见核素外照射剂量转换系数.与本文结果对比,国标中用于快速估算人员受照剂量转换系数值在地表沉积情况下偏保守,而空气浸没下中高Z放射性核素则偏低.     

强激光打固体靶所致硬X射线屏蔽模拟研究

强激光与固体靶相互作用产生的硬X射线已被证实为一种新的电离辐射源,其辐射防护问题引起国内外相关领域的广泛关注。为了便于开展这类电离辐射源的屏蔽设计,研究了强激光打靶所致硬X射线在常用屏蔽材料中的剂量衰减曲线和十值层（TVL）。利用蒙特卡罗程序FLUKA建立了强激光打靶所致硬X射线的屏蔽计算模型,开发了专门的统计程序,解决了屏蔽层之间由于粒子反散射造成的重复统计问题,使得可以通过一次模拟得到不同屏蔽厚度下的光子剂量。计算结果表明:当电子温度为0.5~10 MeV时,X射线在混凝土中的十值层从24 cm到56 cm不等。其中X射线的十值层会随着电子温度的增加而增加,并逐渐趋于饱和。而对于铅屏蔽,除了第一个十值层（TVL1）外,平衡十值层随电子温度的变化较小,在4.7~5.4 cm范围内。另外,当电子温度较高时,探测器到屏蔽体的距离不同会使得TVL1值存在明显的差异。     

MCNP可视化输入程序的开发

MCNP(Monte Carlo N-particle)输入文件格式较复杂,特别是对相关物体几何参数的描写更难,不仅书写麻烦,而且很容易出错。为方便用户准确得到输入文件,进行了MCNP可视化输入程序的开发。程序运行于Windows平台下,使用VC 和OpenGL语言编译。应用该程序,用户能够在一个三维可视化环境中创建几何体并定义区域,描写数据卡,最后直接得到符合MCNP输入文件格式要求的inp文件。     

用于探测器校正因子计算的Monte Carlo方法

为解决探测器校正因子MonteCarlo模拟中,两个随机变量比值计算效率过低和探测器尺寸过小,粒子难以到达探测器并发生碰撞的问题,在MCNP-4C平台上结合已有的Dxtran球和强迫碰撞两种减方差技巧,以及新实现的相关抽样,共同形成了一种高效的校正因子计算方法。选用了4种不同的技巧分别与相关抽样结合,对一个简化的探测器校正因子计算模型进行了计算,与该方法进行了比较。计算结果表明,相关抽样无论与哪种减方差技巧结合,都提高了校正因子计算的FOM(figureofmerit)值。而该文方法则比其中效果最好的方法的FOM值还要高两个数量级。     

CdZnTe个人剂量计能响特性的Monte Carlo模拟

为了获得合适的CdZnTe(CZT)个人剂量计的剂量-能量响应补偿方案,利用Monte Carlo程序MCNP4C对CZT、CZT加各种补偿物质和CZT在不同电子学下阀的剂量-能量响应特性进行了模拟计算。通过模拟得到了2种CZT个人剂量计剂量补偿方案:在CZT(5mm×5mm×5mm)前加15mm Pb(带有阶梯孔)和2mm Pb(带有孔面积为Pb截面面积3%的孔,并分高、低能两能量道计数)。为今后的CZT个人剂量计设计提供了理论依据。