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光子吸收剂量的蒙特卡罗计算方法研究

谢蓉 郝建红 赵强 张芳 范杰清 薛碧曦 董志伟 曹相春

谢蓉, 郝建红, 赵强, 等. 光子吸收剂量的蒙特卡罗计算方法研究[J]. 强激光与粒子束, 2024, 36: 106003. doi: 10.11884/HPLPB202436.240037
引用本文: 谢蓉, 郝建红, 赵强, 等. 光子吸收剂量的蒙特卡罗计算方法研究[J]. 强激光与粒子束, 2024, 36: 106003. doi: 10.11884/HPLPB202436.240037
Xie Rong, Hao Jianhong, Zhao Qiang, et al. Research on Monte Carlo calculation method for photon absorbed dose[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2024, 36: 106003. doi: 10.11884/HPLPB202436.240037
Citation: Xie Rong, Hao Jianhong, Zhao Qiang, et al. Research on Monte Carlo calculation method for photon absorbed dose[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2024, 36: 106003. doi: 10.11884/HPLPB202436.240037

光子吸收剂量的蒙特卡罗计算方法研究

doi: 10.11884/HPLPB202436.240037
基金项目: 国家自然科学基金青年基金项目(12305218)
详细信息
    作者简介:

    谢 蓉,302860791@qq.com

    通讯作者:

    赵 强,zhaoq@iapcm.ac.cn

  • 中图分类号: TL72

Research on Monte Carlo calculation method for photon absorbed dose

  • 摘要: 为了能够通过选择合适的计算方法对不同辐射情况的光子剂量进行准确有效的计算和评估,对比研究了蒙特卡罗模拟软件中常用的四种光子剂量计算方法:剂量转换系数法、发热数法、径迹长度能量沉积法和脉冲高度计数法,从计算原理出发结合仿真结果分析比较了这四种方法。通过模拟不同能量的单能光子束入射不同体积大小的水球,分析了用比释动能近似吸收剂量导致的误差,并且模拟分析了不同含量的高原子序数元素钆对于吸收剂量计算结果差异的影响。由于转换系数是根据参考人模计算得到的,因此剂量转换系数法只能对吸收剂量进行快速的估计计算,很难在特定情况下得到精准剂量;当高能量光子入射小体积物质时,比释动能会大于吸收剂量,使用发热数法和径迹长度能量沉积法会产生误差,采用脉冲高度计数法更加合适;在低能量和大体积时可以根据计算精度和计算机资源选择任意方法;当组成物质的高原子序数元素含量增多时,径迹长度能量沉积法和脉冲高度计数法之间的计算误差会减少。
  • 图  1  与文献结果对照

    Figure  1.  Comparison with the results of the literature

    图  2  X射线照射人体头模的模拟示意图

    Figure  2.  Simulation diagram of X-ray irradiation on human head model

    图  3  四种方法计算大脑吸收剂量对比

    Figure  3.  Comparison of four methods for calculating brain absorbed dose

    图  4  在能量E下光子的平均自由程

    Figure  4.  Mean free path of photon at energy E

    图  5  能量30 keV、60 keV和120 keV光子在头模内的运动径迹

    Figure  5.  30 keV, 60 keV and 120 keV photon tracks in the head phantom

    图  6  径迹长度能量沉积法和脉冲高度计数法在水球中的吸收剂量相对误差变化曲线

    Figure  6.  Curve of relative error of absorbed dose for track length energy deposition method and pulse height method in water sphere

    图  7  肿瘤中不同钆含量时的吸收剂量

    Figure  7.  Absorbed dose at different gadolinium content in tumor

    表  1  钯-100源产生的X射线的能量与相对强度

    Table  1.   Energy and relative intensity of X-ray generated by palladium 100 source

    energy/keV relative intensity energy/keV relative intensity
    32.66 4.90 86.37 0.05
    42.08 13.50 119.18 0.13
    53.52 0.08 126.15 15.00
    61.60 0.51 139.92 0.35
    72.52 0.15 151.88 0.61
    74.78 92.00 154.00 0.06
    84.00 100.00 158.87 3.20
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-05-25
  • 修回日期:  2024-08-25
  • 录用日期:  2024-08-25
  • 网络出版日期:  2024-09-03
  • 刊出日期:  2024-10-15

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