质子致DNA链断裂损伤的DNA浓度效应研究

在空间辐射环境中,辐射源主要是银河宇宙射线（GCR）和随机发生的太阳粒子辐射（质子事件）。其中以质子含量最为丰富,其次为α粒子和少量其它更重的离子。已有的模型计算结果表明,在飞往火星的路途中,宇航员身体内的每个细胞每几天就会被1个质子击中。     

质子致DNA链断裂损伤的剂量效应研究

质子作为一种高传能线密度（LET）的辐射，具有能量沉积与局部剂量远大于低LET辐射（如X射线、γ射线和电子束等）的特点，通过物质时有完全不同的径迹结构，能够更有效的诱发DNA发生双链断裂，产生更多的不能修复性损伤，引起细胞的转化和死亡以及癌的发生等较高的相对生物效应（RBE）。在DNA分子水平上研究质子致生物损伤的机理，深入了解其辐射特点及危害程度，并研究相应的防护途径十分重要，     

石英β剂量的蒙特卡罗模拟

用蒙特卡罗方法对TL或OSL测定年代中用β源进行照射时石英样品的吸收剂量进行模拟,研究石英薄片样品厚度和石英单颗粒大小对吸收剂量的影响。模拟程序用EGSnrc/DOSRZnrc,圆柱形薄片样品直径0.97cm,厚度10–500μm,单颗粒大小60–300μm。结果表明,吸收剂量与薄片样品的厚度有关,相对剂量的最大差异达10%;石英单颗粒中相对剂量随颗粒变小而增大,最大差异达19%。这些因素在测定年代过程中需加以考虑。     

基于真实细胞模型的低能α粒子辐照模拟研究

本文以人体上皮细胞为模版,利用Geant4、ROOT模拟α粒子能量沉积的微观过程和空间行为,对次级电子的产生及相互作用事件等进行描述,并针对细胞形态结构特异性,对不同能量、不同生物学分布、特定源 靶组合下α粒子在真实细胞体元模型中的微观剂量特征进行研究,获取了低能α粒子物理径迹结构、次级电子作用点的径向空间分布、次级电子能谱分布、单次事件比能分布、亚细胞S值等特征量。结合计算结果分析了α粒子在亚细胞水平上的微剂量学特征变化及影响规律,实现了对特定结构亚细胞水平微观剂量特征的定量描述。     

四种蒙特卡罗程序的比较计算

为研究4种不同蒙特卡罗程序FLUKA、GEANT4、EGS(包括EGS4和EGS5版本)的一致性及其差异,利用Crannell实验模型作为算例进行比较计算,并与实验结果进行比较。分别用4种程序模拟了能量为1GeV的电子束射入圆柱状铝靶中的粒子输运过程,得到了不同半径范围内的能量沉积百分比深度曲线。比较表明,4种程序得到的曲线基本一致,也与实验数据相符,其中,GEANT4的结果差异略大;4种程序花费的计算时间有较大差异,经分析,很可能是源于它们对电子输运过程的具体处理方法的不同。     

用光子源敷贴治疗时血管瘤中剂量分布的蒙特卡罗计算

用蒙特卡罗法计算了用10-366keV的光子源敷贴治疗时一种简化血管瘤模型中的剂量分布。计算结果表明,临床治疗时,光子能量应选在30keV附近,这样既有很好的治疗效果,又可适当减少对正常组织的照射。用~(125)I对30余例混合型、海绵状血管瘤进行的治疗疗效显著,随访中没有发现皮肤溃烂等现象。同时给出了10Gy的瘤体平均剂量对应的各种能量下的光子数。     

基于蒙特卡罗方法对光子束剂量沉积核的研究

用蒙特卡罗的程序BEAMnrc模拟西门子加速器6 MV光子束,由BEAMdp子程序分析得到不同射野的能谱分布和平均能量,并建立相应模拟源(能谱源与单能源),由DOSXYZnrc子程序使用模拟源笔形束,在标准水模体中计算最大剂量深度处的剂量沉积核,以比较不同源对剂量沉积的影响。结果表明,不同射野下获得的能谱源对剂量沉积的差异较小,最大百分剂量差1.47%;使用平均能量的单能源剂量差别较大,最大达6.28%。而对于利用同一射野下能谱源和单能源计算的剂量核进行比较,最大百分剂量差在9%以上,甚至达到13.2%。由此可见,剂量沉积核具有光子能量依赖性,由于加速器产生的光子束是具有能谱分布的,只利用某一单能源来进行剂量计算会造成较大的误差,使用能谱源计算剂量沉积核会更为准确。     

蒙特卡罗方法计算用于低能光子测量的高纯锗探测器的效率

在内照射活体测量中,为了用蒙特卡罗方法计算探测器对光子尤其是低能光子的探测效率,需要对探测器准确建模。通过使用蒙特卡罗模拟计算和实验测量相结合的方法来准确确定低能光子高纯锗探测器晶体的死层厚度、半径和长度;结果表明使用此方法确定的晶体尺寸来模拟计算探测器效率,在17．5～662keV光子能量范围内,低能光子高纯锗探测器探测效率的模拟计算结果与实验结果比较,相对偏差平均小于1．0％,最大为3．2％。     

利用径迹结构方法模拟低能电子诱发DNA损伤

脱氧核糖核酸（DNA）是遗传信息的主要载体，它的损伤将直接导致生物体遗传信息的缺失，如果不能获得及时有效的修复，进而将导致细胞的突变或死亡。低能电子在放射生物学领域有重要的意义。径迹结构方法能够更逼真地再现物理、化学的变化过程。     

高气压电离室能量响应的模拟计算

高气压电离室因其能量响应好而被广泛应用于环境γ本底测量。电离室外壳形状及材料的选择对其能量响应的影响非常大,本文采用蒙特卡罗方法对AGM-5型电离室的能量响应做了模拟计算,计算结果与实验刻度值吻合得比较好。     

高气压电离室能量响应的模拟计算

高气压电离室因其能量响应好而被广泛应用于环境γ本底测量。电离室外壳形状及材料的选择对其能量响应的影响非常大,本文采用蒙特卡罗方法对AGM-5型电离室的能量响应做了模拟计算,计算结果与实验刻度值吻合得比较好。     

GM计数管能量响应补偿的MC法模拟

针对GM计数管低能段过响应特性,探讨了一种用MC法对其进行能量响应补偿的方法。该方法在结合能量响应补偿理论与MCNP蒙特卡罗模拟方法的基础上,寻求利用理论方法先行计算出较为合适的补偿条件,继而应用MCNP有目的的进行模拟,减少模拟海选过程,提高实验效率。     

一种能量响应一致的长计数器蒙特卡罗设计

为了有效降低长计数器中子探测能量下限并解决5 MeV以上能量响应急剧下降的问题,利用蒙特卡罗程序MCNP5分析了长计数器各结构参数对能量响应的影响。通过使用不同含氢量的慢化体、添加中子吸收材料及添加补偿材料相结合的方法,优化设计了一种长计数器。结果表明：使用含氢量较低的中子慢化材料聚苯乙烯可提高低能中子能量响应;采用Cd作为中子吸收材料可解决能量响应局部过高的问题;采用Pb作为补偿材料可提高高能中子能量响应。设计优化的长计数器在1 eV～15 MeV能量范围内能量响应最大相对偏差约为10.1%。     

球型高压电离室壁厚对光子能量响应的蒙特卡罗优化设计

采用EGS5蒙特卡罗程序模拟计算了一种球型高压电离室的室壁厚度。计算给出了多种不同室壁厚度下,单位光子注量沉积在球型高压电离室氩气中的能量;分析归纳出用于计算球型高压电离室对特定范围内室壁厚度和光子能量的响应因子的公式;依据国家相关检定规范和归纳公式,给出了球型高压电离室的最佳室壁厚度。     

高纯锗探测器全能峰效率的MC模拟

采用MC模拟高纯锗探头对轴向和边侧的点源全能峰效率,与实验测得的全能峰效率相比较发现二者存在较大的偏差。本工作通过不断调节晶体的半径、厚度和锗晶体外层铜支架厚度,获得了模拟计算的准确尺寸。结果表明:使用调整后的尺寸模拟计算的全能峰效率与实验效率在轴向方向的偏差在±5%以内,边侧方向在±6%以内,获得了较为准确的高纯锗探头物理模型。     

Monte Carlo calculations on high speed machines

1. 1. Monte Carlo Calculations by a Modified Vector Processor.At Japan Atomic Energy Research Institute, four Monte Carlo codes KENO-IV, MORSE-DD, and VIM and MCNP were vectorized to examine the adaptability of vector processors for these codes. The performances and vectorization rates of the vectorized versions were not good except KENO-IV on SX-2 vector processor, on which the vectorized version attained three times faster speed compared to its scalar version. According to the experience with the vectorization, some additional features specialized for Monte Carlo calculations will improve the vectorization rates of the four codes. Functions of the features and anticipated effects are presented.

2. 2. Speedup of Monte Carlo Criticality Calculation by a Parallel Processor.The authors implemented the Monte Carlo code KENO-IV on a parallel processor system Topology 1000 with three processing units under control of SUN workstation. The Hansen-Roach 16-group cross section set was used for the calculation. A computation for a bare sphere of highly enriched uranium metal showed that the system attained 2.7 times speedup compared to that of one processing unit.

     

亚细胞尺度氚非均匀分布下单粒子效应的蒙特卡罗模拟计算

利用蒙特卡罗程序Geant4构建了正常肺上皮细胞体素模型,结合Geant4自建DNA模型,模拟计算了氚在亚细胞尺度不同靶区的物理作用和DNA损伤效应,分析了氚处于不同滞留状态下β单粒子对细胞内环境及DNA的影响。结果表明,氚的滞留状态对不同靶区的作用呈规律性变化,源项为细胞核时,源靶组合N->N与N->C的能量沉积E_细胞核/E_细胞质比值差异最为显著,微剂量学特征值S_N->N最大。β单粒子作用于DNA产生的集簇损伤尺寸一般＜3,且多为简单单链断裂（SSSB）类型,尽管产生的集簇损伤尺寸≥3的比例(<5%)很低,但仍有产生集簇损伤尺寸高达6的可能。源项为细胞核时,产生双链断裂（DSB）的产额是单链断裂（SSB）的5%,其中复杂双链断裂（CDSB）约占DSB的20%,相比细胞质、细胞源项,CDSB产额最大。     

蒙特卡罗算法并行计算研究

采用蒙特卡罗(MC)计算方法,进行核反应粒子输运计算,是业内近十几年发展起来的一种有相对优势的计算方法.本文针对并行计算过程中数据初始化、计算任务分配、计算结果归约、计算结果一致性、程序功能一致性等关键问题进行了多种算法优劣的比较以及程序实现过程中的难点进行了分析,最终给出了测试结果和研究结论.结果表明,MC算法在粒子输运计算过程中有着相当好的计算效率.     

核辐射测井中的Monte Carlo数值模拟

数值模拟技术为核辐射测井的研究提供了新的思想方法和工作方法,大大提高核辐射测井的研究水准.在核辐射测井的数值模拟技术中,Monte Carlo模拟技术是应用最为成功的技术之一.本文根据多年的核辐射测井研究得出,Monte Carlo数值模拟技术可以应用于核辐射测井基本物理问题,方法的可行性、仪器物理设计、新应用方法和算法研究、测井解释模型建立、校正图版制作等方面.Monte Carlo数值模拟技术为核辐射测井方法的研究带来崭新空间.