امروزه تعیین عناصر کم مقدار یکی از دغدغه های اصلی محققان برای تشخیص زودهنگام بیماری های خاص می باشد. یکی از روش های موثر و دقیق برای اندازه گیری عناصر کم مقدار، استفاده از فعالسازی نوترونی است. افزایش درستی دستگاه اندازه گیری عناصر بدن، bca، بدون یکنواخت کردن آهنگ فعالسازی درون عمق فانتوم امکان پذیر نیست. از طرفی، شکل بدن و محتویات آن در تغییر یکنواختی آهنگ فعالسازی موثر است. با استفاده از پیش کندکننده، می توان توزیع یکنواخت تری در بدن ایجاد کرد. هدف از این پایان نامه تعیین جنس و شکل پیش کندکننده برای افزایش یکنواختی آهنگ فعالسازی در عمق فانتوم 5 سال است. برای این منظور، ابتدا با استفاده از فانتوم آب تاثیر فیزیک چیدمان بر یکنواختی بررسی شد. سپس بهترین ماده ی پیش کندکننده، انتخاب گردید و ضخامت های مختلف آن در مقابل فانتوم قرار گرفت. در نهایت نتایج تاثیر شکل پیش کندکننده بر میزان یکنواختی مشاهده شد. محاسبات نشان دادند، بهترین یکنواختی با استفاده از دو صفحه ی پارافینی به عنوان پیش کندکننده در بدن ایجاد می گردد. ضخامت این صفحات در هر بخش از بدن به گونه ای است که بهترین یکنواختی را در آن بخش ایجاد می کند. بهترین شاخص های یکنواختیِ کلِ به دست آمده برای توزیع عمقی، 517/9% در مقیاس cv است. همچنین مقدار cv در توزیع طولی و عرضی در چنین حالتی به ترتیب، 291/10% و 864/20% می باشد.

برای آشکارسازی و اندازه گیری شار نوترون روش های مستقیم و غیرمستقیم وجود دارد. در روش مستقیم، آشکارسازها به ازای هر نوترونی که آشکار می کنند، پالسی ایجاد می نمایند و در روش غیر مستقیم، اندازه گیری های شار نوترون از طریق فعالیت القایی توسط برهم کنش های نوترونی انجام می شود. انواع مختلفی از برهم کنش ها مورد استفاده قرار می گیرند که به دو گروه واکنش های جذبی و پراکندگی تقسیم می شوند. واکنش های جذبی عبارتند از (n,?)، (n,p)، (n,?) یا (شکافتn,). واکنش پراکندگی عمده ای که استفاده می شود برخورد نوترون-پروتون موسوم به روش پس زنی پروتون است. در این روش ذره ای که ثبت می شود پروتون ضربدیده است. روشی که در این رساله استفاده شده، روش غیر مستقیم آشکارسازی با پولک های فلزی، می باشد و توسط بتا و گامای ساطع شده، شار نوترون به دست می آید. یکی از مهم ترین مطالعات در این زمینه، یکنواختی فعالسازی است یعنی تمام نقاط نمونه به طور یکنواخت توسط نوترون فعال شوند و احتمال فعال شدن در تمام نقاط نمونه یکسان باشد. که این موضوع در دانشگاه فردوسی مشهد بررسی می شود. هدف از این رساله اندازه گیری شار نوترون های حرارتی در فانتوم پارافین با استفاده از بتا و گامای گسیل شده از پولک ایندیوم می باشد و یکنواخت بودن شار نوترون با اندازه گیری و محاسبه توسط کد mcnp بررسی می شود.

چکیده روش فعالسازی نوترونی یک روش مفید و غیر مخرب برای تعیین عناصر کم مقدار بدن نظیر اکسیژن، هیدروژن،کربن، فسفر، ازت و غیره به منظور تشخیص برخی بیماری هاست. در این روش هسته های عناصر موجود در بدن با بمباران نوترونی توسط یک چشمه نوترون، برانگیخته شده و پرتوهای گاما گسیل می کنند. با آشکارسازی طیف گامای گسیل شده از بدن می توان از کاهش یا افزایش عناصر نسبت به حالت طبیعی اطلاع یافت. در این روش بیمار ناگزیر از دریافت دز ناشی از برخورد پرتوها می باشد. اما به منظور تضمین حفاظت فرد از دریافت دُز بیش از حد استاندارد آن و جلوگیری از اثرات جانبی برخورد پرتو به بدن، باید مانع از رسیدن پرتوهای غیر ملزوم به بدن بیمار شد. مهمترین منبع ایجادکننده ی پرتوهای نامطلوب، پرتوهای گامای تولیدشده در چشمه نوترونی استفاده شده در دستگاه، مانند چشمه های (?,n) است. منبع دیگر آن پرتوهای گامای ثانویه ای هستند که از برخورد نوترون با اجزای دستگاه ivnaa به وجود می آیند. هدف این پایان نامه، کم کردن دز گامای رسیده به بدن است. به همین منظور در دستگاه ivnaa، حفاظ گاما در دو موقعیت مجزای اطراف بیمار و دور چشمه قرار داده شد و تاثیر این حفاظ گذاری بر کاهش شار گاما، دز گامای رسیده به بدن و تغییرات شار نوترون حرارتی دستگاه مورد بررسی قرار گرفت. اما کمیت مهمی که از کاهش خطرپذیری اطمینان خاطر می دهد، کاهش دز دریافتی کل بدن می باشد. از طرفی در دستگاه ivnaa، اگر بتوان با یک چیدمان خاص، آهنگ کاهش دز دریافتی را به شرط آن که شار نوترون حرارتی در آن برای کاهش زمان اندازه گیری در حد قابل قبولی زیاد باشد تسریع بخشید، حساسیت دستگاه برای یک اندازه گیری دقیق بیشتر شده است. بنابراین یکی از شاخص های دستگاه که باید بهینه شود، حساسیت است. بررسی های صورت گرفته نشان داد که در دستگاه همراه با حفاظ گاما حساسیت نسبت به حالت بدون حفاظ افزایش می یابد و این افزایش با حفاظ حول چشمه نسبت به حفاظ اطراف بیمار بیشتر است. بهترین چیدمان با در نظرگرفتن حساسیت، برای دستگاه همراه با حفاظ تنگستن دور چشمه و پس از آن جیوه در همین موقعیت با شعاع های بیشتر از 4cm محاسبه شد.

در حوزه سلامت با تعیین میزان دقیق عناصر در بدن یک فرد و بررسی افت وخیزهای احتمالی آن در طول زمان می توان سلامت فرد را کنترل کرد. روش فعالسازی نوترونی در موجودات زنده (ivnaa) که برای تعیین دقیق عناصر تشکیل دهنده اجزای بدن انسان به کار می رود، روشی کارآمد است که دارای استاندارد طلایی می باشد. با توجه به اینکه در این روش ضمن تابش دهی نوترون به نمونه، گاماهای آنی ساطع شده از بدن آشکارسازی و تحلیل می گردد، بهینه سازی این فرآیند و جلوگیری از ورود نوترون به آشکارساز یکی از مسائل مهم به شمار می رود. ورود نوترون به آشکارسازها باعث فعال شدن کریستال آشکارساز و تولید گاماهای آنی و تأخیری شده و دقت اندازه گیری را از بین می برد. برای افزایش دقت، بایستی زمان نوترون دهی به نمونه (بدن) افزایش یابد. در نتیجه این فرآیند دز دریافتی توسط نمونه بالا می رود. با طراحی یک حفاظ بهینه برای آشکارساز ضمن کاهش چشمگیر شار نوترون ورودی به آن و عدم تولید گامای اضافی، مدت زمان نوترون دهی به نمونه کمتر شده و دز دریافتی بیمار پایین می آید. در این تحقیق با بررسی ترکیبات مختلف حفاظ آشکارساز در چیدمان ivnaa، به معرفی ترکیب حفاظ بهینه پرداخته شده است. ابتدا با تحلیل سطح مقطع ها و داده های کتابخانه ای حفاظ بهینه انتخاب و در مرحله بعد به منظور محک پیشنهاد اولیه حفاظ، با استفاده از کد mcnpx حالت واقعی شبیه سازی گردید. در نهایت نیم سانتی متر ترکیب کربید بور به عنوان حفاظ آشکارساز های nai پیشنهاد شده است.

چکیده کاربرد روزافزون پرتوهای یونساز و غیریونساز در زمینه های مختلف شغلی امری مفید و اجتناب ناپذیر است. بنابراین برای حفاظت کارکنان در برابر تابش، برآورد دز رسیده به بدن ضرورت پیدا می نماید. در این پژوهش دزسنجی دستگاه های مین یاب که از روش پس پراکندگی نوترون جهت شناسایی مین های زمینی استفاده نموده، مورد بررسی قرار گرفته است. این دستگاه ها شامل چشمه نوترون be9-am 241 و آشکارساز 3bf می باشد. به منظور برآورد آسیب پذیری تابش، کمیته icrp دزموثر را معرفی کرده است. این کمیت محاسباتی می باشد، اما در اکثر موارد تابش به دلیل مشخص نبودن جهت و انرژی نوترون های تابیده به بدن، به طور مستقیم نمی توان دزموثر نوترون را محاسبه نمود. بنابراین، در این پژوهش دزموثر نوترون با استفاده از روش های تقریبی و روشی دقیق در فواصل مختلف کاربر از سیستم مین یاب، برآورد گردید. این محاسبات با استفاده از مدل فانتوم ریاضی ornl به وسیله شبیه سازی کد مونت کارلوmcnpx با اجرای حدوداً 100 برنامه انجام شد. هدف از انجام این پایان نامه، ارائه یک روش قابل اعتماد و کارآمد برای دزسنجی سیستم های مین یاب و مقایسه دز دریافتی با دزمجاز سالانه بوده است. روش تقریبی دزموثرمتوسط نسبت به روش تقریبی معادل دزموثر تفاوت کمتری با روش دقیق دزموثر داشت، در نتیجه این روش برای دزسنجی دستگاه های مین یابی پیشنهاد می شود. با مقایسه دزموثر دریافتی با دزمجاز سالانه مشخص شد که دز دریافتی از مین یاب های مورد بررسی بالا بوده است. کلید واژه: دستگاه مین یاب، دزموثر، فانتوم ornl، کد mcnpx

چکیده یکی از دغدغه‎های اصلی جوامع بشری سوانح هسته‎ای و پرتوگیری خارجی از ایزوتوپ‎های آزاد شده از آن می‎باشد. از این رو، تعیین انرژی ذخیره شده توسط مواد پرتوزا در بدن انسان ضروری است. علمی که به کمک آن می توان به این مهم دست یافت دزسنجی نام دارد و هدف آن محاسبه دز موثر می‎باشد. برای این منظور، دو روش متفاوت حل مسئله مطرح می‎شود: روش تحلیلی و روش عددی. در روش تحلیلی با توجه به خطای سیستماتیک، برآورد دقیق دز امکان‎پذیر نیست. بنابراین با روش عددی مونت‎کارلو و با استفاده از کد محاسباتی mcnp-4c اقدام به محاسبه و اندازه‎گیری دز جذبی و دز موثر، تحت پرتوگیری خارجی از 20 ایزوتوپ آزاد شده از سوانح هسته‎ای، می‎گردد. برای برآورد دز موثر، آدمک بزرگسال ornl روی زمین آلوده به تشعشعات پرتوزا شبیه‎سازی شده و چشمه به‎صورت استوانه‎ای با شعاع بهینه و عمق 1، 2، 3، 4 و 5 سانتی‎متر تعریف می‎گردد. شعاع بهینه با توجه به پویش آزاد متوسط تابش، برای هر ایزوتوپ مقدار مشخصی به‎دست خواهد آمد. در بررسی آسیب‎پذیری اعضای بدن، مشاهده می‎شود اعضای سطحی و گسترده مانند پوست، سطح استخوان و مغز استخوان، تحت پرتوگیری خارجی، دز بسیار زیادی را دریافت می‎کنند. مقایسه دز موثر ناشی از تابش ایزوتوپ‎ها نشان می‎دهد، با وجود افزایش دز موثر با عمق آلودگی، برای ایزوتوپ‎هایی مانند sm151 و sn121m مقدار دز رسیده به بدن به اشباع می‎رسد. به‎طور کلی، ایزوتوپ‎هایی مانند co60 و cs134 در زمان سانحه و co60 و cs137 با گذشت زمان بیشترین مقدار دز را ایجاد می‎کنند. در نهایت، مقدار دز موثر ناشی از 20 ایزوتوپ در عمق آلودگی 5 سانتی‎متری با درنظرگرفتن درصد وزنی تولید ایزوتوپ‎ها در نیروگاه حدود 4-^10×6/9 میکروسیورت به ازای یک بکرل ثانیه واپاشی در سانتی‎متر مکعب برآورد شده است. کلید واژه: سوانح هسته‎ای، کد mcnp-4c، آدمک ornl، دز جذبی، دز موثر.

رتوها در زندگی بشر کاربردهای زیادی دارند که بارزترین سهم آنها در کاربردهای پزشکی، مثل استفاده در پرتونگاری و پرتودرمانی تشخیصی می باشد، همچنین کار با چشمه های پرتوزا در کارگاه ها و آزمایشگاه های تحقیقاتی از جمله کاربردهای مهم پرتوها در زندگی بشر است. از این رو که پرتوها چه اثری بر بافت های بدن دارند، روش های دزسنجی اهمیت فراوانی پیدا خواهند کرد. یکی از روش های انجام محاسبات دزسنجی استفاده از روش شبیه سازی مونت کارلو است. دراین روش های محاسباتی یکسری پارامترها ازجمله، دز جذبی رسیده به اعضای مختلف بدن، دز معادل و دز موثر، محاسبه می شوند و برای محاسبه ی دز جذبی رسیده به اعضای بدن انسان بایستی هندسه ی مسئله به درستی شبیه سازی شود، که بدن انسان نیز جزء این هندسه ها است. مدل سه بعدی شبیه سازی شده از بدن انسان فانتوم نام دارد. این پایان نامه در جهت تصحیح فانتوم ریاضی بزرگسال اکرمن و کریستی انجام گرفته است و کار ما در این پژوهش تصحیح قسمت سر، گردن و مغز به همراه شبیه سازی تمامی اعضای درون این نواحی به طور کامل، بر اساس نسخه ی mird-15 و جایگزینی آن به جای قسمت سر و گردن فانتوم قبلی بود و در نتیجه یک نسخه از فانتوم ریاضی مدل بزرگسالِ نزدیک تر به واقعیت بدن انسان طراحی شد. سپس کار دزسنجی چشمه های am-be241 و cf252 را بر روی فانتوم تصحیح شده انجام دادیم. برای شبیه سازی نواحی مورد نظر در این مدل از کد محاسباتی مونت کارلو mcnp-4c استفاده شده است و پس از اتمام کارهای شبیه-سازی فانتوم، پارامتر های دزسنجی مورد نظر، از طریقِ محاسبه با کد پیشرفته تر mcnpx صورت گرفت و نتایج بدست آمده شامل دز جذبی، دز معادل و دز موثر بافت های مختلف بدن در نمودارهای مختلف در دو فانتوم جدید و فانتوم قبلی بررسی و مورد مقایسه قرار گرفته شدند.

چکیده نوترون یکی از انواع تابش های یونیزان است که می تواند سبب بروز سرطان و یا جهش های ژنتیکی و اثرات توارثی در فرد تحت پرتوگیری شود. این اثرات که تحت عنوان اثرات تصادفی تابش از آن ها یاد می شود، توسط کمیتی به نام دزموثر ارزیابی می شوند. دزموثر کمیتی استاندارد است که کمیته بین المللی حفاظت در برابر پرتوها، icrp، به منظور برآورد خطرات تصادفی تابش های یونیزان معرفی کرده است. ازاین رو برای حفظ سلامت افرادی که به دلیل مسائل شغلی یا درمانی تحت تابش نوترون قرار می گیرند دانستن مقدار دقیق آن ضرورت پیدا می کند. دز موثر یک کمیت محاسباتی است و نمی توان آن را اندازه گیری کرد. اما می توان تخمینی از دز موثر را به کمک معادل دز که کمیتی عملیاتی و قابل اندازه گیری است، به دست آورد. هدف از انجام این پایان نامه، تعیین الگوریتمی بین کمیت دز موثر نوترون و قرائت معادل دز از دزسنج های گرمالیانی حساس به نوترون می باشد. به این منظور، موقعیت های مختلف قرارگیری دزسنج ها روی بدن و ترکیبی از دو یا تعداد بیشتری از آن ها مورد ارزیابی قرار گرفت. در این پژوهش برای انجام محاسبات از کد مونت کارلویmcnp به همراه فانتوم محاسباتی بزرگسال ornl استفاده شد. برای به دست آوردن داده های مورد نیاز 80 برنامه mcnp تهیه شد که مدت زمان متوسط اجرای هر کدام حدود 110 ساعت بوده است. اغلب داده های به دست آمده از اجرای این برنامه ها با خطای نسبی کمتر از 2% گزارش شدند. محاسبات این پژوهش نشان دادند در همه حالت های استاندارد پرتوگیری، دزسنجی که در سمت مخالف تابش روی بدن نصب می شود، بهترین برآورد دز موثر را به دست می دهد. همچنین موقعیت قرارگیری مناسب آن روی تنه و در فاصله 5 سانتی متری پایین گردن شخص می باشد. علاوه بر این، در میدان های ناشناخته نوترون می توان دز موثر را با نصب چهار دزسنج در چهار طرف بدن و با توجه به کمترین قرائت آن ها برآورد کرد.

از آنجا که در محیط اطراف ما به طور طبیعی پرتودهی وجود دارد و انسان همواره در معرض تابش قرار دارد، مهم است که بدانیم میزان تابش دریافتی چقدر است. این مسئله، مسئله غامض و قابل اهمیتی است. هدف از این تحقیق، محاسبه ی مقادیر دز تحت پرتوگیری از چشمه های پرتوزای موجود در خاک است که این چشمه ها شامل عناصر پتاسیم-40، توریوم-232، اورانیوم-238 و ایزوتوپ های حاصل از واپاشی زنجیره آن ها می باشند. به این منظور از فانتوم تصحیح شده ی ornl و کد محاسباتی مونت کارلوی mcnp4cاستفاده شده است. در ابتدا برای تخمین میزان دز حاصل از این چشمه های طبیعی، ابعاد بهینه ای متناظر با انرژی فوتون های تابشی هر ایزوتوپ تعیین شده و با جایگذاری این مقادیر در ورودی کد محاسباتی مونت کارلو، ضرایب تبدیل دز به ازای یک واپاشی از واحد حجم بدست آمد. از سوی دیگر، میزان پرتوگیری مناطق مختلف به دلیل تفاوت در مقدار عناصر پرتوزای موجود در خاک هر منطقه، یکسان نیست. بنابراین نمی توان با اندازه گیری پرتودهی یک نقطه آن را به بقیه نقاط تعمیم داد. از این رو، بهتر است که غلظت مواد موجود در خاک محاسبه شود که برای این منظور از معادلات بیتمن استفاده شده است. با مشخص بودن غلظت مواد، برآورد دقیقی از میزان پرتوگیری و همچنین تخمین درستی از مقدار واقعی دز ناشی از دختران اورانیوم و توریوم در اعضای بدن به دست می آید. در نهایت، نتایج حاصل از این پژوهش با نتایج محاسبات پیشین مقایسه شده است.

یکی از بزرگترین دستآوردهای بشر در قرن بیستم، کشف مواد پرتوزا و فعل و انفعالات هسته‎ای و خواص پرتوهاست. هم زمان، موضوع اثرات پرتوها بر طبیعت به ویژه موجودات زنده و منابع زیست محیطی مورد مطالعه قرار گرفت. میزان مجاز دز موثر سالانه، 2/4 میلی‎سیورت در سال تعیین شده است. محاسبات دزسنجی برای فوتون خارجی برای تمامی اعضا در هندسه‎های تابشی ap، pa، rlat و llat و چشمه سطحی با بازه انرژی mev 0/10- 01/0، با استفاده از محاسبات مونت کارلو کد mcn4c، فانتوم ornl و دزسنج گرمالیانی tld-700 حساب شده است. در اغلب اعضا و بافت‎های بررسی شده، دز جذبی دریافتی از هندسه ap بسیار بیشتر از هندسه های دیگر است؛ پس از آن به ترتیب برای هندسه های pa، llat و rlat دز جذبی دارای بیشترین مقدار است. دز جذبی مغز استخوان، تیروئید، پوست، سینه، بیضه و کبد نسبت به بقیه اعضا بیشتر است. در محیط های ناشناخته از نظر نوع و انرژی پرتو فوتون، برای برآورد دز موثر استفاده از دو دزسنج، یکی روی قفسه سینه و دیگری روی ستون فقرات، پیشنهاد می شود. در این پایان نامه تلاش شده است تا برای ترکیب قرائت دزسنج ها، وزن‎دهی مناسبی ارائه شود تا با حداقل خطا، برآورد دقیقی از دز موثر به دست آید. دو روش وزن‎دهی به قرائت دزسنج ها، بر اساس مکان و دیگری بر اندازه قرائت دزسنج ها مورد بررسی قرار گرفتند. روش ریاضیاتی کاهش حداقل مربعات و متغیر خوبی برازش برای به دست آوردن ضرایب وزنی استفاده شده است. در نهایت، استفاده از روش وزن‎دهی به قرائت دزسنج ها بر اساس اندازه آن‎ها، برآورد دقیق‎تری از دز موثر فراهم می کند. وزن 0/82 و 0/01 به ترتیب برای قرائت های بزرگتر و کوچکتر در بازه 10/0 - 0/01 میلیون‎الکترون ولت و وزن 0/88 و 0/01 در بازه 10/0-0/1 میلیون‎الکترون ولت به دست آمد.

برای کنترل سلامت، تشخیص به موقع و زودهنگام بیماری ها اهمیت زیادی دارد. به این منظور تعیین میزان دقیق ترکیبات و عناصر کم مقدار بدن یکی از دغدغه های اصلی محققین می باشد. یکی از روش های دقیق تعیین عناصر یک نمونه، فعالسازی نوترونی در بدن موجودات زنده ivnaa است. در این روش، هسته نوترون را جذب کرده و به ایزوتوپ پرتوزا تبدیل می شود. هسته برانگیخته در بازگشت به حالت پایه گاما گسیل می کند و مقدار رادیوایزوتوپ تولید شده از روی گامای خروجی تعیین می شود. بنابراین اولین مرحله در این روش پرتودهی به بدن است. دزسنجی این روش، به منظور برآورد صحیح آسیب های ناشی از تابش پرتو در بدن اهمیت می یابد. در این پژوهش، کمیت مورد توجه برای اهداف دزسنجی، دز موثر است. برای برآورد دز موثر ابتدا باید دز معادل تعیین شود. میزان شار فرودی به بدن برای محاسبه ی صحیح دز معادل اهمیت خاصی دارد، زیرا که ضرایب وزنی تابش، مستقیما به انرژی فرودی به بدن وابسته هستند. حضور کند کننده و منعکس کننده در دستگاه ivnaa، باعث تغییر انرژی پرتوها قبل از رسیدن به بدن می شود و بنابراین طیف انرژی نوترون در هنگام ورود به بدن به طور دقیق مشخص نمی باشد.در نتیجه، نمی توان ضرایب وزنی تابش را به درستی انتخاب کرد. به همین دلیل در این پایان نامه، برای برآورد دز معادل از سه روش استفاده شده است: 1)تقریب معادل دز 2)تقریب دز معادل متوسط 3)محاسبه ی دقیق دز معادل. درنهایت دز موثر حاصل از هرسه روش به دست آمده است. برای انجام محاسبات دزسنجی و شبیه سازی دستگاه، از کد mcnpx و فانتوم 5 سال ornl استفاده شده است.

نوارهای دورانی 1، 3، ed، 1tsd و 2tsd در هسته hf168 که تا اسپین های بالا مشاهده شده اند و نوارهای سه محوری در هسته های lu165-161 و lu167 با استفاده از مدل کرنک نیلسون-استروتینسکی (cns) مطالعه و نوارهای نظری مناسب برای آنها معرفی می شود. همراستایی موثر نسبی بین نوارهایی که دارای یک شکل سه محوری هستند نیز در ایزوتوپهای lu و همچنین در نوار ابر اسپینی ایرست در er158 بررسی می شوند و با نتایج تجربی مقایسه می شوند. این مقایسه پیشنهاد می کند نوار ابر اسپینی در هسته er158 از دوران حول محور اصلی متوسط (00 ) تشکیل شده است. بررسی تقریبهای موجود در کد استاندارد cns بر روی هسته hf168 نشان می دهد خطاهایی که از حذف مولفه های غیر قطری ماتریس هامیلتونی و خطای قطع کردن در 9 پوسته (8 ) ناشی می شود در مقایسه با دیگر خطاهای محاسبات قابل چشمپوشی می باشد. سطوح انرژی پتانسیل هسته hf168 در یک فضای تغییر شکل 5 بعدی در اسپین های مختلف و با استفاده از مدل cns بررسی می شوند. فضای تغییر شکل شامل دو مولفه تغییر شکل چهار قطبی ( ) و سه مولفه تغییر شکل شانزده قطبی ( ) می باشد. این مطالعه که به اثر شکلهای شانزده قطبی غیر محوری بر روی انرژی کل هسته توجه شده است، نشان می دهد این اثر برای شکلهای با تقارن محوری کوچک است (حدود چند kev) در حالیکه در شکلهای سه محوری با تغییر شکلهای بزرگ منجر به کاهش انرژی در حدود kev 500 در هسته hf168 می شود. همچنین رهیافت کمینه کردن انرژی در فضای کامل تغییر شکل شانزده قطبی را برای پیکربندی های tsd در ایزوتوپهای lu و هسته er158 به کار برده ایم. محاسبات ما نشان می دهند این اثر منجر به تصحیحات کوچکی در انرژی هسته های مذکور می شود.

اثرات بیولوژیکی مخرب نوترون درون بدن انسان، یکی از دغدغه های مهم در محیط های آلوده به نوترون است. از طرفی حضور در چنین محیط هایی برای برخی از افراد اجتناب ناپذیر می باشد. بنابراین استفاده از یک دزسنج محیطی نوترون به عنوان یک هشدار دهنده در چنین محیط هایی مفید به نظر می رسد. هدف این پژوهش ایجاد قابل قبول ترین دزیمتر برای تخمین دز دریافتی شخص می باشد. کمیتی که توسط کمیته بین المللی حفاظت در برابر پرتو، icrp، برای بیان میزان تخریب ناشی از پرتو در کل بدن معرفی شده است، دز موثر می باشد. این کمیت کاملا محاسباتی است و امکان اندازه گیری آن وجود ندارد. آنچه دزسنج اندازه می گیرد شمارش است در نتیجه باید رابطه بین شمارش و دز در همه ی انرژی ها مشخص شود. هندسه اولیه دزیمتر شامل یک he3 به عنوان آشکارساز نوترون های حرارتی است که توسط پلی اتیلن پوشانده شده است. به منظور تخمین دز موثر، برای ناحیه کم انرژی ضخامت های مختلفی از کادمیوم درون کره پلی اتیلنی قرار گرفت که بهترین نتایج مربوط به mm 1 کادمیوم بود و برای ناحیه پر انرژی تر ضخامت های مختلفی از بریلیوم، بیسموت وسرب استفاده شد و بهترین تطابق بین شمارش و دز موثر با سرب ایجاد شد.

پرتوها در زندگی بشر کاربردهای زیادی دارند و بارزترین سهم آنها در پزشکی مانند استفاده در پرتونگاری تشخیصی و پرتودرمانی میباشد. در پرتودرمانی ، هدف نهایی درمان، تحویل بیشینه دز به بافت سرطانی با حداقل عوارض جانبی به بافتهای سالم اطراف تومور میباشد. برای اطلاع از اثر پرتو بر بافتهای بدن، از روشهای دزسنجی استفاده میشود که از جمله آنها روشهای محاسبات مونت?کارلو است. این روش بر مبنای شبیه?سازی برهم?کنشهای مختلف میکروسکوپیکی و با در نظر گرفتن احتمال هر برهم?کنش است. در این پژوهش، اثر تنفس در موارد حفاظتی مانند تصویربرداریهای تشخیصی و در پرتودرمانی بررسی شد و نهایتا پرتودرمانی ریه (حساسترین اندام به تنفس) با در نظرگرفتن تنفس انجام شد و بهترین نقشه درمان پیشنهاد شد. از کد محاسباتی mcnpx به منظور شبیه?سازی فانتوم زن بزرگسال از سری فانتومهای هیبرید استفاده شد. یک جنبه حیاتی برای شبیه?سازی فانتوم محاسباتی، واقعگرایی است که بتوان آزمایشات دزسنجی را با استفاده از روش محاسبات مونت?کارلو انجام داد. فانتوم xcat یک فانتوم هیبریدی مرجع است که به دلیل دارا بودن جزئیات آناتومی دقیق و نیز در نظر گرفتن حرکت تنفسی بسیار واقعگرا است. هدف اولیه این فانتومها استفاده در تحقیقات تصویربرداری پزشکی بود اما آنها ابزار مناسبی در دزسنجی تابشی به منظور برآورد میزان دز در بیمار خاص و ریسک پرتودهی و بهینهسازی دستورالعمل کاهش دز هستند. پس از بررسیهای انجام شده درصد تغییرات دز در موارد حفاظت در برابر پرتو بسیار کم بود اما در درمان با پرتو تغییرات بسیار زیاد بود که نهایتا درمان با در نظر گرفتن تنفس صورت گرفت.

پروتون درمانی یکی از روش های درمان سرطان است که در درمان انواع خاصی از تومورها، مخصوصا تومورهایی که در عمق قرار دارد، بر سایر روش های پرتودرمانی ارجحیت دارد. امتیاز پروتون درمانی به سایر روش ها، به خواص فیزیکی پروتون و در واقع به چگونگی توزیع دز آن در ماده بر می گردد. پروتون ماکزیمم دز خود را در انتهای مسیر و به یکباره ذخیره می کند و در طول مسیر دز کمی ذخیره می کند. این توزیع دز توسط منحنی براگ توصیف می شود و به مکان ذخیره ماکزیمم دز، قله براگ گفته می شود. به این ترتیب با توجه به عمق تومور در بدن می توان انرژی پرتو را به گونه ای تعیین کرد که مکان قله براگ بر روی تومور واقع شود و به بافت سالمی که در مسیر عبور پرتو قرار دارد آسیب کمی می رسد. و همچنین می توان با توجه به پهنای تومور از قرار دادن چندین قله براگ باریک در کنار هم، قله گسترده براگ (sobp) را، برای ایجاد توزیع دز یکنواخت در تومور ایجاد کرد. برای شبیه سازی درمان یک تومور مغزی کروی شکل به وسیله پرتو پروتون، با استفاده از کد مونت کارلو، از یک چشمه دایره ای شکل و هم شعاع با کره تومور استفاده کرده و سپس بازه انرژی مورد نیاز چشمه، متناسب با مکان تومور تعیین می شود. برای شبیه سازی بدن بیمار نیز از فانتوم وکسل استفاده شده است. در اینجا با قرار دادن چشمه در زوایای مختلف نسبت به سر فانتوم و سنجش معیارهای مربوط به یک پروتون درمانی موفق، می توان موقعیت مکانی بهینه را برای چشمه پیدا کرد. از جمله این معیار ها، دریافت دز کافی در تومور برای تخریب کامل و همچنین یکنواختی توزیع دز در تومور می باشد. و دیگری پایین بودن دز متوسط رسیده به اعضا سالم است. البته با توجه به اینکه برهمکنش پرتو با ماده به صورت نقطه ای است، علاوه بر پایین بودن دز متوسط جذب شده در اعضا، یکنواختی توزیع آن نیز اهمیت دارد و باید مطمئن شویم هیچ نقطه ای از بافت سالم بیش از حد مجاز دز دریافت نکرده باشد. اما در این پژوهش بهترین حالت را از لحاظ موقعیت مکانی چشمه، به گونه ای تعیین کردیم که در این حالت، با وجود دریافت دز کافی با توزیع تقریبا یکنواخت در تومور، دز متوسط رسیده به اعضا سالم بیش از حد مجاز نباشد. در این شبیه سازی به نواحی ای از بافت سالم مغز که در اطراف تومور قرار دارد، همانند تومور، دز بالایی رسیده است. برای حل این مشکل لازم است در شبیه سازی حجمی در مسیر عبور پرتو قرار دهیم که شکل تومور در آن تعبیه شده باشد. به این وسیله مکان ذخیره ماکزیمم دز پرتو منطبق بر شکل تومور شده و این نقص رفع می شود.

درمان تومور با استفاده از اندرکنش هسته ای جذب نوترون حرارتی در 10b، که به اختصارbnct نامیده می شود روشی درمانی شامل دو مرحله می باشد، در یک مرحله، مقدار مناسبی از 10b، با سطح مقطع جذب بالای نوترون حرارتی (b 3837)، داخل تومور تزریق شده و در مرحله بعد، به ناحیه تومور، نوترون حرارتی تابیده می شود. سطح مقطع جذب نوترون حرارتی بالا برای این ایزوتوپ بور، در مقایسه با سایر عناصر بدن و غیر سمی بودن آن و از طرفی، برد کوتاه (در حدود ابعاد سلول) محصولات اندرکنش، منجر به محدود کردن تخریب زیاد ناشی از محصولات واکنش به ناحیه تومور و سالم ماندن سایر بافت های سالم می شود. برای بررسی جنبه های مختلف این روش و عملیاتی کردن آن به منظور اعمال روش بر بیمار، کلیه شرایط مسئله شبیه سازی می گردد. شبیه سازی یک مسئله bnct، با استفاده از فانتوم های شبیه انسان و با استفاده از مواد معادل بافت های بدن صورت می گیرد. با استفاده از شبیه سازی مونت کارلو مقدار دز جذبی در تومور و اعضای سالم محاسبه می شود. ارزیابی نتایج یک مسئله bnct، با استفاده از شاخص پراکندگی و تحلیل دز جذب شده در اعضا سر و تومور و مقایسه آنها با مقادیر مجاز، صورت می گیرد. لازم است چیدمانی برای فاکتورهای دخیل در مسئله، اتخاذ شود و این فاکتورها به گونه ای تغییر کنند که این شاخص ها بهینه گردند. در این راستا، مسئله بیمار با تومور مغزی در مقابل چشمه نوترون، شبیه سازی شده است سپس وضعیت تومور و اعضاء سر از نظر میزان دریافت دز، مورد بررسی قرار گرفته است. و مقایسه ای بین دز جذب شده در تومور و سایر اعضاء سر صورت گرفته است. دز جذب شده در اعضاء، با استفاده از ضرایب تبدیل شار به کرما محاسبه شده است. در ادامه کار، یکنواختی دز در تومور، مغز و غده هیپوفیز بررسی شده است. بدین منظور، عدد شاخص پراکندگی محاسبه شده و نمودارهای dvh ترسیم شده و مورد تحلیل قرار گرفته است. در انتها وضعیت های ترکیبی ای که در آن چند چشمه در مکان های متفاوت نسبت به سر بیمار قرار دارد نیز بررسی شده است. کلیه حالت های انفرادی و ترکیبی چشمه ها با یکدیگر و با پروتوکل های موجود مقایسه گردیده و بهترین وضعیت درمانی برای بیمار تعیین شده است.

تخمین دز در فرآیند¬های تشخیصی و درمانی پزشکی هسته¬ای مورد توجه فراوان جامعه بین المللی در زمینه دزسنجی است. محاسباتی که تاکنون در پزشکی هسته¬ای مورد استفاده قرار گرفته است، بر پایه فانتوم¬های ریاضی است که به دلیل هندسه بسیار ساده و دور از واقعیت خود مورد انتقاد هستند، به خصوص هنگامی که مشخص شود در دزسنجی¬های انجام شده توسط فانتوم ریاضی، دز اندام¬های حیاتی کمتر از مقدار واقعی برآورد شده است. محاسبات دزسنجی داخلی زن و مرد مرجع بزرگسال برای فرآیندهای مربوط به غدۀ تیروئید در این پژوهش انجام شده است. نتایج نشان می¬دهد که محاسبات مبتنی بر مدل¬های ریاضی تخمین دست پایینی از دز اندام¬های حیاتی مانند ریه و مغز استخوان ارائه کرده است. به دلیل حساسیت بالای جنین نسبت به پرتو، تخمین دز داخلی ناشی از رادیوداروی تزریق شده به مادر در پزشکی هسته¬ای از اهمیت بالایی برخوردار است. جداولی که پزشکان هسته¬ای اکنون برای تخمین دز جنین استفاده می¬کنند نیز، بر پایه محاسبات مبتنی بر مدل¬های ابتدایی زن باردار و جنین است. از این رو، مجموعه فانتوم¬های زن باردار و جنین در سنین 3، 6 و 9 ماه در این مطالعه جهت کاربرد در محاسبات گسترده دزسنجی در پزشکی هسته¬ای طراحی شده که بر پایه تصاویر واقعی از زن باردار و جنین ایرانی تهیه شده است. مدل¬های جنینی دارای 20 اندام و بافت مجزا هستند. جرم اندام¬های جنین و مادر در این مجموعه منطبق بر مقادیر مرجع icrp است و جابجایی اندام¬های شکمی مادر در حین بارداری و مدل سازی آن به صورت کاملاً واقعی شبیه سازی شده است. برای انجام محاسبات دزسنجی، مقدار پرتوزایی انباشته شده در اندام¬های مختلف بدن مورد نیاز است. این مقادیر توسط مدل¬های حرکت زیستی رادیودارو در بدن محاسبه می¬شود. در این مطالعه، معادلات حرکت زیستی ید در بدن زن باردار و جنین، در 7 سطح برداشت تیروئید مادر، به صورت عددی حل شده است. پرتوزایی انباشته شده در تیروئید جنین، به طور قابل توجهی بیش از سایر اندام¬های جنین بدست آمده است. در این تحقیق، شبیه سازی مونت کارلو به وسیله کد mcnp انجام است. دز جذبی اندام¬های جنین و مادر در روش¬های تشخیصی و درمانی غدۀ تیروئید محاسبه شده است. نتایج این پژوهش نشان می¬دهد که دز تیروئید جنین به طور قابل توجهی بیش از دز کل جنین در قبال دریافت ید پرتوزا است. استفاده درمانی از ید-131 منجر به دریافت دز بیش از mgy 500 در تیروئید جنین می¬شود. در این موارد، توصیه به سقط جنین حتمی است. استفاده از ید-131 در موارد تشخیصی نیز دز جنینی بالای mgy 100 را در پی دارد، به استثنای برداشت 95% تیروئید مادر در سه ماهه اول بارداری که دز تیروئید جنین پایین¬تر از حد آستانه mgy 100 بدست آمده است. بنابراین اگر در این مورد خاص، تصویربرداری از تیروئید با استفاده از ید-131 و به صورت ناآگاهانه انجام شده است، دلیلی برای سقط وجود ندارد. دز تیروئید جنین برای تصویربرداری از تیروئید با استفاده از ید-123 در سه ماهه دوم بارداری، در ناحیه بالای mgy 100 واقع شده است و در سایر موارد در محدوده mgy 100-10 قرار دارند. فقط برای برداشت 95% تیروئید مادر در سه ماهه اول و سوم بارداری، دز تیروئید جنین کمتر از mgy 10 بدست آمده است. اگر سن جنین کمتر از 10 هفته باشد، باید دز رسیده به کل بدن جنین برآورد شود، زیرا تیروئید جنین ید را جذب و جمع آوری نمی¬کند. در این حالت، دز کل جنین به ازای دریافت ید-131 و ید-123 در موارد تشخیصی، در بازۀ کمتر از mgy 1 قرار دارد. در نتیجه، خطر پرتو قابل صرفنظر کردن است و می-توان با توجه به حیاتی بودن تشخیص برای سلامت مادر، این فرآیند را انجام داد. دز جنین در تصویربرداری از تیروئید با تکنسیم-m99، در بازه mgy 10-1 قرار دارد. افزایش بروز ناهنجاری در جنین¬هایی که دز کمتر از mgy 100 دریافت کرده¬اند، مشاهده نشده است. اما باید بیمار را از احتمالی که در مورد سرطان¬های ثانویه وجود دارد، آگاه ساخت.

سرطان پروستات اولین سرطان فراگیر و دومین دلیل مرگ ناشی از سرطان پس از سرطان ریه در میان مردان می¬باشد. هم اکنون ترکیبی از درمان¬های جراحی، پرتودرمانی، هورمون درمانی و شیمی درمانی در مورد سرطان پروستات به کار می¬رود. اما متاسفانه سرعت رشد روش¬های درمانی نسبت به تشخیص در سرطان¬ها بسیار کند است به طوری که نرخ مرگ و میر ناشی از سرطان از آهنگ تشخیص آن بزرگ¬تر است. در موثرترین روش یعنی پرتودرمانی، که به عنوان یک روش درمانی کمکی پس از جراحی به کار می¬رود، سلول¬های سالم نیز صدمه می¬بینند و احتمال سرطان ثانویه نیز همیشه وجود دارد. گسترش روش¬های هدف درمانی، برای از بین بردن گزینشی سلول¬های سرطانی ایده¬آل هستند و باعث آسیب بسیار اندکی به سلول¬های سالم مجاور می¬شوند. روش گیراندازی نوترون حرارتی در هسته غیر پرتوزای بور10(bnct) به عنوان یک روش هدف درمانی شناخته شده است. محصولات این برهمکنش، ذرات آلفا و لیتیم هستند که انتقال انرژی خطی بالایی در بافت دارند و همان سلولی را نابود می¬کنند که اندرکنش در آن رخ داده است. بنابراین می¬توان با گزینش سلول¬های سرطانی و بالا بردن غلظت بور در آن¬ها، سلول¬ها را به طور مؤثری از بین برد. در این رساله، ابتدا از فانتوم ریاضی mirdبرای امکان سنجی درمان سرطان پروستات استفاده شده است. باریکه فوق حرارتی رآکتور mit نیز به عنوان چشمه نوترون در نظر گرفته شده است. توزیع دز فیزیکی در چهار مؤلفه دز و بخش¬های مختلف طیف محاسبه شده¬اند. محاسبات دز مؤثر و ضریب خطر پذیری نیز انجام شده است.با توجه به نتایج مربوط به فانتوم ریاضی می¬توان انتظار داشت که سرطان پروستات توسط روش bnct قابل درمان باشد. اما این سوال همواره مطرح است که آیا می¬توان این نتایج را برای تمام افراد به کار برد و به عنوان یک نتیجه گیری کلی می¬توان استدلال نمود که درمان پروستات به روش bnct امکان پذیر و عملی است؟ با توجه به اینکه افراد مختلف دارای ویژگی¬های آناتومیک مختلف می-باشند، ممکن است این نتیجه گیری کلی ناصحیح باشد. از آنجایی که هندسه فانتوم ریاضی زیاده از حد ساده است، به روز کردن محاسبات توسط فانتوم¬های واقعی تر، ضروری به نظر می¬رسد. پیش از طراحی درمان برای هر بیمار، باید محاسبات برای فانتوم¬های مرجع انجام شود. بنابراین، محاسبات را با استفادهاز فانتوم وکسل مرد بزرگسال (am)مرجع کمیته بین المللی حفاظت در برابر پرتوها (icrp) انجام داده و دز فیزیکی برای طرح درمان مشابه بدست آمد. همچنین، محاسبات برای فانتوم مرجع دیگری از نژاد متفاوت (مرد کره¬ای (ktman-2تکرار شده است. نتایج نشان می¬دهند که این روش برای همه موارد قابل استفاده نیست. حداقل برای دو نمونه از فانتوم-های وکسل مرجع که مبتنی بر تصاویر واقعی از بدن دو نژاد مختلف سفید پوست و آسیایی هستند، پاسخ خوبی بدست نیامده است. در واقع نکته¬ای که در این دو فانتوم ایجاد مشکل می¬کند، عمق جایگاه زیاد غده پروستات در بدن است. دو رویکرد برای رفع مشکل دنبال شده است؛ نخست،بررسی آماری انجام شده است و فراوانی افراد بر حسب عمق پروستات از سطح بدن بدست آمده است.به این منظور، پروستات در فانتوم تغییر یافتۀ مرد مرجع در عمق¬های مختلف قرار داده شد. نتایج بدست آمده نشان می¬دهد که روش bnct برای کسری از بیماران که پروستات آن¬ها در فاصله کمتر از 5 سانتیمتر قرار دارد قابل انجام می¬باشد. رویکرد دوم، اصلاح شرایطی است که محاسبات در آن انجام شده است. یکی از پیش فرض¬های محاسبه، طیف انرژی نوترون¬های باریکه است. بنابراین در مورد سرطان¬های عمقی مانند پروستات، اصلاح طیف می¬تواند یک روش قابل انجام باشد تا شمول موارد قابل درمان افزایش یابد. در این مطالعه فیلتر لیتیم به عنوان جاذب نوترون حرارتی مورد استفاده قرار گرفت. با استفاده از این فیلتر، بخش حرارتی و قسمت کند بخش فوق حرارتی از طیف حذف می¬شود، در نتیجه، موارد عمقی تا فاصله 7 سانتیمتر قابل درمان می¬باشد.

محیط های شغلی آلوده به پرتو، از محیط های نامعلوم تابش به شمار می آیند، که علی رغم مشخص بودن نوع چشمه، طیف انرژی و هندسه تابش فرودی بر افراد معلوم نیست. مساله حفاظت برای کارکنان در چنین محیط هایی و چگونگی برآورد خطرپذیری تابش آنها از مشکلات اساسی در دزسنجی است. همچنین مونیتورینگ فردی که به طور معمول انجام میشود، به عنوان یک روش استاندارد مورد تایید کمیته های مرجع نمی باشد(از جمله icrp وncrp). استفاده از دو دزسنج به طور همزمان به عنوان راه حلی برای این مشکل ارائه شده است. سوالات زیادی در مورد الگوریتم دو-دزسنج وجود دارد، به همین دلیل به عنوان یک موضوع حائز اهمیت برای کارهای تحقیقاتی در گروه های دزیمتری مطرح شده است. در این مطالعه، طراحی الگوریتم دو-دزسنج بر اساس کد مونت کارلوی mcnp و فانتومهای وکسل انجام گرفته است. الگوریتم دو-دزسنج به دز موثر و پاسخ دزسنجها وابسته است. بنابراین شناسایی عوامل موثر در تغییر مقدار دز موثر و پاسخ دزسنج ها ضروری است. برای طراحی الگوریتم مراحل زیر انجام شده است: ابتدا، اثر عوامل وزنی تابش (wr) و بافت (wt) ، نوع فانتوم، کد مونت کارلو و روش محاسبه روی مقادیر دز موثر با استفاده از فانتوم های ریاضیmird-5 و ornl و فانتومهای وکسل icrp ، taro، hanako و vipman انجام شده است. نتایج این محاسبات، اختلاف بزرگی بین داده ها هنگام استفاده از wr تصحیح شده و فانتوم هایی با اندازه های مختلف را نشان میدهد. اما استفاده از کدهای مونت کارلوی مختلف تفاوتی کمتر از 15% در مقدار دز موثر را ایجاد می نماید. طبق نظر کمیته icrp دز موثر براساس فانتومهای مرجع تعریف شده است. بنابراین اگر از این کمیت در یک فانتوم غیرمرجع استفاده شود، باید اثر تغییر آناتومی فرد بر مقدار دز موثر مشخص گردد. در گام بعد، اثر تغییر اندازه فانتوم با اضافه کردن لایه های ماهیچه و چربی روی تنه فانتوم ornl و مقایسه نتایج آن با فانتوم های vipman، norman05 ، mash-3 وicrp بررسی شده است. با اضافه کردن لایه هایی با ضخامت 5-0/5 سانتیمتر دز موثر حدود 40%-7% برای فوتونها و نوترونها در انرژیهای مورد بررسی، کاهش می یابد. همچنین با اضافه کردن لایه های مناسبی از بافت چربی و ماهیچه میتوان دز موثر یکسانی برای دو فانتوم کاملا متفاوت تخمین زد. با وجود آگاهی از چگونگی وابستگی دز موثر به عوامل فوق، در محیطهای شغلی به دلیل نامعلوم بودن میدان پرتو، امکان محاسبه دز موثر وجود ندارد، بنابراین باید دز رسیده به فرد، توسط دزسنج اندازه گیری شود. اثر ابعاد، نوع وهندسه دزسنجها روی پاسخشان مورد بررسی قرار گرفته است. بااستفاده از نتایج به دست آمده در مراحل فوق از طریق روش بهینه سازی سیستماتیک (نیوتن-رافسن) الگوریتم دو-دزسنج برای فانتوم مرجع icrp تعیین شده است و مقدار ضرایب بهینه برای دزسنج های جلو و پشت به ترتیب 0/65 و 0/44 به دست آمد. همچنین اثر شکل بدن روی الگوریتم دو-دزسنج با استفاده از فانتومهای مرجع نژادهای مختلف مورد بررسی قرار گرفته است که برای انجام آن از فانتومهای مرجع ktman-2 ، cram ، mash-3 وicrp استفاده شده است. نتایج نشان میدهد که شکل بدن روی مقدار دز موثر و پاسخ دزسنجها هنگامیکه دزسنج تحت تابش غیر مستقیم قرار دارد، بسیار اثرگذار است. الگوریتمهای دو-دزسنج به دست آمده برای فانتومهای مرجع مختلف تقریبا مشابه است و میتوان از یک الگوریتم مرجع برای آنها استفاده نمود (eest=0/64 rf+0/43rb). الگوریتم حاصل، مشکل تخمین پایین در استفاده از یک دزسنج را حل میکند اما در برخی از هندسه ها برآورد بالایی از دز موثررا ایجاد میکند. برای یافتن الگوریتم بهینه عوامل مختلفی مانند مکان دزسنجها روی بدن، مقدار ضریب (h(e ، پاسخ غیرهمسانگرد دزسنجها و...مورد بررسی قرار گرفته است. سرانجام این برآورد بالا با قرار دادن حفاظ روی دزسنجها کاهش یافت. هدف اصلی این است که بتوان با قرار دادن دزسنج روی بدن، دز موثر بدن را برآورد نمود، بنابراین شکل هندسی، ماده و اندازه حفاظ باید به گونه انتخاب شود که دزسنج رفتاری مشابه رفتار بدن در مقابل پرتو از خود نشان دهد. شکل هندسی حفاظ یک بیضی گون که در زیر آن یک استوانه با مقطع بیضی قرار دارد از ماده beal2o4 با ابعاد 5= c1=4/5، c2، انتخاب شد. با قرار دادن این حفاظ روی دزسنجها ضریب وزنی جدید برای دزسنجهای جلو و پشت به ترتیب 0/73 و 0/31 به دست آمده است. دز موثر تخمینی از این الگوریتم در گستره وسیعی از پرتوهای فرودی بسیار مناسب است و فقط 5% از داده ها برآورد پایین و حدود 80% از آنها برآورد دست بالایی کمتر از 100% دارند.الگوریتم بهینه برای کاربر چشمه قابل حمل am-be با طراحی حفاظ مناسب بررسی شد و نتایج قابل قبولی به دست آمد. درحال حاضر، این مطالعه بهترین الگوریتم موجود راارائه کرده است.

این بررسی با درنظر گرفتن تغییر آماری جرم (حجم) و شکل ریه انجام شده¬است. اثر این تغییرات در مقدار دز جذبی ریه در شش هندسه تابشی استاندارد فوتون و نوترون با استفاده از کد mcnpx 2.6.0 مطالعه شده است. برای این منظور، در گام اول پس از استخراج مدل ریه فانتوم مرد بزرگسال icrp، حجم آن به 100 مقدار مختلف که با استفاده از توزیع آماری حجم مشخص می شوند، تغییر داده شده است. صد ریه تهیه شده مجددا درون فانتوم مرد بزرگسال icrp جایگزین شده اند. در نهایت صد فانتوم با حجم ریه مختلف برای انجام محاسبات آماده شده و تحت تابش چشمه های گسترده و تک انرژی فوتون و نوترون قرار گرفته اند. برای هر کدام از شرایط پرتودهی، مقدار میانگین دز جذبی ریه و انحراف از معیار آن برای این فانتوم ها محاسبه شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که برای چشمه های فوتون کم انرژی، تغییرات حجم ریه، سبب بروز عدم قطعیتی تا حدود 90% مقدار دز جذبی آن می شود. با افزایش انرژی چشمه، مقدار عدم قطعیت به کمتر از 1% کاهش می یابد. برای تابش دهی نوترونی، مقدار پراکندگی دز جذبی بین 0.6% تا 8% تغییر می کند. بیشینه پراکندگی در تابش دهی نوترونی برای انرژی های بین mev 0.1 تا mev 5 اتفاق می افتد. به منظور بررسی اثر شکل ریه بر مقدار دز، حدود 70 مدل ریه از تصاویر پزشکی موجود استخراج شده و پس از یکسان¬سازی حجم، در فانتوم icrp جایگذاری شده است. مشابه مرحله قبل مقدار میانگین دز جذبی ریه و انحراف معیار آن برای 70 فانتوم طراحی شده با ریه هایی با شکل متفاوت نیز، در پرتودهی های مختلف محاسبه شده است. زمانی که این فانتوم ها در معرض تابش فوتون های کم انرژی قرار می گیرند، اثر تغییر شکل در مقدار دز جذبی قابل توجه است (عدم قطعیت بیش از 100%). با افزایش انرژی فوتون وابستگی دز جذبی ریه به تغییر شکل به شدت افت می کند. همچنین بیشینه عدم قطعیت دز جذبی در تابش دهی نوترون کمتر از 7% می باشد. در بخش آخر این پژوهش، مقدار عدم قطعیت دز جذبی ریه و دز موثر کل بدن، برای مجموعه ای از افراد با ریه هایی با حجم مختلف، در پرتودهی نوترونی دستگاه ivnaa، تعیین می شود. با توجه به این که دقت این دستگاه به خصوصیات نمونه بستگی دارد، تغییرات شاخص های کیفی دستگاه در اثر تغییر حجم ریه نیز مورد بررسی قرار گرفته است. از این جهت، ابتدا با انجام اصلاحاتی در چیدمان دستگاه فعال سازی، اثر شکل کلی بدن در شاخص های کیفی دستگاه کمینه شده و سپس مجموعه فانتوم های آماری با حجم ریه متفاوت در دستگاه ivnaa قرار داده شده اند. شاخص های دزسنجی شامل دز جذبی ریه و دز موثر کل بدن و شاخص های کیفی از قبیل میانگین شار نوترون حرارتی و یکنواختی آن درون نمونه برای هر فانتوم محاسبه شده است. نتایج نشان می دهد که تغییرات دز جذبی ریه و دز موثر در اثر تغییر حجم ریه قابل چشم پوشی است. همچنین تغییر ابعاد ریه، نمی تواند بر مقدار شار نوترون حرارتی و یکنواختی آن اثر قابل توجهی داشته باشد. لازم به ذکر است که نتایج گزارش شده در مراحل متفاوت این پژوهش با اجرای 45000 برنامه به دست آمده¬اند.

از زمان معرفی دستگاه سی¬تی در سال 1973، جایگاه آن به عنوان یک روش تصویربرداری کارآمد به ثبوت رسیده است. با توجه به گزارشات ارائه شده، تعداد تصویربرداری¬های سالانه سی¬تی رو به افزایش است که 38% این تصویربرداری¬ها بر روی کودکان انجام می¬شود. در نتیجه این تصویربرداری-ها، دز موثر بین msv 100- 6 در جمعیت کودکان دریافت می¬شود. با توجه به مقادیر بالای دز و خطرپذیری سرطان بیشتر در کودکان، تلاش برای تخمین دقیق و کاهش آن از اهمیت بسزایی برخوردار است. در این پژوهش ابتدا مقدار دز در فانتوم¬های کودک مرجع و غیرمرجع تخمین زده شد. به این منظور از کد mcnpx استفاده شده و مقدار دز در تصویربرداری¬های معمول سی¬تی و در ولتاژ¬های مختلف تعیین شده است. فانتوم¬های مرجع وکسل ساخته شده در دانشگاه فلوریدا، فانتوم¬های ریاضی ornl، فانتوم¬های غیرمرجع وکسل ساخته شده در موسسه itis و سه فانتوم وکسل کودک ایرانی ساخته شده در دانشگاه فردوسی مشهد استفاده شدند. با توجه به این مجموعه داده¬ها، تغییرات میزان دز جذبی و دز موثر برای هر گروه سنی بررسی شده و رابطه آن¬ها با مشخصات آناتومی فرد، جرم اندام¬ها، توزیع عمقی اندام¬ها و نوع بافت در مسیر پرتو مورد مطالعه قرار گرفتند. نتایج نشان داد که اختلاف قابل توجهی بین مقادیر دز در فانتوم¬های کودک وجود دارد. به ازای جریان موثر mas 200، در ولتاژ kvp 120 بیشینه و کمینه مقدار دز دریافتی در تصویربرداری شکم- لگن به ترتیب حدود mgy 8/24 (نوزاد) و mgy 14 (15 سال) می¬باشد. همچنین مشاهده شد که اختلاف میان دز جذبی اندام¬هایی که مستقیما تحت پرتو قرار می¬گیرند، حدود 20% می باشد، در حالی¬که برای اندام های خارج محدوده تصویربرداری این اختلاف تا حدود 90% افزایش می یابد. بنابراین، در نتایج دز موثر اختلاف های قابل توجهی مشاهده می شود. با توجه به افزایش خطرپذیری سرطان به ازای افزایش دز موثر، احتمال وقوع سرطان حتی برای کودکان هم¬سن اما با آناتومی¬های مختلف، متفاوت است. پس، نمی توان یک مقدار دز برای همه کودکان هم¬سن یا هم قد/ هم وزن گزارش کرد و باید برای هر فرد جداگانه دزسنجی انجام شود. علاوه¬بر محاسبه دز جذبی و دز موثر، میزان قابل دستیابی کاهش دز با استفاده از حفاظ در اندام¬های سطحی که دز زیادی دریافت می¬کنند و معمولا هدف تصویربرداری نیستند، محاسبه شد. بنابراین، حفاظ ها با ضخامت¬های متفاوت از سرب و بیسموت بر روی چشم، تیروئید، سینه و بیضه فانتوم¬های ریاضیornl قرار داده شد. با توجه به این که، استفاده از حفاظ بر روی کیفیت تصویر اثر می¬گذارد، مقدار ضخامت بهینه حفاظ انتخاب شد تا کیفیت تصویر قربانی کاهش دز نشود. با استفاده از حفاظ بهینه، مقدار کاهش دز حدود 60% محاسبه شد و نقش مهم حفاظ در بهینه کردن مقدار دز نشان داده شد. با توجه به نیاز به دزسنجی تجربی برای تایید داده های شبیه¬سازی، مواد معادل بافت مناسب برای ساخت یک فانتوم فیزیکی کودک که تا حد امکان مشخصات بیولوژیکی ناحیه مورد نظر از بدن انسان را داشته داشته باشد و بتواند رفتار واقعی پرتو در بدن را کاملا شبیه¬سازی کند، بررسی شد. به این منظور، چگالی ماده، چگالی الکترونی، عدد اتمی موثر، عدد سی¬تی، ضرایب تضعیف در بازه انرژی تشخیصی، مقدار دز جذبی اندام¬ها و توزیع دز بررسی شدند. نتایج نشان داد که، انتخاب b-100 به عنوان بافت استخوانی و آب به عنوان بافت نرم در ولتاژهای kvp 80 و kvp 100 مناسب است؛ در حالی¬که در ولتاژ kvp 120 انتخاب pvc به عنوان بافت استخوانی و پلی¬اورتان به عنوان بافت نرم منطقی¬تر به نظر می رسد.

یکی از روش های درمان تومورهای عمقی، استفاده از فوتون های پرانرژی تولید شده توسط شتابدهنده های خطی با ولتاژ بالا است. اما، فوتون های با انرژی بیش از mev7، انرژی آستانه لازم برای برهم کنش فوتوهسته ای را دارند و منجر به تولید نوترون در سر شتابدهنده می گردند. این نوترون ها پس از پراکندگی در سر شتابدهنده و دیوارهای اتاق درمان اطراف شتابدهنده، به بیمار رسیده و دز ناخواسته ای را در بدن بیمار ذخیره می کنند که سبب افزایش خطر پذیری ابتلا به سرطان ثانویه در بافت های سالم بدن بیمار می گردد. بنابراین، با توجه به نقش مهم اثرات زیست پرتو شناختی نوترون، ارزیابی دز اضافی ناشی از آن در فرایند پرتو درمانی، مورد توجه محققان قرار گرفته است. با این حال، در بیشتر گزارش های منتشر شده در این زمینه، دز ناشی از نوترون در اتاق درمان با مدل ساده ای از سر شتابدهنده و یا بدن بیمار بررسی شده است. با توجه به این مطلب، در این رساله تلاش شده است که دز نوترون ناشی از پرتو درمانی، با شبیه سازی کامل شتابدهنده خطی mv 15siemens primus و فانتوم وکسل خاص بیمار، برآورد شود. ابتدا، سر شتابدهنده به طور کامل با استفاده از کد mcnpx 2.6 شبیه سازی گردیده است. با گرفتن طیف الکترون فرودی از کارخانه سازنده، منحنی های توزیع دز عمقی (pdd ) و نمایه پرتوی فوتون محاسبه شده اند. با مقایسه منحنی های محاسباتی و نتایج تجربی اندازه گیری شده در همان شرایط در محل ایزوسنتر، شبیه سازی دستگاه با استفاده از داده های فوتونی تایید شده است. اما طیف نوترون ناشی از این دستگاه مشخص نبود. به همین منظور، از مجموعه ای شامل 7 کره بانر، پولک طلا و روش واپیچش شبکه های عصبی مصنوعی برای اندازه گیری طیف نوترون استفاده شده است. برای اعتبار سنجی این روش، از چشمه نوترونی am-be241 استفاده شده است. با پرتودهی کره های بانر حاوی پولک طلا توسط چشمه نوترون در آزمایشگاه فیزیک هسته ای دانشگاه فردوسی مشهد و به دست آوردن پرتوزایی پولک طلا به عنوان ورودی شبکه عصبی، طیف نوترون چشمه am-be241، بازیابی شد. با تایید این روش، طیف نوترون در محل ایزوسنتر اتاق درمان در مرکز درمانی رضا (ع) با استفاده از روش فوق به دست آمده است. نتایج حاصل از اندازه گیری نشان می دهد که توزیع انرژی نوترون های تولید شده در محیط شتابدهنده خطی دارای دو قله در ناحیه حرارتی و گستره انرژی mev 1-5/0 است، که دارای بیشترین وزن موثر در دز نوترون می باشد. در گام بعدی، فانتوم وکسل خاص بیمار بر اساس تصاویر سی تی ساخته شده است تا مدل کاملی از بدن بیمار برای ارزیابی دز نوترون رسیده به بیمار فراهم گردد. این نتایج نشان می دهند که برخلاف دز فوتون، دز ناشی از نوترون با افزایش فاصله از ناحیه درمان کاهش نمی یابد. طبق نتایج به دست آمده، توزیع دز نوترون در بدن بیمار نسبتا یکنواخت بوده و کمتر از msv/gy 5/0 می باشد. مقدار دز نوترون ذخیره شده در بدن، بسیار کمتر از دز فوتون است اما، با در نظر گرفتن اثرات زیست پرتو شناختی نوترون بر بدن، مقدار کم آن می تواند خطر سرطان ثانویه را در بیماران تحت پرتودرمانی افزایش دهد. برای کاهش اثرات نوترون، حفاظی از جنس پلی اتیلن بوراندود شبیه سازی شده است. قرار دادن حفاظ، سبب کاهش دز معادل نوترون اندام های مختلف، به خصوص اندام سالم واقع در خارج میدان تابشی خواهد شد. به طوری که دز معادل کل نوترون در اندام دور از ناحیه مورد درمان، بیش از 70% نسبت به حالت بدون حفاظ کاهش داشته است.

متاستازهای کبدی به دلیل مقاومت نسبت به روش های سنتی درمان، یک مشکل جدی به شمار می روند. کبد، پس از غدد لنفاوی به عنوان دومین محل شایع متاستاز شناخته می شود؛ به گونه ای که بیش از 50% تومورهای بدخیم به ویژه تومورهای دستگاه گوارش، باعث ایجاد متاستازهای کبد خواهند شد. از مشکلات اصلی درمان این سرطان، پخش شدن سلول های سرطانی درون کبد و وجود متاستازهای میکروسکوپیکی است که عملاً جراحی را غیرممکن ساخته اند. همچنین، سلول های سرطانی کبد نسبت به شیمی درمانی و پرتودرمانی مرسوم مقاوم هستند که نتیجه آن پایین بودن نرخ بقای بیماران تحت درمان است. بنابراین، درمان تومور با استفاده جذب نوترون در هسته بوران-10 که به اختصار bnct نامیده می شود، روش درمان موثری محسوب می شود. از ویژگی های برجسته این روش، حسن انتخاب برداشت بوران در سلول های توموری، سطح مقطع جذب بالای نوترون حرارتی توسط بوران و برد کوتاه محصولات واکنش 10b ( n , ?) 7 liاست که امکان مقاومت سلول های بدخیم را نسبت به درمان به شدت کاهش می دهد. در این پژوهش، طرح های درمان متاستازهای کبد به روش bnct برای دو حالت مختلف، پرتودهی کبد در داخل و خارج از بدن، بررسی شده است. شبیه سازی درمان به روش bnct با استفاده از فانتوم وُکسل و مواد معادل بافت های بدن انجام شده و نتایج محاسبات با استفاده از شاخص پراکندگی و نسبت دُز تومور به بافت سالم ارزیابی شده است؛ همچنین، کیفیت درمان متاستازهای کبد در دو روش فوق مقایسه شده اند. براساس این نتایج، وزن دهی مناسب جهت های تابش دهی در هر دو طرح درمان از یک طرف و ترکیب مناسب باریکه های نوترون حرارتی و فوق حرارتی در طرح درمان اول از طرف دیگر باعث کسب یکنواختی بهتری از توزیع دُز در تومورها شده است؛ که بهبود شاخص پراکندگی، نسبت دُز تومور به بافت سالم و همچنین منحنی های dvh، این نتایج را به خوبی ثابت کرده اند. در نهایت، درمان متاستازهای متعدد کبد در طرح درمان اول و با درنظر گرفتن ترکیب باریکه های نوترون حرارتی و فوق حرارتی در وضعیت وزن دهی جهت های تابش که بهترین نتیجه را از نظر شاخص های مطرح شده دارد، پیشنهاد شده است.

در دهه های اخیر پیشرفت های چشمگیری در زمینه پرتودرمانی به روش bnct حاصل شده است. این رویکرد موجب افزایش آسیب به تومور با کمترین عوارض جانبی در بافت های سالم می شود. بهینه ترین مزایای پرتو درمانی به روش bnct نسبت به روش های کلینیکی نظیر شیمی درمانی، جراحی و پرتودرمانی معمولی تاثیر گذاری بیشتر این روش است. پرتو درمانی نوین به روش bnct شامل دو مولفه است. مولفه اول، داروی غنی شده با بوران (مقدار غلظت بور در تومور بالا و مقدار غلظت بور در بافت های سالم پایین) به بیمار تزریق شود. مولفه دوم، پرتو نوترون حرارتی با برخورد به تومور که دارای سلول های حاوی بوران است سبب واپاشی به ذرات آلفا و لیتیم پر انرژی با برد کم، شده و می تواند تومور را نابود کند. محاسبه دز سنجی در فانتوم وکسل با استفاده از کد mcnpx2.6 شبیه سازی شده است. در این پژوهش با استفاده از تصاویر فانتوم وکسل ناحیه تحت تابش و طراحی درمان در مقطع xy ،توزیع دز برای چهار روش مختلف پرتودهی، باریکه نوترون حرارتی در حضور حفاظ و بدون حفاظ و باریکه نوترون فوق حرارتی در حضور حفاظ و بدون حفاظ مورد مقایسه قرار گرفته است. اساسی ترین مشخصه این پژوهش آن است که در حالت پرتودهی باریکه نوترون حرارتی و بدون حفاظ، بیشترین مقدار دز به تومور می رسد. از این منظر خطرپذیری بافت های سالم کاهش می یابد.

تحلیل گاماهای ناشی از فعالسازی نوترونی به عنوان یک روش قدرتمند تشخیص عناصر شناخته می شود. این تنها روش غیرمخرب برای تعیین مقدار کل عناصر اصلی بدن مانند: کلسیم، سدیم، کلر، فسفر، نیتروژن، هیدروژن، اکسیژن و کربن است. تکنیک فعالسازی نوترونی با استفاده از محاسبات مونت کارلو به طور مستمر در حال تصحیح شدن می باشد. یکی از این سیستم ها، دستگاه موجود در آزمایشگاه تحقیقاتی brookhaven است؛ که براساس دستاوردهای علمی چهار دهه گذشته بهینه سازی شده است. اما دز رسیده به بدن یکی از چالش های آن است. از آغاز قرن بیست و یکم و امکان دسترسی به کامپیوترهای پیشرفته تر، استفاده از محاسبات مونت کارلو برای دزسنجی جدی تر شده است. اکنون می توان با استفاده از شبیه سازی فانتوم های ریاضی در هر سیستم فعالسازی، برآوردی از دز رسیده به اعضای بدن را محاسبه نمود. برای تعیین خطای سیستماتیک محاسبات مونت کارلو مربوط به روش فعالسازی نوترونی، فانتوم های شبیه انسان با استفاده از مواد معادل بافت های مختلف بدن ساخته شده اند. به طوری که می توان نتایج فوق را با این داده ها مقایسه نمود و دقت محاسبات را تخمین زد.ارزیابی روش فعالسازی نوترونی با دو شاخص مهم حساسیت و یکنواختی امکان پذیر است. لذا، لازم است چیدمانی برای دستگاه فعالسازی طراحی شود که این شاخص ها در آن بهینه شده باشند. شاخص حساسیت براساس دو کمیت دز موثر و آهنگ فعالسازی کل تعریف می شود. از طرف دیگر، کاهش خطای سیستماتیک دستگاه تابع یکنواختی توزیع آهنگ فعالسازی می باشد. بنابراین، کمیت های دز موثر، آهنگ فعالسازی کل و یکنواختی توزیع آهنگ فعالسازی برای بهینه سازی شاخص های دستگاه به هم وابسته هستند. هدف از انجام این پایان نامه، تعیین خطای سیستماتیک محاسبات دزسنجی در دستگاه فعالسازی نوترونی و طراحی چیدمانی از دستگاه است که در آن شاخص های حساسیت و یکنواختی بهینه شده باشند. در نهایت، این شاخص ها با گزارش محققان دیگر مقایسه می شوند.