تحلیل فعالسازی نوترونی (naa )که اولین بار در سال 1936 مورد استفاده قرار گرفت، روشی مهمّ و مفید در تعیین کمی و کیفی عناصر است. امروزه استفاده از این روش در صنعت، پزشکی، اکتشاف منابع نفتی و گازی گسترش زیادی پیدا کرده 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، که انرژی این گاما یکی از مشخصات هر ایزوتوپ است. آشکارسازی این اشعه ( با انرژی خاص ) نشان دهنده ی وجود آن ایزوتوپ می باشد. در نتیجه با توجه به انرژی گاما و مقدار آن به نوع و فراوانی ایزوتوپ پی می برند. در اندازه گیری عناصر کم مقدار بدن انسان با استفاده از روش فعالسازی نوترونی، تابش نوترون باید به گونه ای باشد که در کوتاه ترین زمان ممکن انجام شود به طوری که دز دریافتیِ بدن کمینه شود. این امر با افزایش آهنگ فعالسازی میسر است. یکی از اجزای دستگاه فعالسازی نوترونی که نقش مهمی در افزایش آهنگ فعالسازی دارد، هم خط ساز می باشد. هدف از این پایان نامه، طراحی یک هم خط ساز نوترون با هندسه و پیکر بندی مناسب جهت افزایش شار نوترون های حرارتی در فانتوم است. برای این منظور، ابتدا طیفی از نوترون های فرودی که موجب افزایش یکنواختی فعالسازی در فانتوم آب می شود پیشنهاد شده و در ادامه اثر مواد گوناگون به عنوان هم خط ساز بررسی شده است. در نهایت نیز لایه ای از سرب به ضخامت 5/1 سانتیمتر که بر روی گرافیت قرار گرفته است، پیشنهاد می شود. قرار دادن این لایه موجب افزایش 14 درصدی شار نوترون های حرارتی و یکنواختی 3/4% می شود.

گامای گسیل شده از چشمه های نوترون یکی از عوامل اصلی پدیدآورنده گاماهای زمینه است. روش pgnaa یک روش هسته ای است و بر مبنای فعالسازی عناصر با نوترون می باشد که گامای آنی گسیل شده را آشکار سازی می کند و این گاما، مشخصه اصلی عنصر خاصی می باشد. در این پروژه تلاش برای مهارگامای چشمه می باشد. به منظور کاهش شار گامای زمینه باید از حفاظی مناسب برای چشمه am-be استفاده کرد. برای این منظوربا توجه به سطح مقطع نوترون با عناصر متفاوت وبررسی رفتار آن می توان پوشش مناسب چشمه را برای هدف خاص ایجاد کرد. در این پژوهش، با استفاده از کد محاسباتیmcnp اثر نوع حفاظ و نوع ضخامت برای افزایش شار نوترون حرارتی وکاهش شار گامای زمینه ناشی از چشمه am-be شبیه سازی شده است. علاوه بر این شار نوترون های خروجی از حفاظ های مختلف با ضخامت های مختلف مورد مطالعه قرار گرفته است. در خاتمه پیشنهادهایی جهت انتخاب نوع وضخامت حفاظ ،هنگام استفاده از چشمه ارائه شده است.

تعیین شار انرژی نوترون به دلیل کاربردهای فراوان آن در پزشکی، صنعت، کشاورزی و .... از اهمیت ویژه ای برخوردار است. یکی از روشهایی که جهت طیف سنجی انرژی نوترون به کار برده می شود، روش کره های بانر است. این روش ضمن سادگی در بکارگیری، محدوده وسیعی از انرژی نوترون را از حرارتی تا چند gev پوشش می‏دهد. در این پژوهش ابعاد مختلفی از این روش طیف سنجی مورد بررسی قرار گرفته است؛ با ارزیابی انواع کندکننده‏ها، موارد مناسب انتخاب گردیدند و در مورد تعداد و اندازه کره ها نیز پیشنهاداتی ارائه شد. یکی از این کندکننده ها آب سبک بود؛ تابع پاسخ انرژی کره هایی با قطرهای مختلف از آب همراه با آشکارساز حرارتی بوسیله شبیه سازی مونت کارلو محاسبه گردیدهمچنینن با پارامتری کردن تابع پاسخ بدست آمده آن را با دیگر توابع پاسخ انرژی مقایسه و مزیت آن از جمله کاهش شمارش گاما در آشکارساز حرارتی مورد ارزیابی قرار گرفت. برای کره های پلی اتیلنی به همراه آشکارساز حرارتی بلند ، تابع پاسخ انرژی توسط کد mcnp4c محاسبه گردید؛ هرچند که برای کره های کوچک اندازه پاسخ در مقایسه با دیگر آشکارسازها کمتر بود ولی تابع پاسخ تقریباً شکل کلی خود را به منظور بکارگیری جهت طیف سنجی حفظ کرده بود. با شبیه سازی سیستم اندازه گیری در آزمایشگاه و در نظر گرفتن شرایط گوناگون، برای یک چشمه سهم نوترونهای پراکنده رسیده به شمارنده برآورد شد. برای رسیدن سهم نوترونهای پراکنده به حدّ استاندارد علاوه بر طراحی یک مخروط سایه جدید کوتاهتر، جهت کاستن فاصله چشمه نوترون تا کره، تمهیدات دیگری نیز در نظر گرفته شد. با ساخت کره های پلی اتیلنی و مخروط های سایه طراحی شده، طیف سنجی از چشمه نوترون موجود در آزمایشگاه صورت گرفت؛ و با استفاده از کُد بازیابی sandii، طیف اصلی چشمه از نتایج تجربی استخراج گردید. ضمن مقایسه طیف بازیابی شده از اندازه گیری با مخروط های قدیم و جدید ملاحظه گردید که در مورد اندازه گیری به همراه مخروط قدیم، با توجه به افزایش در سهم نوترونهای پراکنده، طیف به سمت انرژیهای پایین تر منحرف شده است. امّا طیف حاصل از اندازه گیری با مخروط سایه جدید، علیرغم عدم توانایی در نمایش جزئیات و قله های کوچک طیف به دلیل قدرت تفکیک انرژی ضعیف روش کره های بانر، در توافق خوبی با طیف مرجع می باشد. نتایج بدست آمده حاکی از آن است که با لحاظ کردن شرایط لازم می توان از کره های پلی اتیلنی به همراه آشکارساز بلند به عنوان طیف سنج نوترون استفاده نمود.

بر اساس مطالعات ارائه شده هر سال تعداد زیادی سرطان جدید مشاهده می شود که در درمان بیشتر آنها از پرتوها به عنوان درمان اصلی و یا بخشی از مراحل درمان استفاده می گردد. پرتوهای مورد استفاده اغلب فوتون و الکترون می باشند و پرتوهای پروتون، نوترون، ذرات آلفا و یون های سنگین نیز جایگاه ویژه ای را به خود اختصاص داده اند. هدف اصلی استفاده از پرتوها، انتقال انرژی پرتوهای یونیزان به جسم هدف و حفاظت بافت های سالم مجاور آن است. لذا با توجه به وضعیت بیمار اطلاع از نحوه توزیع دز در جسم هدف و بافت های سالم اهمیت دارد. در این رابطه می توان با بکارگیری اطلاعات مربوط به چشمه تابش و ناحیه تحت درمان و استفاده از رابطه های ریاضی به محاسبه دقیق دز در جسم هدف و سایر نقاط دیگر پرداخت. در این رساله هدف انتخاب بهترین چشمه جهت براکی تراپی تومورهای مغزی با استفاده از کد mcnpx در فانتوم تصحیح شده mird 15 می باشد. تومور را در هشت ناحیه از مغز قرار دادیم و شعاع تومور را از 0/5 تا 2/5 سانتیمتر تغییر دادیم و دز جذبی رسیده به تمام بافت ها فانتوم سر و گردن محاسبه شد و با مقایسه نمودارهای نسبت دز جذبی تومور به بافت های غیرتومور در شعاع های مختلف تومور، چشمه ها بر حسب اولویت دسته بندی شد و بهترین چشمه روتنیوم 106 انتخاب گردید. نیمه عمر این چشمه در حدود 1/02 سال است بنابراین استفاده از این چشمه در کاشت های موقتی، نتیجه بهتری می دهد و از طرفی چشمه های طلا 198، پالادیوم 103، ید 125 و ایریدیوم 192 که به ترتیب در اولویت های بعدی قرار دارند نیمه عمری در حدود چند روز تا چند هفته دارند که از این چشمه ها برای کاشت دائمی و موقتی می توان استفاده کرد. در نهایت پزشکان و پرتوپزشکان با توجه به میزان دُزی که برای نابودی تومور لازم است، چشمه و نوع روش براکی تراپی را مشخص می کنند.

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.

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.

خش عمده پرتوگیری انسان در محیط زندگی، ناشی از گاز رادون-222 می باشد. تحقیقات به عمل آمده در این زمینه نشان می دهد که رادون دومین عامل سرطان ریه بعد از سیگار می باشد. منبع اصلی رادون، اورانیوم-238 با نیمه عمر 4.5 میلیارد سال است. به همین دلیل تولید آن در طبیعت با وجود نیمه عمر کوتاهش استمرار دارد. رادون در خاک، هوا، معادن، آبهای زیر زمینی، نفت و گاز طبیعی وجود دارد. از این رو در مجامع علمی، دزیمتری رادون امروزه از اهمیت ویژه ای بر خوردار است و تحقیقات زیادی در زمینه بررسی آسیبهای ناشی از تابشهای آلفای گسیل شده از رادون و دخترانش صورت گرفته است. علی رغم این که تابش بتا و گامای گسیل شده از محصولات واپاشی رادون (214bi,214pb) آسیب کمتری به سلول های بافت می رسانند، ولی قابلیت نفوذ بالاتری نسبت به آلفا دارند و می توانند از ریه خارج شده و دز قابل ملاحظه ای را در اعضای حساس بدن ذخیره کنند. بررسیها نشان می دهد که در کشور ما برآورد دقیقی از میزان پرتوگیری در خانه های مسکونی از رادون صورت نگرفته است. این در حالی است که بسیاری از مناطق مسکونی ایران بر روی بسترهایی از سنگ گرانیت احداث شده اند. در این تحقیق محاسبات دزیمتری برای تابشهای گاما، بتا، تابش ایکس و الکترون تبدیل داخلی گسیل شده از دو دختر بتادهنده رادون با استفاده از فانتوم تصحیح شده ornl و کد مونت کارلوی mcnp به همراه اعمال روش های کاهش واریانس انجام شده است. از آنجایی که محصولات واپاشی رادون بعد از تولید به ذرات معلق موجود در هوا می چسبند و با استنشاق وارد مجاری تنفسی انسان می شوند، ریه ها به عنوان چشمه واپاشی در بدن در فایل ورودی کد تعریف شدند. نتایج برای مقدار 1wlm (واحد پرتوگیری از رادون) بر حسب micro gy/wlm به دست آمد. مقدار دز جذبی برای 24 عضو بدن با خطای کمتر از 2% محاسبه شد. سپس با استفاده از این داده ها مقدار دز موثر بر اساس داده های گزارش unscear20006 (مقادیر بیشترین و مقدار میانگین رادون اندازه گیری شده در ایران) محاسبه شده است. دز موثر در مقدار میانگین و بیشترین مقدار غلظت رادون گزاش شده به ترتیب 0.00683msvو msv 2.02 است.نتایج به دست آمده نشان دادند که اگر چه دز موثر الکترون و فوتون در مقایسه با دز آلفا ناچیز به نظر می رسد، ولی در نواحی که دارای غلظت بالای رادون باشند نمی توان از دز بعضی از اعضای بدن از جمله ریه ها، مری و قلب چشم پوشی کرد.

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.

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.

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.

انتظار می رود مدل پوسته ای تک-ذره ای بهترین توصیف از هسته های کروی را ارائه دهد. در این تحقیق، انرژی های تک-ذره ای برای هسته های دو پوسته بسته ی 208pb, 132sn, 56ni, 48ca, 40ca, 8he, 4he همچنین برای هسته هایی با تک پوسته بسته ی 90zr, 88sr, 68ni, 66ni, 36s, 14c, 12c محاسبه و با انرژی های تجربی حاصل از واکنش های برکنی و کندنی مقایسه شده است. این محاسبات از طریق حل عددی معـادله ی شرودینگر با پتانسیل پدیده شناختی woods-saxon انجام شده است. معادله ی شرودینگر به عنوان یک معادله دیفرانسیل ویژه مقداری توسط روش عددی رانگ-کوتای مرتبه ی چهارم و رانگ-کوتا با اصلاح گام حل شده است. سپس پارامترهای عمق پتانسیل، پراکندگی سطحی و شدت شکافتگی اسپین-مدار برای 6 هسته ی نخست برازش شده است. برای بهبود این وضعیت پارامتر شعاعی نیز به پارامترهای برازش شده افزوده شده و مجموعه ای از پارامترهای بهینه بدست آمده است. در انتها، احتمال بهبود نتایج با احتساب مدل جفت شدگی ذره-مغزی بررسی شده است. با وجود این که مدل پوسته ای تک-ذره ای برای هسته های کروی بهترین نتیجه را می دهد، اما هنوز با یک مدل ایده آل که تمام جزئیات تجربی را پیش بینی می کند، فاصله ی زیادی دارد.