پروتون درمانی یکی از روش‏های موثر در کنترل و درمان تومورهای سرطانی می‎باشد. پروتون‏ها ذرات باردار سنگین هستند که در انتهای مسیر خود قسمت عمده انرژیشان را از دست می‏دهند. بنابراین دز اعمال شده به محیط در فاصله چند میلی متر قبل از انتهای برد این ذرات بیشینه می‏باشد و به همین دلیل می‏توان با استفاده از باریکه‏های پروتونی حجم تومورها را با دز بالا و تقریباً یکنواخت پوشش داد در حالی که بافت سالم در مجاورت تومور ایمن می‏ماند و اثرات جانبی درمان به حد اقل می‏رسد. در این پایان نامه با استفاده از کد محاسباتی mcnpx 2.6.0 برهم‏کنش‏های باریکه‏های پروتونی با انرژی‏های 250، 300 و mev500 با بدن انسان مورد بررسی قرار گرفته و به کمک تالی f8 و اضافه کردن تالی رفتار ویژه ft8 res در محدوده مدل‏های فیزیکی نوع و مقدار ایزوتوپ‏هایی که در اثر برهم‏کنش‏های هسته‏ای پروتون‏ها با عناصر تشکیل دهنده بافت‏های نرم و سخت بدن ایجاد می‏شوند تعیین شده‏اند. نتایج به دست آمده در این کار با نتایج کارهای قبلی که با به کار گیری سطح مقطع‏های نیمه تجربی حاصل شده‏اند نیز مقایسه شده‏اند. در این بررسی‏ها مشخص شده حدود 20 درصد از پروتون‏های فرودی از طریق برهم‏کنش‏های غیر کشسان هسته‏ای جذب بدن شده و بقیه آنها با از دست دادن کسری از انرژی خود (از طریق یونش و برانگیزش) از بدن عبور می‏کنند. علاوه بر آن به دلیل اینکه فایل‏های کتابخانه برهم‏کنش پروتون‏ها (la150h و endf70 prot) داده‏های سطح مقطع برهم‏کنش پروتون‏ها را در انرژی‏های زیر mev200 در بر دارد و نیز درمان تومورها با باریکه‏های پروتونی معمولاً در محدوده 60 تا mev250 انجام می‏شود، برهم‏کنش پروتون‏ها با انرژی 60 تا mev200 با بافت‏های نرم و سخت بدن انسان ارزیابی شده و نوع و مقدار ایزوتوپ‏های تولید شده حاصل از باریکه‏هایی که کاملاً در بدن انسان متوقف می‏شوند، تعیین شده‏اند. یکی از ویژگی‏های مهم پروتون درمانی این است که مقادیر کوچکی از رادیوایزوتوپ‏های گسیلنده پوزیترون در طول مسیر باریکه در اثر برهم‏کنش‏های غیر کشسان هسته‏ای پروتون‏ها با هسته‏های 16o ، 14n و 12c که در بافت‏های بدن موجود می‏باشند، تولید می‏شوند. این رادیوایزوتوپ‏ها (عموماً 15o ، 13n و 11c) تصویرسازی از توزیع دز درمان را با استفاده از تکنیک تصویر برداری پوزیترونی (pet) ممکن می‏سازند. در این پایان نامه با استفاده از شبیه سازی‏های این کد رادیوایزوتوپ‏‏های گسیلنده پوزیترون حاصل از برهم‏کنش باریکه پروتونی با انرژی mev250 در بافت نرم محاسبه شده‏اند و نتایج به دست آمده با نتایج کارهای قبلی سازگاری خوبی را نشان می‏دهد. باریکه‏های پروتونی با انرژی‏های مختلف دارای قله‏های تیز منحنی براگ با بردهای متفاوتی می‏باشند. از طرفی در درمان سرطان دز تابش مورد نظر باید یک بیشینه پهن و صاف (sobp) داشته باشد تا تومور را کاملاً پوشش دهد. بنابراین می‏توان با استفاده از تنها یک باریکه پروتونی در یک جهت که انرژی آن قابل تغییر باشد، یک قله صاف از منحنی براگ تولید کرده و در ناحیه هدف یک دز یکنواخت را اعمال کرد به طوری که بافت فراتر از حجم تومور مورد تابش قرار نگیرد.در این پایان نامه با استفاده از این کد، از یک منحنی اتلاف انرژی پروتون‏ها با انرژی mev250 در بافت نرم و نیز با اضافه کردن هشت منحنی اتلاف انرژی دیگر با وزن‏ها و بردهای متفاوت، یک منحنی اتلاف انرژی با قله صاف به پهنای حدود 4 سانتی متر تولید شده است.

در این تحقیق به روش درمان تومورهای مغزی با استفاده از نوترون پرداخته شده است واین کار با طراحی یک مجموعه شکل دهنده طیف صورت گرفته تا طیف باریکه نوترون را بهینه سازی کند وتمام معیارهای معرفی شده از طرف آژانس برای درمان تومورهای مغزی به روش نوترون تراپی با بور مورد ارزیابی قرار گرفت وهمه پارامتر ها محاسبه شد و ملاحظات دزیمتری نیز در نظر گرفته شد ونهایتا در هر مرحله نتایج مطلوبی به دست آمد.

تا کنون ضرایب انباشت پرتودهی برای چشمه های نقطه ای و حفاظ های کروی با در نظر گرفتن تاثیر پراکندگی همدوس و چشمه های صفحه ای و حفاظ های تیغه ای بدون تاثیر پراکندگی همدوس به روش های شبیه سازی کامپیوتری محاسبه شده اند. ضرایب انباشت در موارد محدودی نیز اندازه گیری شده اند. در این پایان نامه به کمک کد محاسباتی mcnp که بر اساس روش مونت کارلو تهیه شده است، ضرایب انباشت پرتودهی را برای هندسه های شامل چشمه صفحه ای نرمال و تک جهت همراه با محیط جاذب تک لایه و دو لایه آب و سرب محاسبه می کنیم و تاثیر پراکندگی همدوس و تابش های فلورسانس را بر این ضرایب بررسی می کنیم. در این کار ابتدا در شرایط هندسی کارهای قبل در انرژی های 5/0 تا 6mev ضرایب انباشت پرتودهی را بدون تاثیر پراکندگی همدوس به دست می آوریم. سپس با توجه به اهمیت کاربردهای این ضرایب، در انرژی 1/0 تا 6mev ضرایب ذکر شده را با تاثیر پراکندگی همدوس محاسبه می کنیم. محاسبات ضرایب انباشت را برای محیط های تک لایه و دولایه آب و سرب انجام می دهیم. ضرایب انباشت بدون تاثیر پراکندگی همدوس، برای تیغه های تک لایه متفاوت است و حتی اگر جای لایه ها تغییر کند، ضریب انباشت محیط دو لایه تغیر می کند. تاثیر پراکندگی همدوس بر ضرایب انباشت پرتودهی به صورت کاهش تعداد پرتوهای بدون برخورد و افزایش تعداد پرتوهای کل و در نتیجه افزایش ضریب انباشت می باشد. در انرژی های کم، تاثیر پراکندگی همدوس بر ضرایب انباشت بیشتر و در انرژی های بالا تاثیر پراکندگی ذکر شده بر ضرایب انباشت کمتر است. نتایج ضرایب انباشت به دست آمده از mcnp برای تیغه های تک لایه شامل آب یا سرب و تیغه های دو لایه آب-سرب و سرب-آب نشان می دهد که تاثیر پراکندگی همدوس در انرژی زیر 0/1 mev بیشتر از انرژی های بالاتر است. برای آب در انرژی های 3 mev و بالاتر تاثیر پراکندگی همدوس بسیار جزیی و قابل اغماض است و در انرژی های 6 mev و بالاتر برای سرب تاثیر پراکندگی های همدوس بر ضرایب انباشت بسیار جزیی است. علاوه بر تاثیر پراکندگی همدوس، اثر تابش های فلورسانس بر ضرایب انباشت نیز مورد بررسی قرار گرفت. در سرب، تابش های فلورسانس در انرژی های بالاتر از 88 kev رخ می دهد. اثر این تابش ها روی ضرایب انباشت در عناصر سنگین مانند سرب در انرژی های زیر 200 kev قابل ملاحظه اند. در سرب اگر انرژی اشعه گاما بیشتر از 88 kev باشد، در 8/78? از مواردی که اثر فوتوالکتریک رخ می دهد، یک الکترون از لایه k کنده می شود، که منجر به ایجاد اشعه x فلورسانس با انرژی 78/53 kev می شود و این فوتون به طور همسانگرد تابش می شود. اثر تابش های فلورسانس در انرژی 0/1 mev به علت تولید فوتون های تقریبا هم انرژی با فوتون های اولیه بیشتر است و افزایش ضرایب انباشت را کند می کند. به این ترتیب تاثیر افزایش ضریب انباشت بر اثر سهم پراکندگی های همدوس به علت وجود تابش های فلورسانس، درصد قابل توجهی کاهش می یابد.

امکان برداشت لایه به لایه اتمها بخصوص در مواردی که لایه های سطحی جزء آلاییدگی های بلور باشد (صیقل کاری)، با انتخاب متغیرهای مناسبی از جمله انرژی و زاویه اشعه یونی تابیده، باعث پیشرفتهای قابل توجهی در علوم مهندسی وابسته به آن شده است. در پایان نامه حاضر سعی بر آن است توزیع زاویه ای و انرژی اتمهای واتراییده نقره و اکسیژن از سطح بلور نقره را بررسی کنیم. برای این کار از یونهای با انرژی در محدوده پنج تا ده کیلو الکترون ولت استفاده می کنیم. و سعی می کنیم در دو حالت سطح بدون آلاییدگی و سطح آلاییده با اکسیژن، متغیرهای مناسبی را ارایه نماییم. روش به کار رفته با استفاده از کد مبتنی بر روش کلاسیکی برخوردهای دوتایی بوده و پتانسیل بکاررفته در حالتهای فوق به ترتیب بیرزک-زیگلِر-لیتمارک و فیرسُف می باشد و اتمهای پس زنی تنها در لایه های اول تا سوم مورد توجه قرار گرفته اند.

آوادرخش تک حبابی متحرّک، در پی تلاش ها در جهت یافتن سیّال هایی غیر از آب برای مشاهده آوادرخش تک حبابی، کشف شده است و مطالعات بر روی آن به تازگی در حال انجام است. ویژگی اصلی این سیّالات بالاتر بودن چسبندگی آنها در مقایسه با آب است. در این پایان نامه تلاش شده است تا با معرّفی نیروهای وارد بر حباب آوادرخشنده و به دست آوردن معادله حرکت حاکم بر آن، حرکت حباب را شبیه سازی کرده و ویژگی های مربوط به حرکت انتقالی آن را به دست آوریم. با جفت کردن این معادله حرکت با معادله رایلی-پلست و معادله مربوط به تغییرات دما و حل آنها از روش رانگ-کوتا، شبیه سازی حباب انجام می شود. اصلی ترین ویژگی این حباب ها، حرکت دایروی یا بیضوی آنها در مرکز بالونی است که حباب آوادرخشنده در آن ایجاد شده است. در بررسی عوامل تأثیر گذار بر این حرکت، مشخص می شود که وجود نیروهای تاریخچه ای است که باعث بروز چنین رفتاری از حباب آوادرخشنده می شود و با حذف این اثرات از معادله حرکت حاکم بر حباب در شبیه سازی، حباب در مرکز بالون ساکن خواهد شد. یکی از نتایج اصلی به دست آمده در این شبیه سازی، افزایش دمای بیشینه حباب (در لحظه رمبش) با کاهش فاصله آن نسبت به مرکز بالون است. با توجّه به رابطه مستقیم بین گسیل نور و این کمیّت، همین نتیجه برای شدّت نور گسیل شده نیز، قابل پیش بینی است. به عبارت دیگر به دست آورده ایم که شدّت نور گسیل شده از حباب دارای نوساناتی است و بر این اساس معیاری برای آزمایش بر روی آوادرخش تک حبابی متحرّک ارائه کرده ایم. برای توصیف ویژگی های داخلی حباب از دو مدل متفاوت تک دما و غیرتک دما استفاده می شود. تفاوت این مدل ها در نوع معادله حالت به کار رفته برای گاز درون حباب است. علاوه بر ویژگی های داخلی، ویژگی های انتقالی به دست آمده برای حباب نیز در این دو مدل متفاوت است. در این پایان نامه، اثرات ناشی از تغییر مدل به کار رفته در شبیه سازی نیز بررسی می شود. در پایان نیز با حذف معادله حرکت از شبیه سازی و مقایسه نتایج مربوط به حباب آوادرخشنده متحرّک با حباب ساکن، اثر حرکت انتقالی حباب را بر پارامترهای مهم در آوادرخش همچون شعاع و دما، بررسی کرده ایم.

در این پایان نامه با استفاده از کد محاسباتی mcnp (monte carlo n-particle)، ضرایب انباشت پرتودهی تابش های گاما (با در نظر گرفتن تمام برهم کنش های فوتون با ماده) در انرژی های 1 تا mev 100 برای چشمه ی نقطه ای همسانگرد در ضخامت های 1 تا mfp10 برای دو ماده آب و سرب محاسبه شده اند. نتایج به دست آمده در انرژی های پایین (تا mev15) با نتایج مراجع دیگر که در انرژی های پایین و شرایط مشابه ای ارائه شده اند، سازگازی خوبی دارند. سپس با استفاده از نرم افزار متلب ضرایب انباشت محاسبه شده، با تابع های تیلور (برای سرب) و برگر (برای آب) و چندجمله ای برای هر دو ماده برازش داده شده اند و ضرایب (یا پارامترهای) معادله های تیلور و برگر و چندجمله ای استخراج شده اند. با استفاده از این پارامترها و توابع ذکر شده، می توان ضرایب انباشت را بدون نیاز به محاسبات سنگین به دست آورد. در این تحقیق برای اولین بار، ضرایب انباشت پرتودهی تابش های گاما برای چشمه ی نقطه ای همسانگرد آب در انرژی های 15 تا mev 100 ارائه شده اند. همچنین، برازش ضرایب انباشت پرتودهی با تابع های تیلور (برای سرب) و برگر (برای آب) و چندجمله ای (برای هردو) در انرژی های 15 تا mev 100 ارائه شده اند. از نتایج به دست آمده می توان در محاسبات حفاظ گذاری تا انرژی های mev 100 استفاده کرد.

از برخورد و نابودی زوج الکترون و پوزیترون در شتابدهنده های پرانرژی، هادرونها تشکیل می شوند. الکترونها و پوزیترونها در دسته هایی به هم برخورد داده می شوند و ذرات خروجی در مخروطهایی از محل برخورد خارج می شوند. به هر دسته از هادرونها که در یک مخروط حرکت می کنند، یک فواره هادرونی گفته می شود. در هر رویداد ممکن است دو، سه یا چند فواره هادرونی (جت) تشکیل شود. هادرونهای خروجی که به صورت ذراتی باردار یا خنثی هستند در آشکارسازها، آشکار می شوند. میتنهایی چون تکانه ، جرم، بار و انرژی آنها در آشکارسازها اندازه گیری و ثبت می شود. این داده ها در اختیار محققان قرار می گیرد و آنان این داده ها را تحلیل می کنند. داده هایی که در این پایان نامه تحلیل شده اند، داده های شتابدهنده kek ژاپن هستند. این داده ها شامل تکانه ذرات خروجی و بار آنها در هر رویداد می باشند. در این داده ها، اطلاعات 341 رویداد ناشی از برخورد باریکه های الکترون و پوزیترون هر کدام با انرژی 30 gev، ذخیره شده است. تحلیل داده ها و بررسی رویدادهای دو و سه فواره ای می تواند آزمون هایی را برای نظریه برهم کنش های قوی (qcd) فراهم کند. در این پایان نامه، داده ها توسط برنامه هایی که به زبان فرترن و متمتیکا نوشته شده است. روش اول روش خوشه ای است. در این روش برنامه فرترن نوشته شده ، با استفاده از الگوریتم شناخت الگو، برای هر رویداد، تعدادد فواره ها و محور آنها را تعیین می کند و فواره ها بر حسب انرژی آنها مرتب می شوند. در روش دوم ابتدا توسط نمودار دالیتز، رویدادهای دوجتی و سه جتی از کل رویدادها جدا می شوند. جداسازی رویدادها در نمودار دالیتز با یک برنامه فرترن و قرار دادن برشهایی بر روی مولفه های این نمودار حاصل می شود. با استفاده از محور فواره ها در رویدادهای دوجتی که به کمک کمیت کرویت یا پیشران تعیین می شود، می توان اسپین کوارک را تعیین کرد. از رویدادهای سه جتی نیز می توان برای تعیین اسپین گلئون بهره گرفت. به این منظور در این پایان نامه اسپین گلئون به چند روش برآورد شده است. در یک روش رویدادهای سه جتی به دست آمده از روش خوشه ای که محور آنها تعیین شده است، برای تعیین اسپین گلئون به کار برده شده اند. در روش دیگر رویدادهایی که سه جتی بودن آنها از طریق نمودار دالیتز تعیین شده است، بررسی شده اند. برای تعیین محور فواره های این رویدادها از روش ووزوبرنیگ اصلاح شده استفاده شده است. بدین منظور یک برنامه فرترن و یک برنامه متمتیکا نوشته شده است که رویدادهای سه جتی که توسط نمودار دالیتز جدا شده اند را گرفته و برای تعیین محور فواره های آنها، روش ووزوبرنیگ اصلاح شده را اجر می کنند. البته به دلیل کم بودن تعداد رویدادها، کمیتهای به دست آمده دقت زیادی ندارند و مسلم است هر چه تعداد رویدادها بیشتر باشد، دقت تعیین این کمیتها بالاتر می رود.

کسر جذب انرژی به¬ صورت نسبت مقدار انرژی جذب شده در یک ماده به مقدار انرژی گسیل شده از چشمه انرژی تعریف می¬ شود. در این پایان نامه با استفاده از کد محاسباتیmcnp، کسر جذب انرژی برای چندین هندسه متفاوت حاوی مواد گوناگون که چگالی همه آنها 1 در نظر گرفته شده محاسبه شده است. چشمه، پرتوهای گاما تابش می¬ کند و به¬ صورت نقطه¬ ای یا دارای توزیع یکنواخت است. انرژی چشمه از mev02/0 تا mev 75/2 متغیر است. کسر جذب محاسبه شده توسط کد با آنچه که توسط دیگر کارهای انجام شده به¬ دست آمده است در مواردی دارای سازگاری خوبی است. این موارد هنگامی است که هندسه مورد نظر ساده باشد مثل کره، ولی در دیگر هندسه¬ ها مثل بیضی¬ گون مقدار اختلاف بیشتر است. دلایل وجود اختلاف بین محاسبات مربوط به کد که در این رساله محاسبه شده¬ اند و دیگر کارها مورد بررسی قرار گرفته است. چگونگی تغییر کسر جذب انرژی با انرژی چشمه، هندسه و جرم ماده هدف، نقطه¬ ای یا دارای توزیع یکنواخت بودن چشمه و نوع فرایند¬های موجود در مساله نیز مورد بررسی قرار گرفته¬ اند. علاوه بر این، تاثیر محیط اطراف هندسه¬ ای که کسر انرژی جذب شده در آن محاسبه می¬ شود بر روی نتیجه محاسبات بررسی شده است.

مکانیک آماری بولتزمن-گیبس بر پایه ی انتروپی sbg بنا شده است این آنتروپی برای برخی سیستم ها توصیف دمایی موفقی دارد? مانند سیستم هایی که شامل بر همکنش های کوتاه برد و فرآیند های مارکوین هستند اما برای سیستم هایی که دینامیک میکروسکپی پیچیده تری دارند مفهوم آنتروپی باید تعمیم یابد. در این پایان نامه به طور خلاصه تعریف نتایج و کاربرد های آنتروپی تسالیس را که تعمیمی از آنتروپی معمول بولتزمن –گیبس می باشد مرور می کنیم آنتروپی بولتزمن –گیس هنگامی که سییستم در سطح میکروسکوپی ارگودیک باشد کارآمد است. انتروپی تسالیس بر مفهوم تابع نمایی q استوار شده و یک تعمیم مناسب و کاربردی از آنتروپی بولتزمن-گیبس را ارائه می نماید. ترمودینامیکی که در این روش مفروض است در اصل غیر فزونور می باشد به مفهومی که در آینده تعریف خواهیم کرد. مکانیک آماری غیر فزونور به عنوان نامزد قوی برای یک ارتباط مناسب با بسیاری سیستم های واقعی که با مکانیک آماری استاندارد (فزونور) می کنیم. این معادلات تحول زمانی تابع توزیع احتمال را توضیح می دهند . بسیاری از معادلات و ویژگی های مهم مکانیک آماری استاندارد به مکانیک آماری غیر فزونور گسترش یافته اند. یکی از آن ها قضیه ی h می باشد. قضیه ی h را در مورد سیستم هایی که از این رده از معادلات غیر خطی پیروی می کنند مرور می نمایم. برای این منظور معمولا رابطه ای که شامل اجزای معادله ی فوکر-پلانک و آنتروپی تعمیم یافته است فرض می شود در حالت تعادل این رابطه با اصل بیشینه شدن آنتروپی معادل است. یعنی معادلات فوکر پلانک انرژی و جرم جسم را پایسته نگه می دارند و تابع آنتروپی تعمیم یافته را افزایش می دهند تا جایی که حالت بیشینه آنتروپی در دسترس باشد. بر طبق این رابطه ممکن است گروهی از معادلات فوکر-پلانک در ارتباط با تنها یک آنتروپی باشند. معادله فوکر-پلانک غیر خطی که با انتروپی تسالیس در ارتباط است یکی از حالات خاص این معادلات می باشد این معادلات در شاخه های مختلف فیزیک کاربرد دارند. پاسخ های مانای دسته ای از این معادلات را که مرتبط با آنتروپی هایی به شکل تابعی از آنتروپی تسالیس هستند بررسی نموده ایم همچنین پاسخ های وابسته به زمان این معادلات در حضور نیروی خطی به دست آمده اند پاسخ های وابسته به زمان این معادلات برخی سیستم های فیزیکی را دور از حالت تعادل توصیف می کنند

در این پایان نامه، برد و اتلاف انرژی الکترون ها، پروتون ها و ذرات آلفا در آب با استفاده از کد mcnpx محاسبه شده اند. این محاسبات برای الکترون ها در محدوده ی انرژی mev001/0 تا mev 10 ، برای پروتون ها در محدوده ی انرژی mev1 تاmev 100 و برای ذرات آلفا از mev4 تا mev 100 انجام شده و با نتایج کدهای دیگر و مقادیر موجود در گزارش های icru مقایسه شده اند، که سازگاری نسبتا خوبی را نشان می دهند. سپس برد ذرات مذکور در مواد دیگر از جمله آلومینیوم، سیلسیوم نیز با استفاده از کد mcnpx و همچنین با استفاده از روش انتگرال گیری از توان توقف محاسبه شده و با نتایج حاصل از روابط تجربی مقایسه شده اند و میزان مطابقت نتایج این محاسبات با روابط تجربی در هر گستره ی انرژی مشخص و مورد بحث قرار گرفته اند.

در این پایان نامه روشهای آنالیز رویدادهای دوفواره ای و سه فواره ای تولید شده از نابودی ‏‎e e‎‏ را بررسی کردیم. ابتدا با برش رویک میت و کرویت و غیرصفحه ای دوفواره ایها و سه فواره ایها را زا هم جدا کرده و با کمک کمیت کرویت و پیش راه به طور مجزا محور رویدادهای دوفواره ای را تعیین کردیم و بعد با توزیع زاویه ای محور فواره ها نوع اسپین کوارک را تعیین کردیم. در آنالیز سه فواره ایها روشهای زیادی وجود دارد که ما در این پایان نامه روش وو-زبرنیگ یعنی کرویت تعمیم یافته را برای تفکیک سه فواره رویدادهای سه فواره ای به کار بردیم. سپس با توجه به انرژی فواره ها، فواره گلئونی از فواره کوارکی تشخیص داده می شود. در ادامه با توجه به انتظارات داده های تجربی و یا تئوری ‏‎qcd‎‏ (مانند چندگانگی و اندازه حرکت عرضی فواره ها) دو فواره گلئونی و کوارکیبا هم مقایسه و مورد بررسی قرار می گیرند. چون تعداد رویدادهای که در دسترس داریم کم می باشد به طور دقیق نمی توان بعضی نتایج را مورد بررسی قرار داد، مثلا در تعیین نوع اسپین گلئون. در کل در این پایان نامه به نتایج جالب و قابل قبولی دست یافتیم. برنامه ای رایانه ای که برای آنالیز نوشته شد کلی می باشد و اگر داده های بیشتری در دسترس باشد می توان برای آنالیز استفاده کرد.