دز پرتوی گاما عبارت است از مقدار انرژی که پرتو به واحد جرم ماده در هنگام عبور از آن طی اندرکنش هایی که عمده ی آنها عبارتند از فوتوالکتریک، کامپتون و تولید زوج منتقل کرده و در نتیجه سبب یونش و برانگیزش الکترونها در اتم و به تبع آن انتقال انرژی به نقاط مختلف ماده می-شود. بدن انسان دارای بافت های متفاوت است و لذا بسته به آنکه کدام ناحیه از بدن مورد تابش قرار گیرد، اثر تابش بر روی بافت های مجاور متفاوت است و این اهمیت اندازه گیری دز عمقی و توزیع زاویه ای آن در بافت های متفاوت و تنوع حالت های ممکن آن را بیان می کند. در این پژوهش با شبیه سازی مونت کارلو و با بهره گیری از کد چند منظوره mcnp-4c که امکان ترابرد ذرات فوتون، الکترون و نوترون را به صورت مستقل به همراه پرتوهای ثانویه تولید شده توسط آنها را داراست، به شبیه سازی فانتوم های بافت نرم، بافت استخوان، چربی و ماهیچه پرداخته-ایم. جزئیات مربوط به هندسه مساله، مشخصات چشمه و عناصر تشکیل دهنده ی هر یک از بافت-های بدن به طور کامل تعریف شده و با استفاده از آن میزان دز-عمقی و توزیع زاویه ای آن در گستره انرژی mev 50 - 0.025 با روش مونت کارلو شبیه سازی شد. پس از آن اقدام به بررسی اثر ابعاد فانتوم بافت های مختلف بر روی دز و توزیع زاویه ای آن شد. سپس با توجه به نتایج بدست آمده از شبیه سازی های مونت کارلو اقدام به انجام آزمایش هایی برای اندازه گیری دز و توزیع زاویه ای آن در فانتوم آب که معادل با بافت بدن است شد. با توجه به نتایج شبیه سازی مونت کارلو و نتایج تجربی و تطبیق نسبتا خوب آنها می توان گفت با شبیه سازی مونت کارلو می توان در هر نقطه ی دلخواه بافت و در هر اندازه ای از آن دز را با دقت بالایی محاسبه کرد، در حالی که اندازه گیری دز به روش تجربی، در بعضی نواحی از بافت مشکل و حتی غیر ممکن است.

پرتوهای گاما به طور عمده از طریق سه برهم کنش فوتوالکتریک، کامپتون و تولید زوج، با ماده اندرکنش انجام می دهند که در نهایت منجرب به جذب پرتوهای گاما در ماده می شوند. در این تحقیق از دو روش تضعیف پرتوهای گاما و پس پراکندگی آنها از سطح خاک برای اندازه گیری رطوبت استفاده شده است. میزان تضعیف و پراکندگی پرتوهای گاما در خاک به انرژی آنها، چگالی و ضخامت خاک وابسته است. اگر انرژی پرتوها و ضخامت خاک ثابت بماند تنها عامل موثر در میزان تضعیف و پراکندگی پرتوها، چگالی خاک است و چگالی به مقدار رطوبت موجود در خاک بستگی دارد. پس می توان از روی تضعیف و یا پس پراکندگی پرتوها در خاک، رطوبت آن را اندازه گرفت. کد mcnp-4c کدی چند منظوره است که برای ترابرد الکترون، فوتون و نوترون استفاده می شود. در این کد تمام برهم کنش-های پرتوی گاما با ماده از قبیل پراکندگی های همدوس و ناهمدوس و فرایندهای جذب همگی با استفاده از روش مونت-کارلو شبیه سازی شده است. در این کار ابتدا با شبیه سازی مونت کارلوی آزمایش با کد mcnp-4c حالت بهینه برای سیستم اندازه گیری رطوبت خاک ( برای هر دو روش تضعیف و پس پراکندگی) بدست آورده شد و بعد از آن بر اساس نتایج حاصل از شبیه سازی مونت کارلو اقدام به انجام آزمایشهای مربوطه شد. در اندازه گیری رطوبت به روش تضعیف، ابتدا برای چند انرژی و رطوبت، شبیه سازی های مربوطه انجام شد و بعد از بدست آوردن نتایج مطلوب، شبیه سازی های مشابه ای برای چشمه-های واقعی موجود در آزمایشگاه انجام شد و در نتیجه آن چشمه 60co به عنوان بهترین چشمه برای انجام کار تجربی انتخاب شد و در پایان اثر ظرف خاک در اندازه گیری رطوبت به روش تضعیف بررسی شد. در اندازه گیری به روش پس پراکندگی ابتدا با شبیه سازی سامانه اندازه گیری رطوبت خاک، اقدام به انتخاب چشمه ی 241am به عنوان چشمه ی بهینه شد. در این فرایند کمیتی به نام کنتراست معرفی و مشخص شد که با افزایش رطوبت کنتراست به صورت خطی افزایش می یابد و در نتیجه مشخص شد که می توان از این روش برای اندازه گیری رطوبت خاک استفاده کرد. همچنین فاصله بهینه چشمه و آشکارساز از سطح خاک با استفاده از شبیه سازی مونت کارلو بدست آمد. سپس با استفاده از نتایج حاصل از شبیه سازی آزمایشهای مربوطه انجام شد. در نهایت تطبیق نسبتا خوبی بین نتایج حاصل از شبیه سازی مونت کارلو و نتایج تجربی مشاهده شد. با روش شبیه سازی مونت کارلو با استفاده از کد mcnp-4c توانستیم رطوبت را از مقادیر کم تا مقادیر زیاد به دو روش اندازه بگیریم . در اندازه گیری با روش تضعیف باید مقطع های کوچک از خاک را در نظر گرفت تا بتوان اثر ضریب انباشت را در محاسبات کم کرد. اما در روش اندازه گیری رطوبت به روش پس پراکندگی می توان هر مقطعی از خاک را در نظر گرفت و اندازه گیری را در محل مورد مطالعه انجام داد. چشمه مناسب برای اندازه گیری به روش تضعیف 60co است به علت انرژی بالا و برای اندازه گیری به روش پس پراکندگی 241am می باشد. در محاسبه رطوبت به روش پس پراکندگی پرتوهای گاما به دو روش عمل می کنیم که در روش اول روی قله پراکندگی یگانه انتگرال گیری صورت گرفته و از روی آن کنتراست را بدست می-آوریم به این روش برای منحنی کنتراست بر حسب رطوبت شیب خوبی بدست نیامد ولی اگر روی این قله برازش گائوسی انجام داده و از آن انتگرال گیری شود در این صورت نتیجه مطلوب بدست می آید. اگر چشمه واقعی را به کار برده و نمودار کنتراست بر حسب رطوبت رسم شود این منحنی شیب چندانی ندارد و این به علت پایین بودن سطح قله پراکندگی یگانه در مقابل سطح قله فوتوپیک است. برای رفع این مشکل چشمه برای چشمه یک حفاظ به ضخامت 0.2 cm تعریف می شود و وقتی که آشکارساز روی چشمه و در فاصله 0.6 cm از سطح خاک قرار دارد شیب مناسبی برای نمودار کنتراست برحسب رطوبت بدست می آوریم. آشکارساز واقعی دارای جداره های است که به علت وجود این جداره ها یک فاصله بین بلور آشکارساز و چشمه ایجاد می شود و این باعث کاهش شیب نمودار کنتراست برحسب رطوبت می شود. وجود هوا باعث تضعیف پرتوهای گسیل شده از چشمه و پرتوهای پراکنده شده از خاک می شود و به همین دلیل شیب نمودار کنتراست بر حسب رطوبت افزایش می یابد. در اندازه گیری در آزمایشگاه پارامترهای زیادی دخیل هستند که باید تا حد امکان آن ها را کاهش داد از جمله دقت در انجام آزمایش و ثابت بودن سامانه اندازه گیری در طول آزمایش است. رطوبت به روش تجربی با روش تضعیف نیز با دقت خوبی اندازه گیری شد و کنتراست در تجربه نیز با افزایش رطوبت به طور خطی تغییر می کند.

براکی تراپی، روشی در پرتو درمانی است که در آن از چشمه های رادیواکتیو ویژه ای در فاصله ی نزدیک، در تماس یا کاشت در تومور، برای درمان استفاده می شود به طوری که بافت آسیب دیده بیشترین دز را دریافت کرده در حالی که به بافت های سالم اطراف آن آسیب کمتری برسد. چشمه ها ی 103pd و 125i به طور گسترده در درمان تومورهای بدخیم استفاده می شوند. در سال 1986 چشمه 103pdبه عنوان یک انتخاب مناسب برای جایگزینی چشمه 125i مطرح شد. این چشمه در براکی تراپی برای درمان سرطان سینه، اولین بار در مرکز منطقه ای سرطان سانیبروک تورنتو (tsrcc) کانادا استفاده شد و هم اکنون در درمان سرطان های پروستات، سینه و تومورهای بدخیم تهاجمی مورد استفاده قرار می گیرد. از آنجا که در فاصله ی کمی از چشمه 103pd دز به سرعت افت می کند، با آهنگ دز مناسب می توان به بازده بالایی برای کشتن سلول های سرطانی در تومورهایی با رشد سریع دست یافت بنابراین تعیین پارامترهای دزیمتری این چشمه ها قبل از کاربرد کلینکی آن ها از اهمیت ویژه ای برخورداراست. این هدف، تنها توسط اندازه گیری های تجربی که براساس دزیمتری براکی تراپی می باشد میسر است. به دلیل بالا بودن دز در فاصله های نزدیک به چشمه، دزیمتری تجربی در براکی تراپی پیچیده می باشد و حتی می توان گفت در فاصله های کوچک غیر ممکن است. یکی از تکنیک هایی که به طور گسترده برای حل این مشکل مورد استفاده قرار می گیرد، استفاده ار شبیه سازی مونت کارلو می باشد. محاسبه ی توزیع های دز در فاصله های کوچک و همچنین، اعتبار سنجی نتایچ تجربی می تواند به وسیله ی کد های قدرتمندی از قبیل mcnp، beam،egsnrc ، penelope، geant4 و etran/its صورت پذیرد. در سال 1995 انجمن فیزیک پزشکی آمریکا (aapm) تحت عنوان tg-43 پروتکلی که شامل فرمول بندی جدید برای محاسبه ی دز چشمه های براکی تراپی منتشر کرده است. این پروتکل شامل کاربرد مونت کارلو در شبیه سازی، راهنمایی برای دزیمتری مونت کارلو، توصیه هایی برای شبیه سازی و اعتبار سنجی محاسبات می باشد. طبق این پروتکل پارامتر های دزیمتری شامل: شدت کرمای هوا(air kerma strength) ، ثابت نرخ دز (dose rate constant)، تابع هندسی (geometry function)، تابع دز شعاعی (radial dose function) و تابع ناهمسانگردی (anisotropy function) می باشد، که هر یک از این کمیات در تعین دز جذبی رسیده به تومور سهیم هستند. چون در حالت عملی، آزمایش برای درستی دز رسیده به ناحیه ی تحت درمان را نمی توان مستقیماً در بدن انسان انجام داد، با استفاده از نزدیکی چگالی و ترکیبات موجود در آب با بافت بدن، شبیه سازی تعیین پارامترهای دزیمتری، در فانتوم آب صورت می گیرد. در این پژوهش ضمن تعیین پارامترهای دزیمتری طبق دستورالعمل tg-43 با فانتوم آب، به محاسبه ی این پارامترها درفانتوم بافت بدن نیز پرداخته و با مقایسه ی نتایج حاصل از این دو حالت، بررسی این که مقادیر حاصل از شبیه سازی با فانتوم آب تا چه میزان می تواند در درمان تومورهای بدخیم به جای بافت بدن مورد استفاده قرار گیرد، ارزیابی شده است.

مقدار انرژی ذخیره شده در واحد جرم یک ماده به عوامل متفاوتی از قبیل نوع ترکیب سازنده ی آن ماده، انرژی پرتوها، نحوه پرتودهی، مدت زمان پرتودهی و ابعاد ناحیه پرتو دیده بستگی دارد. یکی از پارامترهای بسیار مهم که علاوه بر موارد بیان شده دارای اهمییت بسیار بالایی است، بدست آوردن این مقدار انرژی در ابعاد میلی، میکرو و نانو متر می باشد که کاربرد بسیار زیاد در پزشکی و محافظت در برابر پرتوها دارد. دزیمتری در ابعاد کوچک را میکرودزیمتری می نامند. در میکرو دزیمتری به بررسی توزیع دز به جا گذاشته در ماده حاصل از تابش مشخص با توجه به تک رخداد ها می پردازند. در واقع با توجه به حجم کم محیط مورد بررسی می توان فرض کرد که دز به جا گذاشته حاصل تنها یک اندرکنش است. بنابراین برای میکرودزیمتری باید تکنیک های متفاوتی در نظر گرفته شود، و کمیات جدیدی معرفی شود. که در این کار با استفاده از شبیه سازی به روش مونت کارلو به بررسی کمیات میکرودزیمتری از جمله توزیع دز پرداخته ایم. از آنجایی که دو سوم بدن انسان از آب تشکیل شده و از نظر چگالی نزدیک به چگالی بافت بدن است، آب همواره به عنوان یکی از مواد مورد بررسی برای دزیمتری بوده است. لذا در این کار تابع توزیع دز گامای حاصل از چشمه 192ir در آب با ابعاد گفته شده را محاسبه نموده و تأثیر ابعاد بر روی این توزیع و دز بدست آمده از آن را بررسی نموده ایم. دریافتیم که با افزایش ابعاد تابع توزیع دز به طور مشخص تغییر می نماید و دز به جای گذاشته کاهش می یابد. همچنین دز بدست آمده را با نتیجه ی حاصل از کد mcnp مقایسه نمودیم و دریافتیم که نتایج حاصل از mcnp برای ابعاد کوچک قابل اطمینان نخواهد بود. در واقع با توجه به عدم کارایی کد mcnp در ابعاد کوچک، نمی توان از این کد برای شبیه سازی میکرو دزیمتری بهره برد. چون در mcnp تالی ها یا نتایج بصورت میانگین گیری شده بدست می آیند. به همین دلیل mcnp نمی تواند تک رخداد در نظر بگیرد، و از آنجایی که در میکرو دزیمتری با تک رخداد ها روبرو هستیم mcnp کد مناسبی برای شبیه سازی میکرودزیمتری نمی باشد. لذا در این اقدام به نوشتن یک کد مونت کارلو برای بدست آوردن توزیع دز تک رخداد نموده ایم. در نهایت تأثیر انرژی و ابعاد، بر تابع توزیع دز را بررسی نمودیم. نتایج حاصل نشان می دادکه تابع توزیع دز دارای یک مقدار بیشینه می باشد که ناشی از مقدار بیشینه ی نسبت انرژی به جا گذاشته شده به برد الکترون می باشد. علاوه بر آن بسته به برد الکترون قله های مشخصی در نمودار توزیع دز بر حسب انرژی خطی مشاهده می شود که مربوط به الکترون های حاصل از اندرکنش های کامپتون و فوتوالکتریک می باشد. با افزایش انرژی تابع توزیع دز به سمت انرژی های خطی کوچکتر جا به جا می شود که این روند تغییرات با کار دیگران مطابقت خوبی داشت. اما با تغییر ابعاد حجم مورد بررسی بسته به اینکه برد الکترون از قطر حجم مورد بررسی کوچتر و یا بزرگتر باشد، تابع توزیع دز به سمت انرژی های خطی بزرگ جابه جا می شود یا ثابت می ماند.

در این کار به بررسی اثر شکل و ابعاد فیلتر شتابدهنده ی خطی الکترون mev 15 بر روی طیف پرتوهای گامای حاصل برای تولید نوترون پرداخته ایم. برد الکترون های خروجی از دهانه ی شتابدهنده در داخل فیلتری که از جنس استیل ضد زنگ است را محاسبه کرده ایم، سه برهم کنش غالب که برای گاماهای حاصل از تابش ترمزی الکترون ها رخ می دهند شامل: پراکندگی کامپتون، اثر فوتوالکتریک و تولید زوج است که مورد بررسی و مطالعه قرار گرفته اند. در این تحقیق از روش شبیه سازی مونت کارلو با استفاده از کد mcnp استفاده نموده ایم. mcnp کد مونت کارلوی n ذره ای چند منظوره بوده که می تواند برای محاسبات ترابرد فقط نوترون، فقط فوتون، فقط الکترون، ترابرد حالات جفت شده ی نوترون/ فوتون/ الکترون، نوترون/ فوتون، فوتون/ الکترون، و الکترون/ فوتون مورد استفاده قرارگیرد. فضای هندسی مسئله برای فیلتری از جنس استیل ضد زنگ 304 با اشکال و ابعاد مختلف با استفاده از کد mcnp شبیه سازی شد، سپس مقدار شار خروجی فوتون ها از فیلتر در زوایای مختلف نسبت به راستای گسیل الکترون محاسبه شد. در این مطالعه برای 4 شکل مختلف: مخروط، نیم کره، استوانه، و بیضی با ابعاد متفاوت توزیع انرژی فوتون های تولید شده در مکان های متفاوت مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته است. از این مقایسه شکل و ابعاد بهینه در راستای تولید بیشترین شار فوتون، استوانه ای با ارتفاع cm 3/0 و شعاع cm 1/0 به دست آمد. هم چنین با بررسی توزیع مکانی پرتوهای گامای تولید شده مشاهده شد که این پرتوها در زوایای زیر ?10 نسبت به راستای گسیل الکترون بیشترین درصد تولید را دارند. با توجه به آن که طیف پرتوهای گامای تولیدی حاصل از تابش ترمزی پیوسته است انتظار حضور پرتوهای گامای در بازه ی انرژی mev 15-0 را داریم و می توان از این گاماها در واکنش (?,n) برای تولید نوترون جهت استفاده در مراکز درمانی و . . . بهره برد.

تا کنون bnct در جهان با استفاده از چشمه راکتور و انواع شتاب‎دهنده‎ها و مولدهای نوترون و حتی با استفاده از چشمه کالیفرنیوم مورد مطالعه قرار گرفته است. البته درمان با استفاده از راکتور بر روی بیمار به صورت بالینی هم صورت گرفته ولی همچنان مطالعه بر روی چشمه مناسب، متناسب با امکانات هر کشور در حال انجام است. با توجه به توسعه کاربرد شتاب‎دهنده‎های الکترونی و رشد روزافزون تکنولوژی ساخت آن‎ها، این ابزار به عنوان چشمه در bnct مورد توجه قرار گرفته است ولی تا کنون شتاب‎دهنده‎های پیشنهاد شده پالسی بوده و قادر به تولید شار نوترونی کافی نبودند. در این پژوهش شتاب‎دهنده الکترونی با جریان ma10 به صورت پیوسته و توان kw100 به عنوان چشمه bnct مورد مطالعه و امکان‎سنجی علمی قرار گرفته است. لازم به ذکر است که تا کنون در جهان هیچ شتاب‎دهنده صنعتی‎ای برای bnct پیشنهاد یا استفاده نشده است. در این پژوهش تمام مراحل تولید باریکه درمانی برای bnct با استفاده از باریکه شتاب‏‎دهندهilu-14 شبیه سازی و طراحی شد. این مطالعه با توجه به هدف کاربردی بودن، نیازمند توجه به جنبه‎هایی داشت که کمتر در مطالعات صورت گرفته تا کنون، به آن‎ها پرداخته شده بود. فرایند طراحی باریکه درمانی و بررسی ویژگی‎های درمان با این باریکه شامل مراحل زیر بوده است: نخست، هدف فوتونی با هندسه دیسکی، با شعاع cm2 و ضخامت mm5/1 طراحی شد ولی با اندازه‎گیری میزان حرارت انباشت شده در هدف فوتونی، دما به بیش از 0c18600رسید که بالاتر از نقطه ذوب تنگستن است بنابراین طرح هندسی هدف به شکل نواری با طول cm 50 و ضخامت mm5/1 تغییر کرد تا با افزایش سطح برخورد باریکه و استفاده از باریکه اسکن کننده دمای هدف به کمتر از نقطه ذوب تنگستن کاهش پیدا کند اما همچنان دمای دیواره سربی هدف فوتونوترونی بالا بود به طوری که موجب تبخیر آب سنگین می‎شد بنابراین به منظور کم کردن دمای هدف و رساندن سیستم به حالت پایا، ناگزیر به تعبیه سیستم خنک کننده شدیم. سیستم خنک کننده به صورت نگه‎دارنده‎ای از جنس فولاد طراحی شد که آب را با دبی litr.s-140 از طریق پمپی با توان kw 2 به سطح هدف فوتونی می‎رساند تا دمای نهایی دیواره سربی هدف فوتونوترونی به 0c2/14 رسید . بازده فوتونی حاصل از هدف طراحی شده نهایی 3/1 فوتون به ازای هر الکترون فرودی به دست آمد. پس از آن‎که هدف فوتونی با در نظر گرفتن ملاحظات حرارتی به طور کامل طراحی شد، به منظور تکمیل فرایند تولید نوترون، هدف فوتونوترونی طراحی شد. با بررسی مواد، هندسه‎ها و ابعاد گوناگون، هدف فوتونوترونی بهینه از جنس آب سنگین به شکل استوانه‎ای با ابعاد cm25 شعاع و cm 16 ارتفاع، طراحی شد که دور تا دور آن محفظه سربی با ضخامت cm1 به عنوان نگه‎دارنده هدف مایع قرار داده‎شد. این هدف در برخورد تابش ترمزی قادر است4-10×4/1 نوترون به ازای هر الکترون فرودی و همچنین 73/0 فوتون نیز به ازای هر الکترون فرودی تولید کند. با توجه به زیاد بودن پرتو گامای باریکه، در مسیر باریکه لایه‎هایی از سرب به منظور جذب این پرتو قرار داده شد. بعد از تولید باریکه نوترونی لازم است این باریکه شکل‎دهی شود تا به باریکه درمانی تبدیل شود، به این ترتیب مجموعه شکل‎دهنده‎های طیف با چیدمان‎های گوناگون شامل کندکننده، بازتابنده، همسوساز، حفاظ گاما و حفاظ نوترون شبیه سازی شدند و در نهایت چیدمان زیر به عنوان گزینه مناسب از لحاظ احراز استانداردهای معرفی شده از سوی iaea برای باریکه درمانی، انتخاب شد: 5/1 cm lif + 12 cm pb + 6 cm fe + 17 cm alf3 + 12 cm pb + 16 cm fluental+ 12cm pb + 75/0 cm lif پس از ورود باریکه نوترونی حاصل از چشمه به شکل‎دهنده طیف ابتدا یک لایه فلوئورید لیتیم قرار داده شد که نوترون‎های حرارتی باریکه را فیلتر کند و مانع از افزایش گامای باریکه شود زیرا نوترون‎های حرارتی با جذب شدن در ماده پرتو گاما تولید می‎کنند. در لایه بعدی سرب قرار داده شد تا هم گامای خروجی از چشمه جذب شود و همچنین با توجه به بالا بودن سطح مقطع تولید فوتونوترون برای سرب در انرژی‎های کمتر از mev10، نوترون تولید شود و تضعیف نوترونی صورت گرفته در لایه‎های مختلف کمی جبران شود. در لایه بعد آهن قرار داده شد تا انرژی نوترون‎های خیلی سریع را کم کرده و به ناحیه فوق‎حرارتی ببرد. سپس تری فلوئورید آلومنیم و فلوئنتال با لایه‎ای از سرب نیز برای کند کردن نوترون‎ها قرار داده شد. در آخر نیز لایه‎ای سرب و فلوئورید لیتیم برای کاهش دز گاما و نوترون حرارتی قرار داده شد. پس از خروج باریکه از شکل‎دهنده، مخروط ناقصی به طول cm55 از جنس نیکل به منظور همسوسازی باریکه قرار داده شد. دور تا دور سیستم طراحی شده cm50 سرب قرار داده شد تا هم نقش حفاظ گاما را داشته باشد و هم بازتابنده‎ نوترون‎ها باشد. وجود لایه‎های متعددی از مواد مختلف در طراحی صورت گرفته موجب ‎شد ترابرد ذرات به سختی صورت بگیرد به همین منظور در هر اجرای برنامه 1 میلیارد و هشتصد هزار ذره (بیشینه تعداد ذرات قابل ترابرد برای mcnp در هر بار اجرای برنامه) ترابرد شد تا خطای نتایج به کمتر از 5 درصد برسد.

یکی از شایع ترین سرطان ها درمیان مردان بالای 50 سال سرطان پروستات می باشد. روش های مختلفی برای درمان این بیماری وجود دارد. یکی از مهم ترین روش های درمانی، پرتودرمانی داخلی یا براکی تراپی می باشد. این نوع روش درمانی که بر مبنای تابش یوننده می باشد که جهت از بین بردن تومورها و کشتن سلول های سرطانی بکار می رود. در این روش چشمه های رادیواکتیو مجاور بافت هدف و یا مستقیماً داخل بافت هدف و به فاصله چند میلی متر از آن کاشته می شوند. چشمه های گسیلنده گاما مانند i-125 و pd-142 و چشمه های رادیواکتیو بتا مانند ساماریوم-153 در براکی تراپی پروستات به کار گرفته می شود. در این تحقیق براکی تراپی پروستات به روش کاشت دایم با استفاده از کد شبیه سازی مونت کارلو برای ساماریوم-153 شبیه سازی شد و انرژی ذخیره شده برای هر بافت به دست آمد و سپس با استفاده از ضرایب مناسب، اکتیویته چشمه و جرم هر بافت دز بر حسب گری محاسبه شد. نتایج به دست آمده با کار دیگران که در آن ها دانه رادیواکتیو i-125 در شبیه سازی براکی تراپی پروستات بکار گرفته شده است، مقایسه شد. این تحقیق به دلیل اینکه بافت های مجاور بافت پروستات در خطر دریافت دز بالا هستند، مهم می باشد. در این تحقیق پارامترهای دزیمتری tg-60 که توسط انجمن فیزیک پزشکی آمریکا برای چشمه های گسیلنده بتا پیشنهاد شده است، توسط روش شبیه سازی مونت کارلو به دست آمد. پارامترهای دزیمتری در این روش شامل تابع هندسی، تابع دز شعاعی، تابع ناهمسانگردی می باشد. برای محاسبه این توابع در نقاط مورد نظر، کره هایی از جنس آب به شعاع cm 019/ فرض شد. طیف کامل و نهایی ساماریوم-153 با توجه به نظریه فرمی به دست آمد، و مقادیر چگالی احتمال در کد مونت کارلو قرار داده شد. چشمه استوانه ای ساماریوم-153 به قطر mm 3/0 و ارتفاع mm 6/1 در جهت محور z و متشکل از %20 ساماریوم، %30 کلسیم و %50 سیلیکون درنظرگرفته شد. کد مونت کارلو برای زوایای صفر تا 180 درجه و فواصل 0 تا 4 میلی متر اجرا شد و در هر نقطه مقادیر پارامترهای دزیمتری محاسبه شد. برای یافتن مقادیر تابع ناهمسانگردی و تابع دز شعاعی، آهنگ دز با به کارگیری تالی *f8 در محیط آب، و تابع هندسی با به کارگیری تالی f4 در محیط خلأ محاسبه شد. با توجه به این سازوکار تابع هندسی جذب و پراکندگی فوتون و الکترون را در ساختار چشمه نادیده می گیرد و قانون عکس مجذوری را فراهم می کند، بنابراین در کد مونت کارلو برای یافتن این تابع چگالی تمامی مواد صفر درنظرگرفته شد. سپس با توجه به نتایج به دست آمده و به کارگیری سازوکار tg-60 تابع ناهمسانگردی و تابع دز شعاعی به دست آمد.

‏‎در این پایان نامه, ‎‏ما به مطالعه و بررسی راکتور آزمایشی گداخت هسته ای کوچک با استفاده از روش محصورسازی اینرسی پرداخته ایم. راکتور مورد نظر,‎ ‎‎به صورتی طراحی شده است که شرایط لازم جهت دستیابی به نقطه پایاپای و حتی بیشتر را دارد. در‎‎ اینجا با استفاده از مفاهیم فیزیکی مربوط به گداخت هسته ای‎,‎ ابتدا‎ دو دستگاه پلاسمای کانونی نوع مدر که هر کدام دارای ولتاژ ‎200 ‎k‎v‎ ‎‏ و انرژی ‎ ‎3mj‎‎‏ می باشند‏ طراحی شدند. سپس با استفاده از قوانین فیزیکی مربوط به محصورسازی گداخت لختی‎, هدف‏ ‎محرک‎ غیر مستقیم را طراحی ‏نمودیم. این هدف که شامل لایه نازکی از سوخت ‎dt‎‏ جامد است,‎‎‎ ‎‏درون‎ هولرامی متشکل از لایه نازکی از طلا که با فوم ‎ch‎‏ پر شده‎,‎ قرار گرفته است. در مرحله بعد از باریکه های یون سبک حاصل از دو دستگاه پلاسمای کانونی که هر کدام دارای انرژی ‎ ‎4.8 ‎mj‎‎‏ هستند به عنوان محرک یون سبک برای هدف کروی طراحی شده استفاده نمودیم. در گام بعد‎‏ی برای بالا بردن بهره و انرژی تولیدی راکتور به طراحی دو هدف تیتانیومی‎‎ آلایش شده با تریتیوم‎‏ پرداخته ایم‎‎. در نهایت مجموع انرژی ‏ های حاصل از گداخت در قسمت های مختلف راکتور, ما را به انرژی فراتر از نقطه پایاپای رسانید.

چکیده باتری هسته ای وسیله ای است که انرژی حاصل از واپاشی رادیواکتیو را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. این نوع باتری¬ها به سه دستهی تبدیل مستقیم، تبدیل غیر مستقیم و باتری هسته ای شارژ مستقیم تقسیم می شوند. چگالی انرژی بالا و عمر بالا مزیت های باتری های هسته ای می باشند. اولین باتری هسته ای یک باتری هسته ای شارژ مستقیم بود که در سال 1913 توسط موزلی ساخته شد. در این پژوهش به بررسی عوامل موثر در جهت افزایش بازده باتری های هسته ای شارژ مستقیم به کمک شبیه سازی قسمت هایی از این باتری توسط کد mcnp4c پرداخته ایم، در این نوع باتری ذرات بار داری که از یک چشمه ی رادیواکتیو گسیل می شوند به طور مستقیم توسط برخورد به یک صفحه در مقابل چشمه جمع آوری می شوند. اقداماتی که در جهت افزایش بازده این نوع باتری ها انجام شده عبارت هستند از انتخاب ماده¬ی مناسب جهت استفاده به عنوان چشمه¬ی رادیواکتیو در این نوع باتری، انتخاب شکل هندسی مناسب برای باتری، انتخاب مواد مناسب به عنوان زیرلایه و پوشش سطح جانبی برای چشمه¬ی رادیواکتیو جهت افزایش بازده چشمه، انتخاب ماده ی مناسب جهت استفاده به عنوان روکش سطح کلکتور به منظور افزایش بازده کلکتور و همچنین برآورد مقدار ضخامت موثر برای زیرلایه و پوشش سطح جانبی چشمه و پوشش سطح کلکتور. در نهایت به بازده % 5/16 برای این باتری رسیدیم که در مقایسه با کارهای پیشین که بازده ای در حدود % 12 داشتند در حدود % 37 افزایش نسبی دارد.

یکی از مهمترین پیامدهای ناشی از سرطان¬هایی چون پروستات، پستان، کلیه، کبد و ... انتقال سلول¬های سرطانی به نقاط دوردست بدن و ایجاد متاستاز است که متاستاز استخوانی شایع¬ترین نوع آن است. مهمترین عارضه¬ی متاستاز استخوانی دردی است که به تدریج پیشرفت می¬کند. رادیودارو درمانی بهترین و موثرترین روش درمانی به منظور تسکین و کاهش درد استخوانی است. از جمله رادیوداروهای مورد توجه می¬توان به p(_ ^32)، (_ ^89)sr_ ، (_ ^153)sm، (_ ^186)re، (_ ^188)re اشاره کرد. در برآورد خطرات ناشی از تابش، اطلاع از مقدار دوز جذب شده رادیودارو توسط اندام¬ها در بخش¬های تشخیصی و درمانی پزشکی هسته¬ای امری ضروری است. کد mcnpx قابلیت شبیه¬سازی ترابرد تابش¬ها، تعریف هندسه¬های پیچیده و دوزیمتری دارد درنتیجه می¬توان ارگان¬های بدن انسان را شبیه¬سازی کرد، در این پژوهش ناحیه لگن و محتویات درونی آن را با استفاده از این کد شبیه¬سازی نموده و دوز و انرژی جذبی را برای چند رادیوایزوتوپ محاسبه کرده¬ایم. براساس نتایج بدست آمده از این پژوهش ملاحظه شد که برای تومورهایی که عمق بیشتری در استخوان دارند، بهتر است از رادیوایزوتوپ¬های re(_ ^188)، (_ ^32)p، (_ ^89)sr و برای تومورهایی که در سطح استخوان گسترش بیشتری دارند از رادیوایزوتوپ¬های sm(_ ^153)، (_ ^186)re استفاده شود.

پراکندگی های چندگانه یکی از مهم ترین و اصلی ترین مشکلات در تعیین منحنی کامپتون هستند. این مشکل در زمینه های دیگر فیزیک نیز مانند پراکندگی نوترون و غیره مطرح می شود. راه های متفاوتی برای محاسبه پراکندگی چندگانه پرتوهای گاما در ماده وجود دارد که مبتنی است بر هندسه آزمایش، محل قرارگیری چشمه رادیواکتیو و آشکارساز، ابعاد ماده پراکننده و احتمال برهمکنش دربازه خاصی از انرژی. درمیان فرایندهای گوناگون برهمکنش پرتوهای گاما با ماده، اثر فوتوالکتریک، پراکندگی کامپتون و تولیدزوج سه فرایند اصلی در بازه انرژی 10kev تا 10mevهستند. در عناصر با عدد اتمی بالا و در ناحیه انرژی های پایین اثر فوتوالکتریک بر پدیده های دیگر غالب است در حالی که پدیده تولید زوج تنها زمانی ممکن است که انرژی فوتون فرودی ازmev02/1 بیشتر باشد. پراکندگی کامپتون فرایندی است که احتمال رخداد آن در انرژی های میانی بر دو فرایند دیگر غالب است. اندازه گیری دقیق منحنی کامپتون نیازمند پراکنده شدن فوتون ها از ماده نمونه است به شرطی که تنها یک بار پراکنده شوند. اما در تجربه ابعاد ماده پراکننده با فرض اینکه در جهت عمق و دیواره های جانبی محدود باشد، پرتو پراکنده شده شامل فوتون هایی است که بیشتر از یک بار پراکنده می شوند. بنابراین برای ارزیابی صحیح و تعیین منحنی و سطح مقطع کامپتون، اندازه گیری دقیق توزیع طیف، شدت و زاویه پرتوهای چند بار پراکنده شده که در طیف خروجی mcnp و تجربه با پراکندگی یگانه همراه است بسیار ضروری است. بدیهی است که وجود پراکندگی چندگانه فوتون در ماده هنگامی محاسبه سطح مقطع کامپتون اندازه گیری را پیچیده می کند.

bnct1 که درمان به وسیله ی گیراندازی نوترون در بوران می باشد، یک روش پرتو درمانی برای درمان تومور های بدخیمی است که در مقابل روش های شیمی درمانی و پرتو درمانی دیگر مقاوم بوده اند. bnct در مقایسه با پرتو درمانی سنتی، می تواند به طور گزیده فضاهای انتخاب شده از بافت های سرطانی را با حفاظت از بافت های سالم اطراف مورد اصابت قرار دهد. این پرتو درمانی تجربی از سال 1990 در فنلاند مورد تحقیق قرار گرفته است. از آن زمان به بعد بیش از 200 بیمار مبتلا به تومور های بدخیم سر، گردن و مغز درمان شده اند. برای پرتو درمانی به روش bnct از چشمه های متفاوت نوترون استفاده می شود. لذا در فصل اول به انتخاب چشمه ی نوترون مناسب پرداخته ایم. ما در این پژوهش از شتاب دهنده ی tesq2 که بر اساس واکنش li(p,n)7be7 عمل می کند به عنوان چشمه ی نوترون استفاده نموده ایم. با گسیل پروتون از این شتاب دهنده و برخورد آن با لیتیم، انرژی آن به لیتیم منتقل شده و سبب گرم شدن آن می شود. لذا سیستمی مناسب برای خنک سازی هدف درنظر گرفته شده است که در فصل دوم مشخصات این سیستم را به همراه مشخصات مجموعه ی هدف بیان نموده ایم. علاوه بر این، گسیل پرتو پروتون از شتاب دهنده ی مورد نظر و اصابت آن با مجموعه ی هدف می تواند باعث رخداد واکنش های متفاوتی گردد. این واکنش ها در فصل سوم مورد بررسی قرار گرفته اند. درbnct محدوده ی انرژی و شدت نوترون های درمانی باید منطبق بر استاندارد های آژانس بین-المللی انرژی اتمی باشد. به این منظور مجموعه ای تحت عنوان شکل دهنده ی طیف طراحی نموده-ایم که طراحی این مجموعه به انرژی نوترون های حاصل از واکنش li(p,n)7be7 و به هندسه ی مجموعه ی خنک کننده وابسته می باشد. در انتها دز ناشی از نوترون ها در غده ی بزاقی با استفاده از کد محاسباتی mcnpx تعیین شده است. این مباحث به همراه جزییات کامل آن ها در فصل چهام و پنجم مطرح شده است.