شبیه‌سازی مونت‌کارلوی طیف انرژی، پخش زاویه‌ای و توزیع شار شعاعی باریکه فوتونی یک شتاب‌دهنده پزشکی با استفاده از کد MCNP4C

سابقه و هدف: تحقیقات پیشین نشان داده‌اند که روش مونت‌کارلو جهت ترابرد باریکه‌های فوتونی در شتاب‌‌دهنده‌های پزشکی روش مناسبی می‌باشد. باریکه‌های شبیه‌سازی شده را می‌توان جهت اندازه‌گیری توزیع دز در فانتوم و بدن بیماران استفاده کرد. شناخت توزیع‌های زاویه‌ای، انرژی و شعاعی مهم‌ترین اطلاعات باریکه فوتونی بوده و می‌تواند جهت کاربرد کلینیکی روش‌های شبیه‌سازی مورد استفاده قرار گیرد. اطلاعات فاز- فضا شتاب‌دهنده Elekta SL75/25 در کد MCNP4C شبیه‌سازی شد. شبیه‌سازی در این کد به دلیل الگوریتم‌ها و مدل‌های فیزیکی متفاوت از کد EGS4 نیاز به بررسی دارد. در این تحقیق ضمن ارائه مراحل شبیه‌سازی کامل ساختار سر شتاب‌‌دهنده Elekta SL75/25 در کد MCNP4C، اطلاعات فاز- فضا در چهار سطح عمود بر محور مرکزی تهیه شد. مواد و روش‌ها: ابتدا هندسه سر شتاب‌دهنده شبیه‌سازی و از درستی آن اطمینان حاصل شد. انرژی متوسط و توزیع شدت شعاعی باریکه الکترونی از طریق مقایسه مقادیر اندازه‌گیری و شبیه‌سازی شده منحنی درصد دز عمقی و پروفایل دز تعیین گردید. چهار سطح ثبت در فاصله 1/0 سانتی‌متر در زیر هدف، کولیماتور اولیه، فیلتر پهن‌کننده و کولیماتور ثانویه به صورت دوایر هم‌مرکز با شعاع اولیه 1/0 سانتی‌متر و گام‌های 1/0 سانتی‌متر تا شعاع 5/3 سانتی‌متر شبیه‌سازی شد و پس از شبیه‌سازی اشعه ترمزی و ترابرد شار پرتوی، اطلاعات مربوط به توزیع‌های انرژی، زاویه‌ای و شعاعی باریکه تهیه شد. یافته‌ها: نتایج حاصل با مقادیر ارائه شده حاصل از کد EGS4 مقایسه و مشخص شد که طیف انرژی در انرژی‌های بالا در کد MCNP4C اندکی بالاتراز کد EGS4 می‌باشد. انرژی متوسط باریکه خروجی MeV18/2 بوده که توافق خوبی با نتایج تحقیقات قبلی دارد. در تمامی سطوح ثبت اصلی، با دور شدن از محور مرکزی، پرتوها نرم‌تر می‌شوند که این تغییرات در هدف با MeV24/1 بیش‌ترین و در کولیماتور ثانویه با MeV13/0 کم‌ترین مقدار می‌باشد. با عبور پرتوها از ساختارهای مختلف سر شتاب‌دهنده، باریکه به میزان MeV61/0 سخت‌تر می‌شود. توزیع شعاعی شار با عبور از کولیماتور اولیه و فیلتر پهن‌کننده به میزان 6/0% و 05/0% با مرکز باریکه تفاوت دارند. شار پرتوی در فیلتر پهن‌کننده به میزان 04/50% کاهش می‌یابد که بیش‌تر این کاهش در انرژی‌های کم می‌باشد. نتیجه‌گیری: افزایش انرژی در کد MCNP4C ناشی از نحوه انتخاب کارت قطع فیزیک انرژی می‌باشد، که سبب گرایش انرژی میانگین باریکه الکترونی به انرژی‌های بیش‌تر شده است. کولیماتور اولیه و فیلتر پهن‌کننده به ترتیب در یک‌نواختی شار و یک‌نواختی شار انرژی مؤثر می‌باشند. عبور پرتوها از میان تمامی اجزاء سر شتاب‌دهنده سبب سخت‌تر شدن پرتوها می‌شود که فیلتر پهن‌کننده بیش‌ترین تأثیر را دارد.