پرتوهای کیهانی به دلیل انرژی های بسیار بالایی که دارند همواره در حوزه ی فیزیک ذرات پر انرژی مورد توجه بوده اند. پس از کشف تابش زمینه کیهانی محاسبات نظری امکان گذار ذراتی با انرژی آستانه ev 1020 از فضای میان ستاره ای را رد می کرد. در یک دهه اخیر با ساخت آشکار سازهای بزرگ پرتو های کیهانی، ذراتی با انرژی فراتر از ev 1020 که به ناحیه ی قطع gzk موسوم است مشاهده شده اند. به دلیل شار بسیار پایین این ذرات فوق پرانرژی، تنها راه مشاهده ی آنها مطالعه ی چگونگی گسترش بارشهای ذرات ثانویه ی حاصل از آنها در جو زمین است. برای تعیین انرژی و نوع این ذرات لازم است توزیع ذرات ثانویه حاصل از بارش هوایی با نتایج حاصل از شبیه سازی کامپیوتری برهمکنش ذرات مختلف با جو زمین مقایسه شود. در این پایان نامه با استفاده از کد مونت کارلوی geant4 برهمکنش پروتون های فوق پرانرژی با جو زمین در ناحیه قطع gzk شبیه سازی شده است و توزیع طولی و جانبی پرتو های گاما، الکترون ها و میونهای حاصل از این برهمکنش ها تعیین شده است.

محاسبه ی انرژی بهینه ی نوترون برای درمان تومورهای سرطانی به روش bnct، یکی از مراحل مهم درمان می باشد، تعیین انرژی مناسب نوترون، باعث افزایش دوز جذبی در تومور و آسیب کمتر به بافت سالم می گردد زیرا اگر انرژی نوترون فرودی کم باشد ممکن است قبل از رسیدن به تومور جذب شود همچنین برخورد نوترون های سریع به هسته اتم ها به ویژه هیدروژن، باعث پس زنی پروتون می گردد که دوز ناشی از این پس زنی باعث آسیب به بافت سالم می شود.در این پایان نامه برای شبیه سازی bnct ، از روش مونت کارلو با استفاده از کد geant4 استفاده شد. فانتوم سر کروی به شعاع 3/11 سانتی متر به همراه تومور کروی به شعاع 2 سانتی متر در فاصله ی تقریبا 2سانتی متری از پوست سر طراحی شد. همچنین طیف نوترون فرودی نیز به صورت گاوسی در نظر گرفته شد. در این شبیه سازی غلظت بور در بافت سالم ppm10 و در تومور ppm 43 می باشد. با شبیه سازی صورت گرفته و بررسی انرژی نوترون فرودی بین kev 001/ 0 تا kev1000 و محاسبه ی بهره ی درمان، بهترین بازه ی انرژی نوترون مورد استفاده برای توموری با مشخصات فوق بین kev1 تا kev5 بدست آمد.

رآکتورهایی با توان 1 گیگا وات در حدود 1021 عدد آنتی نوترینو در ثانیه به اطراف منتشر می کنند .در این تحقیق از پوزیترون که حاصل واکنش آنتی نوترینو با پروتون است به عنوان چشمه در شمارنده استفاده شده است. این واکنش در راکتور انجام میشود بنابراین طیف پوزیترون حاصل از راکتوردر نظر گرفته شده وطیف انرژی فوتونهای چرنکوفی ایجاد شده حاصل از این ذره بررسی شده است . با استفاده از نتایج میتوان به طور معکوس اطلاعاتی درباره آنتی نوترینوی ابتدایی به دست آورد . هدف از انجام این تحقیق بررسی اثر آنتی نوترینو های باقیمانده در مدت خاموشی راکتور است بااستفاده از نرم افزار geant4 ظرف آشکارساز با چشمه پوزیترون طراحی شده و در فاصله 25 متری از قلب راکتور قرار گرفت . آنتی نوترینوهای خروجی ظرف که بسیار اندک هستند به آب ماده درون آشکارساز برخورد وتولید پوزیترون کردند تعدادی از پوزیترونها با سرعت بالای سرعت نور حرکت کرده تولید فوتونهای چرنکوف کردند. با بررسی آنها تعداد فوتونها توسط پی ام تی ها شمرده شدند. از روی این تعداد بطور معکوس اطلاعاتی درباره تعداد آنتی نوترینوی خروجی بدست آمد. برای یک ذره پوزیترون تعداد فوتونهای چرنکوف تولید شده توسط کد 328 عدد بدست آمد که این عدد با تعداد فوتونهای بدست آمده از روابط نظری تقریبا همخوانی داشت. لذا میتوان با استفاده از این روش به بررسی وسنجش فعالیت از فاصله دور مراکزی که درآن ها واکنش زنجیره ای شکافت صورت می گیرد پرداخت.