本文關(guān)鍵詞：基于人體模型的中子通量—劑量轉(zhuǎn)換系數(shù)模擬研究

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【摘要】：隨著核物理在生活中的應(yīng)用越來越廣泛，核工業(yè)尤其以核電站為主的產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，在發(fā)展的過程中，也經(jīng)常會發(fā)生人體被照射的事故。尤其是被輻射粒子照射后具有的一些特性如：防護較困難、生物效應(yīng)復(fù)雜等導(dǎo)致發(fā)生核事故后診治復(fù)雜，所以對于核事故特別是臨界事故，給人們提出了一系列復(fù)雜的劑量學(xué)問題。而在這些問題中，又以中子的防護和劑量問題為難點，因為中子具有防護困難，發(fā)生核事故后難以準(zhǔn)確測量劑量等特點。對于輻射防護，最重要的兩點為：（1）制定詳細(xì)的防護措施，使公眾或者工作人員在可能受到輻射時可以有參考依據(jù)而有效地降低被照射量減少傷害。（2）在發(fā)生核事故后，及時并且準(zhǔn)確的確定被輻射人員的吸收劑量，從而確定相應(yīng)的救治措施。對于第2點“確定被照人員的吸收劑量”，近些年來國內(nèi)外的科研工作者們一直在進行著研究。從上世紀(jì)60年代逐漸發(fā)展出一種測量方法，其原理為：人體中元素23Na經(jīng)中子照射后發(fā)生23Na(n,γ)24Na反應(yīng)，產(chǎn)生能量為1.38MeV和2.76MeV的γ射線，通過測量這些射線的強度來確定中子的吸收劑量。雖然這種方法發(fā)展了很多年，并且有較大進展，但是由于人體本身的生理特性及不同能量的中子與人體中元素作用的復(fù)雜截面，目前仍然有很多難點難以解決。隨著計算機能力及各種蒙特卡羅方法軟件的發(fā)展，另外一種方法在上世紀(jì)70年代發(fā)展起來：使用計算機制作人體模型，并且使用相應(yīng)的軟件來模擬核輻射物理過程，通過計算機計算人體在不同輻射條件下的吸收劑量，從而為實際中的工作提供參考和對照。這種方法的特點是可以實現(xiàn)現(xiàn)實中比較困難或者無法實現(xiàn)的實驗，并且結(jié)果精確。缺點是結(jié)果的精確與否取決于人體模型和算法的準(zhǔn)確與否。本文的重點為對人體各器官的中子通量-劑量轉(zhuǎn)換系數(shù)進行計算，該轉(zhuǎn)換系數(shù)由ICRP提出，旨在發(fā)生核事故后通過測量中子的通量即可粗略估算人體各個器官的吸收劑量。 現(xiàn)在全世界絕大部分國家的輻射防護和劑量的計算是以核物理國際學(xué)術(shù)權(quán)威組織ICRP及ICRU的出版物和報告中的規(guī)定為基礎(chǔ)的，ICRP和ICRU提供的外照射劑量防護守則及計算方式也是以計算機人體模型及蒙特卡羅軟件方法為主的，這些參數(shù)已經(jīng)被作為標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布在各種數(shù)據(jù)庫中，由于數(shù)組人體模型與真實人體尚有一定差距，且現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了一種比較先進的人體模型——體素人體模型，所以本文中主要研究方向為使用較為復(fù)雜和精密的體素人體模型進行計算，并且跟它們的報告和結(jié)果進行對比，提出相應(yīng)的建議和意見。 本文主要獲得如下成果： 1.首先理論基礎(chǔ)基于ICRP報告中規(guī)定的中子通量-劑量轉(zhuǎn)換系數(shù)的計算方法：使用理想的單能中子平板放射源對人體模型進行六中理想方式的照射，計算其各器官中子通量-劑量轉(zhuǎn)換系數(shù)。實際模擬中使用蒙特卡羅軟件MCNP及基于體素原理構(gòu)建的人體模型“VIP MAN”進行模擬計算。 2.模擬計算出了“VIP MAN”人體模型中24個主要器官的中子通量-劑量轉(zhuǎn)換系數(shù)。 3.將ICRP第74號報告中的“MIRD”的12個器官中子通量-劑量轉(zhuǎn)換系數(shù)與使用“VIP MAN”計算出的結(jié)果進行對比，并且進行了詳細(xì)的分析：對于大部分器官的計算結(jié)果與ICRP74號報告中數(shù)據(jù)擬合較好，對于某些器官存在差異，這些器官主要為內(nèi)臟，如：肝臟、肺部、胃部、甲狀腺等，這是因為體素人體模型與數(shù)字人體模型不同的構(gòu)建原理所導(dǎo)致的。通過對比分析這些差異器官的數(shù)據(jù)，提出對于甲狀腺，肺部，胃部，肝臟的中子通量-劑量轉(zhuǎn)換系數(shù)在實用中，應(yīng)該酌情減小報告書中的規(guī)定值以貼近真實情況。 本文主要創(chuàng)新點： 1.使用基于體素原理構(gòu)建的體素人體模型進行研究，體素人體模型對于人體器官的描述優(yōu)于前人研究中普遍使用的數(shù)字人體模型。 2.與ICRP74號報告中的數(shù)據(jù)進行了對比，對甲狀腺，肺部，胃部，肝臟的中子通量-劑量轉(zhuǎn)換系數(shù)提出了再使用中應(yīng)該使用比ICRP報告中規(guī)定數(shù)值低的建議。 通過使用體素人體模型“VIP MAN”進行模擬，并且將結(jié)果與權(quán)威組織發(fā)布的數(shù)據(jù)進行對比后可以看出，大部分?jǐn)?shù)據(jù)跟權(quán)威數(shù)據(jù)相吻合，而對于某些有較大差異的數(shù)據(jù)，文中均給出了合理的解釋。通過分析結(jié)果，可以看到對于甲狀腺，肺部，肝臟，胃部等器官，，它們的中子通量-劑量轉(zhuǎn)換系數(shù)在使用時可能需要進行一些修改。 本文的不足之處為：由于本文中使用的“VIP MAN”人體模型屬于基于真實人體而制作出的模型，其人體數(shù)據(jù)的代表性需要被重新評估，并且在模擬計算中只使用了一款蒙特卡羅方法軟件，所以得出數(shù)據(jù)只具有一定的代表性，希望在以后能使用其他軟件進行進一步的模擬研究。
【關(guān)鍵詞】：人體模型 中子通量-劑量轉(zhuǎn)換系數(shù) 蒙特卡羅方法 ICRP ICRU
【學(xué)位授予單位】：成都理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TL75
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 引言11-16
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 國內(nèi)外中子劑量測量研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀14
• 1.3 論文研究內(nèi)容與技術(shù)路線14
• 1.4 總體思路和章節(jié)內(nèi)容14-16
• 第2章 中子及劑量防護學(xué)基礎(chǔ)知識16-30
• 2.1 中子的性質(zhì)16
• 2.2 中子與機體作用的主要方式16-18
• 2.2.1 彈性碰撞16-17
• 2.2.2 非彈性碰撞17
• 2.2.3 輻射俘獲17
• 2.2.4 核裂變反應(yīng)17-18
• 2.2.5 帶電離子發(fā)射18
• 2.3 相關(guān)劑量學(xué)單位18-19
• 2.4 不同能量中子與人體組織作用的特點19
• 2.5 中子劑量計算相關(guān)概念19-22
• 2.5.1 中子比勢動能與比勢動能率19-20
• 2.5.2 粒子通量與比勢動能20-21
• 2.5.3 吸收劑量與比勢動能21
• 2.5.4 中子在人體內(nèi)的能量傳遞21-22
• 2.6 不同能量的單能中子對人體吸收劑量的影響22-23
• 2.7 輻射防護相關(guān)計量單位23-28
• 2.8 劑量轉(zhuǎn)換系數(shù)28-30
• 第3章 人體模型在蒙特卡羅方法軟件中的實現(xiàn)30-47
• 3.1 計算機人體模型建立過程30-33
• 3.1.1 人體信息圖像儲存過程30-31
• 3.1.2 “VIP MAN”人體模型簡介31-33
• 3.2 蒙特卡羅方法原理及 MCNP 系列軟件介紹33-35
• 3.3 體素人體模型在程序中的實現(xiàn)35-41
• 3.4 程序中放射源能量及能量箱設(shè)置41-42
• 3.5 模擬過程中劑量的計算劑量計算42-47
• 3.5.1 本程序中劑量計算的實現(xiàn)45
• 3.5.2 中子通量-劑量轉(zhuǎn)換系數(shù)的換算45-47
• 第4章 模擬結(jié)果分析47-72
• 4.1 誤差分析47-49
• 4.2 計數(shù)率與劑量的關(guān)系49-51
• 4.3 各器官中子通量-劑量轉(zhuǎn)換系數(shù)計算51-52
• 4.4 全身中子通量-劑量轉(zhuǎn)換系數(shù)的計算52-53
• 4.5 與其他蒙特卡羅軟件模擬結(jié)果比較53-55
• 4.6 與 ICRP 第 74 號報告結(jié)果對比55-66
• 4.6.1 ICRP 介紹55
• 4.6.2 ICRP74 號報告中人體模型介紹55-57
• 4.6.3 模擬結(jié)果與 ICRP74 號報告的對比57-65
• 4.6.4 有效吸收劑量對比65-66
• 4.7 高能部分的比較66-69
• 4.8 空間中不同介質(zhì)對吸收劑量影響的對比69-72
• 結(jié)論72-75
• 致謝75-76
• 參考文獻76-79
• 攻讀學(xué)位期取得學(xué)術(shù)成果79-80
• 附錄“VIP MAN”器官中子通量-劑量轉(zhuǎn)換系數(shù)80-88

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