【摘要】：電離輻射是地球和宇宙空間自然環(huán)境的固有特征之一,與人類健康關(guān)系密切。衡量輻射危害及其嚴(yán)重程度的重要指標(biāo)是輻射劑量。為了更有效地保護(hù)人類自身和所處環(huán)境,需要在生產(chǎn)、醫(yī)療、科研等電離輻射應(yīng)用中,有針對(duì)性地評(píng)估受照對(duì)象的具體劑量,以掌握可能存在的輻射效應(yīng)及其潛在危害,并通過(guò)客觀指標(biāo)指導(dǎo)輻射防護(hù)計(jì)劃制定和屏蔽設(shè)備設(shè)計(jì)。在運(yùn)用蒙特卡羅方法進(jìn)行電離輻射劑量計(jì)算時(shí),人體可計(jì)算模型至關(guān)重要。但現(xiàn)有各類人體模型中,基于中國(guó)人體解剖學(xué)特征的可計(jì)算模型尚未完善,不能完全滿足各種實(shí)際應(yīng)用需求,迫切需要進(jìn)行各類可計(jì)算模型建模和輻射劑量計(jì)算,以實(shí)現(xiàn)人體輻射劑量的評(píng)估和防護(hù)研究。 本文根據(jù)中國(guó)數(shù)字人體男性和女性體素模型,構(gòu)建了準(zhǔn)確的男性和女性程式化模型,其中,女性體素模型根據(jù)中國(guó)數(shù)字人女一號(hào)人體彩色截面圖像建立。為進(jìn)一步完善中國(guó)數(shù)字人體可計(jì)算輻射模型,加強(qiáng)人體輻射仿真模型的解剖學(xué)真實(shí)性和可變形性,基于已建立模型構(gòu)建了人體曲面模型,詳細(xì)闡述了構(gòu)建過(guò)程。結(jié)合輻射劑量計(jì)算的需求,本文將中國(guó)數(shù)字人體可計(jì)算模型應(yīng)用于光子、中子、質(zhì)子輻照引起的全身各組織器官劑量的MCNP蒙特卡羅模擬計(jì)算,全身有效劑量評(píng)估及輻射屏蔽研究中。通過(guò)劑量對(duì)比,分析討論了影響人體內(nèi)部組織器官劑量的若干因素。針對(duì)中國(guó)女性航天員質(zhì)子輻照劑量的評(píng)估問(wèn)題,進(jìn)行了在軌劑量的快速近似計(jì)算,對(duì)比了屏蔽前后的劑量差異,分析了其中的解剖學(xué)因素。 主要研究結(jié)果和創(chuàng)新如下： (1)在中國(guó)數(shù)字人體程式化模型的構(gòu)建中,由體素模型獲取人體組織器官參數(shù),誤差在5%以內(nèi),相對(duì)于其他模型,差異處在較小水平。在中國(guó)數(shù)字人體曲面模型的構(gòu)建中,保證了人體解剖結(jié)構(gòu)的真實(shí)性、精確性和可變性。 (2)通過(guò)光子和中子照射下劑量的定量比較,本研究發(fā)現(xiàn)：光子照射下器官劑量的轉(zhuǎn)換系數(shù)曲線具有明顯的方向特征,與照射方向密切相關(guān),不僅顯示出了數(shù)值上的差異,器官劑量轉(zhuǎn)換系數(shù)曲線的形狀都有明顯的不同。而在中子照射下,不同能級(jí)粒子的穿透力不同,會(huì)形成不同的沉積能量,器官吸收劑量在兩個(gè)區(qū)域分別形成了平臺(tái)期和上升期。 (3)通過(guò)中國(guó)女性航天員模型的質(zhì)子劑量評(píng)估,本研究發(fā)現(xiàn),質(zhì)子的入射和能量沉積方式與光子和中子入射的情況存在著較大的差異。皮膚并不會(huì)對(duì)內(nèi)部器官的吸收劑量產(chǎn)生大的影響,但使乳腺的布拉格峰向高能段移動(dòng)約20MeV。在屏蔽條件下,輻射粒子在穿透材料的過(guò)程中能量損失增加,人體器官劑量會(huì)有所減少。在1.35g/cm2厚度屏蔽層的條件下,器官劑量平均降低了13.90%(9.00%到24.20%之間不等),皮膚劑量是一個(gè)例外,降低了52.20%。 本研究中所建立的基于中國(guó)數(shù)字人體男一號(hào)和女一號(hào)的人體可計(jì)算輻射劑量模型,同時(shí)包含程式化模型,體素模型和曲面表面模型三類模型,完善了中國(guó)數(shù)字人體可計(jì)算模型,開發(fā)了一個(gè)輻射劑量計(jì)算和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的可調(diào)模板。本文中提供的數(shù)據(jù)有助于改善現(xiàn)有中國(guó)人體劑量學(xué)數(shù)據(jù)集,夯實(shí)了可計(jì)算模型在輻射防護(hù)領(lǐng)域中的應(yīng)用,對(duì)各類照射情況下的劑量計(jì)算,各種身體類型和體姿下的劑量研究,以及輻射劑量的準(zhǔn)確估算和實(shí)時(shí)輻射防護(hù),都有積極的推動(dòng)作用。
[Abstract]:Ionizing radiation is one of the distinctive features of the natural environment of the earth and the cosmic space, and is closely related to human health. The important index to measure the radiation hazard and its severity is the radiation dose. in order to protect the human and the environment more effectively, it is necessary to evaluate the specific dose of the irradiated object in the application of ionizing radiation such as production, medical treatment, scientific research and the like to master possible radiation effects and potential hazards, and the design of the radiation protection plan and the design of the shielding equipment are guided through the objective index. In the calculation of the ionizing radiation dose by the Monte-Carlo method, the model of the human body can be calculated. However, in the present various human models, the computable model based on the Chinese human anatomy features is not perfect, can not completely meet the actual application requirements, and the models and radiation dose calculation of various kinds of calculable models are urgently needed to realize the evaluation and protection research of the radiation dose of the human body. In this paper, according to the model of Chinese digital human male and female body, an accurate model of male and female programming is constructed, in which the model of female body is built according to the color section image of Chinese digital human female No. 1. In order to further improve the Chinese digital human body, the radiation model can be calculated, the anatomical authenticity and the deformability of the human radiation simulation model are strengthened, the human curved surface model is constructed based on the established model, and the construction of the human body surface model is described in detail. Based on the requirements of the radiation dose calculation, this paper applies the Chinese digital human body computable model to the MCNP Monte Carlo simulation of the whole body tissue organ dose caused by photon, neutron and proton irradiation, and the whole-body effective dose assessment and the radiation shielding study. In this paper, a number of factors influencing the internal organ dose of human body were discussed by means of dose contrast. In order to evaluate the dose of the proton irradiation of Chinese women's astronaut, the rapid approximation of the dose of the rail was carried out, the difference of the dose before and after the shield was compared, and the anatomical reasons were analyzed. Main findings and findings The new method is as follows: (1) In the construction of the Chinese digital human body programming model, the body element model is used to obtain the organ parameters of the human body, the error is within 5%, In the construction of the Chinese digital human curved surface model, the authenticity and accuracy of the anatomy of the human body are ensured. (2) By means of the quantitative comparison of the dose under the irradiation of the photon and the neutron, the present study found that the conversion coefficient curve of the organ dose under the irradiation of the photon has a clear direction characteristic, which is closely related to the irradiation direction, not only is shown, the difference in values, the shape of the organ dose conversion coefficient curve, It is obvious that under the irradiation of the neutron, the penetrating power of different energy level particles is different, different deposition energy is formed, and the absorbed dose of the organ is formed in two regions respectively. The study found that the incident and energy deposition of the proton and the incident of the photon and the neutron were observed by the proton dose assessment of the Chinese female astronaut model. There is a large difference in the condition. The skin does not have a great effect on the absorbed dose of the internal organs, but the Bragg peak of the breast is given high energy In the shielding condition, the energy loss of the radiation particles in the process of penetrating the material is increased, and the human body The organ dose decreased. The mean organ dose was reduced by 13.90% (9.00% to 24.20%) under the condition of 1. 35g/ cm2 of the shielding layer, and the skin dose was an exception. The radiation dose model of the human body based on Chinese digital human male 1 and female 1, which is based on Chinese digital human body and female No. 1, is established in this study, and the three models of the programming model, the body element model and the surface model are also included, and the radiation dose model is improved. Chinese digital human body computable model, developed a radiation dosimeter The data provided in this paper can help to improve the existing data set of human dosimetry in China, and tamp the application of the computable model in the field of radiation protection. Dose studies in type and body posture, as well as accurate estimation of radiation dose and real-time radiation protection
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：R144.1

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本文編號(hào)：2396280