组织等效介质中正离子径迹周围剂量分布

《组织等效介质中正离子径迹周围剂量分布》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、296以科学发展观促进科技创新(上)组织等效介质中正离子径迹周围剂量分布张文仲1郭勇21．北京1044信箱200号，防化研究院二所，102205；2．北京太平路27号，军事医学科学院二所，100850摘要在对人体组织材料进行分析的基础上，确定了水蒸气作为组织等效材料的合理性，利用蒙特卡罗(MC)粒子输运技术模拟了正离子在介质中的微观行为，通过时计算所得数据进行系统分析，得出正离子在组织等效材料中能量沉积微观特性的一些规律与特点：正离子在介质中除使原子激发损失能量之外，还会通过电离的方式，把其能量交给次毁电子，最后由电子完成其能量沉积过程；正离子在

2、介质中发生能量沉积时，大部分毙量沉积在径迹芯上。次级电子主要在径速芯以外发生能量沉积；正离子在介质中形成特定的剂量分布形式。利甩MC方法研究粒子在生物组织中能量沉积过程，使对辐射生物效应发生机理认识大大加深，真正进入到DNA分子(纳剂量)的水平。关键词核科学与技术桓迹结构组织等效材料剂量分布一、前言生物组织结构和大小不等，可以从纳米量级水平(如DNA分子)扩展到微米量级水平(如细胞核)，某些组织器官尺度甚至更大。电离辐射粒子在其中发生能量沉积后，会发生各种各样的变化，这将直接影响到生物体本身的形态、结构和功能的改变，为深入了解电离辐射产生的各种生

3、物效应，需要研究电离辐射粒子及其次级电子在生物组织中的剂量分布，通过研究电离辐射粒子的剂量分布微观模式可得到细胞损伤可能的强度和范围。正离子在受照介质中能量沉积的微观分布信息可以通过蒙特卡罗(MC)模拟计算程序获得，MC程序按一个个作用事件模拟带电粒子在介质中运动的情况，利用这些微剂量学分布详细信息，能够知道正离子能量沉积的规律和特点，进而对分子水平上辐射损伤特性做出科学预测．这在保健物理与医学物理应用领域将具有重大意义，特别是引起细胞中生物损伤的物理机制清楚之后，对放射危害评估、线阈模型的建立、放疗手段的合理运用等都将会产生积极的促动作用。研究

4、正离子及其次级电子剂量的微观分布，可以从研究粒子能量沉积点所形成的径迹结构人手。二、辐射径迹结构研究方法当单个带电粒子与物质相互作用时，在初级和次级粒子能量消耗的瞬间，于其穿行的路径上留下电子、离子和受到激发的原子、分子，这些碰撞作用的产物就构成了粒子的径迹，即径迹是由能量转移点组成的，能量转移点表示的是辐射作用时的几何位置，这一点上的能量沉积就是能量转移，当所有转移点和能量沉积完全知道的情况下，电离辐射与物质作用的物理描述才完整。辐射作用的几何位置及该位置上能量沉积完整列表构成了电离辐射径迹。离子作用模型用于描述各种介质中所模拟的正离子径以辩学

5、发展现促进抖技创新(一)297一=———————————————=——————————————————一迹，并且能够对各子代次级电子进行输运，离子输运过程中使用的参数包括：单个微分截面和二次微分截面、束缚能量、生物体和组织中概率密度分布参数、水蒸气和液体水的分支比和电离效率等，图1描述了正离子径迹结构程序模块之间的基本关系。图1正离子径迹结构模拟程序框岛MC径迹结构程序使用各种手段获得的用于带电离子输运和径迹模拟所需要的截面数据，多数程序都使用的实验数据相同，只是程序运行时使用的理论和计算方法不同而已。由于在组织中的水分占80％以上，所以，一般用

6、水作为软组织的代用品。但对截面测量来说，用于实验靶的液体永不易处理，这使得在计算机上进行模拟计算以及对带电粒子径迹结构程序进行验证时存在许多困难，由于水蒸气介质中的截面数据比液体水中的截面数据更易获取，离子径迹结构模拟程序一般都使用水蒸气介质中的截面数据。图2示出了1MeV质子在水蒸汽介质中形成的径迹片断，初级带电粒子能量就沉积在直线径迹上。通过对带电粒子在组织中形成的径迹结构研究，可以知道电离辐射能量沉积的规律，进而对分子损伤特性作出科学判断和预测。⋯t。’一J⋯⋯苷’I-·一t_一t茹一囊图21MeV质子在水蒸气中形成的径连片断假设要模拟的单

7、位密度组织等效球直径为d，用公式表示：矗=p·d。，其中d，是计数管直径，P是水蒸气密度．故通过改变计数管中组织等效气体工作压力便可模拟不同尺度的微观组织。本项研究使用MOCA系列程序中的MOCAl5版本，模拟了不同能量质子和a粒子在密度为lg／Cm3的水(与人体组织等效)中径迹片断，所使用的模拟介质是水蒸气，记录了质子和a粒子以及它们所产生的次级电子在生物体组织等效材料中发生作用时的真实物理事件，得到了各个物理事件分布情况以及这些事件发生时的能量沉积数值。对于次级电子，处理的事件主要包括：弹性散射、原子(分子)激发、外壳层电离、内壳层电离等事件

8、，处理的电子最低能量是lOev。所有这些事件的信息都被记录在一个输出文件上，利用这些事件信息分析了各种微观事件分布情况，并取得了各种相关