论文题目: BNCT的蒙特卡罗模拟方法研究及软件研制
论文类型: 硕士论文
论文专业: 计算数学
作者: 李刚
导师: 邓力
关键词: 蒙特卡罗,网格模型,中心点方法,快速粒子径迹技巧
文献来源: 中国工程物理研究院
发表年度: 2005
论文摘要: 硼中子俘获治疗（Boron Neutron Capture Therapy，简称BNCT）主要通过将具有选择性的含硼药物注射入人体血液，富集在肿瘤中。受热中子照射，经由10B（n，α）7Li反应放出2.79MeV高能量、短射程的α粒子和7Li离子，杀死肿瘤细胞，且避免伤害正常组织。 研制BNCT物理剂量计算软件是治疗计划的关键，国外已发展了多个BNCT商用软件，价格昂贵，且关键技术尚属保密。BNCT治疗软件涉及前处理、中子-光子剂量计算和后处理。由于复杂的几何，通常采用蒙特卡罗（Monte Carlo，简称MC）方法模拟。传统MC方法及程序（如MCNP）可以计算BNCT需要的剂量，但要达到期望的精度，需要模拟大量的粒子，从而花费大量的计算时间，这是临床应用无法接受的。 本研究就是力求发展一种既能确保计算精度、又能缩短计算时间的MC估计方法。论文首先用MCNP程序模拟了BNCT三种国际基准网格模型，并与修正的Snyder椭球模型进行了比较，进而给出了一种保质量守恒、内存量少、易于产生输入文件的4种基本材料成份的中心点方法及模型。计算结果表明，新模型可以达到基准模型的精度。根据解析模型剂量随深度的变化规律，研究构造了多网格组合模型和5mm优化网格模型，在重要区域计算精度不损失的条件下，大大缩短计算时间。进一步从FOM值和剂量计算结果比较，分析了满足模型计算收敛的样本数，以及剂量计算误差与样本数的关系，指出不同模型达到收敛的最少样本数。最后，针对BNCT问题的特点，借鉴并发展了快速粒子径迹技巧，在碰撞点抽样和粒子射线交点计算上采用特殊处理，计算效率较传统MC方法提高了30％，使程序具备了临床应用价值。
论文目录:
摘要
Abstract
第一章 引言
1.1 中子俘获治疗简介
1.2 BNCT相关的核反应
1.3 入射中子束特性
1.4 当前BNCT的研究现状
1.5 选题的目的和意义
第二章 蒙特卡罗方法在粒子输运中的应用
2.1 MC方法简介
2.1.1 基本思想
2.1.2 误差估计
2.2 粒子输运问题的蒙特卡罗模拟
2.2.1 输运方程的积分形式
2.2.2 输运方程的几类形式
2.2.3 积分输运方程的逐次逼近解
2.2.4 发射密度方程的随机模拟
2.2.5 发射密度的隐俘获估计
2.2.6 中子通量密度计算
2.3 通量密度计算模拟流程
2.4 MCNP程序简介
第三章 BNCT网格生成方法及蒙特卡罗模拟
3.1 核物理基础
3.1.1 剂量计算
3.1.2 Kerma因子
3.1.3 中子源
3.2 人头几何模型
3.2.1 解析模型
3.2.2 基准网格模型
3.3 网格内部材料确定
3.3.1 混合材料网格模型
3.3.2 中心点网格材料生成法
3.4 质量守恒检查
3.5 数值模拟
3.5.1 降低方差技巧的使用
3.5.1 剂量计算结果比较
3.5.2 计算时间和内存需求比较
3.6 组合网格模型
3.7 5MM网格模型
3.8 样本数的选取
3.8.1 收敛判断
3.8.2 FOM值分析
3.8.3 4mm网格模型结果分析
3.8.4 组合网格模型结果分析
3.8.5 时间比较
3.9 小结
附录: 286种混合材料的理论计算
第四章 快速径迹算法及其应用
4.1 MCNP程序算法分析
4.2 快速射线跟踪技巧
4.2.1 二维平面
4.2.2 三维情况
4.3 改进径迹长度计算方法
4.4 算法模拟比较结果
4.5 算法进一步完善
4.6 小节
第五章 总结
参考文献
硕士期间发表文章
致谢
发布时间: 2007-03-29
参考文献
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