基于统一计算架构的人体受照剂量实时仿真评估方法

基于统一计算架构(Compute unified device architecture,CUDA),利用GPU的流多处理器和共享显存实现了辐射环境中人体体素级受照剂量的并行计算。通过加速器驱动次临界系统散裂靶质子束窗的维修更换仿真例题的测试,百万量级体素人体受照剂量计算时间降低到10 ms的量级,能够保持与实时维修仿真同步。该方法能够满足维修仿真对维修人员的器官当量剂量和人体有效剂量计算的实时性要求,可应用到维修方案的实时仿真推演,对提高维修方案的设计与验证效率,辅助优化方案和保障人员辐射安全具有重要意义。     

基于最小包围盒策略的人体辐射剂量评估方法研究

在核设施停堆维修过程中,需要对维修工人受到的辐射剂量进行预评估。传统的评估方法是将人体简化为一个质点,无法精确评估不同器官的受照剂量。本文发展了一种基于包围盒策略的人体辐射剂量评估方法,并成功应用到国际热核聚变实验堆ITER极向场线圈维修工作人员辐射剂量评估中,结果表明,该方法不仅能提供更为精确的人体剂量评估结果,还能提供人体器官受照剂量,对考虑到器官剂量限值的工人作业方案制定有重要意义。     

核医学治疗中患者的体素级剂量计算

核医学治疗中为了制定合理的治疗方案需要对患者进行个体化剂量评估。本研究通过计算患者的体素级剂量分布，对分化型甲状腺癌患者的¹³¹I SPECT图像及CT图像进行了精准定量分析，利用体素S因子方法、直接蒙特卡罗方法和GPU蒙特卡罗方法计算了核医学患者体素级剂量分布。体素S因子方法相比于蒙特卡罗方法，在上呼吸道内部、肺部、骨骼等与水密度差异大的位置表现出剂量结果的差异，在肺和骨骼的最大差异达到40%,且在组织的交界处差异明显，在距离源分布较远位置的剂量相对于蒙特卡罗结果有一定低估。GPU蒙特卡罗方法与直接蒙特卡罗方法计算结果一致，并实现了400倍的加速比。综上所述，体素级剂量计算能获得亚器官区域和肿瘤区域的剂量不均匀分布，直接蒙特卡罗方法相比于体素S因子方法能够实现更精确的剂量计算，GPU程序能有效加速蒙特卡罗计算。     

基于体素模型的光子外照射大鼠器官剂量模拟计算

获得外照射条件下的大鼠器官剂量,对于放射医学剂量-效应关系研究具有重要意义。本文基于大鼠微型CT图像建立大鼠体素模型,并研究光子外照射情况下大鼠器官剂量。大鼠体素模型质量323.7 g,单个体素尺寸为0.16 mm×0.16 mm×2 mm,包含大鼠大部分关键器官和组织。利用蒙特卡罗模拟程序MCNP计算获得了4种照射几何条件、21个单能(10 keV～10 MeV)平行光子束外照射情况下的器官剂量转换系数,最后对器官剂量随光子能量的变化进行了分析与讨论。     

辐射防护用中国参考人体素模型建立、应用及最新进展

以中国女性参考人体素模型为例,介绍了中国成年男女参考人体素模型的建立工作,包括构建非均匀骨模型,补充辐射敏感器官,进行器官二次分割和调整等过程。最后建立的中国参考人体素模型基本包含了ICRP新建议书中所有辐射敏感器官,器官质量与中国参考人数据差异基本在5%以内。该模型在内照射、外照射方面均得到一定应用,研究结果为我国辐射剂量评价工作提供了基础数据。最后介绍了人体体素模型的最新进展:精细乳房模型和微观骨模型。     

辐射防护用中国参考人体素模型建立、应用及最新进展北大核心CSCD

以中国女性参考人体素模型为例,介绍了中国成年男女参考人体素模型的建立工作,包括构建非均匀骨模型,补充辐射敏感器官,进行器官二次分割和调整等过程。最后建立的中国参考人体素模型基本包含了ICRP新建议书中所有辐射敏感器官,器官质量与中国参考人数据差异基本在5%以内。该模型在内照射、外照射方面均得到一定应用,研究结果为我国辐射剂量评价工作提供了基础数据。最后介绍了人体体素模型的最新进展:精细乳房模型和微观骨模型。     

中国女性参考人体素模型的开发

利用分割后的中国女性虚拟人体数据集,建立可视化人体模型,通过校正人体模型的身高、体重和器官/组织质量,从而建立用于辐射剂量学计算的中国女性参考人体素模型。校正后的模型身高和体重与中国成年女性参考人数据完全一致,器官质量与参考人数据基本一致。再利用MCNPX粒子输运程序对校正前后的两个模型进行模拟,计算了外照射中子剂量转换系数,并将校正后模型的计算结果与ICRP参考人体素模型的计算结果进行了比较。总体上,器官剂量当量和有效剂量与ICRP参考人数据趋势符合较好,但是由于模型之间的差异,不同的胸腔厚度,器官相对位置等因素导致器官剂量当量有较大差异,有些差异甚至达到50%以上。     

精细乳房模型及其在乳腺X射线摄影剂量评估中的应用

乳腺是对辐射致癌最敏感的组织之一,而辐射致癌风险与受照剂量密切相关。为更准确地评估电离辐射所致乳腺受照剂量,本文建立了一个具有皮肤、皮下脂肪、乳房后侧脂肪、悬吊韧带、纤维腺体区脂肪、输乳管、小叶、输乳窦和乳头等精细结构的乳房数学模型,并将其体素化为体素模型。考虑到在乳腺X射线摄影中的应用,对乳房体素模型进行头尾位（CC位）压迫,建立压迫乳房模型,并与中国成年女性参考人体素体模（CRAF）相拼接。采用Geant4对乳腺X射线摄影进行蒙特卡罗模拟,计算了一系列平均腺体剂量转换因子。根据计算结果,采用精细乳房模型计算的平均腺体剂量转换因子低于我国现行国家标准的取值,但与美国放射学会（ACR）标准的取值差别不大。     

外照射个人剂量、环境累积剂量监测技术服务

<正>外照射监测是指为了评价和控制辐射对相关工作人员或公众的照射而对辐射场水平和人体接受的外照射剂量所进行的监测。为了评价辐射实践或辐射设施对人的影响,需要计算人体接受的有效剂量等量度辐射危害的量,这就需要进行个人剂量监测。个人剂量监测的结果,是计算相关工作人员受照剂量、确认工作场所和环境的安全程度、     

外照射个人剂量、环境累积剂量监测技术服务

<正>国家甲级资质外照射监测是指为了评价和控制辐射对相关工作人员或公众的照射而对辐射场水平和人体接受的外照射剂所进行的监测。为了评价辐射实践或辐射设施对人的影响,需要计算人体接受的有效剂量等量度辐射危害的量,这就需要进行个人剂量监测。个人剂量监测的结果,是计算相关工作人员受照剂量,确认工作场所和环境的安全程度、     

非人类物种辐射影响评价中不同剂量率估算模型的比较

在非人类物种辐射影响评价中,生物体模型是剂量学评价的重要基础。本文对生物整体简化模型、简化解剖学模型和体素模型三种模型的特点、剂量系数计算方法进行了分析比较,为进一步开展非人类物种剂量学评价提出了建议。     

MCDB Monte Carlo Code with Fast Track Technique and Mesh Tally Matrix for BNCT

The MCDB Monte Carlo Dosimetry Code for Brain Tumors has been developed for Boron Neutron Capture Therapy (BNCT). This code system includes a medical preprocessor, a Monte Carlo dose calculation and a postprocessor. The center point method is used to determine the material and density in each voxel. For dose calculations, a fast particle track technique is developed for the voxel model. This technique is valid for the single-voxel model as well as the multivoxel model. The material matrix and mesh tally matrix are designed for reducing the initialization and tally times. The same dose results as MCNP are achieved. MCDB is faster by a factor of 2:7~3:5 in computational speed with respect to MCNP. Furthermore, MCDB can do parallel computation. It meets the clinical requirements for precision and time.     

中国成年女性精细乳房模型的建立及其在外照射防护中的应用

乳腺是对辐射致癌最敏感的器官之一,2007年国际放射防护委员会(ICRP)将乳腺的组织权重因子由0.05提升为0.12,使乳腺剂量的准确评估变得更为重要。本文利用数学建模方法建立了精细乳房模型,包括输乳窦、输乳管、小叶和脂肪组织,模型体素化后与中国成年女性参考人体素模型进行了融合。利用该模型计算了光子AP照射时乳腺腺体的剂量转换系数,并与原来模型的计算结果进行对比。结果显示,光子能量较低时两个模型的计算结果相差30%,光子能量在0.03 MeV以上时差别不大。     

利用蒙特卡罗建模及估算儿童X-CT检查受照剂量

在儿科X射线-CT检查迅速增加的当下,尤其对电离辐射敏感的儿童,其所致医疗照射剂量的评估是十分重要和迫切的课题。本文结合已建立的1岁儿童体素体模,利用蒙特卡罗技术建立扫描模型,进行CT检查所致儿童受检者的医疗照射剂量估算。建立了CT单层轴向扫描时对1岁儿童36个器官或组织所产生医疗照射剂量的数据库,利用该数据库,可快速估算1岁儿童受检者接受CT扫描时的医疗照射剂量。并与同样扫描条件下的实验测量值进行了比较,结果显示二者相对偏差在25%以内。     

基于面元模型的河蚌剂量转换系数的计算

基于河蚌开口与闭合两种形态,利用多边形网格(PM)与NURBS曲线技术对河蚌体素模型进行光滑和变形处理,分别建立河蚌开口面元模型和闭合面元模型,并通过MCNPX模拟计算河蚌在两种模型形态下的外照射剂量转换系数(外照射DCC)与内照射剂量转换系数(内照射DCC)。通过模拟结果可得出:(1)在外照射条件下,河蚌的外照射DCC的关系为:开口面元模型>闭合面元模型;(2)在内照射条件下,河蚌的内照射DCC的关系为:闭合面元模型>开口面元模型。     

肢端剂量计和核设施弱贯穿辐射(主要是β辐射)的辐射防护监测

国际标准化组织核能标准化委员会辐射防护分委员会(ISO/TC85/SC2)最近编制了几个有关弱贯穿辐射监测的标准，其中ISO12794-2000规定了肢端和眼睛热释光个人剂量计的性能要求和试验方法；ISO15382-2002规定了核设施弱贯穿辐射特别是β辐射外照射监测程序及部分人体剂量的确定方法。本文概括介绍了这丽项标准的主要内容及一些相关问题。     

核材料辐照损伤的并行空间分辨随机团簇动力学模拟

核反应堆中关键材料的辐照损伤演化对其性能有重要影响，且跨越多个量级的时空尺度。空间分辨随机团簇动力学是近年来发展的1种模拟核材料辐照损伤行为的有效方法，它避免了传统团簇动力学在缺陷种类和计算复杂性方面的限制，且能考虑缺陷的空间依赖性。在概述了空间分辨随机团簇动力学基本原理的基础上，论述了自主开发的大规模并行空间分辨随机团簇动力学程序MISA-SCD1.0的实现方式与关键技术，并将其应用于反应堆压力容器模型合金中富Cu团簇的析出模拟，验证了程序的正确性并测试了并行性能。结果表明，MISA-SCD1.0能获得与实验结果和类似模拟结果吻合的Cu析出过程，且具有较高的并行效率和良好的扩展性。     

“华龙一号”核电厂的辐射防护最优化设计

辐射防护最优化是核电厂辐射防护设计中的关键问题之一。本文结合国际原子能机构(IAEA)提出的辐射防护最优化设计策略,围绕核电厂辐射防护最优化设计过程中的设计目标、设计内容与评估、确保持续改进等几个方面对华龙一号核电厂的辐射防护优化设计进行了概述,对华龙一号设计中涉及的辐射源项优化、辐射分区优化、事故后辐射防护设计优化、职业照射剂量评价、环境排放设计优化等方面开展的工作进行了介绍。辐射防护最优化原则在 “华龙一号”(HPR1000)的设计工作中得到了有效的贯彻与执行。     

高温气冷堆核电站示范工程新燃料运输辐射风险研究

探索了将概率安全评价（PSA）方法系统地应用于放射性物品运输的辐射风险评价,分析了高温气冷堆核电站示范工程（HTR-PM）新燃料元件公路运输的辐射风险。基于实际路况数据和可能的事故情景,选择货包辐射水平升高和临界两种事故工况进行了事故频率分析。分析表明：货包辐射水平升高事故的发生频率为4.21×10^-7（车•单次运输）^-1;临界事故的发生频率低于1×10^-13（车•单次运输）^-1,可不考虑其辐射后果。对事故后果估算的结果表明：货包辐射水平升高事故对应急人员造成的最大外照射剂量为0.55 mSv,对附近公众造成的最大外照射剂量为4.55×10^-3 mSv,其辐射影响是可接受的。总体辐射风险为1.24×10^-10人•Sv/(车•单次运输),其中撞击事故对风险的贡献最大。