رهیافت تحلیلی برای بررسی پراکندگی پروتون ها در مرز مواد ناهمگن در پروتون درمانی

در پروتون درمانی، به عنوان یک روش درمانی موثر و کارآمد، بررسی رفتار پروتون های فرودی در ماده و رسم منحنی براگ، که برآیندی از سه فرایند توقف، پراکندگی و برهم کنش های غیرکشسان هسته ای است، بسیار اهمیت دارد. بررسی این رفتار در رهیافت محاسباتی، به دو روش مونت کارلو و تحلیلی قابل دست یابی است. اگرچه در رهیافت تحلیلی، مدل های مناسبی برای دست یابی به منحنی براگ در محیط های همگن به طور دقیق معرفی شده است، با این حال این بررسی در حضور ناهمگنی مواد (که در بافت های بدن اجتناب ناپذیر است) با چالش مواجه است. برای مطالعه رفتار پروتون ها در محیط ناهمگن، بررسی سه عامل پراکندگی، کاهش انرژی و تغییر شار در مرز مواد (لایه ها) ضروری است. در پژوهش حاضر به مطالعه نحوه پراکندگی باریکه پروتونی فرودی به تیغه هایی از مواد با ضخامت ها و جنس های مختلف با استفاده از نظریه فرمی- ایجز پرداخته شده است. نتایج نشان داد علاوه بر عمق نفوذ، جنس ماده نیز در میزان پراکندگی تاثیر کلیدی دارد. بررسی های مربوط به ترتیب قرارگیری لایه ها و مطالعه مربوط به اثر انرژی نشان دهنده عدم تاثیر قابل توجه ترتیب قرارگیری مواد در مسیر پرتو در پراکندگی نهایی و هم چنین کاهش پراکندگی با افزایش انرژی باریکه بود. نتایج نشان داد این روش با تعیین پارامترهای مختلف و رسم نمودارهای فاز- فضا برای دست یابی به هدف موردنظر کارآمد بوده و نتایج به دست آمده برای حالت های نمونه حل شده، با انتظار ما از فیزیک مسئله هم خوانی دارد. به منظور اعتبارسنجی نتایج، مقادیر بیشینه زاویه پراکندگی محاسبه شده از روش تحلیلی با مقادیر مربوط به شبیه سازی با استفاده از کد مونت کارلوی MCNPX مقایسه گردید.