فهرست مطالب

  • سال هشتم شماره 5 (پیاپی 34، تابستان 1399)
  • تاریخ انتشار: 1400/02/26
  • تعداد عناوین: 8
|
  • میر محمدرضا سیدحبشی، بابک شیرانی بیدآبادی*، محمد امیرحمزه تفرشی، فریدالدین صدیقی، علی نصیری صفحات 1-12

    در این تحقیق اثرات تخریبی یون های پرانرژی هلیوم و آرگون تولید شده در دستگاه پلاسمای کانونی کم انرژی نوع مدر بر روی سطح تنگستن مورد بررسی قرار گرفت. نمونه های تنگستن در 20 پالس دستگاه پلاسمای کانونی به طور جداگانه با یون های آرگون و هلیوم مورد تابش قرار گرفتند. سطح نمونه های خام و تابش دهی شده تنگستن با میکروسکوپ الکترونی آنالیز شد. میکروگراف های SEM نشان می دهد که تاول های متراکم با اندازه تقریبی چند صد نانومتر در سطح تنگستن در اثر تابش یون های هلیوم ایجاد شده اند ولی در نمونه های تابش دهی شده با یون های پر انرژی آرگون ترک های منظم دیده می شود که در سطح تنگستن گسترش یافته اند. از آنالیز پراش اشعه ایکس برای بررسی تغییرات بلوری ایجاد شده در تنگستن ناشی از تابش استفاده شد. تابش یون های پر انرژی هیدروژن و آرگون باعث به وجود آمدن تغییراتی در مکان قله ها، شدت قله ها، پهنای پیک در نصف ارتفاع بیشینه (FWHM) و فاصله صفحات تنگستن شده، که نشان می دهد تابش یون های پر انرژی تولید شده در دستگاه پلاسمای کانونی ساختار بلوری تنگستن را نیز تحت تاثیر قرار داده است. با استفاده از کد لی [1] مشخصات باریکه یونی هلیوم و آرگون حاصل از دستگاه پلاسمای کانونی تعیین شد و با استفاده از کد SRIM [2] مقدار shot/Dpa و پروفایل تراکم یون های هلیوم و آرگون در عمق های مختلف تنگستن محاسبه شد. نتایج کد لی نشان می دهد که در هر شات به ترتیب ion/cm2 1014 × 9/7 و ion/cm2 1014 × 25/0 یون هلیوم و آرگون تولید می شود. نتایج کد SRIM نشان می دهد که بیشترین تخریب ایجاد شده در تنگستن ناشی از یون های آرگون و هلیوم به ترتیب در عمق های 7 و 30 نانومتری و به اندازه dpa/shot 7/1 و 17/0 می باشد. هم چنین بیشترین تراکم یون های آرگون و هلیوم به ترتیب در عمق های 20 و 40 نانومتری رخ می دهد.

    کلیدواژگان: مواد مجاور با پلاسما، پلاسمای کانونی، باریکه یونی، آسیب تابشی، کد SRIM
  • حمیده خسته، لادن رضایی* صفحات 13-22

    یکی از محصولات برهم کنش پروتون های پرانرژی با مواد سبک، نوترون است. با استفاده از کدهای محاسباتی مونت کارلو، می توان از طریق شبیه سازی سیستم، طیف نوترون های حاصل، دز و شار نوترون را محاسبه و پیش گویی کرد. اما استفاده از مدل های هادرونی مختلف در بررسی این فرآیند، می تواند بر نتایج این محاسبات تاثیرگذار باشد. در این پژوهش، پاسخ چهار مدل هادرونی موجود در ابزار مونت کارلوی Geant4، در برهم کنش پروتون با مواد سبک، به لحاظ ویژگی نوترون های تولیدی، با یکدیگر مقایسه شده است. این مدل ها، تحت عنوان مدل آبشاری دوتایی، مدل پیش ترکیبی، مدل آبشاری درون-هسته ای برتینی و مدل درون-هسته ای لیگه نامیده می شوند. این مقایسه، در محدوده انرژی بالینی در پروتون تراپی صورت گرفته است. هم چنین نتایج این شبیه سازی، با داده های تجربی مقایسه شده و تطبیق یا عدم سازگاری این مدل ها با نتایج تجربی، بررسی و تفسیر شده است. نتایج نشان می دهد که هیچ یک از مدل های تحت بررسی، نتایج تجربی را به طور کامل بازتولید نمی کنند، اما در محدوده خاصی از انرژی، مدل برتینی بهترین تطابق را با نتایج تجربی دارد.

    کلیدواژگان: طیف نوترون، Geant4، مدل های هادرونی، شبیه سازی
  • محمد مهدوی*، علی شبستانی منفرد، زینب عبدی، معصومه حسین نژاد، محمد داوودی صفحات 23-30

    در این تحقیق به منظور مطالعه، از ژل پلیمر  MAGIC-fجهت تعیین میزان دز جذبی به روش پرتودرمانی خارجی استفاده شده است. ژل MAGIC-f در شرایط نرمال فشار و دما ساخته شده و تحت تابش دستگاه شتاب دهنده خطی زیمنس پریموس با انرژی 6 مگاولت در میدان 10×10 سانتی مترمربع و در عمق 10 سانتی متری قرار گرفته است. ضمن شبیه سازی سر دستگاه شتاب دهنده به روش مونت کارلو با کد BEAMnrc، درصد دز عمقی (PDD) و پروفایل دز در میدان های مختلف 4×4 ، 6×6 و 10×10 سانتی مترمربع با کد DOSXYZnrc محاسبه شده است. هم چنین پس از پرتودهی ژل، خوانش ژل توسط دستگاه سی تی اپتیکی (OCT) طراحی و ساخته شده در آزمایشگاه هسته ای دانشگاه مازندران انجام شده است. نتایج حاصل از کار تجربی و شبیه سازی انجام شده حاکی از این است که نمودار PDD و پروفایل دز با میزان خطای حداکثر 2% انطباق بسیار خوبی داشته و این نتایج تاییدی بر دقت و کارایی دستگاه OCT طراحی شده در خوانش دز در پرتودرمانی می باشد.

    کلیدواژگان: پرتودرمانی خارجی، ژل پلیمر MAGIC-f، دز جذبی، روش مونت کارلو، درصد دز عمقی(PDD)، سی تی اپتیکی(OCT)
  • علیرضا وجدانی نقره ئیان*، فاطمه سرایی، عطیه ابراهیمی خانکوک صفحات 31-40

    در این پژوهش به بررسی میزان معادل دز رسیده به نواحی حساس ناحیه سر و گردن در پروتون تراپی سرطان نازوفارنکس پرداخته شده است. برای این منظور، با استفاده از اطلاعات کلینیکی، یک تومور متوسط طراحی و درون فانتوم مرد بزرگسال ICRP جایگذاری شد. براساس داده های پزشکی، هشت جهت پرتودهی در اطراف گردن انتخاب شد. سپس با توجه به نوع و ضخامت بافت های قرار گرفته در مسیر پرتو در هر جهت، بیم مناسب طراحی گردید. از آن جایی که در مسیرهای تابش دهی دو نوع بافت نرم و استخوانی وجود دارند، ابتدا تاثیر وجود بافت استخوانی در جابه جایی قله براگ به دقت بررسی گردید. نتایج حاکی از آن است که به ازای اضافه کردن هر cm 1 بافت استخوان در مسیر قله براگ به طور میانگین بین 6/0 تا cm 8/0 به عقب کشیده می شود. هم چنین نشان داده شد که میزان جابه جایی قله درنتیجه افزایش ضخامت استخوان به ازای هر انرژی از یک تابع درجه دوم تبعیت می کند. سپس با توجه به وسعت حجمی تومور و با استفاده از نتایج حاصل شده، پیوستار گسترده بیم پروتون بهینه برای هر مسیر تابش دهی طراحی گردید. هشت مسیر پرتودهی در این پژوهش درنظر گرفته شده و معادل دز نواحی مختلف سر و گردن در هر مسیر و در مجموع به ازای معادل دز درمانی تومور محاسبه گردید. نتایج نشان می دهند که در مجموع مغز و تیرویید بیش ترین معادل دز را دارند.

    کلیدواژگان: نازوفارنکس، پروتون تراپی، قله براگ، پیوستار SOBP، کد محاسباتی MCNPX
  • ناهید حاجیلو* صفحات 41-46

    در این پژوهش مقادیر نسبت معادل آب (WER) برای باریکه یون های هلیوم، در گستره مناسب انرژی و در مواد دزیمتری رایج، منحنی دز-عمق و مقادیر WER برای مواد پلاستیکی پلی کربنات(PC)، پارافین (PA)، پلی پروپیلن(PP)  و پلی اتیل متاکریلیت PMMA)) در بازه انرژی MeV/u250-25 یون های هلیوم با استفاده از کد کامپیوتری MCNP X محاسبه شد. از میان مواد مورد مطالعه PC و PP با مقادیر متوسط WER برابر 979/0 و 177/1 بر کل بازه انرژی، به ترتیب کم ترین و بیش ترین تفاوت را با آب نشان دادند. در مواد مورد مطالعه با افزایش چگالی جرمی مقدار WER افزایش و با کاهش آن WER کاهش می یابد. مقادیر محاسبه شده، توافق خوبی با نتایج ارایه شده در سایر مقالات نشان می دهد (اختلاف کمتر از 8/0%).

    کلیدواژگان: یون درمانی، نسبت معادل آب، یون های هلیوم، منحنی دز-عمق
  • سید مهدی هاشمی* صفحات 47-54

    در این مطالعه با به کارگیری دو نوع تکثیرگر الکترونی گازی زیرمجموعه ساختارهای ریزالگو، آشکارسازی ذرات آلفا در مد جریان زیاد مورد بررسی قرار خواهد گرفت. در طراحی و ساخت محفظه آشکارساز، از تکثیرگر الکترونی ضخیم و مجتمع تکثیرگر الکترونی به عنوان ناحیه تکثیر به همراه یک اتاقک یونش، برای اندازه گیری شدت جریان های ناشی از برهم کنش ذرات آلفا با گاز فرونشان درون آشکارساز، استفاده خواهیم کرد. ظهور پیوسته ستون های نور مریی در فضای بین الکترودهای تکثیرگرها در محل ورود ذرات، از جمله مزیت های به کارگیری این روش اپتیکی برای آشکارسازی پرتوهای یون ساز است.

    کلیدواژگان: ساختار ریزالگو، آشکارسازی ذرات آلفا، تکثیرگر الکترونی ضخیم، مجتمع تکثیرگر الکترونی، مد جریان زیاد
  • زهرا مقدسی*، علی اصغر مولوی، محمود زیبنده گرجی، سعید محمدی صفحات 55-66

    پرتودرمانی یکی از موثرترین روش های درمان سرطان است. روش پرتودهی از نزدیک یا براکی تراپی به طور گسترده برای درمان سرطان ها استفاده می شود. بنابراین طراحی درمان از اهمیت ویژه ای برخوردار است. اصل اساسی در پرتودرمانی، وارد کردن حداکثر آسیب به تومور و حداقل آسیب به بافت های طبیعی است. مکان چشمه های براکی تراپی بایستی به گونه ای طراحی شود تا توزیع دز آن ها مطابق طرح درمان باشد و با دز تجویزی هم خوانی داشته باشد. ارزیابی دقیق برای اجتناب از رسیدن دز زیاد به سایر ارگان ها به ویژه ارگان های حساس ضروری است. در طراحی پیش از درمان می توان از الگوریتم های بهینه سازی بهره گرفت. هدف این است که برای هر تومور، بهینه سازی به گونه ای انجام شود که نقاط واقع بر لبه مرز تومور، دز معین داشته و نقاط درون تومور دزی بیش تر یا برابر با دز تعیین شده روی نقاط واقع در مرز را داشته باشند. دقت بهینه سازی و یافتن مکان بهینه چشمه ها، در طراحی درمان بسیار مهم است. در این مقاله به کمک الگوریتم ازدحام ذرات (PSO)، مکان چشمه های پالادیوم-103، که برای درمان سرطان پروستات به کار می رود، بهینه سازی می شود. برنامه با تومورهای مختلف و در وضعیت های متفاوت اجرا شده است. نتایج نشان می دهد با استفاده از این الگوریتم و با تعداد دلخواه 5 و 40 چشمه، بیش از 90% نقاط روی مرز تومورهای دایره ای و بیضوی، دز تعیین شده را دریافت می کنند. هم چنین بهترین مکان قرارگرفتن دانه های براکی تراپی و مشخصات آن ها به دست می آید. این پژوهش نشان می دهد که الگوریتم PSO می تواند برای بهینه سازی مکان چشمه های براکی تراپی به روش کاشت داخل نسجی که معمولا از تعداد زیادی چشمه استفاده می شود، به کار رود. با بهینه سازی، توزیع دانه ها و منحنی های هم دز بررسی می شود تا از رسیدن دز کافی به حجم هدف و حفظ بافت های سالم اطمینان حاصل شود. پیاده سازی آسان، تعداد کم پارامترها و همگرایی نسبتا سریع به جواب بهینه، از مزایای این الگوریتم به شمار می رود.

    کلیدواژگان: بهینه سازی، الگوریتم ازدحام ذرات، پرتودرمانی، براکی تراپی، چشمه پالادیوم
  • مجید توانپور*، مجید جلالی حاجی آبادی، محمدرضا جلالی ندوشن صفحات 67-73

    در این پژوهش می کوشیم تا روش جدیدی را برای اندازه گیری توان راکتور قدرت به کار گیریم. در این روش از پرتو گاما و نوترون حاصل از کل ساختار راکتور استفاده می شود، بی آن که در ساختارش تغییری داده شود. این روش می تواند توان راکتور را بی درنگ اندازه گیری و به طور لحظه ای گزارش کند. برای به دست آوردن رابطه ی بین قدرت راکتور و میزان تابش نشتی نوترون و گاما به وسیله ی شبیه سازی، با استفاده از کد مونت کارلو MCNP5 مقادیر تالی F5 را در فواصل مختلف از دیواره ی راکتور به دست آورده و نمودار آن را رسم می کنیم تا نحوه ی تغییرات را مشاهده نماییم. با دور شدن از راکتور میزان تابش و هم انرژی ذرات تابشی افت می نماید تا جایی که در فاصله ی چهار متری از بدنه، تابش نشتی نوترون با عنایت به عایق بندی خوب آن به صفر می رسد و این عدد برای تابش گاما فقط حدود 5/2 متر است. با تعیین نقطه دامنه کاهش تابش نشتی به تابش زمینه و رابطه خطی قدرت و شار نشتی در این نقطه می توان در هر لحظه برای راکتور با اندازه گیری شار در نقطه مورد نظر توان را محاسبه نمود.

    کلیدواژگان: مدل سازی، قدرت، راکتور VVER-1000، تابش گاما، تابش نوترون، کد مونت کارلو
|
  • Mir Mohammadreza Seyedhabashi, Babak Shirani Bidabadi*, Mohammad Amirhamzeh Tafreshi, Farid Seddighi, Ali Nasiri Pages 1-12

    Damage of tungsten due to helium and argon ions of a PF device was studied. Tungsten samples were irradiated by 20 shots of the plasma focus device with argon and helium as working gases, separately. The tungsten surface was analyzed by SEM, before and after irradiation. SEM revealed dense blisters with diameters of a few hundred nanometers, on the samples which were irradiated by helium ions, while on the samples irradiated by argon, cracks were developed on the surface. XRD analysis was used for crystallography of tungsten, before and after irradiation. Irradiation by helium and argon affects peak location, peak intensity, FWHM, and spacing of planes, which shows that the crystalline structure of tungsten is affected by irradiation.Characteristics of ion beam of the plasma focus device were calculated by the Lee code. The depth profiles of dpa/shot and ion concentration were calculated using the SRIM code. Using the Lee code, the average fluencies of helium and argon ion beams of the PF device were calculated about 7.9×1014 cm-2 and 0.25×1014 cm2 per shot, respectively. SRIM revealed that the maximum DPA was about 1.7 and 0.17 and occur in the depth of 7 nm and 30 nm for argon and helium, respectively. Also, the maximum concentration occurs in the depth of 20 nm and 40 nm for argon and helium, respectively.

    Keywords: Plasma Facing Material, Plasma Focus, Ion Beam, Radiation Damage, SRIM Code
  • Hamideh Khasteh, Ladan Rezaee* Pages 13-22

    Neutron is one of the products of the interaction of high energy protons with light nuclei. Using computational Monte Carlo codes, it is possible to calculate and predict the neutron spectrum, neutron flux, and doses by simulating the system. But the use of different hadronic models in this process can influence the results of these calculations. In this research, the response of the four hadronic models in the Geant4 Monte Carlo tool is compared with each other in the interaction of proton with light nuclei in terms of the characteristics of the produced neutrons. These models are referred to as the binary cascade model, the Precompound model, the Bertini intranuclear cascade model, and the Liege Intranuclear Cascade model. This comparison has been done in the area of clinical energy in proton therapy. Also, the results of this simulation are compared with experimental data and the adaptation or incompatibility of these models with empirical results has been reviewed and interpreted. The results show that none of the studied models fully reproduces empirical results, but in a certain range of energy, the Bertini model has the best fit with experimental results.

    Keywords: Neutron spectrum, Geant4, Hadronic models, Simulation
  • Mohammad Mahdavi*, Ali Shabestani Monfared, Zeinab Abdi, Masoomeh Hosseinnezhad, Mohammad Davoodi Pages 23-30

    In this study, the MAGIC- f polymer gel was used to determine the absorbed dose by external radiation therapy. The MAGIC- f gel was made under normal pressure and temperature conditions and irradiated with a Siemens 6MV linear accelerator at 10 × 10 cm2 and at a depth of 10 cm. While simulating the head of the accelerator unit by the Monte Carlo method with BEAMnrc code, the percentage depth dose (PDD) and dose profile is calculated in different fields of 4 × 4, 6 × 6 and 10×10 cm2 with DOSXYZnrc code. Also after gel irradiation, the gel readings were performed by CT optical apparatus and made at the Nuclear Laboratory of Mazandaran University. The results of the experimental and simulation results show that the PDD diagram and dose profile are in good agreement with the maximum error rate of 2% and these results confirm the accuracy and efficiency of the OCT device designed for dose reading in radiation therapy.

    Keywords: External radiation, MAGIC- f polymer gel, Absorbed dose, Monte Carlo method, Percentage depth dose (PDD), Optical CT(OCT)
  • Alireza Vejdani-Noghreiyan*, Fatemeh Saraei, Atiyeh Ebrahimi-Khankook Pages 31-40

    In the present work, dose equivalents of radiosensitive organs in head and neck region have been calculated during nasopharynx proton therapy. For this purpose, a middle-size tumor was designed with the use of clinical information, and was then incorporated into the adult male ICRP phantom. According to the medical data, eight radiation paths around the neck were selected. After that, appropriate proton beams for each radiation paths were designed considering the type and thickness of tissues in the beam path. Since both of soft tissue and bone are existed in pathways of radiation, firstly, the effect of the existence of bone tissue in the path of protons on the position of the Bragg peak was studied. Results showed that when the thickness of bone tissue within the phantom increased by 1 cm, the Bragg peak was pulled back about 0.6 to 0.8 cm. It was also found that the displacement of the Bragg peak by increasing the bone thickness follows a polynomial function for each proton energy. Considering the thickness of the tumor, optimized SOBP were designed for each of eight directions. Finally, doses to different sensitive organs of head and neck region were computed in terms of the therapeutic dose of the tumor. Results indicated that thyroid and brain received higher doses in comparison with other organs.

    Keywords: Nasopharynx, Proton therapy, Bragg Peak, SOBP, MCNPX code
  • Nahid Hajiloo* Pages 41-46

    In this research, water equivalent ratios (WER) at helium ion beam energy ranging 25-250 MeV/u for four potential plastic dosimetric materials: polycarbonate (PC), polypropylene (PP), polymethyl methacrylate (PMMA), and paraffin have been calculated using MCNPX Monte Carlo code. Among studied materials, PC and PP with 0.979 and 1.177 show minimum and maximum differences with water respectively. In mentioned materials by increasing mass density, WER values increase and by decreasing mass density they decrease. Calculated values are in good agreement with the results published in literatures.

    Keywords: Ion therapy, Water Equivalent Ratio (WER), Helium ion beam, Beam profile
  • Seyed Mehdi Hashemi* Pages 47-54

    In this study, the detection of alpha particles in the high current mode is investigated in the presence of two gaseous electron multipliers in the micro-pattern structures. Thick Gas Electron Multiplier (TGEM) and an Electron Multiplier Assemblies (EMA) were designed and constructed as amplification gap in the detector chamber. An ion chamber is employed to measure the current of interaction between alpha particle and quenching gas. The appearance of visible light columns in the space between the multiplier electrodes at the location of input particles is one of the advantages of using this optical method to detect ionizing radiations.

    Keywords: Micro-pattern structure, Alpha particle detection, Thick Gas Electron Multiplier (TGEM), Electron Multiplier Assembly (EMA), High current mode
  • Zahra Moghadasi*, Ali Asghar Mowlavi, Mahmood Zibandeh Gorji, Saeed Mohammadi Pages 55-66

    Radiation therapy, is one of the treatments for cancer. Brachytherapy is a radiotherapeutic technique that a sealed radiation source is placed inside or next to the tissue and has become a mainstream treatment option for cancer. Achieving maximum dose to the gland as well as minimum injury to the adjacent tissues is a basic principle in radiation therapy. Sources configuration must be designed in such a way that the dose distribution agrees with treatment planning and the prescribed dose. Exact evaluation is necessary to avoid excessive dose to other organs especially organs at risk. Optimization algorithms are applied in preplanning treatment. The aim is to deliver a desire dose in the border of tumor while all of the points inside the tumor receive the absorbed dose more than the dose border values. The accuracy of optimization and finding the best position of seeds is so important in treatment planning. We used PSO algorithm to optimize the places of 103Pd seeds which are applied in the prostate brachytherapy. The algorithm was performed for desired tumor shape in various conditions. In circle and ellipsoid tumor with 5 and 40 desire seeds, more than 90% of points of border receive the prescribed dose. Moreover, the optimized characteristics of seeds and their best positions were determined. The results show that the PSO algorithm can be used for optimizing the position of interstitial implantation brachytherapy that so many seeds used. Distribution dose and isodose curve were studied to assurance delivering adequate dose to target volume while keeping healthy tissues. Few parameters, easy implementation and fast convergence around the global answer are advantages of this algorithm.

    Keywords: Optimization, PSO Algorithm, Radiotherapy, Brachytherapy, 103Pd Seed
  • Majid Tawanpour*, Majid Jalali Hajiabadi, Mohammad Reza Jalali Nodoushan Pages 67-73

    The present study deals with a new method for measuring the power of a reactor. This method uses gamma and neutron radiation resulted from the entire reactor structure, without changing its structure (online). In terms of functionality, this method can measure the reactor power in real-time and report it instantly. In order to obtain the relationship between reactor power and gamma and neutron leakage radiation by simulation, the values of the F5 tally are calculated at different distances from the reactor wall, using the MCNP5 code (Monte Carlo N-Particles). Then, we plot the diagram to observe the variation trend. However, an increase in the distance from the reactor reduces both the amount of radiation and the energy of the radiation particles until the neutron leakage radiation reaches zero within five meters of the body, due to its good insulation. However, this number is only about four meters for gamma irradiation. The reactor power can be calculated by measuring the flux at the given point and any time by determining the point for a range of leakage radiation reduction to background and the linear relationship between power and leakage flux.

    Keywords: Modeling, Power, VVER-1000 reactor, Gamma radiation, Neutron radiation, MCNP code