شبیهسازی برهمکنش پروتونهای با انرژی60 -mev500 با بدن انسان و تعیین ایزوتوپهای تولید شده با استفاده از کد محاسباتی mcnpx
چکیده
پروتون درمانی یکی از روشهای موثر در کنترل و درمان تومورهای سرطانی میباشد. پروتونها ذرات باردار سنگین هستند که در انتهای مسیر خود قسمت عمده انرژیشان را از دست میدهند. بنابراین دز اعمال شده به محیط در فاصله چند میلی متر قبل از انتهای برد این ذرات بیشینه میباشد و به همین دلیل میتوان با استفاده از باریکههای پروتونی حجم تومورها را با دز بالا و تقریباً یکنواخت پوشش داد در حالی که بافت سالم در مجاورت تومور ایمن میماند و اثرات جانبی درمان به حد اقل میرسد. در این پایان نامه با استفاده از کد محاسباتی mcnpx 2.6.0 برهمکنشهای باریکههای پروتونی با انرژیهای 250، 300 و mev500 با بدن انسان مورد بررسی قرار گرفته و به کمک تالی f8 و اضافه کردن تالی رفتار ویژه ft8 res در محدوده مدلهای فیزیکی نوع و مقدار ایزوتوپهایی که در اثر برهمکنشهای هستهای پروتونها با عناصر تشکیل دهنده بافتهای نرم و سخت بدن ایجاد میشوند تعیین شدهاند. نتایج به دست آمده در این کار با نتایج کارهای قبلی که با به کار گیری سطح مقطعهای نیمه تجربی حاصل شدهاند نیز مقایسه شدهاند. در این بررسیها مشخص شده حدود 20 درصد از پروتونهای فرودی از طریق برهمکنشهای غیر کشسان هستهای جذب بدن شده و بقیه آنها با از دست دادن کسری از انرژی خود (از طریق یونش و برانگیزش) از بدن عبور میکنند. علاوه بر آن به دلیل اینکه فایلهای کتابخانه برهمکنش پروتونها (la150h و endf70 prot) دادههای سطح مقطع برهمکنش پروتونها را در انرژیهای زیر mev200 در بر دارد و نیز درمان تومورها با باریکههای پروتونی معمولاً در محدوده 60 تا mev250 انجام میشود، برهمکنش پروتونها با انرژی 60 تا mev200 با بافتهای نرم و سخت بدن انسان ارزیابی شده و نوع و مقدار ایزوتوپهای تولید شده حاصل از باریکههایی که کاملاً در بدن انسان متوقف میشوند، تعیین شدهاند. یکی از ویژگیهای مهم پروتون درمانی این است که مقادیر کوچکی از رادیوایزوتوپهای گسیلنده پوزیترون در طول مسیر باریکه در اثر برهمکنشهای غیر کشسان هستهای پروتونها با هستههای 16o ، 14n و 12c که در بافتهای بدن موجود میباشند، تولید میشوند. این رادیوایزوتوپها (عموماً 15o ، 13n و 11c) تصویرسازی از توزیع دز درمان را با استفاده از تکنیک تصویر برداری پوزیترونی (pet) ممکن میسازند. در این پایان نامه با استفاده از شبیه سازیهای این کد رادیوایزوتوپهای گسیلنده پوزیترون حاصل از برهمکنش باریکه پروتونی با انرژی mev250 در بافت نرم محاسبه شدهاند و نتایج به دست آمده با نتایج کارهای قبلی سازگاری خوبی را نشان میدهد. باریکههای پروتونی با انرژیهای مختلف دارای قلههای تیز منحنی براگ با بردهای متفاوتی میباشند. از طرفی در درمان سرطان دز تابش مورد نظر باید یک بیشینه پهن و صاف (sobp) داشته باشد تا تومور را کاملاً پوشش دهد. بنابراین میتوان با استفاده از تنها یک باریکه پروتونی در یک جهت که انرژی آن قابل تغییر باشد، یک قله صاف از منحنی براگ تولید کرده و در ناحیه هدف یک دز یکنواخت را اعمال کرد به طوری که بافت فراتر از حجم تومور مورد تابش قرار نگیرد.در این پایان نامه با استفاده از این کد، از یک منحنی اتلاف انرژی پروتونها با انرژی mev250 در بافت نرم و نیز با اضافه کردن هشت منحنی اتلاف انرژی دیگر با وزنها و بردهای متفاوت، یک منحنی اتلاف انرژی با قله صاف به پهنای حدود 4 سانتی متر تولید شده است.