نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسنده
گروه فیزیک هسته‌ای، دانشکده فیزیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، صندوق پستی: 4416-15875، تهران- ایران
چکیده
در پروتون‌درمانی، به عنوان یک روش درمانی مؤثر و کارآمد، بررسی رفتار پروتون‌های فرودی در ماده و رسم منحنی براگ، که برآیندی از سه فرایند توقف، پراکندگی و برهمکنش‌های غیرکشسان هسته‌ای است، بسیار اهمیت دارد. بررسی این رفتار در رهیافت محاسباتی، به دو روش مونت‌کارلو و تحلیلی قابل دست‌یابی است. اگرچه در رهیافت تحلیلی، مدل‌های مناسبی برای دست‌یابی به منحنی براگ در محیط‌های همگن به طور دقیق معرفی شده است، با این حال این بررسی در حضور ناهمگنی مواد (که در بافت‌های بدن اجتناب‌ناپذیر است) با چالش مواجه است. برای مطالعه رفتار پروتون‌ها در محیط ناهمگن، بررسی سه عامل پراکندگی، کاهش انرژی و تغییر شار در مرز مواد (لایه‌ها) ضروری است. در پژوهش حاضر به مطالعه نحوه پراکندگی باریکه پروتونی فرودی به تیغه‌هایی از مواد با ضخامت‌ها و جنس‌های مختلف با استفاده از نظریه فرمی- ایجز پرداخته شده است. نتایج نشان داد علاوه بر عمق نفوذ، جنس ماده نیز در میزان پراکندگی تأثیر کلیدی دارد. بررسی‌های مربوط به ترتیب قرارگیری لایه‌ها و مطالعه مربوط به اثر انرژی نشان‌دهنده عدم تأثیر قابل توجه ترتیب قرارگیری مواد در مسیر پرتو در پراکندگی نهایی و هم‌چنین کاهش پراکندگی با افزایش انرژی باریکه بود. نتایج نشان داد این روش با تعیین پارامترهای مختلف و رسم نمودارهای فاز- فضا برای دست‌یابی به هدف موردنظر کارآمد بوده و نتایج به دست آمده برای حالت‌های نمونه حل شده، با انتظار ما از فیزیک مسئله هم‌خوانی دارد. به منظور اعتبارسنجی نتایج، مقادیر بیشینه زاویه پراکندگی محاسبه شده از روش تحلیلی با مقادیر مربوط به شبیه‌سازی با استفاده از کد مونت کارلوی MCNPX مقایسه گردید.
کلیدواژه‌ها
عنوان مقاله [English]
Analytical approach to study the scattering of protons at the boundary of stack of inhomogeneous slabs in proton therapy
نویسنده [English]
- F.S. Rasouli
Department of Physics, K.N. Toosi University of Technology, P.O.Box: 15875-4416, Tehran - Iran
چکیده [English]
In proton therapy, as a prominent method for treating tumors, investigation of transport of the protons in the matter, which is a result of three main interactions of stopping, scattering, and nonelastic nuclear interactions, is highly important. In addition to the experimental method: Monte Carlo simulations and the analytical process. There are sufficiently accurate physical beam models in the analytical approach to approximate the depth-dose distribution. However, this study involves challenges in the presence of localized inhomogeneities, which are unavoidable in body tissues. Investigating the behavior of protons in such a medium is vital to investigate three factors, including scattering, energy distribution, and fluence reduction in the boundaries. The present study deals with the scattering of protons in the slabs of different lengths and materials using the Fermi-Eyges theory. The results showed that the material composition also has a key effect on the scattering of protons in addition to the depth of penetration. The studies on the arrangement of layers and the effect of energy on the scattering showed that the arrangement of materials in the beam path has no significant effect on the final result. The scattering decreases with increasing the energy of the incident beam. It was found that the results are confirmed with the expected physics of the solved problems. To validate the results, the maximum scattering angle of the analytical method was compared with those of to the simulation using the MCNPX Monte Carlo code.
کلیدواژه‌ها [English]
- Bragg curve
- Proton therapy
- Analytical method
- Fermi-Eyges theory
- Scattering Power
)