[发明专利]含强放射源的三维辐射剂量场的半物理仿真方法

说明书

一种含强放射源的三维辐射剂量场的半物理仿真方法，采用实体构造结构对放射源及周边的包覆结构进行几何建模与材料建模，并根据放射性核素的物理特性设置放射源；然后通过在模型中降低实体结构的密度，获得三维辐射剂量场的全局基准分布，以该全局基准分布计算重要性参数；再逐渐提高实体结构的密度，并基于重要性参数进行全减方差模拟，获得三维辐射剂量场的全局渐近分布；最后结合全局基准分布和全局渐近分布计算出真实密度条件下的三维辐射剂量场的全局近似分布，进而设置重要性参数并执行蒙卡计算，以获得真实密度条件下的三维辐射剂量场分布。本发明能够有效提升蒙卡屏蔽计算的效率，实现对真实物理模型的高效精准的半物理仿真，从而提高放射源处理的安全性和可控性。

技术领域

本发明涉及的是一种放射源处置辐射防护领域的技术，具体是一种基于真实物理模型与蒙卡输运模拟对含强放射源的三维辐射剂量场的半物理仿真方法。

背景技术

对强放射源进行包覆处理时，需要得知放射源周边的三维辐射剂量场分布，以实现放射源处理的安全可控。但是，在实体结构内部无法放置探测器，也就无法通过测量获得该处的辐射剂量值，此时需要通过半物理仿真技术获取该处的辐射剂量率。半物理仿真技术需要同时保证模拟过程的高精度和高效率，但是传统模拟方法无法同时保证精度和效率。

发明内容

本发明针对现有技术对放射源进行包覆处理时，无法通过放置探测器测量放射源周边的三维辐射剂量场分布的问题，以及传统方法无法同时保证精度和效率的问题，提出一种含强放射源的三维辐射剂量场的半物理仿真方法，基于真实物理模型与蒙卡输运计算对三维辐射剂量场进行模拟，提出“基准+渐近+近似+真实”的仿真技术，有效提升蒙卡屏蔽计算的效率，实现对真实物理模型的高效精准的半物理仿真，从而提高放射源处理的安全性和可控性。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种含强放射源的三维辐射剂量场的半物理仿真方法，采用实体构造结构对放射源及周边的包覆结构进行几何建模与材料建模，并根据放射性核素的物理特性设置放射源；然后通过在模型中降低实体结构的密度，获得三维辐射剂量场的全局基准分布，以该全局基准分布计算重要性参数；再逐渐提高实体结构的密度，并基于重要性参数进行全减方差模拟，获得三维辐射剂量场的全局渐近分布；最后结合全局基准分布和全局渐近分布计算出真实密度条件下的三维辐射剂量场的全局近似分布，进而设置重要性参数并执行蒙卡计算，以获得真实密度条件下的三维辐射剂量场分布。

所述的实体结构对放射源及周边的包覆结构进行几何建模与材料建模，具体通过以下方式实现：使用数学表达式对基本曲面进行描述，使用曲面通过“交-并-补”运算构造基本的几何体，为各种基本的几何体填充对应的材料以实现材料建模，将多种几何体拼接起以实现几何建模。

所述的放射性核素的物理特性是指：放射性核素衰变时释放的粒子类型，通常为中子、光子、电子和α粒子；放射性核素衰变时释放的粒子的能谱，即粒子的初始动能；放射性核素的半衰期，即单位时间内释放射线的数量。

所述的三维辐射剂量场的全局基准分布，具体通过如下方法获得：降低所有材料区域的密度M倍，执行蒙卡固定源计算获得三维辐射剂量场的全局基准分布，该全局基准分布能够描述三维辐射剂量场的整体分布趋势，但是因为模型密度的降低，导致空间各处的辐射剂量率被高估计。

所述的三维辐射剂量场的全局渐近分布，具体通过如下方法获得：在获得全局基准分布的基础上，提高所有材料区域的密度2倍，执行蒙卡固定源计算获得三维辐射剂量场的全局渐近分布。该全局渐近分布依然能够描述三维辐射剂量场的整体分布趋势，且因为密度的提高，相对于全局基准分布的精度更高。但是因为模型密度依然低于真实密度，所以全局渐近分布依然被高估计。

所述的真实密度条件下的三维辐射剂量场的全局近似分布，通过以下方式得到：其中：全局近似分布为G(r)，全局基准分布为F(r)，全局渐近分布为H(r)，r为空间位置，M为在步骤1中密度降低的倍数。