Чисельне моделювання вимірювань у радіаційних технологіях
DOI:
https://doi.org/10.24027/2306-7039.2.2021.236090Ключові слова:
радіаційні технології; радіаційні вимірювання; комп’ютерне моделювання; GEANT4Анотація
Радіація відіграє дуже важливу роль у житті людини. Зазвичай вимірювання в радіаційних технологіях проводяться з використанням дозиметрів різного типу: твердотільних, рідинних та газових. Вимірювання дози базується на різних принципах: підвищення температури, збір електричного заряду, розвиток газів, накопичення вільних радикалів, захоплення електрона в матриці, зміна кольору, зміна провідності розчину, хімічне окислення, хімічне відновлення. Для вимірювання поглинених доз слід використовувати систему дозиметрії, яка складається з дозиметрів, вимірювальних приладів, калібрувальної кривої, еталонних стандартів та процедури використання системи.
За останні десятиліття обчислювальна потужність комп’ютера швидко зростала. Сучасні комп’ютери з належним програмним забезпеченням та математичними методами дозволяють моделювати дуже складні процеси, наприклад, проходження іонізуючого випромінювання через речовину.
У статті показано, що чисельне моделювання може бути використано як альтернатива інструментальним вимірюванням у радіаційних технологіях. Чисельне моделювання може бути застосовано там, де не може бути використано традиційні методи вимірювань: для розрахунку радіаційного захисту, поглинених доз у радіології, при радіаційній обробці музейних експонатів та ін.
Для визначення поглинених доз, потужності дози та інших величин усередині опромінених об’єктів, що перебувають під випромінюванням, GEANT4 можна використовувати для чисельного моделювання. Відносна невизначеність становить до 11,8%. Моделювання променевої обробки складних об’єктів може бути виконано з хорошою точністю. Для використання чисельного моделювання з метою вимірювань радіації слід розробити метрологічне забезпечення.
Ключові слова: радіаційні технології; радіаційні вимірювання; комп’ютерне моделювання; GEANT4
Посилання
MacFadden N., Peggs S., Gulliford C. Development and Validation of a Geant4 Radiation Shielding Simulation Framework. Brookhaven National Lab. (BNL), Upton, NY (United States), 2018. doi: https://doi.org/10.2172/1515417
Issa S.A., Tekin H., Elsaman R., Kilicoglu O. et al. Radiation shielding and mechanical properties of Al2O3-Na2O-B2O3-Bi2O3 glasses using MCNPX Monte Carlo code. Materials Chemistry and Physics, 2019, vol. 223, pp. 209–219. doi: https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2018.10.064
Al-Buriahi M., Singh V. Comparison of shielding properties of various marble concretes using GEANT4 simulation and experimental data. Journal of the Australian Ceramic Society, 2020, vol. 56, pp. 1127–1133. doi: https://doi.org/10.1007/s41779-020-00457-1
Jan S., Santin G., Strul D., Staelens S. et al. GATE: a simulation toolkit for PET and SPECT. Physics in Medicine & Biology, 2004, vol. 49, p. 4543. doi: https://doi.org/10.1088/0031-9155/49/19/007
Arbor N., Gasteuil J., Noblet C., Moreau M., Meyer P. A GATE/Geant4 Monte Carlo toolkit for surface dose calculation in VMAT breast cancer radiotherapy. Physica Medica, 2019, vol. 61, pp. 112–117. doi: https://doi.org/10.1016/j.ejmp.2019.04.012
Jang E.-S., Choi J.-H. Verification of Dose Evaluation of Human Phantom using Geant4 Code. Journal of the Korean Society of Radiology, 2020, vol. 14, issue 5, pp. 529–535. doi: https://doi.org/10.7742/jksr.2020.14.5.529
Uzel R., Özyildirim A. A study on the local shielding protection of electronic components in space radiation environment. Proceedings of 8th International Conference on Recent Advances in Space Technologies (RAST). doi: https://doi.org/10.1109/RAST.2017.8003007
Lv H., Zhang H., Mei B., Sun Y., Yu Q. Simulation and Calculation Method of Total Ionizing Dose Radiation Resistance of Aerospace Components based on in-Orbit Data. Proceedings of 3rd International Conference on Circuits, System and Simulation (ICCSS), 2019. doi: https://doi.org/10.1109/CIRSYSSIM.2019.8935615
Ma K., Song N., Jin J., Zio E. et al. Radiation-Induced Degradation Analysis and Reliability Modeling of COTS ADCs for Space-Borne Miniature Fiber-Optic Gyroscopes. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 2021. doi: https://doi.org/10.1109/tim.2021.3054419
Hung N.Q., Hai V. H, Nomachi M. Investigation of cosmic-ray induced background of Germanium gamma spectrometer using GEANT4 simulation. Applied Radiation and Isotopes, 2017, vol. 121, pp. 87–90. doi: https://doi.org/10.1016/j.apradiso.2016.12.047
Ohishi M., Yoshikoshi T., Yoshida T. A Monte Carlo simulation study for cosmic-ray chemical composition measurement with Cherenkov Telescope Array, 2017. arXiv preprint arXiv:1709.03241.
Kimura S.S., Murase K., Zhang B.T. Ultrahigh-energy cosmic-ray nuclei from black hole jets: Recycling galactic cosmic rays through shear acceleration. Physical Review D 97 (2), 023026, 2018. doi: https://doi.org/10.1103/PhysRevD.97.023026
Morgunov V., Hybler P., Zachar M. GEANT4 validation for X-ray treatment of wooden cultural heritage artefacts. Applied Radiation and Isotopes, 2021, vol. 169, p. 109565. doi: https://doi.org/10.1016/j.apradiso.2020.109565
De la Fuente Rosales L., Incerti S., Francis Z., Bernal M.A. Accounting for radiation-induced indirect damage on DNA with the Geant 4-DNA code, Physica Medica, 2018, vol. 51, pp. 108–116. doi: https://doi.org/10.1016/j.ejmp.2018.06.006
Mavragani I.V., Nikitaki Z., Kalospyros S.A., Georgakilas A.G. Ionizing Radiation and Complex DNA Damage: From Prediction to Detection Challenges and Biological Significance. Cancers, 2019, vol. 11, p. 1789. doi: https://doi.org/10.3390/cancers11111789
Chegeni N., Kouhkan E., Hussain A., Hassanvand M. The effect of the nucleus random location on the cellular S-values – Based on Geant4-DNA. Applied Radiation and Isotopes, 2021, vol. 168, p. 109427. doi: https://doi.org/10.1016/j.apradiso.2020.109427
Medhat M., Abdel-Hafiez A., Singh V. Optimization of fast neutron flux in an irradiator assembly using Monte Carlo simulations. Vacuum, 2017, vol. 138, pp. 105–110. doi: https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2017.01.026
Queiróz Filho P.P., Da Silva C. Geant4 simulation of ion chambers response to 60Co spectrum of LNMRI/IRD Shepherd 81-14D Radiator. Journal of Physics: Conference Series, 2018, vol. 975, p. 012051.
Majer M., Roguljić M., Knežević Ž., Starodumov A. et al. Dose mapping of the panoramic 60Co gamma irradiation facility at the Ruđer Bošković Institute – Geant4 simulation and measurements. Applied radiation and Isotopes, 2019, vol. 154, p. 108824. doi: https://doi.org/10.1016/j.apradiso.2019.108824
Battistoni G., Muraro S., Sala P.R., Cerutti F. et al. The FLUKA code: description and benchmarking. Proceedings of the Hadronic shower simulation workshop 2006, vol. 896. Fermilab, 2007, pp. 31–49.
Agostinelli S., Allison J., Amako K.A., Apostolakis J. et al. GEANT4 – a simulation toolkit. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, 2003, vol. 506(3), pp. 250–303. doi: https://doi.org/10.1016/S0168-9002(03)01368-8
Goorley T., James M., Booth T., Brown F. et al. Initial MCNP6 Release Overview. Nuclear Technology, 2012, vol. 180, pp. 298–315. doi: https://doi.org/10.13182/NT11-135
Mokhov N.V. Recent MARS15 developments: nuclide inventory, DPA and gas production, 2012. arXiv preprint arXiv:1202.2383.
Sato T., Niita K, Matsuda N., Hashimoto S. et al. Particle and Heavy Ion Transport code System, PHITS, version 2.52. Journal of Nuclear Science and Technology, 2013, vol. 50, issue 9, pp. 913–923. doi: https://doi.org/10.1080/00223131.2013.814553
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
ПОЛІТИКА, ЯКА РЕКОМЕНДУЄТЬСЯ ЖУРНАЛАМ, ЩО ПРОПОНУЮТЬ ВІДКРИТИЙ ДОСТУП З ЗАТРИМКОЮ
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи, яка через 12 місяців з дати публікації автоматично стає доступною на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
