Физический факультет
Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова
В данной работе представлен обзор выполненных к настоящему времени экспериментов и расчетов по исследованию нового метода лучевого лечения –флэш-терапии. Этот метод предполагает увеличение средней мощности дозы до 40 Гр/с и выше, при этом обеспечивается лучшее сохранение нормальных тканей по сравнению с классической лучевой терапией. В статье проанализированы результаты современных исследований по флэш-терапии на пучках протонов, электронов и тормозных фотонов. Описаны технические проблемы получения высокой мощности дозы для флэш-терапии и предполагаемые методы их решения. Метод флэш-терапии на разных пучках частиц представляется достаточно оригинальным и, возможно, имеющим практический выход в будущем. Однако много вопросов остается неясными для того, чтобы активно применять этот метод для лечения пациентов.
Показать АннотациюThe present work seeks to calculate and development of a new set of the personal dose equivalent conversion coefficients Hp(0.07) (Skins Dose) for mono-energetic photons (in absorbed dose and Kerma approximations), electrons and positrons from 10 keV to 10 MeV on the phantom ICRU tissue. The conversion coefficients calculations were two ways: Monte Carlo and development an analytical approach using FORTRAN program. The results obtained in this work were found to be in good agreement with to those published in joint report of ICRU and ICRP, 2017 [1]. The numerical comparison was made to validate DOSRZnrc code for conversion coefficients calculations as well as testing the developed of an analytical a new approach using FORTRAN. Our study can be useful to improve standards of protection for medical workers for procedure resulting in potentially high exposures and to develop methodologies for the best assessing and for reducing exposures.
Показать АннотациюScreeningmammography is the examination of reference in the fight against breast cancer because of its sensitivity in detecting microlesions. Thus, it is crucial to ensure a good quality examination with the most suitable dose, requirements will depend on the choice of exposure parameters (anode/filter, tube voltage and current) and the acquisition procedures. To optimize practices, we must understand the relationship between breast dose and image quality. This can be reached by knowing the X-ray energy spectra. This study aims to generate spectra of a mammographic x-ray tube, using two types of targets, Mo and Rh by MONTE CARLO simulation using Gate code (GEANT4). To predict the X-ray spectra for the Mo/Mo and Rh/Rh target/filter of the screening mammography tube; Monte Carlo modelization has been carried out using the GATE code (GEANT4), the generated spectra are validated by comparing them with those of the IPEMreport 78. The curves of the spectra obtained by the Monte Carlo simulation have been normalized for a reliable comparison. The evaluation of these curves has been performed using a statistical analysis with the student’s t-test. The results show that the energy spectra of the GATE code are in agreement with those produced by the IPEM78 report, no statistically significant differences have been observed between the IPEM and simulated spectra (p<.05), even though there are slight differences between them, especially in the characteristic intensity of the K-beam and in the low-energy range. Monte Carlo simulation is a reliable method for generating mammography spectra and can be used as a tool for optimizing acquisition parameters.
Показать АннотациюThe objective of this study is to demonstrate by Monte Carlo simulation the variation of the surface dose and dose rate for the 6MV-FFF mode compared to the 6MV-FF mode. We demonstrate the effect of the filter on the capture of low energy photons and their impact on the surface dose and dose rate as well as the contribution of the dose induced by the contamination particles. Furthermore, the effect of the heterogeneous medium on the dose rate. The Monte Carlo simulations were validated by experimental measurements in a water phantom using the gamma index (2%/2 mm) and the mean absolute error (MAE). The results obtained indicate that the surface dose is increased in the FFF mode by almost 10% in the 3×3 cm2, 5×5 cm2 and 10×10 cm2 irradiation fields. The dose rate (Gy/primary particle) is increased for the 6MV-FFF mode by a factor of almost 2.5.
Показать АннотациюGiven the lack of data on radiation shielding properties of Iron oxide (Magnetite) against to gamma-rays, this study addresses radiation shielding characteristics of a novel lead-free material, namely Magnetite/High Density Polyethylene (HDPE/Fe3O4) nanocomposite for diagnostic radiology and nuclear medicine purposes. So, radiation shielding characteristics of this nanocomposite, including mass attenuation coefficients, half-value layer (HVL) and transmittance (I/I0%) values at various concentrations namely 0, 1.16, 1.93, 3.87, 5.8, and 7.74 w% were obtained via the MCNPX code at low and medium energies. The results of this simulation exhibited a good accordance with the other approaches namely XCOM and XMuDat programs. Also, the effective atomic number was calculated using direct-method and Auto-Zeff software. Finally results showed that with an increase in the Magnetite w%, the mass attenuation coefficients underwent an increasing trend followed by the effective atomic number.
Показать АннотациюThe determination of the dose distribution is the key step for accurate dose delivery in brachytherapy as well as radiotherapy application. This research study contributes on the characterization of the 60Co high dose rate brachytherapy source model Co0.A86. We followed the recommendations of the American Association of Physicists in Medicine (AAPM) and European Society for Radiotherapy and Oncology (ESTRO) on dose calculation. In addition, this study aims also to investigate the accuracy of TG-43 algorithms dose calculations in different mediums relevant to high dose rate brachytherapy. For algorithm implementation, we have used the GEANT4 Application for Emission Tomography Monte Carlo code to reach our goal. Furthermore, we compared the obtained results with the previous published results. The obtained dosimetric data sets are in good agreement with the quoted values in the previous studies, where the authors used different Monte Carlo codes.
Показать АннотациюIn this study, the objective was to give more data related to the use of GATE (Geant4-based Application for Tomographic Emission) and Al 2 O 3:C Optically Stimulated Luminescence (OSL) nanodots, as two alternative methods to estimate entrance surface dose (ESD) in mammography. First, ESD values were simulated with GATE and compared with values measured with Al 2 O 3:C OSL nanodots and Solid State kV/Dose Multisensor AGMS-M+ (Radcal,USA), using a standard breast phantom MTM100 (CIRS, USA). On the other hand, GATE simulations were also performed with PMMA slabs of different thicknesses (10 to 90 mm) and then compared with experimental values using AGMS-M+ detector. Results pointed to a maximum difference of 17%, between X-ray spectra simulated with GATE and those calculated with the IPEM report number 78 software, for this reason, the air kerma factor was calculated with GATE and IPEM and compared to the one measured by the AGMS-M+ detector. The ESD results indicate that GATE and Al 2 O 3:C OSL nanodots values were compatible within 4% with those obtained with AGMS-M+. This work gives more data according to the use of GATE and Al 2 O 3:C OSL nanodots to determine the ESD. Indeed, in the literature, there are few studies related to the use of GATE code and Al 2 O 3:C OSL nanodots in mammography systems.
Показать АннотациюThis work aims to optimize the scanning parameters of Chest and Abdomen protocols in Computed Tomography, whilst maintaining image quality and reducing dose. Two phantoms have been used to evaluate the dose and image quality on a 16-slice HITACHI CT system by establishing the optimization threshold for each protocol. The proposed Thoracic protocol has shown a reduction in Computed Tomography Dose index (CTDIvol) and Contrast-Noise Ratio (CNR), and the spatial resolution has remained stable with a slight increase in noise. For the optimized Abdominal protocol, CTDIvol has reduced significantly, noise has increased at the two new proposed energies of 100KV and 120KV, and CNR has decreased. This research has shown that by optimizing Chest and Abdomen protocols, substantial dose reductions may be achieved without compromising image quality when using a multi-slice Scanner.
Показать АннотациюBackground: Screening mammography is an unavoidable method for detecting breast cancer. It is therefore imperative to ensure a quality examination. To optimize practices, it is necessary to control the relationship between the dose to the breast and the image quality. This can be achieved by the Average Glandular Dose (AGD). The objective of this study is to calculate the average absorbed breast dose during a mammography examination by MONTE CARLO simulation using the GATE code (GEANT4). Methods: In this study, we performed our modulation on a digital mammography screening machine. The validation of the modelled simulation configuration was obtained by comparing the modulated spectra with the spectra produced by IPEM SRS 78, and by calculating the HVL values in Al. Finally, the values of the average absorbed dose were studied using the Monte Carlo code GATE, the results were compared with the experimental measurements using a semiconductor detector (Radcal AGMS -DM+) and a MTM100 phantom. Result: Our calculated results for the average glandular dose were consistent with the results of the experimental measurement and the energy spectra produced by GATE were in good agreement with that produced by IPEM Report 78. Conclusion: It can be assumed that the dose received in Mammography is highly dependent on the energy spectrum of the beam. Our modeling for screening mammography using GATE can be applied to further dosimetric studies of the mammography radiation exposure to the breast.
Показать АннотациюThe use of Monte Carlo methods can help measure radiation doses during a CT procedure to assess risk. Before any Monte Carlo-based simulation can be performed, it must be validated first. This study presents a validation of a Monte Carlo simulation to estimate the CTDI using a Hitachi Supria 16-slice scanner. This simulation was performed using GATE software which is based on GEANT4 code. CTDI is the dose delivered by a CT scanner from a single gantry rotation. It serves as a means of determining the absorbed dose during a CT examination. The objective of this study was the validation of a CTDI computed by Monte Carlo simulation with data from experimental measurements for a 16-slice CT system. An ionization chamber and its associated electrometer were used for phantom measurements. The cylindrical phantom of polymethylmethacrylate (PMMA) with a diameter of 16 cm was used for the determination of the CTDI for 80, 100, and 120 KVp at 100 mAs. The CTDI was measured at the center (CTDIc) and at four locations on the periphery (CTDIp) of the phantom using the pencil chamber, and then the CTDIw was determined. The measurement data are compared with the results of the GATE simulation. GATE is a simplified platform of the GEANT4 code which is based on Monte Carlo techniques. The differences between CTDI measurements and simulations are 11%, 9%, and 17% for 80, 100, and 120 KVp respectively. There is a good agreement of CTDIw between simulated and measured results. Thus, the evaluation of CTDIw during a CT protocol can be performed using the configuration adopted in this study.
Показать АннотациюВ работе, посредством использования программного пакета GEANT4, проведено моделирование прохождения пучков быстрых электронов через фрагмент костной ткани в процессе радиационной стерилизации. Получены и проанализированы данные о пространственном распределении поглощенной дозы в образце с характеристиками костной ткани в зависимости от определяющих условий процесса радиационной обработки, позволяющие выработать практические рекомендации по оптимизации процесса радиационной стерилизации костных имплантатов потоком быстрых электронов.
Показать АннотациюTo improve the irradiation accuracy in hadrontherapy, a lot of studies are in the evaluation uncluding how to integrate MRI and PET at the treatement of cancer patients. These two future techniques will offer simultaneously the monitoring of the beam during the irradiation. In this study and for the first time, we calculated the dose distribution in a voxel of the head for several carbon ion energies and at different values of the magnetic field B using fluka MC code. Afterwards, either longitudinal or radial dose deflection was simulated with and without B. The maximum longitudinal deviation of bragg pick depth was 0.672 mm at 200 MeV and the the maximum radial deflection was almost 4.23 cm at 100 MeV. Both of them are in the presence of B=1.5T. Our results are in a good agreement with previous experimental results (a maximum relative error founded of 2.08%). The results of this study will offer the monitoring of the dose deposition with good accuracy in the presence of a magnetic field in carbon ion therapy.
Показать АннотациюSpin asymmetries in elastic lepton-deuteron scattering in the one-photon-exchange approximation within the limit of zero lepton mass are investigated. Numerical estimations for the spin asymmetries $A^{(0)}_{xx}$, $A^{(0)}_{xz}$, and $A^{(0)}_{zz}$ caused by an unpolarized lepton beam and a tensor polarized deuteron target are presented. The estimated results are analyzed at different lepton beam energies and scattering angles. In addition, the influence of the obtained results on the nucleon structure is investigated. We found a considerable dependence of the results on the nucleon structure at incident beam energy greater than 2 fm$^{-1}$ and scattering angle greater than 30$^\circ$, specially in the case of $A^{(0)}_{zz}$ asymmetry. The estimated results are of particular interest due to the experimental measurements of low-energy lepton-deuteron scattering which aim for accurate calculation of the charge radius of the proton to a high degree of precision.
Показать АннотациюВ данной работе представлены результаты исследования влияния алюминиевых пластин-модификаторов пучка на однородность распределения поглощенной дозы по глубине объектов, полученные в результате компьютерного моделирования обработки объектов моноэнергетическими ускоренными электронами с энергией от 4 МэВ до 10 МэВ. Установлено, что предложенный метод модификации пучка электронов при применении пластин-модификаторов позволяет увеличить однородность распределения дозы по объему обрабатываемого объекта на 15% – 20%.
Показать АннотациюВ работе рассматривается влияние выбора массовой модели, используемой при расчете астрофизических скоростей протекания ядерных реакций нейтронного захвата в статистическом подходе, на результат моделирования r-процесса нуклеосинтеза. Рассматриваются четыре массовые модели: микро-макроскопические модели FRDM и WS+RBF, микроскопическая модель HFB-24 и модель локальных массовых соотношений LMR. Показано значительное влияние неопределенностей ядерных масс на сечения и скорости радиационного захвата нейтрона. На основе рассмотренных массовых моделей созданы базы данных реакций в формате REACLIB и с их использованием проведен расчет выхода продуктов r-процесса в стандартных условиях. Использование модели LMR привело к существенному увеличению выхода тяжелых ядер в области массовых чисел 170 ≤ A ≤ 190.
Показать АннотациюThe consequences of radiological accidents outside the nuclear sector can be fatal. Therefore, emergency response plans must take into consideration the worst scenarios. This article presents a simulation of an accident in which it was assumed that the assembly of cobalt-60 sources from the irradiator installed at National Institute of Agronomic Research (NIAR) of Tangier was found on the ground. The Monte Carlo GEANT4 code was used to estimate the equivalent dose rate in the organs of an individual presented by an anthropomorphic phantom at dierent distances, and its variance with decreasing activity, this simulation will allow as to make the best decisions, correct actions, prevent serious radiobiological damage and to prepare the best methods of intervention in the occurrence of this scenario.
Показать АннотациюТеоретически исследуется генерация гармоник спонтанного и вынужденного ондуляторного излучения (ОИ) в ондуляторах, используемых в лазерах на свободных электронах (ЛСЭ). Исследование проводится аналитически и численно. Детально исследуется генерация второй гармоники спонтанного и вынужденного излучения эллиптического и плоского и ондуляторов с учётом характеристик установок. Анализируется влияние на генерацию гармоник ОИ таких параметров как сечение пучка электронов, эмиттанс, отклонение пучка от оси, разброса энергий и др. факторов по отдельности и в совокупности. Проводится теоретическое исследование и сравнительный анализ полученных результатов с результатами других авторов и с имеющимися данными генерации гармоник, включая вторую гармонику на ЛСЭ LEUTL.
Показать АннотациюПри практическом проектировании волоконно-оптических линий связи важным параметром является вычислительная сложность используемого метода, так как от этого параметра напрямую зависят быстродействие и энергоэффективность приёмного устройства. С инженерной точки зрения методы должны быть сравнимы по скорости с линейным эквалайзером, вычислительная сложность которого составляет $\Theta(N \log_2 N)$ операций, где $N$ -- число узлов сетки по времени. Предметом данной работы является обобщение быстрых ($\Theta(N \log_2^2 N)$ арифметических операций) методов LayerPeeling и InverseLayerPeeling, разработаных для нелинейного уравнения Шредингера, на случай системы уравнений Манакова.
Показать АннотациюИсследованы спектры поглощения, люминесценции и кинетика затухания люминесценции ионов уранила (UO22+) в присутствии органических реагентов на основе 2,2΄-бипиридилдикарбоксамидов с различными заместителями. Определены квантовые выходы и времена жизни люминесценции гексагидрата нитрата уранила, а также комплексов уранила с органическими лигандами в растворах ацетонитрила. Предложен механизм переноса энергии в комплексах уранила.
Показать АннотациюВ статье обсуждается проблема анализа спектров комбинационного рассеяния света (КРС) для углеродных нанотрубок и установления связи наблюдаемых особенностей с распределением дефектов структуры. На примере полученных спектров многостенных углеродных нанотрубок представлено комплексное графическое представление их спектральных особенностей и рассмотрены фундаментальные аспекты их интерпретации. Показана возможность сравнения структуры различных образцов данного наноматериала с помощью спектроскопии КРС.
Показать АннотациюВ работе продемонстрировано использование поляризационного анализа отраженного излучения для выявления вкладов от магнитоупорядоченных фаз в плохо-разрешенных мёссбауэровских спектрах, полученных с -поляризованным излучением от синхротронного мёсбауэровского источника. Исследование проведено для кластерно-слоистой структуры [57Fe(0.08 нм)/Cr(1.08 нм)]30, в результате которого показано, что только 16% атомов железа ферромагнитно-упорядочены, остальная часть атомов железа находится в состоянии спинового стекла.
Показать АннотациюС помощью импедансного метода и циклической вольтамперометрии изучено строение заряженных межфазных границ механически обновляемых Sn- и Pb- электродов с растворами LiClO4 в ацетонитриле (АН) разной концентрации. Установлены интервалы потенциалов, в которых данные электроды в хорошем приближении можно рассматривать как идеально поляризуемые. Определены потенциалы нулевого заряда, которые составили: -0.37 и -0.59 В (относительно нас. водн. к. э.) для Sn- и Pb- электродов, соответственно. Показано, что экспериментальные зависимости емкости от потенциала хорошо согласуются с классической моделью Гуи-Чапмена-Штерна-Грэма. Рассмотрены и проанализированы корреляции разностей экспериментальных величин потенциалов при нулевых и значительных отрицательных зарядах двойного электрического слоя с разностью величин работ выхода электрона в вакуум для этих металлов. Результаты, полученные в АН растворах, сопоставлены с данными в водных растворах поверхностно-неактивных электролитов. Показано, что по характеру взаимодействия Sn- и Pb-электродов с молекулами АН и Н2О данные металлы следует отнести к лиофобным системам, подобным ртути и ряду других ртутеподобных sp-металлов
Показать АннотациюПредставлено программное обеспечение LOIS (Low Orbit Improvement Software), используемое для высокоточного позиционирования низкоорбитальных искусственных спутников Земли. Описаны используемые в программе дифференциальные методы уточнения орбит. Представлены результаты уточнения модельных орбит.
Показать АннотациюНа установке ШАЛ МГУ (Vernov et al., 1979; Atrashkevich et al., 1987), изучались временные распределения частиц в широких атмосферных ливнях (ШАЛ), в которых образуется более $10^5$ частиц при взаимодействии космических лучей с энергией более $10^{14}$ эВ с атмосферой. В 3.5 % ШАЛ с помощью неэкранированного детектора, расположенного на поверхности земли были зарегистрированы запаздывающие частицы. В 60 % ШАЛ с помощью экранированного детектора, расположенного под слоем грунта эквивалентным 20 метрам водного столба были зарегистрированы мюоны. Сигналы детекторов регистрировались с помощью двухлучевого аналогового запоминающего осциллографа. Получено, что при наблюдении мюонов вероятность регистрации увеличивается для ШАЛ содержащих от $10^5$ до $10^6$ частиц, а при наблюдении запаздывающих частиц для ШАЛ, содержащих от $10^6$ до $10^{7}$ частиц. Распределение по расстояниям до оси ШАЛ при наблюдении задержанных частиц более широкое, чем для мюонов, а распределения по возрасту в пределах ошибок не отличаются. В работе рассматриваются особенности ШАЛ, в которых зарегистрированы запаздывающие частицы и предположения о том, что высота возникновения запаздывающих частиц может находиться выше высоты, на которой образуются электроны и мюоны ШАЛ.
Показать АннотациюРассмотрены принципы и технические требования использования классического интерферометра Майкельсона в качестве дальномера в космической группировке для измерения параметров гравитационного поля Земли.
Показать АннотациюПредставлен физический анализ процесса формирования волн цунами сейсмическими движениями дна. Для набора сильных подводных землетрясений выполнены оценки работы, совершаемой против сил гидростатического давления при косейсмических смещениях дна, а также доступной потенциальной энергии – энергии цунами. Показано, что к волнам цунами переходит незначительная доля энергии землетрясения (от 0.004% при Mw=7 до 0.16% при Mw=9), в то время как работа против сил гидростатического давления по абсолютной величине сопоставима с энергией землетрясения, оцениваемой по формуле Канамори.
Показать АннотациюМетодами численного моделирования исследуется воздействие ветра на поведение термобара в период осеннего охлаждения водоема на примере оз. Камлупс (Канада). В работе рассматриваются противоположно направленные распространению термического фронта ветры различной силы: штиль (0.1 м/с), тихий ветер (1 м/с), легкий ветер (2 м/с), слабый ветер (4 м/с), умеренный ветер (6 м/с), свежий ветер (9 м/с) и сильный ветер (12 м/с). Установлено влияние силы ветра на сроки появления осеннего термобара, скорость его перемещения и особенность формирования глубинных течений.
Показать Аннотацию