Monte carlo yöntemi ile lineer hızlandırıcı modellemesi ve dozimetrik kalite kontrolü

Abstract

Radyasyon içeren uygulamalarda modelleme ve simülasyon popüler ve gelişmekte olan alanlardır. Radyasyonun taşınımını simüle edebilmek amacıyla çeşitli algoritmalar ve bu algoritmalar ile hesap yapan çeşitli kod ve yazılımlar geliştirilmiştir. Bilgisayar ortamında geliştirilen model ve sistemlerin yine bilgisayar ortamında çalıştırılabilmesi ve çeşitli testlere tabi tutulabilmesi sayesinde cihazlara ve fiziki şartlara duyulan ihtiyaç azalmıştır. Bu sayede hem maliyet hemde zaman açısından kazanımlar elde edilmiştir.Monte Carlo yöntemi matematiksel ve fiziksel problemlerin simülasyon tekniği ile çözümlenmesinde kullanılan bir yöntemdir. Bilgisayar kodlarının ürettiği düzenli rastgele sayıların belirlediği rastgele örneklemeler ile olasılıksal süreçler simüle edilir.Bu çalışmada Monte Carlo algoritması ile hesap yapan MCNP (Monte Carlo N-Particle) kodu kullanılarak lineer hızlandırıcı kafası modellenmiş ve yine bilgisayar ortamında modellenen su fantomu ve iyon odası ile test edilmiştir. Simülasyon sonuçları ile lineer hızlandırıcı cihazından alınan deneysel sonuçların karşılaştırılması ile dozimetrik kalite kontroller yapılmıştır. Bu amaçla 18 MV foton enerjisinde filtreli ve FFF (düzleştirici filtresiz) sistem için ayrı ayrı yüzde derin doz ve doz profili ölçümleri karşılaştırmalı olarak incelenmiş, deneysel ve teorik veriler ile uyumlu oldukları görülmüştür.Lineer hızlandırıcı cihazında foton ve elektronların yanı sıra fotonükleer reaksiyonlar sonucu ortaya çıkan fotonötronlar için akı ve spektrum analizleri gerçekleştirilmiş, gantry içerisinde bulunan malzemelerin nötron üretimine katkısı analiz edilmiştir. Fotonötron konusu filtreli ve filtresiz sistem için ayrı ayrı incelenmiş ve lineer hızlandırıcı cihazında üretilen nötronlar hakkında detaylı bilgi edinilmiştir.Yapılan lineer hızlandırıcı modeli ve simülasyonlar medikal uygulamalar dışında araştırma geliştirme, tasarım, zırhlama gibi amaçlarla da kullanılabilmektedir. Cihaz, medikal lineer hızlandırıcı yazılımlarının izin verdiği belirli enerji seviyeleri dışında istenilen enerji seviyesin de çalıştırılabilmektedir.

Modelling and simulation in radiation related practices are popular and developing fields. Various algorithms, codes and softwares that make calculations with these algorithms have been developed to simulate transport of radiation. The need for devices and physical circumstances has reduced by means of that models and systems developed in computer environment could also be worked and tested in computer environment. Thus, cost and time advantages have been gained.Monte Carlo is a method that can be used to solve mathematical and physical problems by using simulation technique. A stochastic process can be simulated with random events with ragular random numbers. In this study, linear accelerator gantry has been modelled and simulated also many tests have been made with water phantom and ion chamber model by using MCNP code (Monte Carlo N-Particle) with Monte Carlo method. Dosimetric quality assurance of simulation has been made by the means of comparing simulation results and experimental results taken from linear accelerator. For this purpose, percent depth dose and dose profile measurements for flattening filter system and unfiltered (flattening filter free) system in 18 MV photon energy have been seperately examined and it has been concluded that they match up with experimental and theoretical values.Flux and spectrum analysis have been made for photoneutrons produced as a result of photonuclear reactions along with the photons and electrons in linear accelerator, and the contribution of materials in the gantry to the neutron production has been analysed. The subject of photoneutron is examined for filtered and unfiltered systems separately, and detailed information has been gained about neutrons produced in linear accelerator.This linear accelerator model and simulations could be used not only for medical purposes but also in research and development, design and shielding fields. The device could be operated in any energy level in addition to the particular energy level enabled by the medical linear accelerator softwares.