Tính toán che chắn cho phòng xạ trị dùng máy gia tốc bằng monte carlo code EGSnrc

Tính toán che chắn cho phòng xạ trị dùng máy gia tốc bằng monte carlo code EGSnrc Tính toán che chắn cho phòng xạ trị dùng máy gia tốc bằng monte carlo code EGSnrc Tính toán che chắn cho phòng xạ trị dùng máy gia tốc bằng monte carlo code EGSnrc Tính toán che chắn cho phòng xạ trị dùng máy gia tốc bằng monte carlo code EGSnrc Tính toán che chắn cho phòng xạ trị dùng máy gia tốc bằng monte carlo code EGSnrc Tính toán che chắn cho phòng xạ trị dùng máy gia tốc bằng monte carlo code EGSnrc Tính toán che chắn cho phòng xạ trị dùng máy gia tốc bằng monte carlo code EGSnrc Tính toán che chắn cho phòng xạ trị dùng máy gia tốc bằng monte carlo code EGSnrc Tính toán che chắn cho phòng xạ trị dùng máy gia tốc bằng monte carlo code EGSnrc Tính toán che chắn cho phòng xạ trị dùng máy gia tốc bằng monte carlo code EGSnrc Tính toán che chắn cho phòng xạ trị dùng máy gia tốc bằng monte carlo code EGSnrc Tính toán che chắn cho phòng xạ trị dùng máy gia tốc bằng monte carlo code EGSnrc Tính toán che chắn cho phòng xạ trị dùng máy gia tốc bằng monte carlo code EGSnrc

N UYỄN Ị ẨM Ú

ÍN OÁN E ẮN O P ÒN

X Ị DÙN MÁY Ố ẲN BẰN MON E LO CODE EGSnrc

LU N N L N N

– ăm 2013

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 4

DANH MỤC CÁC BẢNG 5

DANH MỤC HÌNH VẼ 7

MỞ ĐẦU 9

CHƯƠNG 1 AN TOÀN BỨC XẠ TRONG XẠ TRỊ 12

1.1 Các khuyến cáo và tiêu chuẩn an toàn bức xạ (ATBX) trong xạ trị 12

1.1.1 Các khuyến cáo về tiêu chuẩn ATBX theo ICRP 12

1.1.1.1 Các đại lượng liều áp dụng trong tính toán che chắn 13

1.1.1.2 Giới hạn liều đối với con người 17

1.1.2 Các qui định về ATBX tại Việt Nam 18

1.1.2.1 Giới hạn liều nghề nghiệp 18

1.1.2.2 Giới hạn liều công chúng 19

1.2 Những biện pháp nhằm hạn chế tiếp xúc với chùm tia bức xạ 19

1.3 Cơ sở lý thuyết của tính toán che chắn ATBX 22

1.3.1 Các thuật ngữ trong tính toán thiết kế che chắn 22

1.3.1.1 Khu vực được kiểm soát và khu vực không được kiểm soát 22

1.3.1.2 Khối lượng công việc (Workload-W) 22

1.3.1.3 Hệ số sử dụng (Use Factor-U) 23

1.3.1.4 Hệ số chiếm cứ (Occupancy Factor-T) 23

1.3.1.5 Bức xạ sơ cấp và bức xạ thứ cấp 24

1.3.1.6 Rào chắn bảo vệ 24

1.3.2 Lý thuyết tính toán che chắn sơ cấp 25

1.3.2.1 Hệ số truyền qua rào sơ cấp (B pri) 25

1.3.2.2 Số lớp che chắn (n) 26

1.3.2.3 Bề dày của tường che chắn (t) 26

1.3.2.4 Hệ số truyền qua (B) khi biết trước bề dày tường che chắn 27

1.3.2.5 Liều tương đương (Hpri) truyền qua bề dày vật liệu che chắn 27

1.3.3 Lý thuyết tính toán che chắn thứ cấp 27

1.3.3.1 Hệ số truyền qua rào thứ cấp của bức xạ tán xạ từ bệnh nhân 27 1.3.3.2 Liều tương đương bên ngoài phòng máy do tán xạ 28

1.3.3.3 Hệ số truyền qua rào thứ cấp của bức xạ tán xạ bị rò rỉ B L 28

1.3.3.4 Liều tương đương bên ngoài phòng máy do bức xạ rò rỉ 28

1.3.3.5 Bề dày lớp che chắn chùm thứ cấp 28

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀPHƯƠNG PHÁP TÍNH 29

2.1 Máy gia tốc tuyến tính HPD tại Bệnh viện Chợ Rẫy 30

2.1.1 Nguyên tắc hoạt động 30

2.1.2 Cấu tạo đầu máy gia tốc 31

2.1.3 Tương tác của bức xạ phát ra từ máy gia tốc với vật chất 32

2.1.4 Phương thức xạ trị của đầu máy gia tốc HPD tại BVCR 33

2.2 Chương trình EGSnrc (Electron Gamma Shower) 34

2.2.1 Nguyên tắc tính liều bức xạ theo phương pháp mô phỏng MCNP 34

2.2.2 Nguyên tắc hoạt động của code EGSnrc 34

2.2.3 Cấu trúc chung của code EGS 35

2.2.4 Hệ thống thư mục của code EGSnrc 36

2.2.5 Mối quan hệ giữa BEAMnrc và DOSXYZnrc 37

2.3 Vai trò của BEAMnrc trong mô phỏng 38

2.3.1 Khai báo cho BEAMnrc 38

2.3.2 File không gian pha *.egsphant 39

2.4 Vai trò của DOSXYZnrc trong tính toán phân bố liều 41

2.4.1 Khai báo phantom 41

2.4.2 Các định dạng file Output 42

CHƯƠNG 3 ÁP DỤNG CODE EGSnrc TRONG MÔ PHỎNG VÀ TÍNH

TOÁN SO SÁNH KẾT QUẢ MÔ PHỎNG GIỮA CODE EGSnrc VỚI KẾT QUẢ TÍNH TOÁN THEO NCRP 151 VÀ KẾT QUẢ ĐO

TẠI BVCR 44

3.1 Tính phân bố liều tại khu vực công chúng theo NCRP 151 44

3.1.1 Điều kiện làm việc và dữ liệu tính toán 45

3.1.2 Kết quả tính phân bố liều theo NCRP 151 cho khu vực công chúng 46

3.1.2.1 Liều bên ngoài tường sơ cấp H pri 46

3.1.2.2 Liều bên ngoài tường thứ cấp Hsec 46

3.1.2.3 Tổng liều bức xạ bên ngoài phòng máy gia tốc 47

3.1.3 Kết quả đo phân bố liều trong phòng máy gia tốc tại BVCR 47

3.2 So sánh phương pháp tính giải tích theo NCRP 151 và Siemens 48

3.2.1 Phương pháp tính liều giới hạn theo NCRP 151 48

3.2.2 Phương pháp tính liều giới hạn tại BVCR theo Siemens 51

3.3 Tính phân bố liều trong phòng máy gia tốc dùng code EGSnrc 53

3.3.1 Mô hình hoá đầu máy gia tốc dùng BEAMnrc 53

3.3.2 Tạo file không gian pha 55

3.3.2.1 Nguồn sử dụng trong BEAMnrc 55

3.3.2.2 Các thông số mô tả nguồn 57

3.3.3 Quá trình tính liều với DOSXYZnrc 58

3.3.3.1 Khai báo phantom 59

3.3.3.2 Nguồn và các thông số vận chuyển 60

3.3.3.3 Trình bày kết quả 62

KẾT LUẬN 68

HƯỚNG PHÁT TRIỂN 70

TÀI LIỆU THAM KHẢO 71

PHỤ LỤC 74

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

PENELOPE: Penetration and Energy LOss of Positrons and Electron

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Hệ số trọng số phóng xạ của một vài loại bức xạ (ICRP-1990) 15

Bảng 1.2: Các trọng số mô đặc trưng cho các mô hoặc cơ quan trong cơ thể 16

Bảng 1.3: Giới hạn liều qua các thời kỳ của ICRP 18

Bảng 1.4: Giá trị của hệ số sử dụng đối với chùm tia sơ cấp 23

Bảng 1.5: Giá trị của hệ số chiếm cứ 24

Bảng 3.1: Kết quả đo liều tại Bệnh Viện Chợ Rẫy 48

Bảng 3.2: Bề dày che chắn cho khu vực nhân viên khi tính theo NCRP 151 và Siemens 53

Bảng 3.3: Khoảng năng lượng và xác suất tương ứng với photon 6 MV 56

Bảng 3.4: Mảng giá trị liều tại khu vực nhân viên khi đặt phantom nước tại 62

tâm phòng máy gia tốc 62

Bảng 3.5: Mảng giá trị liều tại khu vực công chúng khi đặt phantom nước tại tâm phòng máy 63

Bảng 3.6: So sánh giá trị liều (mSv/năm) tại khu vực nhân viên 64

Bảng 3.7: So sánh giá trị liều (mSv/năm) tại khu vực công chúng 64

Bảng 3.8: Mảng giá trị liều khi thay phantom nước bằng không khí và loại bỏ tường che chắn 65

Bảng 3.9: So sánh sự suy giảm chùm tia theo lý thuyết (quy luật giảm theo bình phương khoảng cách) và mô phỏng 66

Bảng 3.10: Mảng giá trị liều khi thay phantom nước bằng không khí và phòng máy

được che chắn với tường dày 130 cm 66

Bảng 3.11: So sánh sự suy giảm chùm tia theo quy luật hàm logarit và mô phỏng 67

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Biểu diễn độ suy giảm cường độ chùm tia theo khoảng cách 21

Hình 1.2: Biểu diễn sự phụ thuộc độ rộng chùm tia vào bề dày lớp che chắn 21

Hình 1.3: Sơ đồ che chắn bức xạ sơ cấp và thứ cấp 25

Hình 1.4: Khoảng cách từ nguồn đến điểm Q bên ngoài tường bảo vệ 26

Hình 1.5: Hình biểu diễn các khoảng cách d sca, dsec, F và d L 27

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên tắc hoạt động của máy gia tốc 30

Hình 2.2: Thành phần đầu điều trị máy gia tốc tuyến tính 31

Hình 2.3: Sơ đồ tạo thành các hiệu ứng khi bức xạ tương tác với vật chất 33

Hình 2.4: Cấu trúc của hệ thống code EGSnrc khi được sử dụng với 1 user code 35

Hình 2.5: Cấu trúc đường dẫn của HEN_HOUSE 36

Hình 2.6: Cấu trúc đường dẫn của EGS_HOME 37

Hình 2.7: Mối liên hệ giữa BEAMnrc và DOSXYZnrc 38

Hình 2.8: Giao diện các CM của đầu máy gia tốc HPD 38

Hình 2.9: Giao diện cho khai báo các thông số vận chuyển, thông số vào chính 39

Hình 2.10: Giao diện khai báo vùng ghi file không gian pha 40

Hình 2.11: Giao diện khai báo Phantom trong DOSXYZnrc 42

Hình 3.1: Sơ đồ vị trí tính liều bên ngoài phòng máy gia tốc 44

Hình 3.2: Các khoảng cách tính toán che chắn 45

Hình 3.3: Hướng chiếu chùm tia ứng với các góc quay khác nhau 49

Hình 3.4: Mô hình 2D của đầu máy gia tốc HPD 55

Hình 3.5: Giao diện nguồn 0 trong khai báo cho Beamnrc 58

Hình 3.6: Giao diện khai báo vùng tính liều 60

Hình 3.7: Giao diện khai báo vật liệu cho phantom 60

Hình 3.8: Giao diện khai báo các thông số cho nguồn 2 trong DOSXYZnrc 61

Hình 3.9: Tọa độ File không gian pha đến từ nguồn 2 61

Hình 3.10: Đồ thị biểu diễn sự suy giảm liều khi phantom nước đặt giữa phòng máy 62 Hình 3.11: Đồ thị biểu diễn sự suy giảm liều khi phòng máy gia tốc không được che chắn 65

Hình 3.12: Đồ thị biểu diễn sự suy giảm liều khi thay phantom nước bằng 67

MỞ ĐẦU

Nhằm thực hiện chương trình phòng chống ung thư quốc gia, nhiều bệnh viện tại Việt Nam đang xúc tiến việc lắp đặt máy gia tốc cho xạ trị Do suất liều cung cấp bởi các máy gia tốc là rất cao, phòng xạ trị phải được che chắn thích hợp để bảo đảm về mặt an toàn bức xạ cho nhân viên cũng như công chúng Việc thiết kế che chắn cho phòng đặt máy là một bài toán vừa mang tính khoa học vừa có yếu tố kinh tế: một mặt nó phải đáp ứng các qui định về liều giới hạn, mặt khác nó cần hợp lý

về mặt chi phí Để giải quyết bài toán này, cần có thông tin về suất liều, tần suất phát tia, số lượng bệnh nhân, các góc chiếu trung bình, thời gian lưu trú của nhân viên hay công chúng tại cơ sở, bố trí của khu vực lân cận, v.v Cuối cùng, khi biết phổ năng lượng của chùm bức xạ, ta có thể mô tả sự suy giảm của chùm tia khi đi qua những bề dày vật chất khác nhau

Bên cạnh phương pháp tính toán giải tích như được trình bày trong tài liệu của IAEA [10] hay NCRP 151 [14], phương pháp Monte Carlo cũng cho phép tính toán che chắn Đặc biệt, chương trình Monte Carlo EGSnrc, với các code chuyên dụng như BEAMnrc và DOSXYZnrc, được xây dựng cho những tính toán với máy gia tốc, có thể giúp tính toán che chắn cho phòng máy gia tốc Công cụ này đã được công nhận rộng rãi trong giới vật lý y khoa và được xem là tiêu chuẩn để đánh giá các tính toán liều lượng

Để có thể mô tả phổ năng lượng của chùm bức xạ nhờ EGSnrc trong tính toán che chắn, còn cần phải có hiểu biết về cấu trúc của máy gia tốc Với một máy gia tốc cụ thể thì điều này là khả thi

Luận văn này nhằm mục đích nghiên cứu áp dụng EGSnrc vào việc tính toán che chắn cho phòng chứa máy gia tốc Kết quả tính toán sẽ được so sánh với những phương pháp tính khác để đánh giá độ chính xác và rút ra các kết luận cần thiết

Từ mục đích và nội dung công việc như trên, luận văn được bố cục bao gồm

ba chương

Chương 1: Tổng quan về an toàn bức xạ (ATBX) trong xạ trị

Chương này trả lời các câu hỏi có liên quan đến ATBX bao gồm: Mức liều chiếu xạ được phép giới hạn cho bệnh nhân, cho công chúng và cho nhân viên được qui định là bao nhiêu? Các biện pháp nào được áp dụng để che chắn bức xạ ion hoá nhằm đảm bảo ATBX? Các kỹ thuật và thuật ngữ được sử dụng trong quá trình tính toán che chắn? Cùng với việc trả lời các câu hỏi nêu trên, chúng tôi cũng trình bày

cơ sở lý thuyết trong tính toán che chắn theo tài liệu NCRP 151 và đưa ra một ví dụ

cụ thể để áp dụng cho cơ sở lý thuyết này

Chương 2: Đối tượng và phương pháp nghiên cứu

Đối tượng: Máy gia tốc tuyến tính tại Bệnh viện Chợ Rẫy

Phần này trình bày các vấn đề liên quan đến nguyên lí hoạt động của máy gia tốc tuyến tính, cấu tạo đầu điều trị máy gia tốc tuyến tính Cùng với việc tìm hiểu sự tương tác của bức xạ trong môi trường vật chất để làm cơ sở mô phỏng chùm tia phát ra từ máy gia tốc

Phương pháp: Các chương trình EGSnrc, BEAMnrc và DOSXYZnrc Phần này giới thiệu về kỹ thuật tính toán Monte Carlo nói chung cũng như trình bày về nguyên tắc hoạt động của các code EGSnrc, BEAMnrc và DOSXYZnrc được dùng trong bài toán mô phỏng

Chương 3: Áp dụng code EGSnrc trong mô phỏng và tính toán So sánh kết quả được mô phỏng từ code EGSnrc với kết quả tính toán theo NCRP 151

và kết quả đo tại Bệnh viện Chợ Rẫy (BCVR)

Chương này trình bày kết quả tính toán về sự phân bố liều bên trong phòng máy gia tốc (phantom nước) cùng với sự phân bố liều bên ngoài phòng máy gia tốc dùng Code EGSnrc Sau khi ghi nhận kết quả mô phỏng, chúng tôi tiến hành lập tỉ

số về sự phân bố liều tại một điểm cách tường bên ngoài phòng máy gia tốc 30 cm

và phân bố liều bên trong phantom nước để từ đó đánh giá và đưa ra kết luận về mức độ an toàn cho phòng máy gia tốc Kết quả của chúng tôi được so sánh với kết quả đo tại BVCR cũng như được đối chiếu với kết quả tính toán trên cơ sở lý thuyết của tài liệu NCRP 151

Phần phụ lục: Được trình bày để làm sáng tỏ các giai đoạn mô phỏng, bao gồm:

Phụ lục A: Input file cho mô phỏng đầu máy gia tốc dùng trong BEAMnrc Phụ lục B: Input file cho khai báo Phantom dùng trong DOSXYZznrc để tính phân bố liều

Phụ lục C: Kết quả tính liều mô phỏng với output file *.egslst

Phụ lục D: Các giá trị được áp dụng cho tính toán ATBX theo NCRP 151 và theo chương trình mô phỏng

CHƯƠNG 1 AN TOÀN BỨC XẠ TRONG XẠ TRỊ

1.1 Các khuyến cáo và tiêu chuẩn an toàn bức xạ (ATBX) trong xạ trị

Với sự phát triển của khoa học kĩ thuật, các máy móc công nghệ cao được sử dụng trong lĩnh vực y tế nói chung và trong xạ trị nói riêng cũng không ngừng phát triển, từ sử dụng nguồn Co-60 chỉ có hai mức năng lượng là 1,17 MeV và 1,33 MeV đến sử dụng máy gia tốc có các mức năng lượng lên đến 6 MV, 10 MV, 15 MV,…

Chính vì vậy, yêu cầu về ATBX đã được trình bày trong nhiều tài liệu và các báo cáo như Report No.47 (NCRP, 2006), Report No.49 (NCRP, 1976), Report No.51 (NCRP, 1977) và NCRP Report No.79 (NCRP, 1984) Vì yêu cầu của luận văn nên chúng tôi chỉ trình bày sơ lược các vấn đề có liên quan đến ATBX theo khuyến cáo của ICRP, của viện Năng Lượng Nguyên Tử Quốc Tế (IAEA) và các qui định về ATBX tại Việt Nam, thông tin xem chi tiết tại [15] [19]

Mục đích của việc che chắn bức xạ nhằm giúp cho nhân viên làm việc trong môi trường bức xạ và công chúng nói chung hạn chế tiếp xúc với bức xạ và duy trì

ở mức giới hạn cho phép Do vậy, để đạt được mục đích trên, bước đầu tiên trước khi tiến hành tính toán che chắn, chúng tôi bắt đầu tìm hiểu các khuyến cáo về tiêu chuẩn ATBX trên Thế giới và tại Việt Nam

1.1.1 Các khuyến cáo về tiêu chuẩn ATBX theo ICRP

Để hiểu rõ hơn các khuyến cáo về tiêu chuẩn ATBX, cần trả lời các câu hỏi: Các khái niệm liên quan đến liều dùng trong tính toán che chắn? Tại sao dùng các khái niệm liều khác nhau trong từng trường hợp khác nhau? Giới hạn liều đối với con người là bao nhiêu [5] [6] [14]?

1.1.1.1 Các đại lượng liều áp dụng trong tính toán che chắn

 Liều hấp thụ (Absorbed dose)

Liều hấp thụ là năng lượng của bức xạ bị hấp thụ trên đơn vị khối lượng của đối tượng bị chiếu xạ [6] Theo định nghĩa, ta có:

Ngoài đơn vị SI là J/kg, liều hấp thụ còn có đơn vị Gy hoặc rad

1Gy = 1J/kg = 100 rad = 100 cGy

Giá trị liều hấp thụ bức xạ phụ thuộc vào tính chất của bức xạ và môi trường hấp thụ Sự hấp thụ năng lượng của môi trường đối với tia bức xạ là do tương tác của bức xạ với electron của nguyên tử vật chất Do đó, năng lượng hấp thụ trong một đơn vị khối lượng phụ thuộc vào năng lượng liên kết của các electron với hạt nhân nguyên tử và vào số nguyên tử có trong một đơn vị khối lượng của môi trường vật chất hấp thụ

 Liều chiếu (Exposure dose)

Liều chiếu của tia X hoặc tia gamma là phần năng lượng của nó mất đi để biến đổi thành động năng của hạt mang điện trong một đơn vị khối lượng của không khí, khí quyển ở điều kiện tiêu chuẩn Trong luận văn này, liều chiếu được đề cập là liều chiếu của tia X Từ định nghĩa trên, ta có:

 Liều tương đương (Equivalent dose)

Trong thực nghiệm cho thấy hiệu ứng sinh học gây bởi bức xạ không chỉ phụ thuộc vào liều hấp thụ mà còn phụ thuộc vào loại bức xạ Do vậy, một đại lượng được dùng là liều tương đương: “tương đương” có nghĩa là giống nhau về mặt sinh học Để so sánh tác dụng sinh học của các loại bức xạ khác nhau

Dựa vào tính chất trên, liều tương đương được định nghĩa là liều hấp thụ trung bình trong mô hoặc cơ quan T bất kỳ do bức xạ r nhân với hệ số trọng số phóng xạ tương ứng của bức xạ

H : là liều tương đương

Đơn vị của liều tương đương là J/kg, rem hoặc Sievert (Sv)

1 Sv = 100 rem

Bảng 1.1: Hệ số trọng số phóng xạ của một vài loại bức xạ (ICRP-1990)

 Liều hiệu dụng (Effective dose)

Để đánh giá xác suất gây ra những hiệu ứng ngẫu nhiên như ung thư hay di truyền trên từng bộ phận hay một cơ quan bất kỳ của cơ thể, ICRP đề nghị đưa vào các trọng số mô W Các mô khác nhau nhận cùng một liều tương đương như nhau Tthì tổn thương sinh học khác nhau

Liều hiệu dụng được định nghĩa là tổng của tất cả các liều tương đương ở các

mô hay cơ quan, mỗi một liều được nhân với trọng số mô tương ứng nó cho biết xác suất xảy ra những hiệu ứng ngẫu nhiên khi cơ thể bị chiếu tại nhiều vùng khác nhau

 T 

Đơn vị của liều hiệu dụng là J/kg hoặc Sievert (Sv)

Bảng 1.2: Các trọng số mô đặc trưng cho các mô hoặc cơ quan trong cơ thể

Cơ quan sinh dục Tủy xương Ruột Phổi

Dạ dày Bàng quang

Vú Gan Thực quản Tuyến giáp

Da Mặt xương Các cơ quan khác

0,20 0,12 0,12 0,12 0,12 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,01 0,01 0,05

Dựa vào định nghĩa cũng như tính chất của từng đại lượng liều đã nêu ở trên, cũng như xuất phát từ mục đích của luận văn Trong luận văn này, chúng tôi áp

dụng đại lượng liều tương đương trong tính toán thiết kế và che chắn từ cơ sở lý thuyết đến mô phỏng bằng Monte Carlo Code EGSnrc

1.1.1.2 Giới hạn liều đối với con người

Nhiệm vụ chủ yếu của việc phòng chống bức xạ ion hóa là không để sự chiếu

xạ trong và ngoài lên cơ thể vượt quá liều lượng được phép giới hạn

Từ những năm 30, ICRP (Ủy ban quốc tế về an toàn bức xạ) đã khuyến cáo rằng mọi tiếp xúc với bức xạ vượt quá giới hạn phông bình thường nên giữ ở mức

độ càng thấp càng tốt Khuyến cáo này được bổ sung và điều chỉnh hàng năm để giúp nhân viên và công chúng nói chung phòng tránh quá liều Các khuyến cáo gần đây nhất được đưa ra năm 1990 Các khuyến cáo này không là giới hạn bắt buộc nhưng đã được thông qua như là quy tắt luật pháp ở nhiều nước

Đối với nhân viên bức xạ: Theo khuyến cáo của ICRP [7], mức liều đối với

nhân viên không nên vượt quá 50 mSv/năm và liều trung bình cho 5 năm không được vượt quá 20 mSv Nếu một phụ nữ mang thai làm việc trong điều kiện bức xạ thì giới hạn liều nghiêm ngặt hơn cần được áp dụng là 2 mSv Giới hạn liều được chọn để bảo đảm rằng, rủi ro nghề nghiệp đối với nhân viên bức xạ không cao hơn rủi ro nghề nghiệp trong các ngành công nghiệp khác được xem là an toàn nói chung

Đối với công chúng: Giới hạn liều đối với công chúng nói chung thấp hơn đối

với nhân viên ICRP khuyến cáo rằng giới hạn liều đối với công chúng không nên vượt quá 1 mSv/1 năm

Đối với bệnh nhân: ICRP không có khuyến cáo giới hạn liều đối với bệnh

nhân Ở nhiều trường hợp chụp X quang, bệnh nhân phải chiếu liều cao hơn nhiều lần so với giới hạn liều cho công chúng Trong xạ trị, liều chiếu có thể tăng gấp hàng trăm lần so với giới hạn liều đối với nhân viên Bởi vì liều xạ được dùng là để xác định bệnh và để chữa bệnh, nên hiệu quả của điều trị được xem là cần thiết hơn ngay cả khi phải dùng đến liều cao

Và ICRP cũng đưa ra khuyến nghị cho biết liều giới hạn qua các thời kỳ được thể hiện qua bảng 1.3

Bảng 1.3: Giới hạn liều qua các thời kỳ của ICRP

Giới hạn liều (mSv/năm) Năm

1.1.2 Các qui định về ATBX tại Việt Nam

Thông tư số 19 ngày 08 tháng 11 năm 2012 [1] [2] của Bộ trưởng Bộ Khoa học

và Công nghệ qui định liều giới hạn được phép đối với từng đối tượng như sau 1.1.2.1 Giới hạn liều nghề nghiệp

 Giới hạn liều nghề nghiệp đối với nhân viên bức xạ trên 18 tuổi:

a) Liều hiệu dụng được lấy trung bình trong 5 năm kế tiếp nhau là 20 mSv trong một năm và lấy trong một năm đơn lẻ bất kỳ là 50 mSv

b) Liều tương đương đối với thủy tinh thể của mắt được lấy trung bình trong 5 năm kế tiếp nhau là 20 mSv trong một năm và lấy trong một năm đơn lẻ bất kỳ là

50 mSv

c) Liều tương đương đối với chân, tay hoặc da là 500 mSv trong một năm

 Giới hạn liều nghề nghiệp đối với người học việc trong quá trình đào tạo

nghề có liên quan đến bức xạ và đối với học sinh, sinh viên tuổi từ 16 đến 18

sử dụng nguồn bức xạ trong quá trình học tập:

a) Liều hiệu dụng 6 mSv trong một năm

b) Liều tương đương đối với thủy tinh thể mắt 20 mSv trong một năm

c) Liều tương đương đối với chân, tay hoặc da 150 mSv trong một năm

1.1.2.2 Giới hạn liều công chúng

a) Liều hiệu dụng 1 mSv trong một năm

b) Trong những trường hợp đặc biệt, có thể áp dụng giá trị giới hạn liều hiệu dụng cao hơn 1 mSv, với điều kiện giá trị liều hiệu dụng lấy trung bình trong 5 năm

kế tiếp nhau không vượt quá 1 mSv trong một năm

c) Liều tương đương đối với thủy tinh thể mắt 15 mSv trong một năm

d) Liều tương đương đối với da 50 mSv trong một năm

e) Liều bức xạ đối với người chăm sóc, hỗ trợ và thăm bệnh nhân trong chẩn đoán, xét nghiệm và điều trị bằng bức xạ ion hóa hoặc dược chất phóng xạ có độ tuổi từ 16 tuổi trở lên không được vượt quá 5 mSv trong cả thời kỳ bệnh nhân làm xét nghiệm hoặc điều trị Liều bức xạ của người chăm sóc, hỗ trợ và thăm bệnh nhân trong chẩn đoán, xét nghiệm và điều trị bằng bức xạ ion hóa hoặc dược chất phóng xạ có độ tuổi nhỏ hơn 16 tuổi không được vượt quá 1 mSv trong cả thời kỳ bệnh nhân làm xét nghiệm hoặc điều trị

Nói tóm lại, theo Ủy ban quốc tế cũng như tại Việt Nam về an toàn bức xạ, liều lượng giới hạn được phép tiếp nhiễm các loại bức xạ trong một năm đối với công chúng là 1 mSv và đối với nhân viên bức xạ là 20mSv Điều này có nghĩa là chúng

ta phải có những biện pháp hạn chế tiếp xúc với bức xạ để đảm bảo liều luôn ở mức giới hạn được phép

1.2 Những biện pháp nhằm hạn chế tiếp xúc với chùm tia bức xạ

Việc sử dụng các nguồn bức xạ ion hóa (NBXIH) đúng theo các quy tắc an toàn có thể giúp chúng ta tránh được tác hại không mong muốn Ngược lai, việc bỏ qua các quy tắc an toàn sẽ dẫn đến những hậu quả nặng nề cho sức khỏe của nhân viên bức xạ và những người xung quanh Mức độ an toàn khi làm việc với NBXIH được xác định thông qua những nhân tố sau [9]:

 Khi sử dụng nguồn bức xạ cần hướng nguồn về phía không có nhân viên làm việc

 Khi suất liều vượt quá mức giới hạn cho phép nhất thiết phải sử dụng các bề dày che chắn thích hợp

- Khi làm việc với các nguồn phóng xạ hở cần tính đến các biện pháp bảo vệ tránh sự chiếu xạ ngoài và sự thâm nhập của bức xạ vào bên trong cơ thể

Thứ hai: Dạng năng lượng của bức xạ ion hóa

Thứ ba: Hoạt tính và chu kỳ bán rã của các nuclit phóng xạ

Theo [9], thực hành an toàn bức xạ được chia thành hai dạng: ATBX khi chiếu trong và ATBX khi chiếu ngoài Các loại bức xạ như hạt alpha, beta, gamma, tia X

và neutron đều là các bức xạ ion hóa và gây hiệu ứng khi chiếu xạ ngoài Tuy nhiên mức độ nguy hại của chúng không giống nhau Hạt alpha ion hóa rất mạnh nhưng quãng đường đi ngắn, khoảng vài cm trong không khí và không thể xuyên qua được lớp ngoài của da Hạt beta có khả năng xuyên sâu hơn hạt alpha, mức độ xuyên sâu phụ thuộc vào năng lượng của hạt Hạt neutron, tia gamma và tia X có khả năng đâm xuyên sâu và truyền năng lượng đáng kể cho cơ thể nên rất nguy hiểm Và trong luận văn này, đối tượng chúng tôi tiến hành tính toán và mô phỏng là chùm tia

X được trình bày cụ thể ở chương 2

Nhằm đảm bảo an toàn bức xạ [9], nhân viên làm việc với nguồn xạ nói riêng

và công chúng nói chung, để giảm liều chiếu xạ ngoài có thể áp dụng một hoặc kết hợp các biện pháp sau đây:

Thứ nhất: Giảm thời gian tiếp xúc với chùm tia bức xạ Do tổng liều mỗi cá

nhân nhận được bằng tích số giữa suất liều chiếu và thời gian chiếu xạ

Thứ hai: Tăng khoảng cách từ nguồn phát tia đến nơi làm việc Do cường

độ bức xạ tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách từ nguồn Nguồn được chia thành các loại sau: nguồn điểm (a point source), nguồn dây (a line source), nguồn mặt (a surface source) và nguồn trụ (volume source) Với mỗi loại nguồn, khoảng cách từ nguồn đến nơi làm việc được tính bằng các phương pháp khác nhau [9]

Hình 1.1: Biểu diễn độ suy giảm cường độ chùm tia theo khoảng cách

Thứ ba: Che chắn bức xạ với các bề dày khác nhau Khi bức xạ truyền qua

một lớp vật chất thì cường độ chùm bức xạ sẽ suy giảm theo hàm logarit

I2 là cường độ chùm tia sau khi đi qua lớp vật liệu có bề dày x

I1 là cường độ chùm tia phát ra từ nguồn

μ là hệ số suy giảm tuyến tính của vật liệu

Hình 1.2: Biểu diễn sự phụ thuộc độ rộng chùm tia vào bề dày lớp che chắn

Do suất liều bức xạ phát ra từ các nguồn khác nhau tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách nên NCRP khuyến cáo các cá nhân nên đứng cách tường bảo

vệ một khoảng cách an toàn là 0,3 m Và đây cũng là khoảng cách được áp dụng để tính toán và mô phỏng trong luận văn

Trong luận văn này, chúng tôi sẽ ứng dụng năng lực tính toán của code EGSnrc để kiểm tra tính phù hợp với các điều kiện thực tế tại phòng máy gia tốc về thời gian tiếp xúc với bức xạ, khoảng cách che chắn và bề dày che chắn với các tường khác nhau

1.3 Cơ sở lý thuyết của tính toán che chắn ATBX

1.3.1 Các thuật ngữ trong tính toán thiết kế che chắn

Để trình bày cách tính toán che chắn ATBX cho phòng máy gia tốc theo NCRP

151 (phương pháp giải tích) [14], chúng tôi giới thiệu các thuật ngữ có liên quan được sử dụng, bao gồm:

1.3.1.1 Khu vực được kiểm soát và khu vực không được kiểm soát

Khu vực được kiểm soát: là vùng hạn chế các cá nhân tiếp xúc, chỉ những

nhân viên chuyên trách đã qua đào tạo chuyên môn và được hướng dẫn chi tiết về ATBX được tiếp xúc Trong luận văn này, khu vực được kiểm soát được đề cập ở đây là phòng máy gia tốc và phòng điều khiển máy gia tốc Theo NCRP, mức liều giới hạn (liều tương đương) trong khu vực được kiểm soát là 0,1 mSv/tuần hoặc 5 mSv/năm

Khu vực không được kiểm soát: là các vùng khác ngoại trừ khu vực được

kiểm soát Theo NCRP, mức liều giới hạn trong khu vực không được kiểm soát là 0,02 mSv/tuần hoặc 1 mSv/năm

1.3.1.2 Khối lượng công việc (Workload-W)

Theo tài liệu NCRP 151, Workload được định nghĩa là liều hấp thụ trung bình của bức xạ được tạo ra bởi một nguồn trong một thời gian quy định tại một vị trí xác định Trong luận văn này, Workload là liều hấp thụ tại isocenter cách bia 100cm

trong thời gian một tuần được tính trung bình trong một năm Có hai dạng Workload: Workload sơ cấp (primary workload ) và Workload thứ cấp (leakage-radiation workload)

Đơn vị của Workload: Gray/tuần

1.3.1.3 Hệ số sử dụng (Use Factor-U)

Hệ số sử dụng là một phần của Workload sơ cấp khi chùm tia hướng trực tiếp đến tường che chắn sơ cấp Hệ số sử dụng phụ thuộc vào loại bức xạ là chùm tia sơ cấp hay chùm tia thứ cấp Hệ số sử dụng đối với chùm tia thứ cấp luôn bằng 1 vì bức xạ thứ cấp sẽ xuất hiện khi máy gia tốc hoạt động [14]

Hệ số sử dụng cho chùm tia sơ cấp tại các khu vực khác nhau là khác nhau Thông qua tính toán thống kê trên nhiều máy gia tốc, các giá trị hệ số sử dụng trung bình được cho dưới bảng 1.4

Bảng 1.4: Giá trị của hệ số sử dụng đối với chùm tia sơ cấp

1.3.1.4 Hệ số chiếm cứ (Occupancy Factor-T)

Hệ số chiếm cứ là thời gian trung bình mà nhân viên bức xạ hay công chúng tiếp xúc với bức xạ khi đứng ở vị trí cho phép (thông thường là 0,3 m cách tường)

Hệ số chiếm cứ cho từng vùng làm việc khác nhau là khác nhau Giá trị của hệ số chiếm cứ luôn nhỏ hơn hoặc bằng 1 (T ≤ 1)

Bảng 1.5: Giá trị của hệ số chiếm cứ

Khu vực với hệ số chiếm cứ tối đa như: khu

vực lập kế hoạch, khu vực kiểm soát điều trị,

phòng y tế, khu vực tiếp tân, phòng chờ,…

1

Các phòng làm việc, phòng khám bệnh nhân

Hành lang, phòng khám bệnh nhân tiếp giáp

Khu vực vệ sinh công cộng, phòng bán hàng tự

động không cần giám sát, khu vực lưu trữ, khu

vực ngoài trời, phòng chờ không giám sát, gác

xép, tủ quần

1/20

Khu vực dành cho người đi bộ, bãi đỗ xe,

1.3.1.5 Bức xạ sơ cấp và bức xạ thứ cấp

Bức xạ sơ cấp: là bức xạ được phát ra từ đầu máy gia tốc và được truyền trực tiếp đến bệnh nhân hoặc truyền đến tường sơ cấp (trần, sàn nhà, tường xung quanh) Bức xạ thứ cấp: Có 2 dạng chính

- Bức xạ tán xạ (Scatter radiation): là bức xạ được tạo ra khi bức xạ sơ cấp bị

tán xạ từ bệnh nhân, từ các thiết bị máy điều trị như collimater, tường, sàn, trần của phòng điều trị

- Bức xạ rò rỉ (Leakage radiation): là bức xạ xuất hiện trong quá trình điều trị

Với các máy gia tốc, bức xạ rò rỉ chỉ xuất hiện khi máy đang hoạt động Đối với các nguồn Coban, luôn luôn tồn tại bức xạ rò rỉ

1.3.1.6 Rào chắn bảo vệ

Có hai loại rào chắn bảo vệ, bao gồm:

Rào chắn sơ cấp: được dùng để che chắn bức xạ sơ cấp được phát ra trực tiếp

từ nguồn đến bệnh nhân

Rào chắn thứ cấp: được dùng để che chắn bức xạ thứ cấp là bức xạ tán xạ với

đầu máy gia tốc hay bức xạ được tạo ra khi tương tác với bệnh nhân hay các dụng

1.3.2.1 Hệ số truyền qua rào sơ cấp (B pri)

Hệ số truyền qua rào sơ cấp nhằm hạn chế vùng bức xạ của chùm tia sơ cấp khi truyền qua vật liệu che chắn

Hình 1.4: Khoảng cách từ nguồn đến điểm Q bên ngoài tường bảo vệ

2

WUT

pri pri

1.3.2.3 Bề dày của tường che chắn (t)

Từ các giá trị TVL1, TVLe và số lớp bề dày giảm 1/10 tính được bề dày tường che chắn thực tế

1.3.3 Lý thuyết tính toán che chắn thứ cấp

1.3.3.1 Hệ số truyền qua rào thứ cấp của bức xạ tán xạ từ bệnh nhân

2 2 sec

400 WT

d = khoảng cách từ bệnh nhân đến điểm cần che chắn (m)

 = liều hấp thụ của bức xạ sơ cấp tán xạ lên bệnh nhân ứng với góc tán xạ  tại tâm của trục Z

F = độ mở trường chiếu (cm2)

Hình 1.5: Hình biểu diễn các khoảng cách d sca, dsec, F và d L

1.3.3.2 Liều tương đương bên ngoài phòng máy do tán xạ từ bệnh nhân

 sec-2  -21

1

2 3

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ

PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN

Để chuẩn bị cho việc mô phỏng chùm bức xạ phát ra từ máy gia tốc và tính liều gây bởi chúng, trong chương này chúng tôi tiến hành tìm hiểu đối tượng nghiên cứu là máy gia tốc tuyến tính HPD của hãng Siemens tại Bệnh viện Chợ Rẫy và phương pháp tính toán là chương trình mô phỏng MCNP code EGSnrc

Đối tượng nghiên cứu: trong phần này chúng tôi trình bày nguyên tắc hoạt động và cấu tạo của máy gia tốc cũng như quá trình tương tác của bức xạ với vật chất Quá trình tìm hiểu này là cần thiết để tiến hành khai báo các thông số mô phỏng trong BEAMnrc và khảo sát chùm tia sau khi đi ra khỏi đầu máy gia tốc Phương pháp tính toán: Mục tiêu của luận văn là ứng dụng kỹ thuật Monte Carlo để mô phỏng và tính toán che chắn an toàn cho máy gia tốc Trong phần này, chúng tôi sẽ trình bày sơ lược nguyên tắc hoạt động của Code EGSnrc và tập trung khai thác hai User Code là BEAMnrc được áp dụng để mô phỏng đầu máy gia tốc

và DOSXYZnrc là công cụ đắc lực trong tính phân bố liều 3D Để tìm hiểu thêm về Monte Carlo Code EGSnrc xem thêm tại [3] [4] [14]

Bên cạnh đó, chúng tôi sẽ trình bày sự khác nhau giữa các phương pháp tính khi đánh giá ATBX: phương pháp tính theo NCRP 151 và phương pháp tính tại BVCR (theo phương pháp tính của nhà cung cấp Siemens-Đức)

2.1 Máy gia tốc tuyến tính HPD tại Bệnh viện Chợ Rẫy

2.1.1 Nguyên tắc hoạt động

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên tắc hoạt động của máy gia tốc Máy gia tốc tuyến tính HPD hoạt động dựa vào nguyên tắc sau [3], [4]: Chùm tia electron từ súng electron được gia tốc trong ống gia tốc đến năng lượng cần thiết, khi đó chùm tia được truyền đi dưới dạng chùm tia mảnh, qua hệ thống vận chuyển chùm tia đến đầu máy gia tốc Ở đây, tùy thuộc vào mục đích điều trị mà chùm electron hay photon được tạo ra

Trong luận văn, chùm tia sử dụng là chùm photon Một điều đáng lưu ý, một vài hình minh họa trong luận văn vẫn sử dụng Tiếng anh để đảm bảo tính phù hợp với các khai báo trong BEAMnrc

2.1.2 Cấu tạo đầu máy gia tốc

Hình 2.2: Thành phần đầu điều trị máy gia tốc tuyến tính Đầu máy gia tốc là một trong những thành phần quan trọng của máy gia tốc

Nó chứa đựng những thành phần mà có ảnh hưởng đến chất lượng, hình dáng cùng với khả năng định vị và theo dõi chùm photon và electron trong quá trình điều trị Thành phần chính bên trong đầu máy gia tốc Primus HPD tại Bệnh viện Chợ Rẫy, đây cũng chính là máy gia tốc mà luận văn tiến hành khảo sát, bao gồm:

1 Bia tia X (Target): Bia thường được làm bằng vật liệu có bậc số nguyên tử cao, bia được dùng để tạo ra chùm photon, nếu tạo ra chùm electron thì không cần dùng bia

2 Cửa sổ ra khỏi ống chân không (Vacuum Envelope): Bao gồm 2 lớp Titanium (Ti) dày 0,005 cm và một lớp nước dày 0,066 cm ở giữa Vacuum Envelope có vị trí bắt đầu tại -0,424 cm

3 Bộ lọc (Flattening Filter): Bộ lọc nhằm làm loe và làm phẳng cường độ chùm tia

4 Các Collimater: Bao gồm Collimater sơ cấp (Primary Collimator) và Collimater thứ cấp (Upper Jaws, Lower Jaws) Các Collimater được sử dụng với mục đích giới hạn chùm bức xạ

5 Buồng ion hoá (Chamber): Được dùng để hiệu chỉnh bán kính và độ phẳng của chùm tia cũng như tính đối xứng và năng lượng của chúng

6 Gương (Mirror): Có tác dụng xác định vị trí chùm tia, quan sát trường chiếu

7 Tấm mica

8 Lớp không khí

2.1.3 Tương tác của bức xạ phát ra từ máy gia tốc với vật chất

Khi chùm tia bức xạ đi qua một môi trường vật chất thì bức xạ tương tác với môi trường vật chất và truyền năng lượng của chúng cho electron quỹ đạo hoặc hạt nhân nguyên tử [14], [15] Điều này phụ thuộc vào loại bức xạ, năng lượng của bức

xạ và đặc tính của môi trường vật chất Nếu loại bức xạ là chùm photon thì tương tác chủ yếu là hiệu ứng quang điện, tán xạ Compton và hiệu ứng tạo cặp Trong quá trình này một photon có thể thực hiện một vài tương tác và giải phóng một số ít các electron của nguyên tử Trong khi đó, nếu bức xạ là electron thì khi đi qua môi trường vật chất chúng gây ra các hiệu ứng kích thích, ion hóa nguyên tử trực tiếp và phát bức xạ hãm (Hình 2.3)

Hình 2.3: Sơ đồ tạo thành các hiệu ứng khi bức xạ tương tác với vật chất 2.1.4 Phương thức xạ trị của đầu máy gia tốc HPD tại BVCR

Máy gia tốc HPD tại Bệnh viện Chợ rẫy hoạt động với phương thức như sau: Mỗi bệnh nhận nhận liều hấp thụ tổng cộng là 60 Gy, mỗi tuần nhận 5 lần xạ, mỗi lần xạ nhận 2 Gy Suất liều của máy là 2 Gy/phút Máy gia tốc làm việc 8 giờ/ngày và 5 ngày/tuần

Sau khi tìm hiểu về máy gia tốc HPD tại Bệnh viện Chợ Rẫy, chúng tôi tiến hành tìm hiểu các chương trình EGSnrc, Code BEAMnrc và DOSXYZnrc phục vụ cho mục đích mô phỏng và tính liều bức xạ

2.2 Chương trình EGSnrc (Electron Gamma Shower)

2.2.1 Nguyên tắc tính liều bức xạ theo phương pháp mô phỏng MCNP

Phương pháp Monte Carlo tính phân bố liều bằng cách theo dõi lịch sử của một số lớn hạt khi chúng phát ra từ nguồn bức xạ và trải qua các tương tác trong môi trường bên trong và bên ngoài bệnh nhân cũng như bên trong và bên ngoài phòng máy gia tốc Năng lượng nhận được tại một vị trí trong mô trường sẽ được cộng lại và cho ra liều hấp thụ tại điểm đó Phương pháp này mô tả chính xác bản chất vật lý của từng tương tác vì nó xem xét riêng cho hình học của từng bộ phận trong máy gia tốc, bộ phận tạo chùm tia, bề mặt bệnh nhân và sự không đồng đều về mật độ, cho phép xử lý nhiều trường hợp tính liều phức tạp Độ chính xác của kết quả càng cao khi số lịch sử được mô phỏng càng lớn và thời gian chạy của máy tính càng dài

2.2.2 Nguyên tắc hoạt động của code EGSnrc

Code EGS bao gồm 2 chương trình con chính là HATCH và SHOWER [12] [13] [16], hai chương trình con này sẽ gọi các chương trình con khác trong code EGS như những chương trình con được viết bởi người sử dụng HOWFAR, HOWNEAR, AUSGAB

Để sử dụng code EGS người dùng phải viết “User code” bao gồm chương trình MAIN và những chương trình con HOWFAR, HOWNEAR, AUSGAB

2.2.3 Cấu trúc chung của code EGS

Hình 2.4: Cấu trúc của hệ thống code EGSnrc khi được sử dụng với 1 user code Chương trình MAIN thực hiện những khởi tạo cần thiết cho các chương trình con về hình học HOWFAR, HOWNEAR và đặt những giá trị của biến EGS COMMON như chỉ tên của vật chất, đơn vị khoảng cách, Chương trình MAIN sau

đó gọi chương trình con HATCH để là thiết lập dữ liệu môi trường, đọc dữ liệu vật chất đã được thiết lập trước bởi PEGS, sau khi những khởi tạo này hoàn thành, MAIN gọi SHOWER để phát ra các lịch sử và cuối cùng gọi AUSGAB để xuất ra kết quả

2.2.4 Hệ thống thư mục của code EGSnrc

Hệ thống EGSnrc bao gồm hai vùng dẫn chính Vùng thứ nhất là HEN_HOUSE chứa tất cả các file EGSnrc chuẩn Cấu trúc đường dẫn của nó được chỉ trên hình 3.2

Hình 2.5: Cấu trúc đường dẫn của HEN_HOUSE Vùng thứ hai của hệ thống EGSnrc chứa các user code của người dùng và chạy các file liên quan Cấu trúc của vùng thứ hai được mô tả trên hình 2.6

Hình 2.6: Cấu trúc đường dẫn của EGS_HOME 2.2.5 Mối quan hệ giữa BEAMnrc và DOSXYZnrc

Các thông tin về loại vật liệu, tiết diện tương tác,…được sử dụng khai báo cho BEAMnrc và DOSXYZnrc được gọi từ bộ dữ liệu tiết diện tương tác (Cross section data) Có hai bộ dữ liệu tiết diện tương tác là 700icru.pegs4dat và 521icru.pegs4dat Ngoài ra, người sử dụng có thể thêm vào các loại vật liệu mới mà các bộ tiết diện tương tác mặc định chưa sẵn sàng tồn tại [18]

Sau khi gọi tiết diện tương tác, người sử dụng tiến hành khai báo các input file cho BEAMnrc và DOSXYZnrc Dữ liệu file không gian pha thu được sau khi chạy BEAMnrc sẽ được đưa vào DOSXYZnrc để làm cơ sở tính phân bố liều Mối liên

hệ giữa BEAMnrc và DOSXYZnrc được thể hiện trên hình 2.7

Hình 2.7: Mối liên hệ giữa BEAMnrc và DOSXYZnrc 2.3 Vai trò của BEAMnrc trong mô phỏng

BEAMnrc là một user code dựa trên hệ thống vận chuyển bức xạ của EGSnrc, dùng để mô phỏng các nguồn bức xạ phát ra từ máy gia tốc [17]

2.3.1 Khai báo cho BEAMnrc

Để chạy BEAMnrc cần khai báo thông tin vào trong hai file input:

- file *.module: file này khai báo các Components Module (CM) cần thiết đối

với máy gia tốc cần mô tả Bao gồm tên CM và CM indentifier (tên được đặt bởi người sử dụng) Trong luận văn này, đầu máy gia tốc được khai báo qua 9 CM

Hình 2.8: Giao diện các CM của đầu máy gia tốc HPD

- file * egsinput: là file chứa các thông tin chi tiết cho từng CM như bề dày,

vị trí, hợp chất cấu tạo, nguồn và các biến thông số vào

Hình 2.9: Giao diện cho khai báo các thông số vận chuyển, thông số vào chính 2.3.2 File không gian pha *.egsphant

Kết quả của quá trình chạy BEAMnrc là một hay nhiều file không gian pha (phase-space file) Một file không gian pha là cách biểu diễn dữ liệu về một số lớn hạt, mỗi hạt gắn với vài thông số như vị trí, hướng của chuyển động, năng lượng và các thông số khác Mặt phẳng chứa file không gian pha phải ở trong một module

Dữ liệu file không gian pha có thể được sử dụng một cách trực tiếp như nguồn hạt cho quá trình mô phỏng tiếp theo sau đó hoặc được phân tích để thu phổ năng lượng hoặc profile thông lượng [3]

Để khai báo vùng ghi không gian pha cần dùng những biến sau:

NSC_PLANES: số mặt phẳng ghi

IPLANE_to_CM: số CM liên quan đến mặt phẳng ghi

NSC_ZONES: số vùng ghi trong mỗi mặt phẳng ghi

MZONE_TYPE: 0: vùng hình tròn; 1: vùng hình vuông