پاسخ مدل‌هاي هادروني Geant4 در بررسي نوترون‌هاي توليدي در تابش پروتون به مواد سبك

The response of Geant4 hadronic models to the study of neutrons produced in proton irradiation to the light materials

يكي از محصولات برهم‌كنش پروتون‌هاي پر انرژي با مواد سبك، نوترون است. با استفاده از كدهاي محاسباتي مونت‌كارلو، مي‌توان از طريق شبيه‌سازي سيستم، طيف نوترون‌هاي حاصل، دز و شار نوترون را محاسبه و پيش‌گويي كرد. اما استفاده از مدل‌هاي هادروني مختلف در بررسي اين فرآيند، مي‌تواند بر نتايج اين محاسبات تأثيرگذار باشد. در اين پژوهش، پاسخ چهار مدل هادروني موجود در ابزار مونت‌كارلوي Geant4، در برهم‌كنش پروتون با مواد سبك، به لحاظ ويژگي نوترون‌هاي توليدي، با يكديگر مقايسه شده است. اين مدل‌ها، تحت عنوان مدل آبشاري دوتايي، مدل پيش‌تركيبي، مدل آبشاري درون-هسته‌اي برتيني و مدل درون-هسته‌اي ليگه ناميده مي‌شوند. اين مقايسه، در محدوده انرژي باليني در پروتون‌تراپي صورت گرفته است. هم‌چنين نتايج اين شبيه‌سازي، با داده‌هاي تجربي مقايسه شده و تطبيق يا عدم سازگاري اين مدل‌ها با نتايج تجربي، بررسي و تفسير شده است. نتايج نشان مي‌دهد كه هيچ ‌يك از مدل‌هاي تحت بررسي، نتايج تجربي را به‌طور كامل بازتوليد نمي‌كنند، اما در محدوده خاصي از انرژي، مدل برتيني بهترين تطابق را با نتايج تجربي دارد.

Neutron is one of the products of the interaction of high energy protons with light nuclei. Using computational Monte Carlo codes, it is possible to calculate and predict the neutron spectrum, neutron flux, and doses by simulating the system. But the use of different hadronic models in this process can influence the results of these calculations. In this research, the response of the four hadronic models in the Geant4 Monte Carlo tool is compared with each other in the interaction of proton with light nuclei in terms of the characteristics of the produced neutrons. These models are referred to as the binary cascade model, the Precompound model, the Bertini intranuclear cascade model, and the Liege Intranuclear Cascade model. This comparison has been done in the area of clinical energy in proton therapy. Also, the results of this simulation are compared with experimental data and the adaptation or incompatibility of these models with empirical results has been reviewed and interpreted. The results show that none of the studied models fully reproduces empirical results, but in a certain range of energy, the Bertini model has the best fit with experimental results.