رهيافت تحليلي براي بررسي پراكندگي پروتون‌ها در مرز مواد ناهمگن در پروتون درماني

در پروتون درماني، به عنوان يك روش درماني مؤثر و كارآمد، بررسي رفتار پروتون هاي فرودي در ماده و رسم منحني براگ، كه برآيندي از سه فرايند توقف، پراكندگي و برهم كنش هاي غيركشسان هسته اي است، بسيار اهميت دارد. بررسي اين رفتار در رهيافت محاسباتي، به دو روش مونت كارلو و تحليلي قابل دست‌يابي است. اگرچه در رهيافت تحليلي، مدل هاي مناسبي براي دست‌يابي به منحني براگ در محيط ‌هاي همگن به طور دقيق معرفي شده است، با اين حال اين بررسي در حضور ناهمگني مواد (كه در بافت ‌هاي بدن اجتناب ‌ناپذير است) با چالش مواجه است. براي مطالعه رفتار پروتون ها در محيط ناهمگن، بررسي سه عامل پراكندگي، كاهش انرژي و تغيير شار در مرز مواد (لايه ‌ها) ضروري است. در پژوهش حاضر به مطالعه نحوه پراكندگي باريكه پروتوني فرودي به تيغه هايي از مواد با ضخامت ها و جنس هاي مختلف با استفاده از نظريه فرمي- ايجز پرداخته شده است. نتايج نشان داد علاوه بر عمق نفوذ، جنس ماده نيز در ميزان پراكندگي تأثير كليدي دارد. بررسي هاي مربوط به ترتيب قرارگيري لايه ها و مطالعه مربوط به اثر انرژي نشان ‌دهنده عدم تأثير قابل توجه ترتيب قرارگيري مواد در مسير پرتو در پراكندگي نهايي و هم‌چنين كاهش پراكندگي با افزايش انرژي باريكه بود. نتايج نشان داد اين روش با تعيين پارامترهاي مختلف و رسم نمودارهاي فاز- فضا براي دست‌يابي به هدف موردنظر كارآمد بوده و نتايج به دست آمده براي حالت هاي نمونه حل شده، با انتظار ما از فيزيك مسئله هم‌خواني دارد. به منظور اعتبارسنجي نتايج، مقادير بيشينه زاويه پراكندگي محاسبه شده از روش تحليلي با مقادير مربوط به شبيه سازي با استفاده از كد مونت كارلوي MCNPX مقايسه گرديد.