A Computational approach for an object situated alone in infinitely expanded radiation field by Monte Carlo codes using reflection boundaries

反射境界を利用したモンテカルロコードによる無限放射線場に孤立した対象物の線量計算法

古田 琢哉   ; 高橋 史明  

Furuta, Takuya; Takahashi, Fumiaki

無限放射線場に存在する対象物に対する線量計算をモンテカルロ輸送計算で実行する従来手法は非常に効率が悪く、長い計算時間を必要としていた。これは、無限放射線場を近似するためには放射線の平均自由行程の数倍の広さが必要である一方で、放射線が対象物に到達する確率は非常に低く、ほとんどの輸送計算が無駄になるためである。そこで、我々は対象物よりも少し大きい程度の小さな計算領域に反射境界を利用することで、目的の線量計算を効率的に実行する手段を提案した。まず、第一段階として対象物を置かない状況で、計算領域の端の境界面に反射面を考え、領域内に閉じ込めた放射線を輸送することで無限放射線場を模擬し、反射直後の放射線の位置・運動量を記録する。次に、第二段階として対象物を設置し、反射面を取り除いた状況で、計算領域内から発生する放射線と計算領域に外部から入射する放射線で対象物に対する線量計算を実行する。第一段階で取得した放射線の反射面直後の記録が無限放射線場から計算領域に入射する外部放射線と見なすことができるので、本手法により無限放射線場に孤立した対象物に対する線量計算が実行できる。本手法では計算時間を従来手法に比べて数百分の一程度に短縮することが可能である。本発表では、いくつかの適用例を紹介し、本手法の有用性を示す。

The conventional approach to compute radiation dose for an object in infinitely expanded radiation field by Monte Carlo codes is very inefficient because extremely large is necessary to approximately consider the infinitely expanded radiation field and the probability an initiated radiation to hit the target object is tiny. We therefore proposed an approach to efficiently compute radiation dose in the target object by considering radiation transport in a computational volume of the size slightly larger than the object using reflection boundaries. Firstly radiation transport enclosed in the computational area by the reflection boundaries at the borders was computed without setting the object and the position and momentum of the radiations were recorded just after the reflections. Secondly radiation dose exposure to the object from radiations originated inside and radiations incoming to the area from exterior was computed by setting the object and removing reflection boundaries. The radiation records in the first step are simulating the incoming radiations from infinitely expanded radiation field and thus the radiation dose of the object in infinitely expanded radiation field can be evaluated. The required computational time of our approach was a hundred times shorter than that of the conventional approach. We demonstrate the validity of our approach showing several example applications in this presentation.