Эволюция потока и поглощение излучения в слоистых случайных средах: теория и компьютерное моделирование

Abstract

Предложен подход к описанию взаимодействия γ-излучения с гетерогенными объектами, заключающихся в их трактовке как случайных сред с заданными распределениями плотности и элементного состава. На основе библиотеки классов Geant4 построен “двойной” метод Монте Карло моделирования транспорта излучения в таких средах. Для одномерной геометрии слоистой среды обнаружен эффект увеличения средних потоков и поглощенных доз в случайных средах по сравнению с результатами расчетов в усредненной гомогенной среде. Предложены аналитические вероятностные модели, объясняющие этот эффект.

Запропонований підхід до опису взаємодії γ-випромінювання з гетерогенними об’єктами, який полягає у їх трактуванні як випадкових середовищ із заданими розподілами щільності та елементного складу. На основі бібліотеки класів Geant4 побудований “подвійний” метод Монте Карло моделювання транспорту випромінювання в таких середовищах. Для одновимірної геометрії шаруватого середовища знайдений ефект зростання середніх потоків та поглинених доз у випадкових середовищах у порівнянні з результатами розрахунків у усередненому гомогенному середовищі. Запропоновані аналітичні імовірнісні моделі, що з’ясовують причини цього ефекту.

Proposed is an approach to the description of interaction of gamma radiation with heterogeneous objects that consists in their treatment as random media with definite distributions upon density and composition. Basing on Geant4 class library an algorithm of “double” Monte Carlo modeling has been built for computer simulation of radiation transport in such kind of media. For the case of one-dimensional layered structures the effect of mean flux and absorbed dose enhancement in stochastic media in comparison with calculation results for homogenized medium has been observed, and analytical stochastic models have been proposed to explain this effect.