基于PHITS蒙特卡罗代码的组织替代物线性衰减系数测量系统建模与验证及其在体模内剂量学中的应用

为解决放射性内污染剂量评估中组织替代物衰减特性精准测量的难题，研究人员利用PHITS蒙特卡罗代码构建实验系统模型，通过模拟Ra-226源（186.1-2204.1 keV能段）与NaI(Tl)探测器相互作用，验证了BGel（弹道凝胶）组织替代物的线性衰减系数(μ)。结果显示模拟值与实验数据/NIST XCOM理论值的相对误差普遍<5%（186.1 keV除外），证实PHITS在组织等效材料评估中的高精度适用性，为体模校准提供可靠方法学支持。

　　

【研究背景】
在核医学和辐射防护领域，准确评估放射性核素内污染导致的组织吸收剂量至关重要。当前挑战在于：传统体模校准使用的组织替代物需具备与人体组织高度匹配的辐射衰减特性，而现有实验测量方法存在设备成本高、能段覆盖有限等问题。国际辐射单位与测量委员会（ICRU）强调，组织替代物的核心参数——线性衰减系数(μ)必须通过可靠方法验证，但现有技术难以兼顾多能段精度与成本效益。

针对这一瓶颈，巴西核技术发展中心（CDTN）的研究团队Bruno Melo Mendes等人创新性地采用PHITS（Particle and Heavy Ion Transport Code System）蒙特卡罗代码，对弹道凝胶（BGel）组织替代物的μ值测量系统进行全流程建模。该研究通过模拟Ra-226源（含特征γ能谱186.1-2204.1 keV）与3"×3" NaI(Tl)探测器的相互作用，首次实现宽能段μ值的快速计算与实验验证，相关成果发表于《Applied Radiation and Isotopes》。

【关键技术】
研究团队构建了与实验完全一致的几何模型，包括铅屏蔽体（5 cm厚）和准直器（8 mm孔径）。采用PHITS 3.32版本模拟1E+07个源粒子历史，记录光子通量谱。关键创新在于：1）同时处理Ra-226全谱与单能光子；2）基于Beer-Lambert定律计算μ值；3）交叉验证实验数据与NIST XCOM数据库。样本采用10×10×2 cm³ BGel块体，覆盖肌肉组织等效场景。

【研究结果】

■ Methodology
通过PHITS的icntl=8参数生成2D几何投影（含探测器、源与BGel样本的空间分布），粒子径迹可视化显示光子输运过程符合预期。单次模拟耗时1982-5382分钟，统计误差控制在1.7%（全谱）和1%（单能）以内。

■ Results and Discussion
• 能谱一致性：全谱模拟与实验能谱相对误差<1.7%，单能模拟（如609.3 keV）与NIST数据差异<1%
• μ值验证：BGel的μ值在351.9-2204.1 keV能段与实验数据偏差<5%，186.1 keV因低能散射干扰偏差达12%
• 材料适用性：BGel在>300 keV能段呈现优异组织等效性，1759 keV能点μ值相对误差仅0.3%

■ Conclusion
PHITS模型成功复现实验系统，证实蒙特卡罗方法在组织替代物评估中的高效性。186.1 keV的异常偏差提示低能段需改进屏蔽设计。该成果为体模开发提供标准化验证工具，尤其适用于缺乏HPGe探测器等昂贵设备的实验室。

【意义阐述】
该研究突破性地将PHITS代码应用于组织替代物辐射特性评估，建立了一套可推广的μ值计算-实验交叉验证流程。其方法论价值体现在：1）验证宽能段（186-2204 keV）μ值计算的可行性；2）揭示BGel在中高能区的组织等效优势；3）为ICRU 44报告要求的材料验证提供低成本解决方案。未来可通过优化低能段模型进一步提升精度，推动个性化体模的开发与应用。