质子治疗智能屏蔽：基于人工神经网络的复合屏蔽材料设计与优化

本文推荐：该研究创新性地将蒙特卡洛模拟（Monte Carlo）与人工神经网络（ANN）相结合，设计出含钨（W）和氧化铅（PbO）添加剂的混凝土复合屏蔽体，用于质子治疗（proton therapy）中次级中子/光子防护。通过ANN算法优化，在保证辐射剂量低于ICRP标准前提下，将屏蔽墙厚度缩减至70cm，显著提升计算效率。

　　

Highlight亮点

通过智能算法与物理模拟的跨界融合，我们为质子治疗室打造了一件"隐形防护盾"——这种含钨和氧化铅的混凝土复合材料，就像给治疗墙穿上了一件特制防辐射外套，既能拦截逃逸的中子"小炮弹"，又能吸收高能光子"光子弹"。

Monte Carlo and ANN 蒙特卡洛与人工神经网络

蒙特卡洛这位"数字魔术师"通过随机采样破解复杂物理难题，而人工神经网络则像拥有超强学习能力的大脑，两者强强联手。我们教会AI预测辐射剂量分布，把原本需要超级计算机跑数周的任务，压缩成了咖啡时间的快速推演！

Results and discussion 结果与讨论

当250MeV质子束轰击20cm厚的PMMA降能器时，产生的次级粒子谱就像一场亚原子烟花秀——中子在高能区形成稳定"瀑布"，而光子则在低能区呈现陡峭"滑梯"。我们的复合屏蔽体表现惊艳：70cm厚度下，钨元素像中子减速带，氧化铅则化身光子捕手，联袂将辐射剂量压制到安全线以下。

Conclusions 结论

这项研究为质子治疗设施装上了"智能防护大脑"：通过混凝土基材与高Z元素的黄金配比，配合ANN的精准预测，不仅实现了治疗墙的"瘦身计划"，更开创了辐射屏蔽设计的新范式。未来，这种AI辅助设计方法有望成为放疗防护领域的标准工具包。