مطالعه‌ی اثرات زیستی نوترون‎‌های سریع ( MeV14-2) با روش مونت کارلو بر ساختار اتمی ماده‌ی وراثتی سلول‌های زنده

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه فیزیک، دانشکده علوم پایه، دانشگاه بوعلی سینا، همدان، ایران

2 گروه فیزیک، دانشگاه پیام نور، صندوق پستی: 4697-19395، تهران-ایران

3 مرکز تحقیقات بیوشیمی و بیوفیزیک، دانشگاه تهران، صندوق پستی: 1384-13145،تهران-ایران

4 پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، پژوهشکده کاربرد پرتوها، صندوق پستی: 3486-11365، تهران-ایران

چکیده

مطالعه‌ی حاضر به بررسی اثرات مستقیم پرتوهای نوترون سریع در محدوده‌ی انرژی 2 تا 14 مگا الکترون ولت و محاسبه‌ی شکست‌های تک رشته‌ای و دو رشته‌ای ساختار اتمی DNA به روش مونت کارلو می‌پردازد. بدین منظور از ابزار Geant4 و بسته‌ی انرژی‌های پایین Geant4-DNA استفاده شد. ساختار اتمی DNA استخراج شده از بانک داده پروتئین و ماده‌ی آب به عنوان محیط زیستی انتخاب شدند. در فیزیک لیست مرتبط به انرژی‌های پایین، طول گام در مرتبه نانومتر و کمتر است و از سوی دیگر مسیر آزاد متوسط نوترون‎‌ها در محدوده‌ی مورد بحث درمرتبه‌ی سانتیمتر به دست آمد. با این شرایط اجرای برنامه با استفاده از رایانه محاسباتی نیز طولانی خواهد بود. در نتیجه طیف ذرات ثانویه‌ی ناشی از برهمکنش نوترون با اتم‌های مولکول‌های آب به هدف تابیده شد. طیف ذرات ثانویه با کمک کتابخانه ENDF و محاسبات نظری استخراج شد. با این روش مدت زمان اجرای برنامه تقریباً بیش از یک دهم کاهش یافت. سپس اثر بخشی بیولوژیکی نسبی، RBE، نوترون‌ها با انتخاب پرتوهای گامای کبالت 60، به عنوان تابش مرجع محاسبه شد. نتایج، رفتار تقریباً ثابتی را برای RBE بر حسب تابعی از انرژی پیش‌بینی می‌کند که همخوانی بسیار خوبی نیز با پژوهش‌های دیگر دارد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Study of Biological Effects of Fast Neutrons (2-14 MeV) Using Monte Carlo Method on DNA Atomic Model

نویسندگان [English]

  • Azam Zabihi 1
  • Ghasem Forozani 2
  • Farid Semsarha 3
  • Amir Moslehi 4
  • Peiman Rezaeian 4
1 1Physics Department, University of Bu-Ali Sina, Hamedan, Hamedan, Iran
2 Physics Department, University of Bu-Ali Sina, P.O. Box: 65174-4161, Hamedan, Iran
3 Institute of Biochemistry and Biophysics (IBB), University of Tehran, P.O. Box:13145-1384, Tehran, Iran
4 Radiation Applications Research School, Nuclear Science and Technology Research Institute, P.O. Box: 11365-3486, Tehran, Tehran, Iran
چکیده [English]

This study investigates the direct effect of fast neutrons with energy ranging from 2 MeV to 14 MeV and calculates single-strand break and double-strand break on the DNA atomic structure, using Monte Carlo method. Geant4 toolkit and its low energy extension known as Geant4-DNA were used. DNA atomic structure was extracted from the Protein Data Bank and liquid water were selected as substance for biological matter. The step length in low energy extension works with nanometer size dimensions and less. On the other hand, the mean free paths of neutrons with energy ranging from 2 MeV up to 14 MeV were obtained in the range of centimeters. Under these conditions, computation times were so long. Accordingly, secondary particle spectra are used instead of simulating the interactions of neutrons explicitly. The Evaluated Nuclear Data File (ENDF) library and theoretical calculation were used to determine secondary particle spectra. This method reduces computation times to one-tenth. Further, neutron relative biological effectiveness, was also simulated using 60Co γ-rays as the reference quality. The model succeeded in reproducing the general behavior of RBE as a function of neutron energy, which agrees very well with the other data reported in the literature.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Fast Neutron
  • Single strand break
  • Double strand break
  • DNA
  • RBE