基于并行技术的外照射剂量实时精确评估方法研究

发布时间：2020-11-19 01:58

　　 涉核作业人员的外照射防护是辐射安全重点关注的问题之一。基于虚拟现实技术的核与辐射环境下人员作业过程仿真和剂量预评估已被应用于涉核作业方案设计与优化中。作业过程仿真中的剂量评估方法多是以降低计算精度为代价来确保计算效率,无法实现高精度实时剂量评估,亦无法用于多角色个人有效剂量的评估。 为解决上述问题,本文基于单机多核并行技术和GPU并行技术进行了基于体素模型的外照射实时剂量评估方法的并行研究。分解其中时间开销较大的且符合并行计算特点的任务,首先由线程并行完成器官对应的通量剂量转换因子的读取和计算,负责计算器官的体素的全部线程通过共享存储方式调用计算结果；由单一线程完成辐射场数据信息的获取和计算,通过共享存储方式完成全部线程对该计算结果的拷贝。其次将参与计算的体素的世界坐标位置的索引任务均分给每个线程,线程负责计算体素所对应的剂量值。最后通过线程归并体素的剂量值来计算敏感器官或组织的当量剂量,单人人体有效剂量的计算由单一线程完成,多角色个人有效剂量的计算任务由线程并行分解。最终实现高精度实时剂量评估方法并扩展成多人协作时的多角色个人有效剂量和集体剂量的评估方法。 本文选取国际辐射防护委员会发布的ICRP110号报告中公开的最新的ICRP体素模型为计算模型,以加速器驱动次临界系统散裂靶更换方案仿真为例,实时计算作业人员的器官当量剂量、最大剂量率和人体有效剂量,实现27个敏感器官或组织的当量剂量的计算和人体有效剂量的实时计算,一次计算时间在15毫秒,满足实时仿真要求的40毫秒以内。验证了实时剂量评估算法的正确性和实用性,同时验证了靶窗更换方案的合理性和可行性。基于并行技术的外照射实时剂量评估方法可以辅助设计和优化涉核工作方案,为降低辐射环境下工作人员受到的辐射危害提供了一种有效的解决方案。
【学位单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TL75
【文章目录】：
摘要
Abstract
目录
第1章 引言
    1.1 研究背景
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
        1.2.3 小结
    1.3 研究目标和意义
        1.3.1 研究目标
        1.3.2 研究意义
    1.4 论文主要内容和结构
第2章 理论与技术基础
    2.1 辐射防护相关理论
        2.1.1 辐射防护的目的与原则
        2.1.2 电离辐射剂量学相关概念
        2.1.3 高精度剂量评估人体模型
    2.2 计算机并行技术
        2.2.1 单机多核并行技术
        2.2.2 GPU并行技术
    2.3 本章小结
第3章 基于单机并行的外照射人体剂量实时仿真评估方法
    3.1 引言
    3.2 基于单机多核并行的外照射人体剂量评估方法
        3.2.1 方法研究与设计
        3.2.2 详细流程设计
        3.2.3 具体功能实现
        3.2.4 测试与分析
    3.3 基于GPU并行的外照射人体剂量实时评估方法
        3.3.1 方法研究与设计
        3.3.2 详细流程设计
        3.3.3 具体功能实现
        3.3.4 测试与分析
    3.4 本章小结
第4章 加速器驱动次临界系统的应用与测试
    4.1 ADS系统散裂靶更换例题介绍
    4.2 实时剂量评估方法的应用场景搭建
        4.2.1 虚拟仿真
        4.2.2 场景搭建
    4.3 实时剂量评估方法的应用测试
        4.3.1 基于单机多核并行的剂量评估方法的应用测试
        4.3.2 基于GPU并行的剂量评估方法的应用测试
        4.3.3 结果讨论与分析
    4.4 本章小结
第5章 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 研究展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的论文

【参考文献】

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本文编号：2889527