محاسبه طیف میکرودوزیمتری پروتون‌ها برای ساختارهای میکروسکوپی زنده با کد geant4-dna

با تعریف کمیت‌های تصادفی که بتوانند به ابعاد ساختارهای میکروسکوپی در معرض پرتو ارتباط داده شوند، میکرودوزیمتری معطوف به شاخص‌بندی‌هایی از کیفیت پرتو می‌باشد که منجر به حاصل شدن بینشی ژرف از اثرات تابش می‌گردد. در این پژوهش، با به‌کارگیری مفهوم مسافت آزاد میانگین تصادفی مشهور به μ-randomness، تعدادی از کمیت‌های میکرودوزیمتری برای ساختارهای میکروسکوپی زنده مثل dna، نوکلئوزوم و فیبر کروماتین در کره‌ای از آب که توسط پروتون‌ها پرتودهی شده، محاسبه شده است. ترابرد کامل پروتون‌ها در محدوده انرژی 5/0 تا mev 100 و نیز ذرات ثانویه تولید شده در آب مایع توسط کد geant4-dna شبیه‌سازی شده و به منظور اعتبارسنجی این کد و رسیدن به درکی بهتر از مکانیزم‌های برهم‌کنشی و اثرات آن در ساختارهای زیستی ریز، نتایج حاصل با نتایج کد kurbuc نیز مقایسه شده است. این مقایسه نشان می‌دهد که فارغ از اینکه انرژی پرتو پروتون و حجم استوانۀ پرتو داده شده چقدر باشد، مقادیر میانگین فرکانسی انرژی ویژه به‌دست آمده توسط دو کد از سازگاری بیشتری نسبت به مقادیر میانگین دوز برخوردارند. بدین ترتیب، برای حجمی با جرم و طول یال قابل قیاس با dna، تناظر آشکاری بین نتایج انرژی ویژه و انرژی طولی میانگین با نتایج بازده شکست دورشته‌ای dna مشاهده شده است.

Calculation of microdosimetric spectra of protons for living microscopic structures using Geant4-DNA

Through introducing stochastic quantities that can be connected to the dimensions of the microscopic structures exposed to radiations, microdosimetry is concerned with the substantive specifications of radiation quality that could help gain insight into radiation effects. Employing the concept of mean-free-path randomness, known as μ-randomness, we calculated some microdosimetric quantities, for living microscopic structures like the DNA, nucleosome, and chromatin, as the result of radiating a spherical body of water with protons. Hence, we used the Geant4-DNA Monte Carlo simulation toolkit for the transportation of particles and calculation of the associated energy depositions. We compared our results with those obtained with the KURBUC code, in an attempt to validate the code and gain more insight into the interaction mechanisms and their effects on microscopic living structures. Irrespective of both proton energy and volume of the cylinder under study, we observed a generally better agreement between our frequency-mean, than dose-mean, specific energy results and the KURBUC results. As such, for a volume with comparable mass and mean chord length to the DNA, we could observe a clear correspondence of the mean lineal and specific energy results with the DNA double-strand-break yields of protons.