4D人体辐射剂量计算技术研究

当前人体辐射剂量计算技术只能给出直立人体3D静态剂量结果,无法满足未来精准防护需求。为实现4D剂量计算,首先基于刚体旋转矩阵、体积图拉普拉斯算子和近似刚体变换三种算法实现了面元模型变形;然后研究了动作捕捉引导的模型变形;接下来基于Delaunay算法的四面体切割技术实现了高速蒙特卡罗计算,最后设计开发了4D剂量计算应用系统。将建立的完整方法用于核电厂进行现场实验,针对特定辐射作业过程的应用结果验证了该方法的可靠性和实用性,突破了4D剂量计算过程中关键技术环节。未来该技术有望在核电厂运维、核设施退役治理及医学介入治疗等场景下实现人员精准防护。

基于可变形面元模型的新一代人体辐射剂量计算技术

为提高人体辐射剂量计算精度,满足精准防护需求,建立了基于可变形面元模型的人体辐射剂量计算技术完整方法,包括人体数字面元模型的变形算法与面元模型高速蒙特卡罗计算方法。其中面元模型的变形采用刚体旋转矩阵、体积图拉普拉斯算子和近似刚体变换三种算法分别实现骨骼、软组织和内部器官的变形;模型高速蒙卡计算则基于Delaunay四面体切割技术。基于此,进行可变形面元模型与不可变形体素模型剂量计算对比试验,结果表明,蹲姿底向照射时,面元模型比直立体素模型得到的有效剂量高51.2%,器官剂量高至98.6%;跪姿前向照射时,面元模型比直立体素模型得到的有效剂量高58.7%,器官剂量高至98.0%。重点突破了新一代剂量计算技术中的面元模型变形、高速蒙特卡罗计算等关键环节,为国内进一步发展高精度剂量计算提供了重要支撑,未来有望在精准防护应用中实现人员剂量的精准评价。

三维动态应力强度因子的自适应虚拟节点法

采用自适应虚拟节点法计算三维动态应力强度因子,改善了标准虚拟节点法计算精度和效率的不足.通过无需裂尖加强函数(和相应的额外自由度)的虚拟节点技术模拟裂纹处的强间断.在裂纹处引入自适应网格加密技术以及契合裂纹问题的加密准则,无需高计算消耗的全局稠密网格,从而提高计算精度和效率.采用简便的约束近似技术处理局部加密网格中的悬空节点,避免特殊单元和复杂形函数,便于数值实现.数值算例表明,相较于标准虚拟节点法,自适应虚拟节点法可有效提高计算精度,且在同样精度下具有更少的计算消耗和更高的效率.