本發明公開了一種用于河蚌劑量率估算的蒙特卡洛面元模型建立方法，其包括以下步驟：S1、河蚌體素模型的建立；S2、河蚌面源模型建立；S3、河蚌的劑量率估算及與ERICA和RESRAD?BIOTA比較，利用該模型以及實驗獲得的河蚌的濃集因子對河蚌進行劑量率估算；本方案通過采用上述用于河蚌劑量率估算的蒙特卡洛面元模型建立方法其可以為河蚌的輻射影響評價提供更加接近真實情況、區分各個組織器官的模型，以便對河蚌的輻射劑量率進行準確的估算。

技術領域

本發明涉及非人類物種輻射影響衡量評估技術領域，具體涉及一種用于河蚌劑量率估算的蒙特卡洛面元模型建立方法。

背景技術

隨著社會對保護非人類物種的重視，電離輻射對非人類物種的可能影響也日益受到人們的關注。國際原子能機構(IAEA)、聯合國院子輻射效應委員會(UNSCEAR)、國際放射防護委員會(ICRP)均先后發表專門出版物討論和敘述這一問題。我國在2003年發布的《放射性污染防治法》和2018年實施的《核安全法》中都有對保護非人類物種的要求。

國際上的非人類物種輻射劑量和輻射效應評估方法及模型分別有：有加拿大的AECL approach、英國的R&D128、D-Max、荷蘭的LAKECOB、歐盟的ERICA、美國的RESRAD-BIOTA、法國的EDEN2、CATEAUR等，目前應用最為廣泛的歐盟的ERICA程序和美國的RESRAD-BIOTA程序。

歐盟ERICA程序中按照棲息環境的不同將生物分為淡水、海洋和陸地生物。每種類型下按照植物所屬科屬和生長階段的不同進行進一步的劃分，共將生物分為了40類。其生物模型均以橢球體代表，球體中密度、元素組成、核素均勻分布，生物體的大小可以通過變化橢球體的軸長來改變。美國RESRAD-BIOTA程序中將生物按照棲息環境分為了四類：水生動物、濱岸動物、陸地動物和陸地植物四類，生物模型按照體型大小進行劃分，分為了8種類型，生物體型也采用橢球體進行代表。此外ICRP在2008年出版的108號報告中定義了的12種參考生物，生物的形狀均采用均勻橢球體代表。

其后對于非人類物種劑量率估算模型又經過了3次改進：均勻橢球體模型→簡化解剖學模型→體素模型→面元模型。

具體而言：

(1)均勻的橢球體模型，不區分組織器官，不僅忽略了橢球體與生物實際體型之間的差異，而且對敏感器官的密度、元素組成、核素分布以及在體內分布的位置所造成的劑量率影響也未加考慮，這將會導致生物體劑量率估算值的不確定性以及對輻射影響的估計不足；

(2)簡化解剖學模型是由球體、橢球體、椎體、圓柱體、長方體等二次曲面來對生物體以及器官(組織)進行近似代替。其優點：較橢球體模型而言，對組織器官進行了簡單劃分，所需數據易獲?。蝗秉c：模型對器官的劃分不夠精細，模型體積計算較為繁瑣；

(3)體素模型是基于計算機斷層掃描(CT)、核磁共振(MRI)或冰凍斷層切片圖像集，通過對斷層掃描圖片進行圖像配準、器官分割，同時結合MCNP的重復結構卡，一類器官(組織)賦予一類填充序號，最終通過三維矩陣的排序，來建立體素模型。較上兩代模型而言，其優點：模型形狀與生物體幾乎相一致，尤其對于生物體內相關器官(組織)能夠進行準確的定位；不需要人為推導器官(組織)的幾何方程，并且模型尺寸的大小可隨體素晶格大小變化而變化；通過計算體素的個數，可直接得到相關器官(組織)的體積。但不足之處：模型較為復雜，就MCNP輸入文件而言，可達10000行左右；模型建立過程耗時較多；

(4)面元模型是基于實體造型技術(Solid Modeling)對生物體進行建模，可以描述不同形態條件下的生物體的受照情況，對生物體的受照情況進行更加全面的評價。面元模型較前三代模型而言，其優點在于：由于對器官(組織)進行了光滑處理，因此在形態上與實物更為貼近，同時還可通過對器官(組織)進行變形處理，使得模型能夠進行全方位的形態轉變，即由3D模型向4D模型轉變。