نوترون های پرانرژی در بسیاری از تحقیقات هسته ای بطور گسترده کاربرد دارند. اینگونه نوترون ها از فرود باریکه ای از ذرات باردار پرانرژی نظیر پروتون به هدفی مانند لیتیوم تولید می شوند. طیف انرژی نوترونهای حاصل از یک هدف معین و با ضخامت معین علاوه بر وابستگی به انرژی پرتابه به زاویه خروج نوترون ها نیز بستگی دارد. در این پروژه پروتون های با انرژی 10تا 40 مگاالکترون ولت به عنوان پرتابه در نظر گرفته می شوند. هندسه، باریکه فرودی، هدف و آشکارساز برای ورودی mcnpx به طور دقیق تعریف می شوند. در زوایای مختلف شار تابع انرژی نوترونها محاسبه می شوند. در یک زاویه معین و برای ضخامتهای مختلف هدف طیف انرژی محاسبه می شود. هدف از اجرای این پروسه آماده کردن طیف انرژی نوترون برای هر زاویه دلخواه که مورد نیاز کاربران مختلف در امر تحقیقات هسته ای می باشد و تعیین یک ضخامت بهینه از هدف برای تولید نوترونهای مورد نیاز

انتظار می رود مدل پوسته ای تک-ذره که بعنوان یک رویکرد میکروسکوپیک در درک ساختار هسته همواره مورد توجه بوده است،توصیف مناسبی از ترازهای هسته ای ارائه دهد.در این تحقیق انرژی ترازهای هسته ای برای هسته های دو پوسته بسته محاسبه و با مقادیر تجربی مقایسه شده است. این محاسبات از طریق حل عددی معادله شعاعی شرودینگر بازای پتانسیل woods-saxon وپتانسیل اسپین مدار انجام شده است. (در مورد ترازهای پروتونی پتانسیل کولنی نیز اعمال می شود) معادله شرودینگر به عنوان یک معادله ویژه مقداری با استفاده از روش چند جمله ای که بر پایه بسط سری های توانی تابع موج و پتانسیل استوار است، حل شده است. سپس پارامترهای عمق چاه پتانسیل، پراکندگی سطحی و شدت شکافتگی اسپین مدار برای هسته های فوق برازش شده است. با وجود اینکه مدل پوسته ای تک-ذره ای توصیف مناسبی از ترازهای تک-ذره ای می دهد، اما هنوز با یک مدل ایده آل که تمام جزئیات را پیش بینی کند، اختلاف زیادی دارد.

خش عمده پرتوگیری انسان در محیط زندگی، ناشی از گاز رادون-222 می باشد. تحقیقات به عمل آمده در این زمینه نشان می دهد که رادون دومین عامل سرطان ریه بعد از سیگار می باشد. منبع اصلی رادون، اورانیوم-238 با نیمه عمر 4.5 میلیارد سال است. به همین دلیل تولید آن در طبیعت با وجود نیمه عمر کوتاهش استمرار دارد. رادون در خاک، هوا، معادن، آبهای زیر زمینی، نفت و گاز طبیعی وجود دارد. از این رو در مجامع علمی، دزیمتری رادون امروزه از اهمیت ویژه ای بر خوردار است و تحقیقات زیادی در زمینه بررسی آسیبهای ناشی از تابشهای آلفای گسیل شده از رادون و دخترانش صورت گرفته است. علی رغم این که تابش بتا و گامای گسیل شده از محصولات واپاشی رادون (214bi,214pb) آسیب کمتری به سلول های بافت می رسانند، ولی قابلیت نفوذ بالاتری نسبت به آلفا دارند و می توانند از ریه خارج شده و دز قابل ملاحظه ای را در اعضای حساس بدن ذخیره کنند. بررسیها نشان می دهد که در کشور ما برآورد دقیقی از میزان پرتوگیری در خانه های مسکونی از رادون صورت نگرفته است. این در حالی است که بسیاری از مناطق مسکونی ایران بر روی بسترهایی از سنگ گرانیت احداث شده اند. در این تحقیق محاسبات دزیمتری برای تابشهای گاما، بتا، تابش ایکس و الکترون تبدیل داخلی گسیل شده از دو دختر بتادهنده رادون با استفاده از فانتوم تصحیح شده ornl و کد مونت کارلوی mcnp به همراه اعمال روش های کاهش واریانس انجام شده است. از آنجایی که محصولات واپاشی رادون بعد از تولید به ذرات معلق موجود در هوا می چسبند و با استنشاق وارد مجاری تنفسی انسان می شوند، ریه ها به عنوان چشمه واپاشی در بدن در فایل ورودی کد تعریف شدند. نتایج برای مقدار 1wlm (واحد پرتوگیری از رادون) بر حسب micro gy/wlm به دست آمد. مقدار دز جذبی برای 24 عضو بدن با خطای کمتر از 2% محاسبه شد. سپس با استفاده از این داده ها مقدار دز موثر بر اساس داده های گزارش unscear20006 (مقادیر بیشترین و مقدار میانگین رادون اندازه گیری شده در ایران) محاسبه شده است. دز موثر در مقدار میانگین و بیشترین مقدار غلظت رادون گزاش شده به ترتیب 0.00683msvو msv 2.02 است.نتایج به دست آمده نشان دادند که اگر چه دز موثر الکترون و فوتون در مقایسه با دز آلفا ناچیز به نظر می رسد، ولی در نواحی که دارای غلظت بالای رادون باشند نمی توان از دز بعضی از اعضای بدن از جمله ریه ها، مری و قلب چشم پوشی کرد.

غده تیروئید می تواند دستخوش بیماری های متفاوتی شود که از جمله آنها پرکاری آن می باشد. یکی از روش های درمان پرکاری تیروئید استفاده از ید 131 می باشد. هدف اصلی در درمان با رادیوایزوتوپ ید ???، ایجاد بیشترین دوز جذبی در غده تیروئید و کمترین دوز ممکن در سایر اندام هاست؛ تا بیشترین اثر درمانی و کمترین عوارض جانبی ایجاد شود. برای سنجش توزیع دوز در بافت تیروئید معمولا توزیع یکنواخت ید در حجم تیروئید در نظر گرفته می شود. هر بافت زنده ای از سلول ها تشکیل شده است، و این سلول ها هستند که متابولیسم بدن را در دست دارند. این سوال مطرح است که ید در مقیاس سلولی در کدام بخش آن ذخیره می شود (هسته، سیتوپلاسم، پوسته یا کل سلول)؟ هدف از این مطالعه محاسبه دوز جذبی تیروئید در مقیاس سلولی است. نتایج کار با حالت توزیع همگن چشمه در بافت تیروئید مقایسه شده است. در بخش اول، شبیه سازی یک سلول بیولوژیکی تیروئید انجام گرفت. در این بخش تاثیر جذب ید در هسته، سیتوپلاسم و پوسته بررسی شد. در بخش دوم کره ای با شعاع تقریبا µm 50 شبیه-سازی شد. حدود 313 سلول بیولوژیکی در این کره جای می گیرند. در بخش سوم کره ای با شعاع µm100 شبیه سازی شد که حدود 2645 سلول بیولوژیکی را در بر می گیرد. پنج حالت برای چشمه در این دو بخش در نظر گرفته شده است. نتایج نشان می دهد که در مقیاس های کوچک تفاوت قابل ملاحظه ای بین توزیع دوز در مدل سلولی و مدل چشمه همگن وجود دارد. کسر جذبی بتا و کسر جذبی گاما با افزایش حجم افزایش. یافته است.

در حال حاضر باریکه های پروتون به یکی از ابزارهای موثر در درمان تومور های موضعی نظیر تومور های پروستات تبدیل شده اند. دلیل این اتفاق مزیت های پروتون بر فوتون درمانی است. با توجه به افت نمایی شدت فوتون ها از ابتدای ورود به بدن، این پرتو ها برای تومور های عمقی مناسب نیستند.درحالی که پروتون بیشینه انرژی خود را در انتهای مسیرش برجا می گذارد و لذا دز رسیده به بافت‏های قبل و بعد از تومور بسیار کم و در نتیجه آسیب به آن ها نسبت به پرتودرمانی متداول با فوتون کمتر است. بر اساس نمودار براگ، بیشینه ذخیره انرژی در انتهای عمق نفوذ ذره که همان قله براگ است، صورت می گیرد. به این ترتیب با توجه به عمق محل تومور می توان انرژی پروتون را طوری انتخاب کرد، که قله براگ مربوط به آن روی تومور قرار گیرد. البته در اثر بر هم کنش های پروتون با ماده ذرات ثانویه ای نظیر نوترون و فوتون تولید می شوند که منجر به ذخیره ناخواسته دز در بافت‏های اطراف می گردد. هدف از این مطالعه برآورد دز ناشی از همین ذرات می باشد. در ابتدا به دنبال انتخاب مناسب ترین راستای تابش باریکه به پروستات هستیم. برای این کار با استفاده از کد مونت کارلوی mcnpx 2.6 فانتوم مرد مرجع بزرگسال را، تحت تابش باریکه های تک انرژی پروتون در سه راستای مختلف قراردادیم. در نهایت تابش از پشت در راستای مرکز پروستات مناسب تشخیص داده شد. پس از آن جهت ایجاد ناحیه دز هموار توسط باریکه های پروتونی در تمام حجم تومور. فانتوم تحت تابش پروتون های تک انرژی در چند انرژی مختلف قرارگرفت. مشاهده شد که قله های براگ با انرژی 105 تاmev 125درون بافت پروستات قرار می گیرند. از برازش خطی داده های محاسبه شده، گستره ی انرژی و تعداد نمودار های تک انرژی مورد نیاز برای تشکیل قله ی براگ پهن شده (sobp) تخمین زده شد. فاصله بین قله های براگ مجاور در تطابق با انحراف معیار در ناحیه فرود انتهایی mm 6/1 انتخاب گردید. سپس با استفاده از این قله های براگ تک انرژی و پیاده سازی یک الگوریتم ریاضی مناسب وزن قله های تک انرژی که برهمنهی آن ها به یک ناحیه دز جذبی هموار بیانجامد، محاسبه گردید. در مرحله بعد برای شبیه سازی مسئله، باریکه های گستره انرژی همراه وزن مربوط به هر باریکه (طیف انرژی باریکه فرودی) را برای یک برنامه ورودی کد mcnpx تعریف کردیم و همچنین در این برنامه تومور ها را به صورت استوانه هایی به قطر 2 سانتی متر(منطبق بر قطر باریکه) و طول های 2 و 4/2 سانتی متر به ترتیب در عمق های 4/11 و 2/11 سانتی متر درون پروستات و یک مورد هم به طول 1 سانتی متر در دو عمق 9/11 و 9/10 سانتی متر تعریف کردیم. شار نوترون در بازه های انرژی معین و همچنین دز جذبی نوترون‏ها و فوتون‏های ثانویه در اندام های حساس بدن و بویژه مجاور پروستات محاسبه گردید. نتیجه محاسبات نشان می دهد، که بیشینه دز معادل نوترون‏ها و فوتون ها در بافت سالم پروستات به ازای یک گری دز درمانی در مرکز sobp ها به حدود msv 37/0 می رسد.البته این دز فقط ناشی از فوتون ها و نوترون های تولید شده در درون بدن است.