Adult mathematical phantoms for calculation of dose from ionizing radiation

Stråldos är den fysikaliska kvantitet som anses vara närmast relaterad till hälsorisker när individer utsätts för joniserande strålning. Bestämning av absorberad dos är därför av central betydelse för bedömning av hälsoeffekter i samband med radioaktiv kontamination i/på människan och i människans omgivning. Att bestämma stråldos vid komplexa strålningsgeometrier och i människokroppens olika organ genom analytiska och experimentella metoder kan vara extremt svårt, tidskrävande eller till och med praktiskt taget omöjligt. Beräkningsfantom med matematisk beskrivning av människokroppen har varit i bruk för att besvara svåra dosimetriska frågeställningar sedan 1950-talet. Senare utveckling har lett till stiliserade antropomorfa fantom med detaljerade matematiska beskrivningar av olika organ och med differentierade vävnadssammansättningar som liknar människokroppen. Som en del i utvecklandet av dess virtuella laboratorium för dosimetri, ämnar FOI introducera ett manligt och ett kvinnligt matematiskt fantom som kan användas som standardfantom för stråldosberäkningar. Denna rapport beskriver två stiliserade MIRD- 5 fantom (ett av vartdera genuset) som har genererats som MCNP-kod med hjälp av en kommersiellt tillgänglig mjukvara. Den av mjukvaran genererade koden innehåller inte alla för dosberäkningen nödvändiga volymstorlekarna. För att bestämma de saknade volymerna, har stokastisk volymsbestämning (eng. stochastic volume determination, SVD) med MCNP tillämpats i denna rapport. God överensstämmelse föreligger mellan volymer som bestämts med SVD, volymer som återges i publikationer för liknande modeller och de volymer som anges av den använda mjukvaran. För de allra flesta organ och kroppsdelar, noteras en avvikelse på mindre än 10 %. För några kroppsdelar föreligger större avvikelser som behöver adresseras vidare. Dessa gäller volymer för genitalier i det manliga fantomet samt volymerna för ansiktsskelett, benhud och sköldkörtel i både det manliga och det kvinnliga fantomet. Det statistiska felet i F6-tally resultat från MCNP simuleringar som används för stokastisk volymsbestämning är ca 1 % för 1E+10 startpartiklar med 141 keV monoenergetiska fotoner. De genererade modellerna, FCAP (Female Computational Anthropomorphic Phantom) och MCAP (Male Computational Anthropomorphic Phantom), föreslås användas som FOI-standard för beräkning av stråldos till människa med MCNP. För kroppsdelar där den kodgenererande mjukvaran inte vidhåller volymstorlekar, föreslås att volymer beräknade med SVD-metoden används. Frågeställningar kring avvikande volymer - relativt litteraturen - behöver adresseras vidare och eventuella korrigeringar implementeras i kommande versioner av FOI-modeller.