Entwicklung und Evaluation eines Gewichtsfenstergenerators für das Strahlungstransportprogramm AMOS

• Main Author: Jakobi, Christoph
• Other Authors: Technische Universität Dresden, Fakultät Physik
• Format: Doctoral Thesis
• Language: deu
• Published: Saechsische Landesbibliothek- Staats- und Universitaetsbibliothek Dresden 2018
• Subjects: Effizienzsteigerung; Monte-Carlo; Monte-Carlo-Simulation; AMOS; Simulation; Gewichtsfenster; Gewichtsfenstertechnik; Gewichtsfenstergenerator; Strahlungstransport; tiefe Durchdringung; vorwärts-adjungiert; Varianzreduktion; Quellveränderungen; Geometrieveränderungen; Russisch Roulette; Teilchensplitting; Increasing efficiency; Monte Carlo; Monte Carlo simulation; simulation; weight windows; weight window technique; weight window generator; radiation transport; deep penetration; forward-adjoint; variance reduction; source biasing; geometry manipulation; Russian roulette; particle splitting; ddc:530; rvk:UN 3020
• Online Access: http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-234133; http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-234133; http://www.qucosa.de/fileadmin/data/qucosa/documents/23413/Dissertation_Christoph_Jakobi.pdf

Effizienzsteigernde Methoden haben die Aufgabe, die Rechenzeit von Monte Carlo Simulationen zur Lösung von Strahlungstransportproblemen zu verringern. Dazu gehören weitergehende Quell- oder Geometrievereinfachungen und die Gewichtsfenstertechnik als wichtigstes varianzreduzierendes Verfahren, entwickelt in den 1950er Jahren. Die Schwierigkeit besteht bis heute in der Berechnung geeigneter Gewichtsfenster. In dieser Arbeit wird ein orts- und energieabhängiger Gewichtsfenstergenerator basierend auf dem vorwärts-adjungierten Generator von T.E. BOOTH und J.S. HENDRICKS für das Strahlungstransportprogramm AMOS entwickelt und implementiert. Dieser ist in der Lage, die Gewichtsfenster sowohl iterativ zu berechnen und automatisch zu setzen als auch, deren Energieeinteilung selbstständig anzupassen. Die Arbeitsweise wird anhand des Problems der tiefen Durchdringung von Photonenstrahlung demonstriert, wobei die Effizienz um mehrere Größenordnungen gesteigert werden kann. Energieabhängige Gewichtsfenster sorgen günstigstenfalls für eine weitere Verringerung der Rechenzeit um etwa eine Größenordnung. Für eine praxisbezogene Problemstellung, die Bestrahlung eines Personendosimeters, kann die Effizienz hingegen bestenfalls vervierfacht werden. Quell- und Geometrieveränderungen sind gleichwertig. Energieabhängige Fenster zeigen keine praxisrelevante Effizienzsteigerung. === The purpose of efficiency increasing methods is the reduction of the computing time required to solve radiation transport problems using Monte Carlo techniques. Besides additional geometry manipulation and source biasing this includes in particular the weight windows technique as the most important variance reduction method developed in the 1950s. To date the difficulty of this technique is the calculation of appropriate weight windows. In this work a generator for spatial and energy dependent weight windows based on the forward-adjoint generator by T.E. BOOTH and J.S. HENDRICKS is developed and implemented in the radiation transport program AMOS. With this generator the weight windows are calculated iteratively and set automatically. Furthermore the generator is able to autonomously adapt the energy segmentation. The functioning is demonstrated by means of the deep penetration problem of photon radiation. In this case the efficiency can be increased by several orders of magnitude. With energy dependent weight windows the computing time is decreased additionally by approximately one order of magnitude. For a practice-oriented problem, the irradiation of a dosimeter for individual monitoring, the efficiency is only improved by a factor of four at best. Source biasing and geometry manipulation result in an equivalent improvement. The use of energy dependent weight windows proved to be of no practical relevance.