輻射防護納劑量學關鍵技術研究

《輻射防護納劑量學關鍵技術研究》是依託清華大學，由李君利擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：輻射防護納劑量學關鍵技術研究
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：李君利
• 項目類別：面上項目

項目摘要

納劑量學研究是劑量學領域國際學術的前沿和熱點。本課題針對輻射健康效應的研究需求，計畫開展納劑量學理論模擬技術及實驗技術的研究。首先建立國內首個高階DNA（染色體）原子模型；然後在低能粒子與液體水作用截面、低能粒子與DNA組分反應截面、 前化學和化學階段模型、DNA損傷模型、DNA損傷修復模型、DNA損傷統計評價模型等方面開展研究工作，並將研發國內首個具有自主智慧財產權的納劑量理論模擬程式；在此基礎上，創建基於中國參考人體素體模的多尺度複合型體素體模和多尺度自適應蒙特卡羅方法，並將在低劑量輻射生物效應研究領域進行套用，為更準確、便捷地評價低劑量輻射健康效應的結果提供理論指導。.本課題不僅對我國低劑量輻射健康效應研究具有重要意義，而且可使我國在納劑量學研究領域達到國際先進水平。

結題摘要

在所有輻射生物效應中，細胞核DNA的輻射損傷是最重要、最原初的損傷。DNA損傷將會導致基因突變、染色體畸變、細胞死亡等，進而表現為確定性效應和隨機性效應。因此納米尺度的劑量學研究是理解輻射健康效應機制的一種重要方法，目前已成為劑量學領域國際學術的前沿和熱點。本項目針對輻射健康效應的研究需求，開展了納劑量學生物物理蒙特卡羅模擬方法的研究。首先建立從脫氧核糖核苷酸對到染色體纖維單元的一系列DNA原子模型，並基於SCD球模型獲得染色質分布信息，建立了國內首個精細的電離輻射細胞核生物靶模型；基於介電回響理論和最新光學數據，計算了低能電子、質子和氫原子與液態水的非彈性散射截面，截面數據與實驗值吻合較好；建立了輻射與生物體作用的前化學和化學階段模型、DNA直接和間接損傷模型、DNA損傷的非同源末端連線修復模型。在此基礎上，研發了國內首個具有自主智慧財產權的納劑量生物物理模擬程式NASIC，包含物理模組、前化學模組、化學模組、DNA損傷模組、DNA損傷修復模組及幾何模組。NASIC程式可以精確模擬低能粒子與DNA、染色質等納米尺度生命物質發生物理、化學、生物相互作用的全過程，DNA損傷及DNA損傷修復的模擬結果與實驗值吻合。通過將巨觀中國參考人體素模型、精細器官模型和DNA原子模型有效融合，本項目首次提出並建立了多尺度複合模型及自適應蒙特卡羅模擬方法，為實現巨觀有效劑量、微觀劑量分布、納米尺度徑跡結構和DNA損傷的精確模擬創造條件，並開發GPU並行加速算法實現快速蒙特卡羅模擬。本項目為研究輻射健康效應的深層物理和生物機制提供了有效的理論模擬手段，使我國在納劑量學研究領域達到國際先進水平，對低劑量輻射健康效應等問題的研究具有重要的指導意義。