×
卡拉米特罗斯，M。；卢安，S。；伯纳尔，医学硕士。；J.艾利森。；巴达奇诺，G。；M.戴维科娃。；弗朗西斯，Z。；W.弗里德兰。；伊万琴科，V。；伊万琴科，A。；曼特罗，A。；尼米内姆，P。；桑廷，G。；Tran，H.N.公司。；史蒂芬，V。；南安切蒂。

Geant4-DNA中的扩散控制反应建模。 （英语） Zbl 1352.92054号

J.计算。物理。 274, 841-882 (2014).
摘要：上下文。在辐照下，生物系统会经历一连串的化学反应，从而改变其正常运行。有不同类型的辐射和许多相互竞争的反应。因此，化学物质的动力学是极其复杂的。因此，模拟成为一个强大的工具，通过描述化学反应的基本原理，可以揭示宏观系统的动力学。为了理解辐射下生物系统的动力学，自80年代以来，几个研究小组一直在努力建立一个机制模型，该模型包括描述单细胞辐照后的所有物理、化学和生物现象。这种方法通常分为一系列在时间上相互跟随的阶段：（1）物理阶段，电离粒子与生物材料直接相互作用；（2） 物理化学阶段，目标分子通过离解释放能量，产生新的化学物种；（3） 化学阶段，新的化学物种相互作用或与生物分子相互作用；（4） 生物阶段，细胞的修复机制发挥作用。本文着重于化学阶段的建模。方法。本文提出了一种基于Smoluchowski方程和Monte-Carlo方法的加速流体化学反应模拟的通用方法，其中所有分子都被显式模拟，溶剂被视为一个连续体。该模型描述了扩散控制反应。该方法已在Geant4-DNA中实现。新算法的关键包括：（1）将动态计算时间步长的方法与考虑化学反应的布朗桥过程相结合，避免了昂贵的固定时间步长模拟；（2） 一种k-d树数据结构，用于快速定位给定分子的最近反应物。在复杂性方面展示了性能优势，并通过在Geant4-DNA项目中模拟辐射化学来证明新算法的准确性。应用。计算了不同能量（从50 MeV到500 keV）入射质子辐照后形成的主要化学物种的随时间变化的辐射产额。讨论了产率的时间演化和能量依赖性。在一微秒内，羟基和溶剂化电子的产率相对于线性能量转移的演变与理论和实验数据进行了比较。根据我们的结果，在高线性能量转移下，可以采用交易室表示中的辐射化学建模。

MSC公司：

92C40型 生物化学、分子生物学
92E20型 化学中的经典流动、反应等
82C80码 时间相关统计力学的数值方法（MSC2010）

关键词：

化学动力学模拟；辐射化学；福克-普朗克方程；Smoluchowski扩散方程；布朗桥；动态时间步长；k-d 树；辐射分解；放射生物学；Geant4 DNA；布朗动力学

软件：

麦克尔；斯莫尔丁；电子电话；GEANT4系列；PARTRAC公司
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
\textit{M.Karamitros}等人，J.Compute。物理。274841-882（2014；Zbl 1352.92054）
全文： 内政部

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