Đối với vấn đề vận chuyển bức xạ, mô hình tính toán gồm chi tiết kĩ thuật về hình học và vật liệu. Mỗi code máy tính có chứa một dữ liệu thực nghiệm như tiết diện tán xạ và xác định khái niệm của tương tác hạt với môi trường mà nó được vận chuyển. Mỗi tiết diện tán xạ thì được dùng riêng biệt đối với mỗi loại và năng lượng của hạt tới và đối với mỗi loại tương tác mà nó đi qua. Những thành phần tiết diện tán xạ được tính tổng lại thì tạo thành tổng tiết diện tán xạ, tỉ lệ của những thành phần tiết diện tán xạ riêng biệt với tổng tiết diện tán xạ đưa ra khả năng tương tác của hạt xảy ra. Các dữ liệu tiết diện tán xạ cho từng loại tương tác cần phải được cung cấp cho mỗi vật liệu. Mô hình thuật toán dùng tính kết quả tương tác ( thay đổi năng lượng của hạt hay hướng ) dựa trên các nguyên lí vật lí mà mô tả tương tác bức xạ với vật chất.
Khi một photon có năng lượng ( <1 MeV ) qua vật chất,có bất kì 3 quá trình tương tác( hiệu ứng quang điện,tán xạ đàn hồi và tán xạ không đàn hồi ) có thể xảy ra. Khả năng photon truyền năng lượng khi bị hấp thụ hay tán xạ khi di chuyển qua bề dày của vật liệu có thể được biểu diễn bằng hàm hấp thụ tuyến tính với hệ số lൠvà phụ thuộc vào mật độ vật liệu ρ: µ= µ quang điện+µ tán xạ đàn hồi + µkhông tán xạ đàn hồi
Đối với tương tác quang điện của một photon trong một nguyên tử , photon bị hấp thụ và một electron quỹ đạo bị loại bỏ với động năng tương đương với hiệu năng lượng photon với năng lượng liên kết của electron .Khi một electron lớp ngoài lấp vào lỗ trống , tia X , cũng như bức xạ huỳnh quang được phát ra . Nó cũng có thể rằng nguyên tử hấp thụ tia X và kết quả là phát ra electron Auger đơn năng và electron Coster-Kronig.
Trong trường hợp hấp thụ quang điện, tổng năng lượng photon được truyền cho electron nguyên tử và lịch sử kết thúc.
Trong tương tác tán xạ đàn hồi, một phần năng lượng được truyền cho electron nguyên tử , hướng của photon tán xạ bị thay đổi nhưng tổng moment quán tính được bảo toàn.
Khi photon tương tác với electron nguyên tử thì sẽ thay đổi hướng cũng như giảm năng lượng. Sử dụng phương trình tiết diện tán xạ Klein- Nishina cho sự tán xạ photon với những electron tự do cho mẫu góc cực của photon , sau khi tương tác và giả sử một phân bố đồng nhất cho góc phương vị ϕ , với góc cực tán xạ θ , electron bị loại bỏ Te , và photon bị tán xạ , Esc [8]
Một khó khăn của Monte Carlo là mô phỏng vận chuyển electron. Trong quá trình slowing-down , một electron và các hạt thứ cấp mà nó tạo ra phải trải qua hàng nghìn tương tác với môi trường xung quanh . Bởi vì số lượng lớn va chạm , một sự kiện va chạm electron này nối tiếp với một sự kiện va chạm tiếp theo thì thường không thể vì do giới hạn sức mạnh của máy tính. Vì vậy Berger đã phát triển kĩ thuật “ condensed history” (CH) cho mô phỏng va chạm các hạt mang điện. Trong phương pháp này , một lượng lớn vận chuyển và quá trình va chạm được nén dồn thành một bước. Việc tích lũy hiệu quả của từng va chạm riêng rẽ được xảy ra và được đếm bởi việc lấy mẫu sự thay đổi năng lượng hạt, hướng chuyển động , vị trí tại bước cuối cùng của sự phân bố tán xạ. Thường kĩ thuật CH áp dụng cho hạt mang năng lượng cao còn hạt mang năng lượng thấp thì dùng tán xạ đơn.
Ngoài kĩ thuật CH còn có các thuật toán làm giảm tải việc sử dụng sức mạnh của máy tính như thuật toán PRESTA, ECUT, PCUT,...[9]
Sau khi tìm hiểu về phương pháp Monte Carlo và mô phỏng sự vận chuyển photon, tiếp theo chúng tôi sẽ trình bày về chương trình EGSnrc là chương trình tính liều phóng xạ trong xạ trị áp sát theo phương pháp mô phỏng Monte Carlo