闫聪冲副教授致力于辐射微纳剂量学研究，聚焦于辐射粒子与物质在微纳米尺度相互作用的物理机制，旨在揭示微观作用过程与宏观生物/材料效应的内在联系。其研究具有显著的理论创新性和技术突破性，主要成就如下：
（1）晶体材料辐射相互作用高精度模拟方法的突破：
其近期在微纳尺度蒙特卡罗模拟核电池研究领域取得突破性进展，以共同第一作者身份在国际顶级期刊Nature发表了重要研究成果（Kai Li#, Congchong Yan#（闫聪冲）, Junren Wang#; Yaxing Wang*, Zhifang Chai, Xiaoping Ouyang*, Shuao Wang*, et al., Nature, 2024, 633, 811）。该研究创新性地将晶体材料的精细结构（电子密度、静电势能等关键物理参数）整合进蒙特卡罗模拟框加，修正了电磁相互作用模型参数，该工作显著提升了模拟对晶体材料真实物理特性的表征精度。如图1所示，应用该方法于掺杂放射性核素243Am的晶体材料，首次在纳米尺度清晰揭示了α粒子能量沉积效率高达98%的机制，并阐明其初始阶段与高原子序数元素发生大量弹性散射的微观过程。
此外，其近期进一步创新性地引入了晶体的沟道效应，揭示了β粒子在晶体材料内部的输运机制特性，相关成果以共同通讯作者身份发表于国际顶级期刊Laser & Photonics Reviews（Rongzhen Xie#, Kai Li#, Kun Zhu#, Congchong Yan*（闫聪冲）, Baiqian Dai*, Zhifang Chai, Shuao Wang*, Yaxing Wang*, et al., Laser & Photonics Reviews, 2025, 19, 2401621-26. ）。该研究表明，图2所示，掺杂90Sr的晶体材料中衰变产生的β粒子有约62%的能量逃逸晶体，而在材料内沉积的能量中，高达99%的能量通过散射及沟道效应实现能量转换，且该转换机制与晶格结构紧密相关。该成果为理解β辐射在晶体材料中的能量沉积与转换提供了新视角。
图1 能量转换效率实验测量和作用机制蒙特卡罗剂量模拟评估
图2 90Sr晶体结构、发光光谱、β粒子轨迹及能量损失
（2）纳米尺度辐射生物效应模拟方法与程序开发：
其针对辐射诱导DNA损伤的纳米尺度模拟关键问题，主导开发了国内首个高性能纳米尺度剂量学蒙特卡罗模拟程序NASIC，相关成果发表于（闫聪冲, 辐射DNA损伤纳米尺度Monte Carlo模拟方法关键问题研究, 2015；Junli Li#*, Chunyan Li C, Rui Qiu, Congchong Yan（闫聪冲）, et. al., Radiation Protection Dosimetry, 2015, 166(1-4): 38-43）。如图3所示，该工作基于量子力学第一波恩近似、Bethe理论和介电理论，结合光学数据，系统计算了电子、质子及氢原子与液态水的非弹性散射截面（涵盖电离与激发过程分截面以及微分截面），尤其填补了低能粒子相互作用截面计算的部分国际空白，为更精准描述微纳尺度计算射线与DNA分子体系相互作用截面的计算提供了直接的基础。
在博士后期间深度参与国际知名开源蒙特卡罗模拟软件gMicroMC的开发与优化，其独立负责从DNA基础结构到
细胞核尺度模型的构建及损伤模拟算法工作。其基于DNA分子的精细结构（包括碱基、磷酸骨架及糖等基本单元）构建了从DNA碱基、糖磷酸骨架、核小体到染色质纤维的多尺度细胞核模型（图4所示），并采用GPU加速技术，显著提高了模型的计算性能和模拟精度，使其能够精确预测单细胞（如球形淋巴细胞）在射线辐射下的DNA损伤及相应特征。基于此模型，显著提高了对辐照诱导DNA损伤空间分布的精准预测能力。
图3 基于基于量子力学第一波恩近似、Bethe理论和介电理论及修正理论计算的不同动量转移的能量损失函数及微分平均自由程倒数
图4 封面所展示为申请人独立负责开发的DNA精细几何模型及损伤算法集合并入gMicroMC程序并发表
闫聪冲副教授在辐射微纳尺度相互作用研究领域取得了一系列原创性、突破性的科学技术成就。其工作显著推动了蒙特卡罗模拟方法在晶体材料辐射效应及生物纳米尺度辐射损伤研究中的精度与应用边界，相关成果发表于《Nature》、《Laser & Photonics Reviews》、《Medical Physics》等国际顶级期刊，体现了其在该领域的国际前沿水平和重要的学术贡献。
