预测电离辐射引起的生物效应是当前放射生物学的一项重大科学挑战,特别是能更好地了解低剂量对生物体的影响以及改进和创新新型放射治疗方法。其中,质子放射治疗技术由于质子具有布拉格峰特性而逐渐成为了除光子放疗之外的一种新兴治疗技术。细胞中的脱氧核糖核苷酸（Deoxyribonucleic acid,DNA）由于影响遗传信息的复制和转录,辐射损伤后如果不能及时地修复,会引起基因突变、染色体畸变、细胞失活等严重的生物学后果而被认为是评估电离辐射生物学效应最重要的靶体之一。利用蒙特卡罗方法模拟生物介质中的分子损伤是目前计算电离辐射对DNA早期损伤影响最可靠的方法之一。在现有的轨道径迹结构代码中Geant4的低能拓展Geant4-DNA是一个完全开放并免费的工具包,它不仅可以模拟物理阶段,还可以模拟水辐射分解的物理化学和化学阶段,并且这些阶段可以与DNA几何模型来评估早期DNA损伤的直接和间接作用。本工作采用Geant4-DNA模拟质子辐射DNA早期损伤,揭示细胞核DNA产生的损伤变化规律。主要工作如下:1.构建了常氧条件下正常组织G1/G0细胞周期DNA几何,从DNA双螺旋、组蛋白和核小体、染色质纤维、染色质纤维环到细胞核的真实DNA几何模型。2.改进了Geant4-DNA工具包中默认的物理列表,并且利用Geant4-DNA计算了平均自由程、射程以及剂量均匀线能,从而能够更精确地模拟DNA在辐射后的能量沉积和分子的空间分布。3.基于优化后的模型结合DNA几何,利用含噪声密度聚类算法（density-based spatial clustering of applications with noise,DBSCAN）量化评估了DNA损伤后造成的DNA链断裂的产额和复杂度。结果表明:本工作计算的DNA损伤后的单链断裂（single strand break,SSB）,双链断裂（double strand break,DSB）产额以及二者之间的比值与文献中他人已发布的模拟工作基本符合。4.研究了水辐射分解的物理阶段、物理化学阶段以及化学阶段各参数对DNA早期损伤模拟的影响。结果表明:物理阶段的物理列表对SSB和DSB的产额影响不大,尤其是SSB的产额;SSB和DSB的产额很依赖单链断链的阈值模型和双链断链的距离;物理阶段的物理构造函数影响前化学阶段分子的空间分布。因此本工作实现了在水分水平上质子辐射致DNA早期损伤的生物学终点的定量评估,为研究放射生物学效应的机制研究提供了一种重要的研究手段。