基于CSNS直線加速器的質(zhì)子治療FFAG加速器的物理設(shè)計.pdf

1、隨著醫(yī)療技術(shù)、設(shè)備的不斷進(jìn)步與完善,質(zhì)子治療成為近年來受到眾多腫瘤學(xué)家和患者廣泛關(guān)注的一種先進(jìn)的腫瘤放射治療方法。所謂質(zhì)子治療,就是使用質(zhì)子加速器產(chǎn)生中高能量質(zhì)子束,在精確控制下射入人體,將能量準(zhǔn)確地釋放到病變部位,達(dá)到治療效果。質(zhì)子治療的主要特點是:(1)定位準(zhǔn)確;(2)對正常組織的損傷小。但由于該設(shè)備造價昂貴,投資巨大,目前國際上僅有美國、歐洲和日本等少數(shù)國家擁有質(zhì)子治療系統(tǒng),國內(nèi)目前也僅有一臺在運行。
　　中國散裂中子源(C

2、SNS)是我國“十一五”期間重點建設(shè)的大科學(xué)裝置之一,已全面開始建設(shè)。CSNS裝置的主要部分包括一臺直線加速器和一臺快循環(huán)同步加速器(RCS),其中直線加速器作為注入器將H-束流加速到81MeV,然后注入到環(huán)中進(jìn)一步加速,最終從RCS引出功率為100kW的束流作為散裂中子源的驅(qū)動器和開展其它質(zhì)子束應(yīng)用。從技術(shù)上來看,質(zhì)子治療的束流能量范圍為70-250MeV,因此,基于CSNS直線加速器束流再建造一臺增能器以開展質(zhì)子治療是可能的。

3、>　　本研究的目標(biāo)是設(shè)計一臺最高能量為250MeV的用于質(zhì)子治療的FFAG加速器,并利用CSNS直線加速器能量為81MeV的H-束流作為預(yù)注入束流。本研究在充分調(diào)研并掌握FFAG加速器發(fā)展歷史和設(shè)計原理的基礎(chǔ)上,全面介紹了FFAG加速器的特點和各種設(shè)計思路。并結(jié)合國際上已有的成果經(jīng)驗,確定等比(scaling)FFAG作為這臺機器的主要方案。文中提出了兩套磁聚焦結(jié)構(gòu):12單元的直邊扇結(jié)構(gòu)(DFD)FFAG和8單元的螺旋扇結(jié)構(gòu)FFAG。在

4、給出基本參數(shù)后,利用束流跟蹤程序MAD進(jìn)行了的大量的模擬計算,并比較了各種匹配結(jié)果的優(yōu)劣,得到了最優(yōu)化的磁聚焦結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。此外本研究還對這臺質(zhì)子治療加速器的加速及注入引出系統(tǒng)做了初步的設(shè)計。
　　FFAG加速器理論迄今已發(fā)展了50多年,但在國內(nèi),目前尚無完整的FFAG加速器設(shè)計方案被提出,因此本研究具有一定的創(chuàng)新意義。這套方案的價值在于即擴展了CSNS的應(yīng)用范圍,又節(jié)省了質(zhì)子治療FFAG加速器的直線部分的建設(shè)費用,同時,FFAG