【摘要】：當(dāng)前中國,癌癥新增病例和死亡人數(shù)世界第一,且數(shù)值在不停地攀升。癌癥治療裝置的需求量急劇增加,成為我國醫(yī)療體系的剛性需求。放療是治療癌癥的三種主要方法之一。質(zhì)子治療的劑量分布具有布拉格峰特性,相比于光子放療,質(zhì)子治療能更精準(zhǔn)地殺死癌細胞。華中科技大學(xué)在國家科技部和政府的大力支持下,與多個機構(gòu)共同承擔(dān)“基于超導(dǎo)回旋加速器的質(zhì)子放療裝備研發(fā)”項目,研發(fā)用于癌癥治療的質(zhì)子放療系統(tǒng)。該系統(tǒng)中,回旋加速器使用冷陰極PIG內(nèi)離子源并且采用超導(dǎo)線圈進行勵磁,從而減小尺寸以實現(xiàn)緊湊型設(shè)計,最終引出能量250 MeV、流強500 nA的質(zhì)子束流。但是這種緊湊型設(shè)計壓縮了中心區(qū)尺寸,增加了中心區(qū)設(shè)計的難度。本文圍繞中心區(qū)物理設(shè)計以及相關(guān)束流動力學(xué)問題展開研究。本文首先對超導(dǎo)回旋加速器SCC250中的束流動力學(xué)問題進行了簡單介紹和討論。介紹了回旋加速器中的徑向和軸向運動穩(wěn)定性問題,研究了磁場的等時性,揭示了一次諧波對靜態(tài)平衡軌道中心的影響。為比較和驗證束流跟蹤代碼的可靠性,并為后續(xù)中心區(qū)結(jié)構(gòu)設(shè)計提供參考,編寫了MATLAB程序,用于計算靜磁場與高頻加速電場共同作用下的束流軌跡。然后對不同束流跟蹤程序進行了對比,發(fā)現(xiàn)計算結(jié)果的一致性較好。之后研究了不同初始條件對束流參數(shù)的影響。本文重點在于對超導(dǎo)回旋加速器SCC250中心區(qū)的設(shè)計與研究,在設(shè)計過程中主要考慮束流對中、徑向和軸向聚焦等問題。針對初步設(shè)計的中心區(qū)結(jié)構(gòu),利用有限元分析軟件OPERA/TOSCA計算電磁場分布,然后利用Z3CYCLONE進行束流動力學(xué)計算。根據(jù)束流跟蹤結(jié)果,迭代優(yōu)化中心區(qū)電極與磁極結(jié)構(gòu),得到最終優(yōu)化的中心區(qū)結(jié)構(gòu),并利用相關(guān)軟件研究其束流對中、徑向振蕩、軸向振蕩、徑縱向耦合等問題,完成了超導(dǎo)回旋加速器SCC250中心區(qū)的初步設(shè)計與優(yōu)化。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TH77
【圖文】：

科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位量的提升，對應(yīng)的磁剛度也越來越大，常溫磁剛度方面的要求。20 世紀(jì) 60 年代，了采用低溫超導(dǎo)技術(shù)來提升回旋加速器磁場超導(dǎo)回旋加速器 K500。速器展為其在質(zhì)子治療中的應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。2系統(tǒng)通過美國 FDA 認證。IBAProteus-Plus加速器 C235 主要參數(shù)如表 1-1 所示，加速匝數(shù) 525 kA，引出能量 235 MeV，引出束

圖 1-2 ACCEL250MeV 超導(dǎo)回旋加速器表 1-2 ACCEL 超導(dǎo)回旋加速器主要參數(shù)名稱 參數(shù)粒子能量 250MeV平均磁場 中心區(qū) 2.4T，引出區(qū) 4T引出半徑 815mm高頻功率 100kW總重量 90tDee 盒數(shù) 4加速電壓 80-130kV司，俄羅斯的 JINR，意大利的 INFN-I]。的嚴(yán)峻性，質(zhì)子放療裝備研發(fā)需求極為用基于超導(dǎo)回旋加速器的方案。相比于：1）線圈中沒有歐姆效應(yīng)帶來的發(fā)熱損磁場強度大為提升，加速粒子到相同的

中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論區(qū)軸向聚焦的過程中，P.G.Watson 最早提出了在等時增強軸向磁聚焦力的方法[21]。80 年代初，Gordon 和現(xiàn)象進行了深入研究[22]。.J.Louis 對 TRIUMF 的 500MeV 回旋加速器的中心區(qū)器單圈最大能量增益為 400keV，高頻腔為180 Dee 盒[23]。

【參考文獻】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 姚紅娟;CYCIAE-100回旋加速器軸向注入與中心區(qū)理論和實驗研究[D];清華大學(xué);2008年

本文編號：2799579