【摘要】：當(dāng)前中國(guó),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(guó)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(xì)胞。華中科技大學(xué)在國(guó)家科技部和政府的大力支持下,與多個(gè)機(jī)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(xiàng)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(jìn)行勵(lì)磁,從而減小尺寸以實(shí)現(xiàn)緊湊型設(shè)計(jì),最終引出能量250 MeV、流強(qiáng)500 nA的質(zhì)子束流。但是這種緊湊型設(shè)計(jì)壓縮了中心區(qū)尺寸,增加了中心區(qū)設(shè)計(jì)的難度。本文圍繞中心區(qū)物理設(shè)計(jì)以及相關(guān)束流動(dòng)力學(xué)問(wèn)題展開(kāi)研究。本文首先對(duì)超導(dǎo)回旋加速器SCC250中的束流動(dòng)力學(xué)問(wèn)題進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹和討論。介紹了回旋加速器中的徑向和軸向運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性問(wèn)題,研究了磁場(chǎng)的等時(shí)性,揭示了一次諧波對(duì)靜態(tài)平衡軌道中心的影響。為比較和驗(yàn)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(jì)提供參考,編寫(xiě)了MATLAB程序,用于計(jì)算靜磁場(chǎng)與高頻加速電場(chǎng)共同作用下的束流軌跡。然后對(duì)不同束流跟蹤程序進(jìn)行了對(duì)比,發(fā)現(xiàn)計(jì)算結(jié)果的一致性較好。之后研究了不同初始條件對(duì)束流參數(shù)的影響。本文重點(diǎn)在于對(duì)超導(dǎo)回旋加速器SCC250中心區(qū)的設(shè)計(jì)與研究,在設(shè)計(jì)過(guò)程中主要考慮束流對(duì)中、徑向和軸向聚焦等問(wèn)題。針對(duì)初步設(shè)計(jì)的中心區(qū)結(jié)構(gòu),利用有限元分析軟件OPERA/TOSCA計(jì)算電磁場(chǎng)分布,然后利用Z3CYCLONE進(jìn)行束流動(dòng)力學(xué)計(jì)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(duì)中、徑向振蕩、軸向振蕩、徑縱向耦合等問(wèn)題,完成了超導(dǎo)回旋加速器SCC250中心區(qū)的初步設(shè)計(jì)與優(yōu)化。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TH77
【圖文】：

科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位量的提升，對(duì)應(yīng)的磁剛度也越來(lái)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(lái)提升回旋加速器磁場(chǎng)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(guò)美國(guó) FDA 認(rèn)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(chēng) 參數(shù)粒子能量 250MeV平均磁場(chǎng) 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(méi)有歐姆效應(yīng)帶來(lái)的發(fā)熱損磁場(chǎng)強(qiáng)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(guò)程中，P.G.Watson 最早提出了在等時(shí)增強(qiáng)軸向磁聚焦力的方法[21]。80 年代初，Gordon 和現(xiàn)象進(jìn)行了深入研究[22]。.J.Louis 對(duì) 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(xiàn)】

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(shí)驗(yàn)研究[D];清華大學(xué);2008年

本文編號(hào)：2799579