質(zhì)子治療裝置是一套涉及醫(yī)用加速器、束流物理、醫(yī)學(xué)物理、醫(yī)學(xué)成像、輻射防護(hù)等多領(lǐng)域?qū)W科的大型醫(yī)療裝置。在HUST-PTF質(zhì)子治療裝置束流輸運(yùn)系統(tǒng)中,降能器的作用是實(shí)現(xiàn)質(zhì)子束能量在70²40MeV范圍內(nèi)快速連續(xù)可調(diào),同時(shí)考慮輻射防護(hù)和束流測(cè)量的需求。一方面,需要評(píng)估在最大能量調(diào)制下產(chǎn)生的瞬發(fā)輻射和感生輻射對(duì)降能器材料及附屬電子器件的影響;另一方面,根據(jù)功能需求,設(shè)計(jì)出用于250MeV質(zhì)子束流強(qiáng)測(cè)量和阻擋的法拉第杯裝置,優(yōu)化收集效率,并根據(jù)二次電子逸出率設(shè)計(jì)相應(yīng)的抑制裝置。本文基于HUST-PTF束流輸運(yùn)系統(tǒng)中降能器及其部件耐輻射性能的要求,對(duì)降能器真空室密封圈和電機(jī)平臺(tái)進(jìn)行了詳細(xì)的輻射劑量計(jì)算分析和局部屏蔽設(shè)計(jì)。在密封圈的吸收劑量計(jì)算中,本文對(duì)比了天然橡膠、丁晴橡膠（NBR）和三元乙丙橡膠（EPDM）三種方案,最后結(jié)合計(jì)算結(jié)果綜合考慮各材料的耐輻射性能以及HUST-PTF項(xiàng)目的實(shí)際工程需求,選擇EPDM材料作為降能器真空室的密封圈材料。針對(duì)電機(jī)平臺(tái)的局部屏蔽設(shè)計(jì),采用高耐輻射電機(jī)（耐輻射累積劑量10⁶Gy）作為研究對(duì)象,基于簡(jiǎn)化模型計(jì)算電機(jī)的吸收... 

【文章來源】：華中科技大學(xué)湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：71 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

束流輸運(yùn)線中常見的降能器結(jié)構(gòu)

能量的快速、精準(zhǔn)調(diào)節(jié)。在降能器前端設(shè)有法拉第杯作為束測(cè)元件用于精確測(cè)量束流，在降能器之后設(shè)有若干準(zhǔn)直器用于控制束流發(fā)射度。1.2.4 法拉第杯法拉第杯廣泛應(yīng)用于粒子加速器及其束線系統(tǒng)的束流強(qiáng)度測(cè)量。通常最基本的設(shè)計(jì)僅由杯狀導(dǎo)電材料組成，一般具有圓柱對(duì)稱性，放置在帶電粒子束的路徑上。理想情況下，束流中的所有粒子都將被法拉第杯吸收，在杯體上產(chǎn)生等量電荷，從而可以用適當(dāng)?shù)碾娮釉x出電流，從法拉第杯讀出的電流正好等于入射帶電粒子束的電流，并因此得以直接測(cè)量射束電流[29]。法拉第杯的目標(biāo)是完全吸收入射束流中所有帶電粒子，使法拉第杯吸收的電荷準(zhǔn)確且直接對(duì)應(yīng)于入射束流中的電荷。但在實(shí)際情況下，由于質(zhì)子束與金屬杯體碰撞導(dǎo)致的核內(nèi)級(jí)聯(lián)過程將不可避免的產(chǎn)生次級(jí)電子，部分次級(jí)電子反向散射逃逸出杯體，給法拉第杯的測(cè)量帶來誤差。因此，在法拉第杯的設(shè)計(jì)中必須考慮二次電子的抑制問題，目前常用的手段有電抑制、磁抑制和低原子序數(shù)材料吸收抑制[30]。

圖 2-1 核內(nèi)級(jí)聯(lián)過程示意圖圖 2-1 中虛線框以下部分所示為蒸發(fā)和活化過程。經(jīng)過級(jí)聯(lián)過程后，能量小于能的核子仍然位于原子核內(nèi)，初始原子核在經(jīng)過質(zhì)子碰撞后處于激發(fā)態(tài)，需要通發(fā)中子、質(zhì)子、α 射線和碎片來退激。低能帶電粒子在物質(zhì)局部形成能量沉積。中子（<8MeV）不斷釋放能量，以 γ 射線的形式發(fā)出剩余的激發(fā)能。退激后的原可能具有放射性，這就是中子對(duì)物質(zhì)的活化作用。圖 2-1 中虛線框以上部分所示為 μ 介子產(chǎn)生和電磁級(jí)聯(lián)過程。帶電 π 介子衰變 μ 介子，μ 介子通過電離過程沉積能量，還可能發(fā)生光核反應(yīng)。中性 π 介子衰變?chǔ)?射線引起電磁級(jí)聯(lián)，電磁級(jí)聯(lián)對(duì)過程與能量傳輸無關(guān)。隨著入射深度的增加，由子和 π 介子（<450MeV）的高能量損失，中子逐漸成為級(jí)聯(lián)的主要核子[34]。輻射屏蔽設(shè)計(jì)就是根據(jù)不同的放射線或放射粒子選擇不同的屏蔽材料，既可以輻射源設(shè)計(jì)屏蔽體，也可以針對(duì)被輻射元件采取屏蔽措施。由圖 2-1 可知，高子與原子核反應(yīng)產(chǎn)的高能放射線和放射粒子一般包含 α 射線（He 原子核）、β

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]天然橡膠/石墨烯納米復(fù)合材料的制備及耐核輻射性能[J]. 劉堯華,林宇,張棟葛,陳春蕾,吳國(guó)章,張衍,欒偉玲.  高等學(xué)校化學(xué)學(xué)報(bào). 2016(07)
[2]全球質(zhì)子重離子醫(yī)院現(xiàn)狀與展望[J]. 王嵐,戴小亞.  中國(guó)醫(yī)院建筑與裝備. 2016(01)
[3]核電站用高耐輻照丁腈橡膠研究[J]. 王崇,李冬.  中國(guó)橡膠. 2014(05)
[4]上海質(zhì)子治療裝置束流輸運(yùn)系統(tǒng)物理設(shè)計(jì)[J]. 段雪非,張滿洲,李浩虎.  核技術(shù). 2011(05)
[5]粒子輸運(yùn)蒙特卡羅模擬現(xiàn)狀概述[J]. 鄧力,李剛.  計(jì)算物理. 2010(06)
[6]光和電子的相互作用[J]. 魏文平.  讀與寫(教育教學(xué)刊). 2010(10)
[7]蒙特卡羅方法及其在輻射劑量計(jì)算中的應(yīng)用[J]. 劉宗良,李強(qiáng),趙平華,周劍良.  湖南人文科技學(xué)院學(xué)報(bào). 2006(06)
[8]Geant4在核技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用[J]. 曾志,李君利,程建平,邱睿.  同位素. 2005(Z1)
[9]質(zhì)子治療設(shè)備的現(xiàn)狀和發(fā)展[J]. 劉世耀.  基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與臨床. 2005(02)
[10]重離子治癌裝置研究[J]. 宋明濤,詹文龍,魏寶文,楊曉東夏佳文,張文志,原有進(jìn).  原子核物理評(píng)論. 2001(02)

博士論文
[1]質(zhì)子同步加速器新型引出方法研究[D]. 鄒野.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2015

碩士論文
[1]質(zhì)子治療裝置中治療頭劑量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的仿真與設(shè)計(jì)[D]. 郭慧東.華中科技大學(xué) 2018
[2]重離子束治療腫瘤的蒙特卡羅模擬研究[D]. 奉光華.南華大學(xué) 2012
[3]BEPCⅡ試驗(yàn)束E2線上混合輻射場(chǎng)的模擬及測(cè)量研究[D]. 唐興華.蘭州大學(xué) 2011
[4]高性能PA6/EPDM/OMMT納米復(fù)合材料的研究[D]. 高振濱.青島大學(xué) 2011
[5]Geant4的開發(fā)及其在空間輻射效應(yīng)分析中的應(yīng)用[D]. 路偉.國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2007
[6]北京試驗(yàn)束裝置上大功率法拉第杯設(shè)計(jì)制造[D]. 劉江濤.蘭州大學(xué) 2007
[7]測(cè)量煤中灰份用脈沖中子發(fā)生器控制電路的研制[D]. 張永祥.東北師范大學(xué) 2002



本文編號(hào)：2991544