HIRFL浅层肿瘤重离子治疗终端束流配送系统性能的实验验证

详细介绍了兰州重离子研究装置(HIRFL)浅层肿瘤重离子治疗终端的被动式束流配送系统, 对该束流配送系统重要组成部件及其整体的性能进行了实验验证. Bragg峰展宽装置脊形过滤器及能量调节装置射程移位器测试结果显示该设备的性能指标达到设计要求. 为验证该被动式束流配送系统的整体性能, 进行了束流成形实验, 模拟对肿瘤靶区的三维适形照射. 结果表明: 利用该束流配送系统可实施对肿瘤的三维适形放射治疗. HIRFL浅层肿瘤治疗装置束流配送系统性能的验证为下一步开展肿瘤重离子束治疗临床试验奠定了基础.     

HIRFL浅层肿瘤治疗终端治癌碳离子束物理特性的测量

对HIRFL浅层肿瘤治疗终端提供的碳离子束的物理特性进行了首次测量. 结果显示, 能量为80.55MeV/u的¹²C离子束, 其束流强度在0.001—0.1nA范围时, 直径50mm照射野的均匀性为73.48%, 束流强度在一段时间内的稳定性为80.87%. 测得了束流在治疗装置等中心处的深度剂量分布, 其高剂量的Bragg峰位处在13.866mm的水等效深度, 反推出碳离子束在等中心处对应的能量为71.71MeV/u, 与计算值基本吻合. 对自由空气电离室的读数进行了吸收剂量的标定. 测量结果显示, HIRFL浅层肿瘤治疗装置性能与临床治疗的要求相比稍有差距, 为了达到治疗终端进行临床试验的要求, 须对治癌装置性能做进一步的优化.     

重离子治癌的磁扫描照射野形成法

在论述重离子治癌照射的基本思想及其特点的基础上,着重对磁扫描照射野形成的两种技术路线——点扫描和栅扫描的优缺点进行了分析阐述.初步给出了 HIRFL上的重离子治癌终端磁扫描相关参数. The basic principle and characteristic of irradiation in heavy ion radiotherapy are introduced. Based on the basic principle and characteristic of irradiation in heavy ion radiotherapy, two magnetic scan methods for creating uniform irradiation field--the spot scan and the raster scan, are compared briefly. The parameter requests to the magnetic scanning system of the heavy ion radiotherapy facility planned in IMP(Institute of Modern Physics) are presented.     

基于HIRFL 的高温应力材料载能离子辐照实验装置

针对未来先进核能装置候选结构材料在高温和应力等条件下抗辐照性能的评价与快速筛选的需求,基于兰州重离子研究装置( HIRFL ) 可提供的离子束流条件,设计制作了国内第一套高温应力材料载能离子辐照装置。该装置由束流扫描及探测系统、高温系统、应力系统、真空冷却系统和远程控制系统等5 部分组成,可以同时提供高温和拉/ 压应力下材料的离子束均匀辐照件,温区覆盖了室温至1 200 °C范围,拉/ 压应力范围为0 ~1176 N,x-y 方向均匀扫描面积可大于40 mmx40 mm。利用该装置,已经成功进行了多次高温和应力条件下载能离子辐照先进核能装置候选材料的实验研究,并取得了初步成果。In order to expedite the evaluation of properties of irradiated materials and the selection of candidate materials for future nuclear energy systems, we developed a specific ion irradiation equipment installed on the Heavy Ion Research Facility of Lanzhou ( HIRFL ) for materials under high temperature and stress. This equipment consists of ion beam scanning and detector system, high temperature load system, stress load system, water cooling system as well as telecommunication and control system. It can supply a wide range of temperature (from room temperature to 1 200 °C ) and stress ( pull / push from 0 to 1 176 N) simultaneously for materials under ion irradiation. The x-y scanning area with high uniformity is larger than 40 mm40 mm. This is the first suit of ion irradiation equipment made in China that can be used to study co-operating effects of high temperature and stress in an irradiated material. It has been successfully used several times for materials irradiations under high temperatures and stress, which proved that the new equipment has very good performances in experiments.     

基于4MV静电加速器的高温辐照装置研制及离子辐照初步实验北大核心CSCD

为了模拟钍基熔盐堆(TMSR)材料的中子辐照损伤,基于中国科学院上海应用物理研究所(SINAP)的4 MV静电加速器,研制了一台专用的离子束辐照装置。装置主要由束流传输线和高温、高真空靶室组成。束流传输线装有用于束流磁场扫描和束流监测的设备。装置可提供H^+,He^+,Ar^+等束流用于离子束辐照,束流最高能量4 Me V,最大流强2μA。辐照温度范围为液氮温度至950℃。辐照面积最大为30 mm×30mm。装在靶室的由旋转铝片构成的变能器对束流能量进行调制,可以在样品中得到均匀的辐照损伤。初步的实验结果表明,装置适用于高温合金及其他熔盐堆材料的辐照损伤研究。     

扫描透射离子显微成像系统的建立和实验研究

基于上海应用物理研究所的扫描质子微探针系统,对扫描透射离子显微成像（STIM）技术进行了仿真分析和实验研究,建立了基于中值滤波方法的数据处理程序,获得了大鼠股骨切片的面密度分布和薄壁小球的离轴STIM图像。理论分析和实验结果显示：由在轴探测数据的中值滤波结果可以计算出定量的面密度分布信息,由能量窗滤波的离轴探测数据则可以给出高分辨的定性图像,这在薄样品、强束流、以及质子激发X荧光（PIXE）分析同时进行的STIM分析中尤为有用;增加获取的事件数、选择合适的滤波方法可以使测量误差远小于阻止本领计算带来的误差。该方法可以用于测量几十μm尺度样品的绝对质量以及辅助PIXE技术进行元素定量分布分析。     

扫描透射离子显微成像系统的建立和实验研究

 基于上海应用物理研究所的扫描质子微探针系统,对扫描透射离子显微成像（STIM）技术进行了仿真分析和实验研究,建立了基于中值滤波方法的数据处理程序,获得了大鼠股骨切片的面密度分布和薄壁小球的离轴STIM图像。理论分析和实验结果显示：由在轴探测数据的中值滤波结果可以计算出定量的面密度分布信息,由能量窗滤波的离轴探测数据则可以给出高分辨的定性图像,这在薄样品、强束流、以及质子激发X荧光（PIXE）分析同时进行的STIM分析中尤为有用;增加获取的事件数、选择合适的滤波方法可以使测量误差远小于阻止本领计算带来的误差。该方法可以用于测量几十μm尺度样品的绝对质量以及辅助PIXE技术进行元素定量分布分析。     

双带X光源照射下几何因子对柱形靶腔中靶丸辐照不均匀度的影响

讨论了在激光束作用下在双端开口的柱形靶腔中产生双带状X光源的情况下,诸如带状光源的位置、柱靶腔的半径与长度之比及双带源的对称性和能量匹配性等几何因子对辐照不均匀度的影响。对辐照不均匀度进行了谱分析。通过采用类似Tsakiris等人给出的柱形靶腔在双带X光源下的靶腔温度空间分布,可以大大地简化辐照不均匀度的分析,可以用来计算辐照不均匀度随时间的变化。计算表明几何因子对辐照不均匀度有很大的影响,靶腔等离子体的膨胀将有助于获得高的辐照均匀度。     

碳离子治疗中分野照射技术的Monte Carlo模拟

为阐述分野照射治疗方式应用于中国科学院近代物理研究所(IMP) 肿瘤重离子临床治疗试验研究的理论基础,利用Monte Carlo (MC) 软件包Gate/Geant4 模拟计算了碳离子束分野照射分衔接处的横向剂量分布,得到了患者摆位误差±1.0 mm范围内的横向剂量分布和分野衔接处中心剂量随分野间距的变化关系,计算了分野间距5.0 mm的横向剂量分布。将分野间距5.0 mm的分野照射与整野照射的MC结果进行比较,发现:在靶区范围内两者模拟的剂量偏差在6.8% 以内,符合程度较好,并提出了在患者定位精确度较高的情况下(即患者治疗体位摆位误差在±1.0 mm范围) 解决分野衔接处剂量热点问题的可行方法,从而较大幅度地提高了分野照射时靶区范围内的剂量均匀性。To characterize the theoretical basis of eld patching technique in carbon ion beam therapy, Monte Carlo software package Gate/Geant4 was used to simulate the lateral dose distribution of matched elds. The lateral dose distribution of the matched elds within 1.0 millimeter of patient positioning error and the relationship between the central dose of the matched elds and the eld patching gap were obtained. Moreover, the lateral dose pro le of eld patching irradiation with 5.0 mm gap was simulated. While comparing the lateral dose distribution of eld patching irradiation with 5.0 mm gap with the undivided eld irradiation, a good agreement between both results with a maximum dose deviation of 6.8% was observed within the target volume.Hence a feasible method for solving the issue of dose hotspots during eld patching under the condition of higher patient positioning accuracies (patient positioning error within 1.0 millimeter) was proposed and the dose homogeneit within the target volume could be greatly improved when eld patching technique is adopted in carbon ion beam therapy.     

HIRFL的辐照治癌终端

为了进行重离子束流的肿瘤治疗和生物效应的研究,HIRFL正在建造一个辐照治癌终端.主要介绍了该终端的束流制备方法和束流线的布局、性能参数和束流光学设计计算结果. A new experimental terminal is being constructed at HIRFL for research program of proton and heavy ion therapies and irradiation effects of living things . The beam preparation method and the layout, performance and beam optics calculation of the beam line are presented.     

2.1GeV?Kr离子在聚碳酸酯膜中引起的辐照效应研究

用傅立叶变换红外光(FTIR)谱仪和紫外/可见光(UV/VIS)谱仪研究了2.1GeVKr离子在聚碳酸酯(PC)膜中产生的效应.研究结果表明,在高能Kr离子辐照下,PC膜中发生了断键、断链和键的重组,炔基的出现是键的断裂和重组的结果.这些效应与辐照剂量和电子能损有关.辐照也使PC膜中发生了从氢化非晶态碳向非晶态碳的转变,在UV/VIS中,波长为380,450和500nm处的相对吸光度随能量沉积密度的增加近似按线性变化.     

叠合高斯光场研究

高斯光场对称分割叠合可获得大范围光强均匀的叠光合光场,详细计算分析了一维叠合光场的光强均匀性,光能利用率,平均光强等指标与叠合度ｋ之间的曲线关系,并与同等条件的高斯光场进行了比较,结果表明：在ｋ＝０．５４０时,叠合的高斯光场可获得相当良好的均匀分布,同时,光能利用率和平均光强为同等条件的高斯光场的１．３５倍。     

高温注氦及随后230MeV的208Pb27+辐照Al2O3的光致发光谱的研究

主要研究了110keV的He⁺高温注入Al₂O₃单晶及1.1MeV/u的²⁰⁸Pb²⁷⁺辐照注氦Al₂O₃样品的光致发光的特性. 从测试结果可以清楚地看到在375nm, 413nm和450nm处出现了强烈的发光峰. 并且在600K, 5×10sup>16ions/cm²剂量点, 样品的发光峰是最强的. 这 表明He⁺注入Al₂O₃后使带隙中深的辐射中心复合的效率大幅度提高, 极大的增强了其发光强度,而且发光伴随着蓝移现象. 而经过高能²⁰⁸Pb²⁷⁺辐照后的样品, 在390nm出现了新的发光峰,从FTIR谱中我们能够看到, 可能是²⁰⁸Pb²⁷⁺辐照相对沉积膜出现一定的晶化, 其中含有许多纳米尺寸的Al₂O₃晶粒所致.     

利用重离子辐照技术制备锂离子电池隔膜

用能量11.4MeV/u和注量1×108ions/cm2的197Au离子垂直辐照聚丙烯薄膜,通过电导测量法监测温度、硫酸浓度和重铬酸钾浓度对径迹蚀刻速率的影响,得到合适的蚀刻条件;成功制备出孔径范围在600—1000nm的重离子径迹聚丙烯孔膜,并用场发射扫描电镜对孔的形状及孔径大小进行了表征,对孔洞锥角的形成进行了分析,为重离子辐照技术制备锂离子电池隔膜提供了实验数据。     

94MeV Xe离子辐照引起的薄膜硅光学带隙变化研究

室温下,用94MeV的Xe离子辐照纳米晶和非晶硅薄膜以及单晶硅样品,辐照量分别为1.0×1011,1.0×1012和1.0×1013ions/cm2。所有样品均在室温下用UV/VIS/NIR光谱仪进行检测分析。通过对比研究了纳米晶、非晶、单晶硅样品的光学带隙随Xe离子辐照量的变化。结果表明,不同结构的硅材料中Xe离子辐照引起的光学带隙变化规律差异显著:随着Xe离子辐照量的增加,单晶硅的光学带隙基本不变,非晶硅薄膜的光学带隙由初始的约1.78eV逐渐减小到约1.54eV,而纳米晶硅薄膜的光学带隙则由初始的约1.50eV快速增大至约1.81eV,然后再减小至约1.67eV。对硅材料结构影响辐照效应的机理进行了初步探讨。