医学物理的最新成果—质子疗法

本文介绍了ＩＴＥＰ（前苏联量论实验物理所）在医学物理方面的研究发展情况，主要报道了该所二十多年来使用质子疗法所取得的成果，简述了该所目前对新的治疗诊断仪器的开发工作。     

质子辐照铝膜反射镜的慢正电子湮没研究

采用分光光度计测定了60keV质子辐照后铝膜反射镜反射光谱的变化规律.用慢正电子湮没等分析技术研究了辐照损伤的微观机制.结果表明，当质子辐照主要作用于反射镜铝膜层中时反射镜在200—800nm波长范围内反射率随辐照剂量增加而下降.入射质子可对铝膜中的缺陷产生填充作用，减小铝膜中电子密度，增加弱束缚电子带间跃迁.紫外至可见光能量较高的波段可引起带间激发跃迁，使相应的谱段反射率下降，导致反射镜光学性能的退化. 关键词： 反射镜 光学性能 质子辐照 慢正电子湮没     

质子辐照空间级硅橡胶的正电子淹没寿命谱研究

 用正电子淹没寿命谱方法（PALS）研究了质子辐照对空间级硅橡胶KH-L-Y微观结构的影响。试验结果表明，PALS谱所揭示的最长寿命成分的t₃, I₃及自由体积分数Vf随辐照剂量的增加开始明显下降；而当辐照剂量大于10¹⁵cm^-2后，随剂量的增加平缓上升。辐照剂量小于10¹⁵cm^-2时，质子辐照使硅橡胶自由体积减小，分子链间堆砌紧密；辐照剂量大于10¹⁵cm^-2时，质子辐照使硅橡胶自由体积增大。交联密度及DMA测试结果同样表明，质子辐照在剂量较小时硅橡胶的交联密度及玻璃化转变温度增加，辐照以交联效应为主；而剂量较大时辐照降解占优势。     

质子辐照空间级硅橡胶的正电子淹没寿命谱研究

用正电子淹没寿命谱方法（PALS）研究了质子辐照对空间级硅橡胶KH-L-Y微观结构的影响。试验结果表明,PALS谱所揭示的最长寿命成分的t3, I3及自由体积分数Vf随辐照剂量的增加开始明显下降;而当辐照剂量大于1015cm-2后,随剂量的增加平缓上升。辐照剂量小于1015cm-2时,质子辐照使硅橡胶自由体积减小,分子链间堆砌紧密;辐照剂量大于1015cm-2时,质子辐照使硅橡胶自由体积增大。交联密度及DMA测试结果同样表明,质子辐照在剂量较小时硅橡胶的交联密度及玻璃化转变温度增加,辐照以交联效应为主;而剂量较大时辐照降解占优势。     

质子辐照硼硅酸盐玻璃盖片的物理效应分析

作为航天器电源系统的重要组成部分,太阳电池需要更高的转换效率和可靠性以及更长的使用寿命。通过在太阳电池表面覆盖抗辐照玻璃盖片,可以增强太阳电池对粒子辐射的防护,延长太阳电池的服役寿命,使航天器获得可靠的能源供应。硼硅酸盐玻璃就是一种理想的太阳电池玻璃盖片材料。采用蒙特卡罗方法,结合SRIM软件模拟研究质子辐照硼硅酸盐玻璃的损伤物理机理。基于粒子与物质相互作用的理论以及基本公式,通过分析不同入射能量的质子在硼硅酸盐玻璃中的阻止本领、电离能损、位移能损、空位的产生情况,对辐照损伤的物理机制进行研究。结果表明：能量为30～120 keV的质子辐照损伤主要发生在硼硅酸盐玻璃表面;质子沉积、空位分布等均为Bragg峰型分布;电离能损是能量损失的主要部分,随入射能量的增加而增大,导致电子的电离和激发;位移能损在玻璃内部随能量降低而增大,导致硼、氧和硅等空位缺陷的产生;电离效应和缺陷的产生是硼硅酸盐玻璃色心形成的重要原因。     

APTR质子同步加速器RFQ直线注入器的优化设计

为实现质子治疗装置的国产化和小型化,基于已完成安装调试的上海先进质子治疗装置（APTR）,开展质子治疗注入器系统的升级设计研究,利用PARMTEQM设计软件和快聚束策略,针对APTR同步加速器RFQ直线注入器进行动力学设计模拟。RFQ工作频率为325 MHz,流强18 mA,对从离子源引出的低能质子束流进行匹配俘获、横向聚焦、纵向聚束和预加速,引出能量为3.0 MeV。通过优化预注入器RFQ动力学设计方案和极头参数,有效避免参数共振,减小束流损失,使其整体传输效率达到98.0%,在水平和垂直方向上的发射度增长分别为1.2%和3.3%,出口束流满足下一级腔体的注入需求,开展设计模拟验证和相关冗余度分析,为质子同步加速器的治疗设备和直线注入系统提供参照依据。     

质子治疗的物理特性和工作原理(下)

在“质子治疗的物理特性和工作原理(上)”中我们介绍了质子本身物理特性和形成治疗用质子流的物理方法。为实现这种质子治疗,必需有一套比常规X和电子直线加速器复杂,而且规模更大的质子治疗系统与装置。质子治疗系统是由许多分系统组使质子束射程再大一些,照射更深的病灶。每次增加一个ΔE,一直增加到E2能量(对应为SOBP的后峰时)才能照射到肿瘤的最深层。这种将质子束变为I(E,t),使能量由E1逐步增加能量步距ΔE直到E2能量的装置,叫能量调制器。由于在最深处肿瘤成,每一个分系统又由许多专用设备,都要涉及专门的技术与学科。     

质子治疗的物理特性和工作原理(下)

 在“质子治疗的物理特性和工作原理(上)”中我们介绍了质子本身物理特性和形成治疗用质子流的物理方法。为实现这种质子治疗,必需有一套比常规X和电子直线加速器复杂,而且规模更大的质子治疗系统与装置。质子治疗系统是由许多分系统组使质子束射程再大一些,照射更深的病灶。每次增加一个ΔE,一直增加到E2能量(对应为SOBP的后峰时)才能照射到肿瘤的最深层。这种将质子束变为I(E,t),使能量由E1逐步增加能量步距ΔE直到E2能量的装置,叫能量调制器。由于在最深处肿瘤成,每一个分系统又由许多专用设备,都要涉及专门的技术与学科。     

在我国开展质子治癌研究的建议

 在中国科学院高能物理研究所,已建成了我国第一台快中子治癌研究装置.它利用北京质子直线加速器提供的35MeV质子束,轰击铍靶,产生平均能量约20MeV的快中子束,经准直后用于治癌研究.在进行了大量快中子放射物理学和放射生物学实验的基础上,自1991年11月起,已正式进行临床治癌研究,至今已治疗60余病例.从结束治疗三个月以上的病例分析,有效率达80%,其中有显著效果(完全缓解)的达40%,一般有效(部分缓解)40%.     

质子治疗的物理性能和工作原理(上)

 在人类进入知识创新的21世纪,一系列新技术、新方法、新设备正在用来治疗对人类生命威胁最严重的恶性肿瘤。至今所用的肿瘤治疗方法,基本上可概括为手术、放疗与化疗3种。估计70％的肿瘤患者,不论手术与否,都是要采用放疗。在诸多的放射治疗类型中,不同粒子在人体内的不同能量衰减特性带来不同的治疗效果。