重离子束在生物医学中的应用

重离子束的主要特点在辐射研究和放射治疗中,贯穿离子束(如质子束,重离子束)是γ射线和电子束的重要补充。它们的宏观剂量分布是以近似直线贯穿和射程末端有一个“Bragg peak”为特征的,也就是在射程末端的剂量分布有一个狭窄的高峰。而它们的微观剂量分布则是用平均线性能量转移(LET)来表示的。     

重离子束在生物医学中的应用

随着重离子核物理的发展,重离子束的应用也愈加广泛和深入。除了在离子注入、光导、“磁泡”、高温超导、辐射肿胀、核过滤器、真空分层绝热、材料表面研究、离子射线照相等方面应用外,在生物医学领域也得到应用。而且,已引起国内外学者们的注意,并积极开展这方面的研究工作。1975年,日本的文部省把重离子科学的基础研究作为特定研究,投入了很多人力和物力,经费约为46,897(千日圆),关于重离子束的生物医学效应研究就是其中的一个重要方面。     

重离子束治癌

本文回顾了辐射治癌的历史发展和国内外动态,讨论了重离子束与常规辐射相比在肿瘤治疗上的优势,提出了为治疗应用的重离子束的主要参数以及在兰州重离子研究装置（ＨＩＲＦＬ）拟建的冷却储存环（ＣＳＲ）上建立治疗实验室的初步考虑． Historical background and trends at home and abroad for radiation therapy arelooked back in the paper. The advantages of heavy ion beam in comparision with conventional radiation in tumour treatment are discussed. The main parameters of heavy ion beams fortherapy application and a tentative idea constructing treatment rooms at Cooling StorageRing(CSR) of Heavy Ion Research Facility in Lanzhou (HIRFL) are proposed.     

重离子束在医学治疗中的应用

重离子束治癌是重离子束在医疗领域中的一项典型的应用技术,文章从重离子束在物理学与生物学上的特点,描述了它对肿瘤治疗具有优越性,物理剂量深度分布在射程末端有一个能量沉积集中区,其深度和大小均可调节;在靶区的相对生物效率（RBE）高、氧增比（OER）低;射程歧离与横向散射小;利用正电子发射断层照相（PET）技术术可以实时在线监测;可以三维扫描进行适用形治疗,半致死损伤修复小;辐射敏感性不依赖细胞周期相,文章还介绍了这项技术的国内外进展,并对其未来进行了展望。     

重离子束治癌

本文回顾了辐射治癌的历史发展和国内外动态，讨论了重离子束与常规辐射相比在肿瘤治疗上的优势，提出了为治疗应用的重离子束的主要参数以及兰州重离子研究装置（HIRFL）拟建的冷却储存环（CSR）上建立治疗实验室的初步考虑。     

重离子束聚变装置

可以预见,作为21世纪的主要能源,氘氚聚变反应核能源,将取代目前宝贵的石油与煤炭。当前,各国核学家与工程人员正在紧张地研究各型聚变装置。用磁约束氘氚等离子体的大型托克马克装置,已取得很好的进展。     

重离子束在等离子体靶中的能量损失

借助于线性Vlasov方程,我们研究了重离子束在等离子体靶中的有效电荷数和电子阻止本领。在高速情况下,分别得到了它们的解析表示式。以~(40)Ga,~(74)Ge,~(84)Kr,~(110)pd,~(208)pb及~(238)U等重离子束在氢等离子体中的能量损失为例,将我们的理论结果与Hoffmann等人的实验结果进行了比较。     

重离子束适形放射治疗技术

重离子束适形放射治疗技术主要包括束流配送系统和治疗计划系统等 .前者是实现重离子束适形放射治疗的硬件设施 ,后者为适形治疗的软件支撑系统 ,两者缺一不可 .鉴于重离子束与物质相互作用在物理学及生物学效应上表现出的特殊性,重离子束治癌中特别引入了面向生物学效应的适形治疗和束流的正电子断层在线监控技术. The conformal radiotherapy techniques mainly include the two systems that are beam delivery and treatment planning. The formal is the hardware basis while the later is the software supplement for heavy ion conformal therapy, they are dependent on each other to realize the cancer conformal therapy with heavy ion beam. Because of the specificities of interaction between heavy ion and target on both physics and biological effects, the heavy ion cancer therapy especially involves...     

重离子束定点诱变育种初探

介绍了在兰州重离子加速器上采用 75 Me V/u16O8+离子进行了贯穿与定点注入的实验 ,以及不同注入部位的种子在实验室萌发的根尖细胞染色体的微核率和畸变率与大田培育结果随剂量的变化情况 .经过 3年 5代 (南繁加代 )的系统选育 ,筛选出增产、矮杆、抗 (锈 )病、抗干热风和早熟等 9个稳定突变系.Penetration and site chosen implantation of spring wheat seeds at HIRFL with 75 MeV/u 16 O 8+ ions were caried out. The seeds, of which the different sites ware implanted by the ions were germinated in room. The frequency of micronuclei and chromosome aberration in their root tip cells was observed. The results of their cultivation in the field were different. Through selection of three year five generations (adding a generation in southern China each year), nine stable...     

重离子束治疗肿瘤临床研究

文章综述了重离子束在物理学、生物学、临床治疗等方面的优势,以及在放射生物学方面的基础实验研究内容。分析总结了国内外重离子束辐照治疗肿瘤的临床研究结果。其中,日本已接受治疗了约6 000 名不同类型的肿瘤患者,并取得较高的局部控制率和生存率;德国在头颈部肿瘤临床治疗方面取得了巨大的成功;在兰州重离子研究装置(HIRFL) 肿瘤治疗终端上,中国科学院近代物理研究所联合甘肃省肿瘤医院及兰州军区总医院对肿瘤患者的重离子治疗已进入临床试验阶段。甘肃省肿瘤医院治疗结果显示:43 例患者通过影像学检查评价疗效,客观有效率(CR+PR)为71.4%,主要急性放射损伤为1-2 级皮肤反应(红斑形成和脱皮),发生率为61.9%,治疗1 个月后随访结果显示重离子束(12C6+)对深部肿瘤具有较好的局部控制作用,且无严重不良反应发生。This article reviews the advantages of heavy ion in physical, biological and clinical aspects, discusses the radio-biological basis of experiment research, and summarizes clinical results of heavy ion beam treatment on tumor at home and abroad. Japan has accepted and treated about 6000 cancer patients of different types with high local control rates and survival ones. Germany has achieved great success in head and neck tumor clinical treatment. Institute of Modern Physics, Chinese Academy of Sciences (IMP-CAS), Tumor Hospital of Gansu Province and Lanzhou General Hospital of PLA have begun clinical trial on heavy ion treatment of deep-seated tumors after the shallow-seated tumor therapy has been done at HIRFL (Heavy Ion Research Facility in Lanzhou). The treatment results of Tumor Hospital of Gansu Province show that the objective response rate (CR+PR) is 71.4% and the rate of 1-2 levels radiation injury to skin reactions (erythema and desquamation) is 61.9% when we evaluate the 43 patients by means of maging. The results of case follow-up after treatment in 1 month indicate that the deep-seated tumor therapy with heavy ion beam has high local control rates without severe adverse effect.     

中国科学院近代物理研究所重离子束治癌进展

介绍了中国科学院近代物理研究所在重离子束治癌研究和治疗装置研制方面的最新进展, 以及中国科学院近代物理研究所重离子束治癌的发展规划。     

展宽重离子束的Bragg峰

介绍了自行设计加工的用于对重离子束Bragg峰进行展宽的旋转式射程调制器. 实验上运用双电离室法测定了75MeV/u ¹²C离子束的Bragg曲线以及经该射程调制器调制的75MeV/u ¹⁶O及¹²C离子束的Bragg曲线,调制的离子束展示出明显展宽的Bragg峰,并将测量结果同计算结果进行了比较.     

HIRFL-CSR重离子束内散射效应

电子冷却本质上是电子冷却作用与重离子束内散射作用的动态平衡过程. 在Bjorken和Mtingwa束内散射理论的基础上, 应用对称椭圆积分的方法做束内散射增长率的数值模拟, 并应用于HIRFL-CSR的磁铁聚焦结构. 计算结果表明, 束内散射不会成为CSR磁聚焦结构设计的障碍, 并且CSR可以达到冷却设计指标.     

重离子束在诱变育种和分子改造中的应用

重离子束具有与中性辐射X,γ和中子不同的特性,利用这些特性开展它在生物学领域内的应用和基础研究具有重要的理论和实际意义.简要阐述了这种应用的理论基础,以及多年来实践的一些工作与取得的结果. Heavy ion beams have different character from X, γ rays and neutrons. It has important value in theory and practice to use the character to carry out application and fundamental researches in biological field. Theoretical basis of the application and some practice and their results are briefly described here.     

中能重离子束深度剂量分布计算

提出了称之为复合歧离算法的中能重离子束深度剂量分布计算方法,并计算了中能C,O离子束的Bragg相对剂量分布曲线,同实验测量结果进行了比较,计算与实验测量符合得很好.证实了复合歧离算法的合理性及由它计算Bragg曲线的可靠性.补充和完善了离子束的深度剂量分布计算原理与方法.     

重离子束用于肿瘤放射治疗的基础理论

通过与低传能线密度辐射治疗对比分析建立了重离子束肿瘤放射治疗的基础理论,提出了一些提高重离子束放射治疗疗效和减少对正常组织损伤的技术措施,旨在为已开展的重离子治癌临床研究提供理论依据． The basic theory of tumor radiotherapy with heavy ion beam was introduced in contrast to low LET irradiation therapy. Some useful methods are also suggested to improve the curative effect of heavy ion therapy and to spare the normal tissue around the tumor.     

快重离子束实现点火的可行性

采用蒙特卡罗方法计算了低温下C,Si,Ar,Au和U等多种重粒子在等物质的量氘氚等离子体密度1000 g/cm3、热斑直径50 m中的电子能量损失,不同点火形式下入射能量和作用时间,以及燃料约束时间为20 ps条件下的束流强度。通过对数据的分析研究了这些重粒子辐照实现氘、氚燃料快点火的可能性。结果表明,重粒子束流加热等离子体实现快点火理论上可行,而且有一定的优势;较重的离子加热聚变等离子体的效果更好。重粒子束流加热等离子体到聚变温度需要的束流强度在MA左右;单个粒子的能量在GeV以上;相互作用时间为ps以下。     

肿瘤治疗的重离子束物理性质研究

重离子在肿瘤治疗方面的优势主要是由于其优越的物理性质，因此，研究其与生物体相互作用也就成为肿瘤治疗中的基本课题，介绍一些研究结果来解决人们关心的问题.The advance of tumor therapy with heavy ions beam is due to the physics quality of heavy ions.So,the investigation of heavy ions action with biological materials will be a basic task. In the paper, the investigated results show a picture to resolve some problems which attract people＇s attention.     

重离子束的随机冷却系统设计研究

随机冷却系统有助于提高兰州重离子冷却储存环（ＣＳＲ）中束流累积效率，减小束流发射度．首先通过Ｆｏｋｋｅｒ－Ｐｌａｎｃｋ方程的建立，解出了某种初始分布下粒子分布的时间演化结果，并模拟了冷却过程；然后结合ＣＳＲ物理设计参数，计算了部分典型被加速离子的冷却时间，同时比较了电子冷却和随机冷却的冷却力，得出了一些结论；最后提出了硬件设计方案. Stochastic cooling system in Cooling Storage Ring (CSR) at Lanzhou will help to cool beam phase space and increase the accumulation ratio and efficency. In this paper, a Fokker Planck eqution is described and used to simulate cooling process.According to the main parameters of CSR,cooling time of some typical ions has been calculated and the cooling forces of electron cooling and stochastic cooling are compared. Finally, A hardware designing plan is proposed.     

快重离子束实现点火的可行性

采用蒙特卡罗方法计算了低温下C,Si,Ar,Au和U等多种重粒子在等物质的量氘氚等离子体密度1000 g/cm3、热斑直径50 m中的电子能量损失,不同点火形式下入射能量和作用时间,以及燃料约束时间为20 ps条件下的束流强度。通过对数据的分析研究了这些重粒子辐照实现氘、氚燃料快点火的可能性。结果表明,重粒子束流加热等离子体实现快点火理论上可行,而且有一定的优势;较重的离子加热聚变等离子体的效果更好。重粒子束流加热等离子体到聚变温度需要的束流强度在MA左右;单个粒子的能量在GeV以上;相互作用时间为ps以下。