质子治疗装置的束流扩展研究

对扩展质子束流的双环双散射体方法进行了探讨, 研究了它的束流分布函数与束利用率和束分布均匀性的关系, 以及照射野形成距离的改变和束偏离对束流分布的影响. 计算了散射体的厚度与照射野的关系, 并提出了用液体散射体代替固体散射体的可能性.     

100 MeV质子束流品质诊断及剂量测量准确性评估方法研究

质子辐射生物学效应是太空放射生物学和质子束放疗研究的重要基础,可为空间环境下人员的危险性评估以及质子治疗优化设计提供科学依据。依托加速器建立相应的生物样本辐照技术是开展此类研究的前提条件。中国原子能科学研究院最近建立的100 MeV强流质子回旋加速器提供的中能质子束流为目前国内能量最高,特别适合用于太空放射生物学和质子治疗相关研究。本研究中,利用在束和离线等多种手段建立了中能质子束流诊断和剂量测量方法,对加速器引出的100 MeV质子照射野大小、均匀性等束流品质以及剂量测量系统准确性进行了分析和评估。结果表明,对光子剂量响应好的LiF(Mg, Ti)热释光探测器,对90 MeV质子同样具有良好的剂量响应关系,可作为中能质子剂量准确性评估的手段之一。在5.0 cm×5.0 cm照射野范围内,加速器引出的100 MeV质子束流的均匀性好于90%,在线剂量测量系统准确性好于93%,束流品质和剂量测量条件基本满足辐射生物学的要求,可为质子辐射生物学效应研究的开展提供可靠保障。     

加速器驱动次临界系统散裂靶参数优化计算

采用国际开源程序包Geant4,构建高能质子束轰击加速器驱动次临界系统(ADS)散裂靶的物理模型,模拟计算质子轰击液态金属铅、铅-铋合金和汞靶的泄漏中子谱分布,以及计算不同能量质子对应的铅靶泄漏中子产额和轴向积分分布,获得1 Ge V质子对应的铅圆柱靶优化参数,考虑入射质子的利用率和整个堆芯的体积质量,优化靶半径范围为16～24 cm,靶高为100 cm,相关研究结果可为(ADS)散裂靶的物理和工程设计提供理论依据。     

高能闪光照相对电子束参数的要求

对高能闪光机光源性能用Monte-Carlo方法模拟研究发现：并非击靶电子束半径越小、发射度越低, 闪光机的照相性能就会越好. 研究结果表明：为了使闪光照相图像视面上照射量分布比较均匀, 对束半径与电子束归一发射度有一个联合限制, 对于20MeV闪光机, 如果击靶电子束有效半径是0.12cm, 那么仅当束归一发射度≥550cm.mrad时,在2°内的照射量不均匀性才小于5%.     

E_p≤3GeV质子入射铅、铋引起的中子产生双微分截面的模拟(英文)

加速器驱动次临界系统(ADS)液态Pb-Bi散裂靶的设计中,需要可靠的理论计算工具精确地预言几个GeV能量范围的质子引起的散裂反应产生的各种粒子和核素。利用蒙特卡罗模拟软件包Geant4计算研究了800 MeV至3 GeV质子入射铅、铋材料引起的中子产生双微分截面。比较了Geant4不同物理模型得到的模拟结果与现有的实验数据。其中,Geant4的QGSP BERT和QGSP INCL ABLA物理模型模拟结果很好地再现了实验数据。本工作证实了Geant4蒙特卡罗模拟软件包适合用于能量高达3 GeV的质子入射铅、铋引起的中子产生双微分截面的模拟计算。     

100MeV回旋加速器主磁铁设计与工艺技术研究

中国原子能科学研究院目前正在建造一台100MeV强流回旋加速器, 它加速负氢离子, 通过剥离引出质子束, 能量75MeV—100MeV, 流强200μA. 该回旋加速器的主磁铁为紧凑型整体结构, 采用4扇直边叶片, 渐变气隙. 将报告该磁铁的设计特点, 数值模拟结果; 磁性材料及成分偏析、缩孔等内部缺陷;机械结构设计、公差、变形;还将描述磁铁的工作进展.     

一种二进制降能器设计方法

为提升在中国原子能科学研究院的100 MeV质子回旋加速器上进行多能点质子单粒子效应实验的效率,针对该加速器提供的100 MeV质子设计了一种二进制降能器.降能器包括6片铝降能片,厚度分别为0.5,1,2,4,8,16,32 mm,即后一片厚度均为前一片的2倍.提出相对厚度的概念,此概念也可用来表示产生的质子能点的次序以及降能器的状态或操作.降能器产生的9.69 MeV以上的61个质子能点间隔在0.84—4.09 MeV之间,且能量岐离均在10%以下,散射角半高宽均在45 mrad以下,基本可满足质子单粒子效应实验的要求.对加速器直接提供的质子的能量精度对降能器产生的质子能点的影响进行分析,发现经降能器产生的质子能量越低,其影响也就越大.此外,降能器对加速器直接能够提供的70—100 MeV能区的质子也是适用的,且可通过增加降能片数量的方式来获得更加连续化的质子能点.本文提出的降能器设计方法简单有效,具有较强的借鉴价值.     

Ep≤63 GeV 质子入射铅、铋引起的中子产生双微分截面的模拟(英文)

加速器驱动次临界系统(ADS) 液态Pb-Bi 散裂靶的设计中,需要可靠的理论计算工具精确地预言几个GeV 能量范围的质子引起的散裂反应产生的各种粒子和核素。利用蒙特卡罗模拟软件包Geant4 计算研究了800 MeV至3 GeV 质子入射铅、铋材料引起的中子产生双微分截面。比较了Geant4 不同物理模型得到的模拟结果与现有的实验数据。其中,Geant4 的QGSP BERT和QGSP INCL ABLA 物理模型模拟结果很好地再现了实验数据。本工作证实了Geant4 蒙特卡罗模拟软件包适合用于能量高达3 GeV 的质子入射铅、铋引起的中子产生双微分截面的模拟计算。A detailed design of the liquid Pb-Bi spallation target of the Accelerator Driven Systems (ADS) requires powerful and reliable computational tools that can accurately predict particles and nuclides production by the proton induced spallation reactions in the energy range of a few GeV. In this paper, the neutron production double-differential cross sections for Pb and Bi target materials at incident proton kinetic energies between 800 MeV and 3 GeV are studied by calculations with Monte Carlo simulation package Geant4. The simulated results of Geant4 with several physics models are compared with available experimental data. The simulated results generated by QGSP BERT and QGSP INCL ABLA physics models of Geant4 well reproduce the available experimental data. The present results validated that Geant4 Monte Carlo simulation package is suitable for simulations of neutron production double-differential cross sections of proton induced reaction on Pb and Bi targets in the incident energy range up to 3 GeV.     

100MeV回旋加速器主磁铁设计与工艺技术研究

中国原子能科学研究院目前正在建造一台100MeV强流回旋加速器,它加速负氢离子,通过剥离引出质子束,能量75MeV-100MeV,流强200μA.该回旋加速器的主磁铁为紧凑型整体结构,采用4扇直边叶片,渐变气隙.将报告该磁铁的设计特点,数值模拟结果;磁性材料及成分偏析、缩孔等内部缺陷;机械结构设计、公差、变形;还将描述磁铁的工作进展.     

ISOL靶－源中铀靶的放射性活度研究

用3种方法计算在线同位素分离器(ISOL)靶－源中铀靶在100MeV, 200μA强流质子束照射下产生的放射性核素活度及γ射线强度随时间的变化, 为铀靶的设计、更换及后期处理提供一定的设计依据.     

The electron-optical system of the LIU-2 induction accelerator

The electron-optical system (EOS) of an induction accelerator for generation of an electron beam with an energy of 2 MeV, a current of 2 kA, an impulse duration of 2 × 10^?7 s, and a geometric output emittance not exceeding the thermal value of it is described. The EOS consists of two parts. The first part is a diode gun with a perveance of 2 × 10^?6 A/B^3/2 and a cathode-anode voltage of 1 MeV. The second part is an accelerating tube with uniform distribution of the same accelerating voltage. A beam is transported at a distance of about 4 m from the cathode and focused on a spot with a diameter of about 1 mm. The compliance tests results of the linear-induction accelerator precisely conform to the calculated design parameters.     

半导体器件单粒子效应的加速器模拟实验

 着重描述了应用加速器开展半导体器件的单粒子效应实验研究的方法。采用金箔散射法可以降低加速器束流几个量级，从而满足半导体器件单粒子效应实验的要求。研制的弱流质子束流测量系统和建立的质子注量均匀性测量方法解决了质子注量的准确测量问题。实验测得静态随机存取存储器的质子单粒子翻转截面为10^-7 cm²·bit^-11量级，单粒子翻转重离子LET阈值为4～8MeV·cm²/mg，重离子单粒子翻转饱和截面为10^-7 cm²·bit^-1量级。     

ATPF–a dedicated proton therapy facility

A proton therapy facility based on a linac injector and a slow-cycling synchrotron is proposed. To obtain good treatments for different cancer types, both the spot scanning method and the double-scattering method are adopted in the facility, whereas the nozzles include both gantry and fixed beam types. The proton accelerator chain includes a synchrotron of 250 MeV in maximum energy, an injector of 7 MeV consisting of an RFQ and a DTL linac, with a repetition rate of 0.5 Hz. The slow extraction using the third-order resonance and together with the RFKO method is considered to be a good method to obtain a stable and more-or-less homogenous beam spill. To benefit the spot scanning method, the extraction energy can be as many as about 200 between 60 MeV and 230 MeV. A new method – the emittance balancing technique of using a solenoid or a quadrupole rotator is proposed to solve the problem of unequal emittance in the two transverse planes with a beam slowly extracted from a synchrotron. The facility has been designed to keep the potential to be upgraded to include the carbon therapy in the future.     

2MeV注入器脉冲电子束时间分辨能谱诊断研究

 介绍了利用磁分析器和电子束产生的契伦科夫辐射光诊断直线感应加速器脉冲电子束时间分辨能谱的原理、方法及诊断系统，对中物院2MeV感应叠加型注入器的2kA强流脉冲电子束时间分辨能谱进行实验诊断，并与二极管电压进行对比分析。测得能量约2.2MeV，60ns内最大能量变化为4%。     

二次电子发射对质子束流测量精度的影响

二次电子发射直接影响法拉第探测器测量质子束流的精度,减小或消除二次电子发射的影响是提高束流测量精度的关键。根据二次电子补偿原理设计了二次电子补偿型同轴法拉第探测器,实验发现探测器测量质子束流强度时不能完全实现二次电子补偿。为改进和完善探测器的设计,从理论上分析了补偿片未能完全消除二次电子对束流测量影响的原因,是由于补偿片前向发射二次电子数目大于收集极后向发射二次电子数目所致。为此设计了质子束穿过金属箔发射二次电子测量装置,测量得到能量为5~10MeV质子穿过10μm厚铜箔时前向与后向发射二次电子产额,验证了理论分析的正确性。     

准单能中子单粒子效应研究现状

对国际上用于单粒子效应(SEE)研究的准单能中子源进行了相关调研,对产生准单能中子源的7Li(p, n)7Be核反应、装置布局以及表征中子场性质的中子注量率、中子能谱、中子束流轮廓及其均匀性、热中子本底等参数的理论计算及实验测量进行了系统的介绍。进行准单能中子SEE实验要求中子源有较高的中子注量率水平、较大的束流轮廓、较好的束流均匀性以及较低的热中子本底,并且能测量出精确的中子能谱。对准单能中子SEE实验过程以及三种中子SEE截面的尾部修正方法进行了介绍。     

Generating Proton Beams Exceeding 10 MeV Using High Contrast 60TW Laser

A prototype of a laser driven proton accelerator is built at Peking University. Protons exceeding 10 MeV are accelerated from micrometer-thick aluminum targets irradiated by tightly focused laser pulse with 1.8 J energy and 30 fs duration. The beam energy spectrum and charge distribution are measured by a Thomson parabola spectrometer and radiochromic film stacks. The sensitivity of proton cut-off energy to the focusing of the laser beam, the pulse duration, and the foil thickness are systematically investigated in the experiments. Stable proton beams have been produced with an optimized parameter set, providing a cornerstone for the future applications of laser accelerated protons.     

Broad energy spectrum of laser-accelerated protons for spallation-related physics

A beam of MeV protons, accelerated by ultraintense laser-pulse interactions with a thin target foil, is used to investigate nuclear reactions of interest for spallation physics. The laser-generated proton beam is shown (protons were measured) to have a broad energy distribution, which closely resembles the expected energy spectrum of evaporative protons (below 50 MeV) produced in GeV-proton-induced spallation reactions. The protons are used to quantify the distribution of residual radioisotopes produced in a representative spallation target (Pb), and the results are compared with calculated predictions based on spectra modeled with nuclear Monte Carlo codes. Laser-plasma particle accelerators are shown to provide data relevant to the design and development of accelerator driven systems.