上海质子治疗示范装置慢引出模拟研究

发布时间：2020-04-13 22:51

【摘要】：布拉格峰特性使得质子治疗具有高疗效低副作用等优良特性,成为国际上最先进的癌症治疗手段之一,广泛应用于临床治疗。我国也开始引入并大力研发质子治疗技术,上海质子治疗示范装置是国内首台自主研究设计的质子治疗装置,是我国质子治疗技术国产化的开端,意义重大。精确治疗需要高品质的引出束流,对引出的均匀性、稳定性以及开关反应特性都有很高的要求。因此,上海质子治疗示范装置采用了RF-KO激励的三阶共振慢引出技术。在RF-KO、高频腔、共振六极铁等作用下质子在同步加速器中的运动轨迹较为复杂,难以用简单的公式进行计算,需要对巨大数量的粒子运动过程进行跟踪模拟,才能得到引出束流的输出特性和合适的控制参数,确保得到合乎要求的引出束流。本文从三阶共振RF-KO慢引出的理论出发介绍了AM调制、RF-KO扫频信号选择、快四极铁等技术的原理和应用方法,分析了对引出束流稳定性产生影响的因素。根据质子治疗同步加速器结构,构建基于MATLAB的不同慢引出模型,并比较了它们的特性和优缺点,最终选择了兼顾速度和跟踪精度的分段传输矩阵模型作为粒子跟踪工具。利用获得的模型结合不同参数,进行了大量的跟踪模拟,给出了共振六极铁、色品、工作点、动量分散、电源纹波以及加速腔电压等加速器参数变化对束流输出的引出效率、均匀性、稳定性、开关特性的影响,并给出这些参数的合适的取值;为实现束流的快速开关,使用了快四极铁和附带的单频RF-KO信号,通过模拟给出了四极铁强度、RF-KO频率及强度的选择。总之,本文通过理论分析和跟踪模拟给出了加速器主要因素对慢引出束流输出特性的影响,并选择了优化值,为今后上海质子治疗装置同步加速器慢引出的调试提供参考。
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(上海应用物理研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH77

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