Формирование пучков для адронной терапии в циклотронах с профилированным по вертикали межполюсным зазором

• Автор: Костромин, Сергей Александрович
• Шифр специальности: 01.04.20
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Дубна
• Количество страниц: 224 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ПРИНЦИПЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ УСКОРЕНИЯ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ В ЭЛЕКТРОМАГНИТНОМ ПОЛЕ УСКОРИТЕЛЯ ЦИКЛОТРОННОГО

1Л Постановка задачи об изучении движения пучка

1.2 Уравнения движения при интегрировании по азимутальному углу

1.3 Уравнения движения при интегрировании по времени

1.4 Вычисление компонент вектора индукции магнитного поля

1.5 Вычисление компонент вектора напряженности ускоряющего

электрического поля

1.6 Расчет требуемого для ускорения среднего магнитного поля

1.7 Генерирование начального распределения частиц в фазовом объеме
1.8 Моделирование фазового движения
1.9 Учет влияния магнитной компоненты ВЧ-поля на движение пучка
1.10 Получение портрета пучка на входе в выводную систему
1.11 Моделирование вывода пучка из ускорителей циклотронного типа
1.12 Интерполяция данных и точность расчетов
ГЛАВА 2. ФОРМИРОВАНИЕ ВЫВЕДЕННОГО ПУЧКА В ЦИКЛОТРОНЕ С235 ДЛЯ ПРОТОННОЙ ТЕРАПИИ
2.1 Основные параметры циклотрона
2.2 Ускорение и заброс пучка в дефлектор
2.3 Изучение прохождения резонансов:
40.г=

2йг-йг=

3(>г=
2.4 Динамика ускорения протонов с учетом радиальной компоненты
магнитного поля
2.5 Модификация магнитной системы для уменьшения влияния эффектов
медианной плоскости
2.6 Система вывода
2.7 Вывод пучка. Опытное подтверждение моделирования
2.8 Основные результаты изучения динамики пучка в циклотроне С235
ГЛАВА 3. ФОРМИРОВАНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЦИКЛОТРОНА C235-V3
3.1 Специализированный сборочно-испытательный центр ОИЯИ
3.2 Формирование требуемого магнитного поля (Bz- компонента)
Система измерения магнитного поля
Формирование магнитного поля
Характеристики окончательной конфигурации магнитного поля (Д.-компонента)..
Гармонический анализ измеренного магнитного поля
Фокусирующие свойства окончательной конфигурации магнитного поля
3.3 Измерение радиальной компоненты Вг магнитного поля
Методика измерений
Техническая реализация метода
Результаты измерений
ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ПУЧКОВЫХ ИСПЫТАНИЙ ЦИКЛОТРОНА C235-V3 В
ДУБНЕ
4.1 Проверка изохронизма и коррекция магнитного поля в центре
4.2 Оптимизация вертикальной фокусировки пучка в центре и его ускорение до
конечных радиусов
4.3 Динамика пучка в центральной области
4.4 Вывод пучка из камеры ускорителя
4.5 Отличия циклотрона C235-V3 от серийного протонного ускорителя IBA и
его преимущества для радиационной терапии
ГЛАВА 5. ДИНАМИКА ВЫВОДИМЫХ ПУЧКОВ В ЦИКЛОТРОНЕ С
5.1 Параметры циклотрона С
5.2 Ускорение пучков |2С6+ и Нг+
5.3 Принципиальные особенности вывода пучков
Вывод ионов ,2С6+
Направление вывода относительно спиральности секторов
Стабильность вертикального движения пучка |2С6+ на конечных радиусах
Одно- и двух- оборотный вывод протонов обдиркой - минимальная энергия выведенного пучка
5.4 Оптимизация выводной системы для разных карт магнитного поля
Вывод углеродного пучка
Вывод протонного пучка
Основные результаты для окончательной конфигурации магнитного поля
5.5 Эффективность выводной системы
Эффективность вывода углеродного пучка
Эффективность вывода протонного пучка
5.6 Транспортировка пучков от циклотрона до энергетического замедлитсля
Линия транспортировки углеродного пучка
Линия транспортировки протонного пучка
5.7 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

Рис. 13 Разница между требуемым для ускорения средним полем циклотрона С235 и расчетным, полученным на основе анализа структуры карты магнитного поля
Видно, что начиная с радиуса ~50см, там, где начинается отличная от нуля спиральность секторов магнитной системы (см. Рис. 46), требуемое и расчетное поле имеют расхождение до 4 Гаусс, которое растет до ~30 Гаусс на конечных радиусах (~105см). Эта разница приводит к тому, что в рассчитанном «изохронном» поле невозможно ускорить пучок до вывода из ускорителя. Это подтверждает расчет ускорения пучка (см. Рис. 14 и Рис. 15).
Рис. 14 Зависимость радиуса равновесной частицы от номера оборота при ускорении в рассчитанном «изохронном» поле
рассчитанном «изохронном» поле