Формирование медицинского пучка в циклотроне C235-V3 для новых методов протонной терапии и роль дельта-электронов при ее реализации

• Автор: Ширков, Степан Григорьевич
• Шифр специальности: 03.01.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Дубна
• Количество страниц: 123 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава I. Протонная терапия и роль дельта-электронов при ее реализации

1.1. Протонная терапия

1.2 Новые методы протонной терапии

1.2. Протонная терапия в ОИЯИ

2. Взаимодействие дельта - электронов с молекулами ДНК при адронной терапии..

2.1. Моделирование процессов взаимодействия дельта-электронов

2.2.Взаимодействие дельта-электронов с молекулами ДНК

2.3. Электростатический накопитель с электронной мишенью

2.4. Электронная мишень

2.5. Формирование низкоэнергетичных электронов мишени в пушке
2.6. Сечения взаимодействия электронов с биомолекулярными ионами
Глава 2. Медицинский циклотрон ОИЯИ-IBA C235-V3 и численное моделирование динамики протонов в нем
2.1.Циклотрон C235-V
2.2 Магнитная система циклотрона
2.3. ВЧ -система циклотрона C235-V
2.4. Источник протонов и система инжекции
2.5. Система вывода циклотрона C235-V
2.6. Численное моделирование динамики протонного пучка в C235-V
Глава 3. Магнитные измерения и формирование магнитного поля циклотрона C235-V
3.1. Система для измерения вертикальной компоненты магнитного поля циклотрона
C235-V
3.2. Обработка поверхности полюсных наконечников
3.3. Формирование магнитного поля в центральной области
3.4. Шиммирование магнитного поля при использовании модифицированным ВЧ-
резонатором
3.5. Измерение средней радиальной компоненты магнитного поля
3.6. Измерение радиальной компоненты Вг магнитного поля концентрическими
подвижными катушками
Глава 4. Экспериментальное исследование динамики пучков в циклотроне C235-V3 и результаты его пучковых испытаний
4.1. Проверка изохронизма и коррекция магнитного поля в центре
4.2. Улучшение вертикальной фокусировки пучка в центральной области
Преимущества циклотрона ОИЯИ -IBA C235-V3 перед циклотронами С235 ІВА
Основные результаты диссертации
Выводы
Список литературы:

Введение
В настоящее время лучевая терапия (или радиотерапия) широко применяется для лечения онкологических заболеваний как совместно с другими методами (химиотерапия, хирургия), так и независимо от них. В некоторых случаях, применение ионизирующего излучения, является единственным способом лечения онкологии. В последние годы радиационная медицина бурно развивается во многих странах мира.
На сегодняшний день существует несколько методов лучевой терапии, базирующихся на применении различных типов ускоренных заряженных частиц. Наиболее эффективной является радиотерапия с использованием протонных пучков и пучков ионов углерода [1-13].
-»•и*.
История радиационной медицины началась в 1946 г., когда американский физик Роберт Вильсон, указал в своей статье на возможности и преимущества использования ускоренных протонов для лечения онкологических заболеваний. До 1990 г. все применения протонного пучка, для лечения онкологии, происходили на базе исследовательский институтов и университетов, пока не был построен первый специализированный клинический центр протонной терапии в Калифорнии (США) имени Джеймса Слейтера. С этого момента, началось, быстрое развитие протонной терапии в мире [13].
Адронная терапия пучками протонов и ионов углерода является наиболее эффективным направлением радиационной медицины, отвечающим современным запросам практического здравоохранения. Она обладает целым рядом преимуществ, по сравнению с методами лучевой терапии, которые используют гамма излучение и электроны. Протонная терапия в России [7-12, 14-18] может дать существенные преимущества для 50 тысяч пациентов в год. При лечении онкологических заболеваний ионы углерода в некоторых случаях обладают большими возможностями, чем протоны. Терапия ионами углерода особенно эффективна для пациентов с радиорезистентными опухолями.

В России реализуется ряд проектов по созданию госпитальных центров протонной терапии. В связи с этим активно ведутся работы, направленные на создание медицинских ускорительных комплексов для протонной терапии. Одним из таких проектов, является создание Федерального высокотехнологического центра медицинской радиологии в Димитровграде, в состав которого входит первый в России госпитальный Центр протонной терапии[14-15,19]. В ФИАНе разработан компактный синхротрон для протонной терапии [16] (два таких ускорителя установлено в России, один в Словакии и один США). В настоящее время идут работы по сертификации данного оборудования. Так же существует проект Центра протонной лучевой терапии, разработанный в ИТЭФ для больницы им. С.П. Боткина в Москве [10,17].
В мире реализуется ряд проектов по созданию госпитальных центров терапии ускоренными ионами углерода. В ОИЯИ совместно с бельгийской фирмой ІВА разработан проект сверхпроводящего циклотрона С400 [20], сооружение которого начато в 2010 году в рамках проекта Archade для Центра углеродной терапии в г. Канн (Франция). Кроме того, в ОИЯИ для углеродной терапии разработан проект на основе сверхпроводящего синхротрона на энергию частиц 400 МэВ/н [21-22]. Проект госпитального центра углеродной терапии на основе синхротрона с электронным охлаждением разработан в ИЯФ им. Г.И. Будкера [18].
Диссертационная работа посвящена двум основным направлениям:
- разработке и испытаниям специализированного медицинского циклотрона, предназначенного для госпитальных центров протонной терапии;
- экспериментальному исследованию процессов взаимодействия молекул ДНК с дельта-электронами, возникающими, в треках протонов или ионов углерода в процессе облучения тканей.
В основе метода адронной терапии лежит модифицирующее воздействие пучков ионов, например, углерода или протонов на биологические структуры.

л-мм-мрад и Ар/р = 10'3. Аксептанс кольца равен 50 л-мм-мрад. Для измерения сечения взаимодействия при электрон-ионных столкновениях в качестве детектора используется микроканальная пластина, установленная за электростатическим дипольным дефлектором в накопительном кольце и предназначенная для регистрации нейтральных радикалов, образованных при разрывах межмолекулярных связей от электрон-ионных столкновений. Измерение потока нейтральных радикалов позволяет определить время жизни ионов и размер ионного пучка.
2.4. Электронная мишень
Для исследования взаимодействия биомолекулярных ионов с электронами в электростатическом накопителе КЕК в сотрудничестве с ОИЯИ была разработана специальная электронная мишень (Рис.14) [23, 41-43]. Максимальная энергия электронов мишени составляет 100 эВ, максимальный ток электронов равен 2 мА, длина области электрон-ионного взаимодействия равна 20 см.
Электронная мишень накопительного электростатического кольца КЕК имеет типичную структуру низковольтной системы электронного охлаждения с адиабатическим магнитным расширением электронного пучка. Электроны мишени формируются в электронной пушке с термокатодом диаметром 3,5 мм, расположенной в сильном магнитном поле с напряженностью до 1 кГс. Прикатодный электрод пушки обеспечивает формирование электронного пучка с изменяемым диаметром в диапазоне 2-3,5 мм. Электронный пучок, сформированный в пушке, затем адиабатически расширяется до диаметра 11 - 35 мм в слабом магнитном поле 10 - 100 Гс в области электрон-ионного взаимодействия. Поперечная температура электронов при магнитном расширении снижается с 0,1 эВ до 1 - 10 мэВ. Продольная температура электронов в собственной системе отсчета составляет 1 мэВ при энергии