放疗加速器束流剂量实时成像系统

介绍了一种放疗加速器束流剂量实时成像系统，采用数字化脉冲X射线成像技术获取放疗加速器的束流强度分布图像，并利用数字图像处理技术生成实时3D剂量图。利用该系统可以实时、直观地获得加速器束流强度的相对分布曲面，给出任意剖面的束流强度分布曲线和FWHM、半影、峰值、对称度、均整度等参数。利用本系统的实时性，在国内首次实现了放疗加速器动态楔形剂量分布和束流过渡过程的测量。给出了系统配置和实测的放疗加速器束流强度分布图像。     

基于容性感应探针测量方法的研究

介绍了利用兰州重离子加速器束流输运线上的圆柱型容性感应探针进行无阻挡束流强度测量方法的研究。该方法在测量束流相宽和中心相位的同时通过对感应束流信号的计算．进行束流强度监测,以满足HIRFL束流诊断系统在线测量及调束的要求;说明了测量束流感应信号并从中提取束团相宽,束流相位及束流强度等信息的原理;介绍了测量系统装置及虚拟仪器技术在本系统中的应用,并给出了测量结果和测量精度的分析。     

用于自由电子激光装置的丝扫描束流横向截面测量系统原型机

基于丝扫描系统的束流横向截面测量为半阻拦式的测量方法,相比于截面靶测量对束流影响较小。上海高重复频率硬X射线自由电子激光装置(SHINE)束团截面在线测量系统计划采用丝扫描技术实现,为此设计研制了由丝靶探头、机械运动机构、束损探测器、电子学系统构成的丝扫描束流横向截面测量系统原型机。本文介绍了该原型机的工作原理、具体设计及在丝扫描探头上游安装腔式束流位置测量(CBPM)系统进行束流中心位置和束团电荷量精确补偿的优化方案。为精确评估该样机系统性能,在上海软X射线自由电子激光(SXFEL)中相邻位置布局了丝扫描探头和YAG靶截面探头,通过同时测量并对比同样束流截面的方法,对丝扫描系统原型机性能进行了束流实验评估。束流实验结果表明,在束团电荷量500 pC、电子能量0.84 GeV的条件下,丝扫描技术可用于电子束团的在线半阻拦式截面测量,测量不确定度好于30μm,测量结果与SXFEL装置标配的YAG靶截面靶测量系统结果一致。     

强γ射线辐射场束流特性诊断

针对校准实验室内强γ射线辐射场束流应用及特性诊断需要,本文建立了辐射场束流特性模拟方法,设计了大面积快响应闪烁体与高速CCD相机组成的束流诊断系统。通过理论模拟及实验测量,在亚毫米位置分辨指标下,实现了对该辐射场内不同距离的束流均匀性、发散角、束流中轴线及快门渡越时间测量。     

BEPCⅡ直线加速器束流位置探测器零点误差的测量

本工作测量了BEPCⅡ直线加速器条形束流位置探测器(BPM)的电中心与四极铁中心的偏差。简述了BEPCⅡ直线加速器的轨道校正系统及其在束流轨道校正在线反馈控制中的作用,说明了BPM零点误差的意义,叙述了利用在线束流进行BPM零点误差测量的原理和方法,并给出测量结果,说明这种测量方法是行之有效的。     

BRIF—ISOL系统束流剖面仪（BPM）实验研究

在串列升级工程中，放射性核束束流强度很弱，一般强度为10^4-10^10s^-1，束流参数和束流品质无法用常规的电子学方法测量，需要特别的方法测量。为了解决这个问题进行顺利的调束工作，设计了一种利用闪烁晶体受激发射荧光获取束流信息的剖面仪（BPM），其工作原理示于图1。     

BEPCⅡ直线加速器束流能量反馈系统设计

为满足BEPCⅡ储存环对注入束流的要求,BEPCⅡ直线加速器末增设了束流能量反馈系统。该系统由束流能量在线测量单元,图形界面应用软件和相控执行单元构成。束流能量测量单元使用3个BPM对束流能量进行在线非阻拦式测量,测量结果实行人机交互与控制逻辑输出,相控执行单元使用消除回程差的控制方法。该系统束流中心能量调节频率为2 Hz,注入速率波动小于10m A/min,束流中心能量稳定度不大于±0.1%。     

用三梯度法测量束流发射度的研究

准确测量发射度对加速器束流的调制和性能的评估极端重要，本文介绍在HIRFL(兰州重离子加速器)现有设备基础上，利用三梯度法测量束流发射度的系统，讨论了测量原理和方法，以及测量中要注意的问题．并对数据的计算处理做了详述。专门设计了一套软件系统，以实现束流发射度、束流剖面等束流参数的实时测量。该系统具有可靠性好、测量直观、测量较准确等优点。     

基于束流变压器的辐照加速器束流流强测量系统

加速器产生的电子束广泛应用于食品加工以及医疗卫生行业,为满足辐照加工中对剂量控制的要求,需要对加速器输出流强进行实时测量。基于10 MeV加速器脉冲束流流强的大小,提出一种束流变压器的测量方案,并根据束流变压器的输出特性设计了一套测量电路,包含阻抗匹配、放大电路、采样保持电路、压频转换电路及可编程逻辑控制器(PLC)处理电路等模块。在实验室搭建简易模拟束流电路对束流变压器进行定标,定标结果与模拟束流的拟合曲线线性度好,实际增益与理论分析基本符合。系统在10 MeV/20 kW加速器上进行了实验验证,测量输出结果稳定,可靠性高,可为辐照加工的工艺研究提供参考。     

100 MeV回旋加速器能量测量设备的安装调试

正为了测量100 MeV回旋加速器实际输出质子束流的能量,回旋加速器研究设计中心采用了Physikalisch-Technische Werkst tten(PTW)公司生产的水体模剂量测量系统(以下简称水箱)测量质子束流在水中的深度剂量曲线,确定布拉格峰位置。测量采用的是100 MeV回旋加速器南向单粒子效应束流线和单粒子效应实验台架。该束流线是一条水平方向固定的束流线,因此输出的质子束流为水平方向固定束。水箱的侧面有一个入射窗,入射窗处安装1个参考探测器。束流线与     

束流漂移对硅条探测器阵列测量的影响

为研究束流漂移对结构紧凑、覆盖立体角较大的硅条探测器阵列测量的影响,利用蒙特卡罗方法,模拟了不同方向、不同大小的束流漂移对熔合蒸发残余核α衰变和卢瑟福散射角分布的影响,表明束流漂移距离小于3.0 mm时,探测器阵列的对称性能将计数误差控制在10%以下。开展了25 MeV和40 MeV ⁶Li+²⁰⁹Bi体系的实验测量,利用监视器数据研究了束流漂移的情况,结果表明,所有轮次的束流漂移均未超过3.0 mm。对束流漂移进行修正后,用3种不同的立体角刻度方法得到了弹性散射角分布,感兴趣的40 MeV数据与文献数据基本一致。     

Study of intensity suppression in a gantry beamline for SC200 proton therapy system

ABSTRACT

For proton therapy, a beam intensity of 0.4 nA to 4 nA is typically used with a beam transmission factor of 10. However, because of energy degrading, emittance matching, and energy spread selecting, the ratio of beamline transmission (I_Max/I_Min) for our SC200 proton therapy facility (200 MeV/500 nA) should be far more than 10. Therefore, a novel intensity suppression scheme, based on the installation of two new collimators placed symmetrically with respect to the gantry coupling point, is proposed and verified. First, the feasibility of delivering a beam with variable size at the gantry isocenter is demonstrated. The beam delivery method uses waist-to-waist imaging optics, a symmetric beam method, and the principle of beam line inversion. The relationship between energy and isocenter beam size (in air) is then verified using an empirical formula and a Monte Carlo method. The intensity suppression and subsequent optimization of the gantry beam optics were accomplished through simulations. The results indicate that increases in the entrance beam radius at a specific collimator results in significant changes in the beam optics and intensity behind the collimator. This passive scheme, which produces intentional losses at the gantry coupling point, is demonstrated to be viable.     

基于束流环形高斯模型对上海硬X射线自由电子激光装置的束流刮束器进行活化分析

在建的上海硬X射线自由电子激光装置(Shanghai HIgh repetition rate XFEL aNd Extreme light facility,SHINE)的加速器隧道内,采用束流刮束器刮掉束晕外围张角比较大的电子,刮束器的束流损失率为0.1‰。本文采用蒙特卡洛程序FLUKA,用SOURCE程序实现电子束在3σ_beam外的高斯分布,以尽量真实模拟电子在束流刮束器处的丢失情况,解决了低功率刮束情况下蒙特卡洛模拟无统计性结果的难题。利用束流环形高斯模型对刮束器的活化进行了分析,结果表明环形高斯模型可以更真实地再现电子在束流刮束器的丢失情况;5年运行后距刮束器30 cm处的剩余剂量率达到了数百μSv/h至数mSv/h,和国外类似装置计算结果相当;通过对放射性核素的种类分析,结果证明刮束器(钨)的放射性废物处置难度不大。     

闪光照相X源光斑编码孔成像诊断可行性研究

X源光斑形状和强度分布是高能闪光照相图像反演时必需的定解条件,需高精度的测量,但目前缺少成熟的方法应用于成像时诊断对应的X源光斑。本文通过蒙特卡罗程序直接模拟及图像重建,验证了对有能量和角度分布、有散射等干扰的实际X源,由其编码图像可重建出源的强度空间分布信息,且具有较高精度。采用编码孔成像方法,在闪光照相实验的同时伴随X源光斑的特征检测是可行的,可提高闪光照相图像反演精度。     

Thermal analysis and tests of W/Cu brazing for primary collimator scraper in CSNS/RCS

To the transverse beam collimation system in a rapid cycling synchrotron,an important component is the primary collimator,which improves emittance of the beam halo particles such that the particles outside the predefined trajectory can be absorbed by the secondary collimators.Given the material properties and power deposition distribution,the beam scraper of the primary collimator is a0.17 mm tungsten foil on a double face-wedged copper block of 121.5 mm x 20 mm.The heat is transferred to the outside by a φ34 mm copper rod.In this paper,for minimizing brazing thermal stress,we report our theoretical analysis and tests on brazing the tungsten and copper materials which differ greatly in size.We show that the thermal stress effect can be controlled effectively by creating stress relief grooves on the copper block and inserting a tungsten transition layer into the copper block.This innovation contributes to the successful RD of the primary collimator.And this study may be of help for working out a brazing plan of similar structures.     

D-T中子源束斑尺寸测量技术及应用

D-T中子发生器作为高能中子源,已用于特种核材料的有源探测技术中,利用时间符合法可实现被测物体的多模式成像,而中子源束斑尺寸是影响成像位置分辨的一个重要的因素。因此,结合D-T反应的特点和实际应用环境,开发了n-α关联符合测量确定中子源束斑尺寸的方法。利用该方法对小型移动中子发生器的束斑尺寸进行了测量,获得的束斑尺寸为（2.8±0.9） mm,与用CCD相机直接观测得到的约3 mm的测量结果一致,证明了该方法测量束斑尺寸的可行性。该方法也可用于辅助D-T中子源调束和关联粒子成像实验过程中的束斑监测。     

Beam Spot Size Measurement Technology and Application for D-T Neutron Source

As a high-energy neutron source, the D-T neutron generator has been used in the active detection technology of special nuclear materials. The time coincidence method can be used to achieve multi-mode imaging of the measured object, and the beam spot size of the neutron source is a very important factor that affects the imaging position resolution. Therefore, combined with the characteristics of D-T reaction and practical application environment, a method for n-α correlation coincidence measurement to determine the beam spot size of neutron source was developed. This method was used to measure the beam spot size of a small mobile neutron generator. The beam spot size obtained is （2.8±0.9） mm, which is consistent with the measurement result of about 3 mm obtained by direct observation with CCD camera, which proves that this method is feasible. This method can also be used to assist D-T neutron source beam tuning and beam spot size monitoring in associated particle imaging experiments.     

Influence of the beam current density distribution on the spatial resolution of a nuclear microprobe

The paper discusses the effect of nonuniform distribution of the ion beam phase density on the nuclear microprobe resolution. The deconvolution of the beam brightness distribution parameters was performed on the base of the beam current distribution measurements in the object collimator plane. This information gives a possibility to define the ion distribution in the phase set for a beam to be transformed by the probe-forming system into the target plane. A criterion for selecting the optimum collimator dimensions was the highest beam current for the fixed beam spot size (FWHM). This approach, with allowance for the initial distribution, makes it possible to obtain a higher beam current intensity at the center of the spot.     

断层屏蔽SPECT成像法探讨

本文以空间积分原理为基础,以逐渐逼近法为图像重建的核心,探讨了可实现断层屏蔽的SPECT成像的途径.与传统的SPECT成像方法比较,它具有高的灵敏度和数据获取速度快的特点.由于无须用机械装置将γ照相机旋转,消除了运动带来的误差,提高了成像的质量.本文用线性方程组的松弛解法对无散射和无噪音的二维空间的模拟数据进行了验算,证明逐渐逼近法能逐渐逼近到放射性分布区域,并能基本给出分布形式.     

一维Fokker-Planck方程的有限体积法求解及其在中性束注入加热中的应用

采用有限体积法数值求解一维Fokker-Planck方程,通过模拟电子自碰撞过程进行程序校验。研究表明,有限体积法能高效求解Fokker-Planck方程,能确保分布函数的非负性和粒子数密度守恒,同时计算程序能有效克服传统求解方法中出现的分布函数对麦克斯韦分布的过冲现象。模拟了HL-2A装置在中性束注入加热等离子体过程中,离子分布函数和温度随时间的演化情况。结果表明,随着中性束的注入,离子分布函数出现非麦克斯韦化,离子温度迅速增加后稳定;计算结果和实验结果符合较好。进一步讨论束能量和功率的影响,随束能量和功率的增加,等离子体离子温度均升高,离子温度随束能量的增加升高的幅值较大,而随束功率的增加升高的幅值较小。