基于CYCIAE-230超导回旋加速器的质子治疗能量选择系统的束流光学设计

• Published in: 核技术 Vol. 48; no. 2; pp. 72 - 82
• Main Authors: 赵博涵, 郭乾坤, 张天爵, 王川, 殷治国, 宋琦琪, 何澳来, 刘展, 王羲, 胡明智, 刘景源, 汪洋, 朱晓锋, 熊锐, 蒋天仡
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 中国原子能科学研究院 北京 102413 01.02.2025
• Subjects: Energy selection system; 束流输运线; Beam line; Beam optics; 质子治疗; FLUKA; Proton therapy; 能量选择系统; 束流光学
• ISSN: 0253-3219
• DOI: 10.11889/j.0253-3219.2025.hjs.48.230439

TL501.5; 能量选择系统是基于回旋加速器的质子治疗装置的关键部分,除了用于调节回旋加速器产生的固定能量质子束的能量以匹配肿瘤深度外,另一主要作用是控制束流发射度等束流参数达到治疗要求.现有控制发射度的方案基于切换不同孔径准直器组合,可调的发射度受限于孔径的组合数量,并且需要在能量选择系统的上游或下游配有抑制流强的小孔径准直器,限制了高能束流流强提高的可能性.本文根据中国原子能科学研究院在研的一套基于超导回旋加速器CYCIAE-230的质子治疗装置,提出并验证了一种可以灵活控制束流发射度和传输效率的能量选择系统设计方案.首先介绍了该能量选择系统的主要光学设计特点.然后运用蒙特卡罗方法计算并讨论了质子经过降能器与一组准直器的束流发射度、能量和能量分散的情况.最后结合计算结果并利用束流光学软件TRANSPORT和TURTLE完成了能量选择系统的线性束流光学设计.设计重点是基于消色散段前放置一组宽度可调的狭缝,并结合相应位置束流光学条件,以控制束流发散角,并通过计算验证了可行性.结果显示,该能量选择系统满足质子治疗需求,合理利用可调狭缝可以灵活调节束流的发射度,从而实现能量选择段束流传输效率可调.这种简单且能灵活调整束流状态的光学设计既可用于质子治疗的流强调控,也可以满足其他科研应用需求,具有广泛的应用前景.