Ускоритель для адронной терапии онкологических заболеваний Выпускник кафедры ЭФУ Аспирант 3 курса УНЦ ОИЯИ Гурский С.В. Научный руководитель к.ф-м.н. Карамышева Г.А.

Процесс облучения

Пик Брэгга для углерода Рис. 2 Передача энергии (LET) ионизирующими излучениями био- логическим тканям как функция глубины проникновения (depth). Пик Брега для протонов и ионов 12С и 22Ne. Красной широкой полосой отмечена область больших значений «относительной биологической эффективности» - RBE~3 для ядер углерода 12 в пике Брегга.

Динамика развития Рис 3. Динамика роста числа центров протонной (черные точки) и углеродной (светлые точки) терапии в мире.

Ускоряемые частицы: Q/M=1/2 400 MeV/n Ускоряемые частицы: Q/M=1/2 400 MeV/n H 2 +, 4 He 2+, ( 6 Li 3+ ), ( 10 B 5+ ), 12 C 6+ Сверхпроводящие катушки Сверхпроводящие катушки Внешняя аксиальная инжекция (спиральный инфлектор) Внешняя аксиальная инжекция (спиральный инфлектор) Вывод H 2 + ионов – обдиркой, остальных ионов – электростатический дефлектор Вывод H 2 + ионов – обдиркой, остальных ионов – электростатический дефлектор Четырехсекторная спиральная структура Четырехсекторная спиральная структура ВЧ резонаторы расположены в долинах ВЧ резонаторы расположены в долинах Радиус полюса = 187 cm Радиус полюса = 187 cm Внешний диаметр = 606 cm Высота = 276 cm Внешний диаметр = 606 cm Высота = 276 cm Глубина долины = 60 cm Глубина долины = 60 cm Поле в холме=4.5 Tesla, в долине= 2.45 Tesla Поле в холме=4.5 Tesla, в долине= 2.45 Tesla Вес около 700 тонн Вес около 700 тонн Основные параметры С400

Рабочая частота = 75 MHz (кратность=4) Рабочая частота = 75 MHz (кратность=4) Два резонатора в долинах Два резонатора в долинах Два 45° дуанта, H = 4 максимальная эффективность ускорения Два 45° дуанта, H = 4 максимальная эффективность ускорения Ускоряющее напряжение меняется от 80 kV в центре до 170 kV в зоне вывода, средний темп ускорения 600 kV/turn Ускоряющее напряжение меняется от 80 kV в центре до 170 kV в зоне вывода, средний темп ускорения 600 kV/turn Каждый дуант поддерживается четырьмя стойками в полуволновом резонаторе. Каждый дуант поддерживается четырьмя стойками в полуволновом резонаторе. Вертикальный размер резонатора-116 cm, радиальный- 190 cm Вертикальный размер резонатора-116 cm, радиальный- 190 cm Параметры ВЧ системы

Внешний вид ускорителя

Резонатор (фиолетовые линии) и дуант (синие линии) спиралевидной формы. Зеленые линии – границы секторов. Форма резонатора повторяет форму Секторов - спираль

Азимутальная протяженность резонатора (между серединами ускоряющих зазоров)

Компьютерная модель резонатора Глубина долины позволяет установить резонатор высотой в 116 см.

Моделирование в CST MICROWAVE STUDIO Распределение электрического поля

Рост напряжения Распределение напряжения вдоль ускоряющего зазора: внутренний зазор показан красной линией, внешний- синей, усредненное значение напряжения-зеленой

Изменена толщина дуантов с 2 до 1 см. Частота возросла до MHz. Распределение напряжения вдоль ускоряющего зазора для 2-ух значений толщин дуантов

Система подстройки частоты ANSYS model view

Подбор собственной частоты резонатора Варьирование диаметра четвертой опоры Diameter, cm Frequency, MHz Разность в отличии частоты от изменения диаметра составляет 115 kHz/mm

Разность распределения напряжения для различных диаметров 4 опоры (максимальное различие в частоте равно 920kHz)

Заключение В Microwave Studio разработана компьютерная модель резонатора. В процессе моделирования резонансная частота разных расчетных вариантов модели находилась в диапазоне MHz. Достигнуто необходимое значение роста напряжения вдоль ускоряющего зазора. Среднее значение напряжения возрастает с 80kV до 170 kV. Поведение распределения преимущественно зависит от расположения опор. Было продемонстрировано, что значение частоты можно изменять путем масштабирования поперечных размеров опор. При этом не произойдет существенного изменения в распределении напряжения вдоль ускоряющего зазора. Тюнеры с диаметром 18 см на R=120 см обеспечивают дополнительную подстройку частоты на kHz. Изменение собственной частоты резонатор на 1MHz не влечет за собой изменение напряжения в центре.

Благодарю за внимание