基于14MeV回旋加速器同位素^(18)F生产的液体靶系统研制

因放射性核素^(18)F标记的氨基酸在脑肿瘤显像方面显示出独特的优势,本课题组通过14 MeV回旋加速器,以铌为靶体材料,利用^(18)O(p,n)^(18)F反应,生产^(18)F同位素,研制液体靶系统。为解决以氦气冷却的液体靶系统结构复杂的问题,本研究以直接水冷作为液体靶系统冷却方式,详细探究液体靶每个部件的结构设计及关键部件材料选择,并对其输运系统和控制系统进行稳定性测试。结果表明,在20μA的束流强度照射下,照射时间为2 h的产额为1.5 Ci。目前已经在北京大学进行实验研究,该系统具有良好的稳定性、重复性。

21 mA强流多峰场负氢离子源的设计与实验研究

负氢离子源是强流质子回旋加速器的核心设备之一,其性能指标很大程度上决定了加速器最终束流的流强与品质。本文介绍了一种运用于强流质子回旋加速器上的多峰场负氢离子源的设计与实验研究,针对强流质子回旋加速器的高流强需求,通过深入研究高密度等离子体的产生和约束、高效虚拟过滤场、强流负氢离子引出等关键问题,解决制约提高负氢束流强度的瓶颈,在中国原子能科学研究院原有15 mA多峰场负氢离子源的基础上,基本保留原有的多峰场设计,通过采用四圆环灯丝结构,优化虚拟过滤场和引出结构,并改善真空系统,将平均引出束流提高至21 mA,实现了我国加速器领域灯丝驱动直流负氢离子源20 mA流强的突破。

中国原子能科学研究院回旋加速器创新与发展60年

中国原子能科学研究院(CIAE)自1958年首台回旋加速器成功出束以来,已经历了60余年的回旋加速器创新与发展,并由此带动了我国核科学技术基础研究和应用技术的发展。本文在简要回顾回旋加速器前30年发展历程的基础上,重点阐述后30年围绕紧凑型回旋加速器的科技创新和应用,主要包括100MeV强流质子回旋加速器、医用小型回旋加速器、质子治疗超导回旋加速器及高功率等时性圆型加速器等多种先进的质子加速器研发。

小型医用回旋加速器工程化、标准化技术研究

目前,中国原子能科学研究院已研发出适用于PET的小型回旋加速器CYCIAE-14,为适应医院单独使用及即时药物配送中心的需求,本文对CYCIAE-14加速器开展了工程化、标准化研究:将离子源和注入线由安装于加速器上方改为下方,使加速器实现自屏蔽结构;主励磁线圈由原来几十路水电接头改为两路,提高可靠性;所有电源采用工程化设计,减小电源体积,实现紧凑、使用便捷、信号控制快速传输的功能;主真空统一采用冷泵,保证真空室的洁净度;所有线缆布置规范化、工程化;水路管道标准化、接头快捷、统一;生产靶采用大体积、高效率结构,实现国产化。并在上述工程化、标准化技术研究与实践的基础上,制定、颁布了国标GB/T34127—2017,为我国核医学“一县一科”的普及发展起助推作用。

100 MeV强流质子回旋加速器的调试

中国原子能科学研究院研制的100 MeV强流质子回旋加速器是国际上最大的紧凑型强流质子回旋加速器,取得了多项先进束流指标。截至2018年底,该加速器完成了分系统、整机调试,开展了多项物理实验,已稳定运行2 000 h以上。本文将重点介绍100 MeV强流质子回旋加速器的调试过程以及调试中所解决的关键技术问题和调试结果。

230MeV超导回旋加速器磁场调节棒驱动系统研制

在230 MeV超导回旋加速器中,磁场调节棒及其驱动系统是束流调试的重要辅助装置。为满足束流对中和束流引出所需的磁场,设计并研制了16套磁场调节棒及其驱动装置。机械执行机构采用美国Thomson公司的精密直线执行器,其重复定位精度为±0.01 mm,位置传感器采用德国Novotechnik公司的直线位移电子尺,其重复精度为0.002 mm。此外,运动控制采用PLC加直线位移传感器负反馈闭环的方案。在实际工况下,系统定位精度达到0.05 mm,重复精度达到±0.02 mm,优于设计要求。此外,对该系统进行了静电放电测试、电快速瞬变脉冲群测试和浪涌抗扰度测试,结果满足医用电气设备电磁兼容标准YY 0505-2012/IEC 60601-1-2:2004的要求。该驱动系统的研制,克服了在强电离辐射、高磁场强度、狭小安装空间的特殊环境中达到高定位精度和高重复精度的难点,对优化束流的径向进动、减小加速区域的相干振荡振幅、提高引出区的束流引出效率等具有重要意义。

小型回旋加速器全自动化磁场测量和精密垫补平台研制

针对核医学诊疗对PET医用放射性核素的需求,中国原子能科学研究院正在开展PET医用小型回旋加速器的产业化研究。磁场测量和垫补是回旋加速器生产中的必经环节,小型回旋加速器结构紧凑实现磁场测量仪的全自动化控制是一个难点,解决常规垫补方法加工成本高和周期长的问题是产业化生产的关键。本文详细介绍小型回旋加速器全自动化磁场测量和精密垫补平台的研制,通过多台小型回旋加速器的磁场测量和垫补实践,发展一套快速磁场测量和垫补流程,实现全自动化测量方法缩短磁场测量周期,采用精密垫补算法减少垫补次数。在保证磁场测量和垫补工作高效高质量完成的条件下,极大降低了时间和加工成本,为小型回旋加速器的产业化生产打下基础。目前,中国原子能科学研究院已经完成多台小型回旋加速器的商业化落地。

BNCT回旋加速器磁场测量全自动控制系统研制

由于BNCT回旋加速器的磁间隙极小,为满足磁场测量要求,本文设计、研制了一套用于BNCT回旋加速器磁场自动化测量的装置。测量过程由测量臂的径向运动和角向运动来实现,径向和角向的运动均采用步进电机实现,在上位软件上实现位置上的半闭环控制,最终,通过相应的控制算法,将实际径向精度稳定在±110μm以内、实际角向精度稳定在±20″以内。同时,为了缩短测磁时间,优化了运动控制算法,编写了相关控制程序和上位机操作软件,最终解决了回旋加速器测磁过程中定位精度低、耗费时间长等问题。经过多次测磁过程的验证,该系统能够进行磁场的自动测量,并且过程中也无需人工干预,工作稳定,满足测磁精度和时间的需求。

中高能回旋加速器及固体靶生产医用放射性核素技术研究

该文分析临床诊疗核素的国内外需求和发展趋势,介绍基于固体靶批量生产医用放射性核素所需的中高能回旋加速器和配套生产设施与工艺技术。重点介绍中高能回旋加速器、束流传输线、高功率辐照靶站、新型医用核素生产工艺等,阐述多年来我国部分医疗机构、科研院所所开展的研究与开发工作,并展望"十四五"期间我国医用核素有望得到发展的一些新方向。

The design and construction of a pulsed beam generation system based on high intensity cyclotron

In order to perform the studies on a pulsed beam generation system based on a high intensity cyclotron, a test beam line with a pulsed beam generation for a 10 MeV compact cyclotron (CYCIAE-10) has been designed and constructed at China Institute of Atomic Energy (CIAE). A 70 MHz continuous H- beam can be pulsed to the pulse length of less than 10 ns with a repetition rate of 4.4 MHz. The sine waveform with a frequency of 2.2 MHz is adopted for the chopper and a mesh structure with single drift and dual gaps is used for the 70 MHz buncher. A helical resonator is designed and constructed based on simulations and experiments on the RF matching for the chopper. A helical inductance loop that is exceptionally large of its kind and equipped with water cooling for the resonator has been successfully wound and a 500 W solid RF amplifier has been manufactured. A special measuring device has been designed, which can be used to measure both the DC beam and the pulsed beam. The required pulsed beam was obtained after pulsed beam tuning.