兰州重离子治癌研究装置的准直测量技术

介绍了中国科学院近代物理研究所重离子治癌装置的安装定位测量技术和方法。利用激光跟踪仪通过控制网的建立,和多重坐标系的转换,使最后的磁铁安装径向相对误差不超过±(0.05-0.1)mm,真空管道的横向及竖向精度也达到了±(0.1-0.2)mm。

中国科学院近代物理研究所重离子束治癌进展

介绍了中国科学院近代物理研究所在重离子束治癌研究和治疗装置研制方面的最新进展,以及中国科学院近代物理研究所重离子束治癌的发展规划。

HIRFL的辐照治癌终端

为了进行重离子束流的肿瘤治疗和生物效应的研究,HIRFL正在建造一个辐照治癌终端.主要介绍了该终端的束流制备方法和束流线的布局、性能参数和束流光学设计计算结果.

重离子浅层治癌中的束流监测装置

中国科学院近代物理研究所利用兰州重离子加速器提供的80～100MeV／μ的^12C束流进行了浅表层恶性肿瘤治疗的临床试验。本文描述了重离子治癌中的束流监测装置，采用塑料闪烁探测器监测束流强度的稳定性并控制照射剂量，平行板雪崩计数器（PPAC）测量束流剖面的均匀性。浅层治癌的临床试验表明该束流监测装置能很好地实现对束流性能状态的监测。

束流均匀性测量前端读出电子学电路的设计

针对重离子治癌中的束流监测需要,用T型反馈电阻网络组成的电流-电压转换(IVC)电路将大面积二维位置灵敏平行板雪崩探测器(PPAC)输出的多路10 pA～100 nA的微弱电流转换成-2 V～-20 mV的电压信号,配合数据获取处理系统实现了近代物理研究所重离子治癌中的束流均匀性测量。实验表明该电路具有速度快、精度高等优点,该电路也可用于法拉第筒及多丝正比室的束流读出。

重离子束用于肿瘤放射治疗的基础理论

通过与低传能线密度辐射治疗对比分析建立了重离子束肿瘤放射治疗的基础理论，提出了一些提高重离子束放射治疗疗效和减少对正常组织损伤的技术措施，旨在为已开展的重离子治癌临床研究提供理论依据．

新一代重离子束治癌的最佳束流选择

重离子束在肿瘤治疗方面具有独特的物理学特性和生物学优势,临床上采用碳离子束和氖离子束治疗,都取得了很好的疗效。本文通过文献调研和理论计算,从物理学和生物学角度比较了碳、氮、氧、氟、氖等五种离子束的特点。将所有离子的Bragg峰定位在水中30 cm处时,氧离子束比碳离子束的核碎片产额更少、侧散射更小;在生物学特性方面,氧离子束也可能与其它离子束存在差异,氧增比可能更小,对肿瘤干细胞的杀伤力更强,有可能作为新一代肿瘤放疗用束流。

兰州重离子加速器分时供束的Chopper模式解析

介绍了兰州重离子加速器分时供束系统中Chopper模式解析子系统的体系结构及硬件组成,分析了软件需求,并采用多线程技术设计了Chopper模式解析程序。首先使用NI-DAQmx函数实时读取PXI6133数据采集卡上采集的Chopper模式脉冲,然后对其作进一步分析,最后使用TCP/IP协议将相应的工作模式控制指令发送给控制器。设计的程序达到了系统要求,实现了Chopper模式自动转换的功能,并通过了现场测试。

重离子束治癌

由于重离子Bragg峰的物理特性 ,使重离子束治疗肿瘤成为当今最先进的技术。因此 ,在许多国家这一技术得到发展 ,而且取得了很好的社会效益和经济效益。介绍了重离子治疗技术的现状。

健康教育护理理念在重离子束治疗皮肤恶性肿瘤患者护理中的应用效果

目的研究健康教育护理理念在重离子束治疗皮肤恶性肿瘤患者护理中的应用效果。方法随机选取2015年5月至2017年5月我院收治的皮肤恶性肿瘤患者80例,依据护理理念将这些患者分为传统宣教组(n=40)和健康教育组(n=40),分别接受传统宣教和健康教育护理理念。统计分析两组患者的照射前充分准备、及时处理副反应、掌握恢复期知识、各阶段依从性及总体满意度。结果健康教育组患者的照射前充分准备、及时处理副反应、掌握恢复期知识比例均显著高于传统宣教组,各阶段依从性显著高于传统宣教组,总体满意度显著高于传统宣教组(P<0.05)。结论健康教育护理理念在重离子束治疗皮肤恶性肿瘤患者护理中的应用效果较传统宣教好,值得推广应用。

重离子与X射线辐照对人舌鳞状细胞癌Tca8113细胞株CXCR4表达的影响

目的:以CXCR4mRNA的表达量为指标探讨不同辐射方式对Tca8113细胞株细胞侵袭能力的影响。方法:采用不同剂量的重离子束与X-ray对细胞进行辐射,采用荧光实时定量PCR法观察细胞中CXCR4mRNA表达量的变化。结果:与空白对照组比较,在相同辐射剂量下,X线辐照组细胞中CXCR4的表达量在8h时较低,于12h达到高峰,该峰值在1Gy、4Gy组较为显著(P<0.05),在2Gy组则差异不明显;而重离子辐照组细胞中CXCR4的mRNA表达水平在辐照后12h内均明显降低(P<0.05)。两者在24h的表达基本恢复至空白对照组水平。在相同时间点时,重离子组CXCR4的表达量与X线组比较则有显著降低(P<0.01)。结论:与常规X线相比,重离子对体外培养的人舌鳞癌细胞中CXCR4的表达的抑制能力更强,提示重离子抑制舌鳞癌细胞侵袭的能力优于常规X射线。

重离子束治癌装置及技术发展

首先简要回顾了重离子束治癌在我国的兴起与发展的情况。随后着重介绍了重离子束治癌装置及部分关键技术:总体布局方案、束流引出模式、束流配送系统、束流旋转机架、辐照门控系统、PET成像等。

Nuclear physics with RI Beam Factory

Research activities of nuclear physics at Radioactive Isotope Beam Factory over 10 years are reviewed and future directions are also discussed. Conceptual ideas in designing the facility as well as experimental devices are introduced. Special emphasis is given to highlighted results obtained at RIBF.

磁铁电源故障引起的束流损失模拟程序BTracker开发

强流重离子加速器HIAF的增强器BRing具有高流强、高能量的特点,其关键设备如磁铁、高频系统的故障将会造成严重的束流损失和对加速器的损伤。为了研究关键设备故障下的束流损失分布和beam dump过程中的束流动力学,为HIAF机器保护系统建设提供参考,开发了一套通用的逐元件的束流动力学模拟软件BTracker。利用该软件模拟了二极磁铁和四极磁铁电源故障下的束流损失分布并与MAD-X软件作了相互校验,结果符合较好。除此之外,BTracker还具有用户友好、接口灵活以及计算性能优秀的特点,满足HIAF-BRing机器保护研究的需求。

当归红芪超滤膜提取物对12C6＋重离子束辐射致H22荷瘤小鼠免疫功能损伤的影响

目的观察当归红芪超滤膜提取物抗^(12)C^(6+)重离子束辐射致H22荷瘤小鼠免疫功能损伤的作用。方法 H22细胞皮下注射法构建H22荷瘤小鼠模型,以检测血液白细胞数目为评价标准确定^(12)C^(6+)重离子束辐射致H22荷瘤小鼠免疫损伤最佳辐射剂量及当归红芪超滤膜提取物药物干预最佳剂量。实验分正常对照组、肿瘤模型组、单纯药物组(给予当归红芪超滤膜提取物6.72 g/kg)、单纯放射组(照射剂量为4Gy)、药物(给予当归红芪超滤膜提取物6.72 g/kg)+放射(照射剂量为4Gy)组。测定各组脾脏指数、胸腺指数;流式细胞仪技术分析各组小鼠血液T淋巴细胞亚群变化;ELISA法检测各组小鼠血清补体C3、干扰素-γ(IFN-γ)、白细胞介素-4(IL-4)含量;光镜下观察脾脏病理形态学改变。结果与肿瘤模型组比较,单纯放射组血液白细胞数目、脾脏指数、胸腺指数、血液CD3+、CD4+、CD8+T淋巴细胞数量、血清补体C3、IFN-γ、IL-4含量明显下降(P<0.05),CD4+/CD8+比值、IFN-γ/IL-4比值明显下降(P<0.05)。病理形态学显示:肿瘤模型组小鼠脾脏形态结构如常,多数脾窦扩张淤血,脾小体清晰,可见动脉周围淋巴鞘,巨核细胞多见,与正常对照组小鼠脾脏形态无明显差异;单纯放射组脾脏脾小体及红髓脾索萎缩,淋巴细胞明显减少,巨核细胞数量减少,纤维组织增生。与单纯放射组比较,药物+放射组血液白细胞数目、脾脏指数、胸腺指数、血液CD3+、CD4+、CD8+T淋巴细胞数量、血清补体C3、IFN-γ含量明显上升(P<0.05),CD4+/CD8+比值、IFN-γ/IL-4比值有明显上升(P<0.05),病理形态学损伤改变明显减轻。结论当归红芪超滤膜提取物有减轻^(12)C^(6+)重离子束辐射引起H22的荷瘤小鼠免疫功能损伤的作用。

与HIAF装置相关的放射性核束物理研究

本文详述了放射性核束(Radioactive Ion Beam, RIB)物理所针对的科学问题、历史发展和未来机遇.自然界存在的稳定核素只有大约300个,在实验室或天体极高温环境中产生的不稳定核素可以达到上万个.这些放射性核素的产生和研究是对广阔未知核素版图的开拓,需要逐步发展新的装置手段和理论模型. RIB物理发展初期,已经获得一系列对原子核新的认知,如晕和集团等奇特结构、新幻数和壳演化、软巨共振等新的集体运动模式等.不稳定核的研究又与核天体过程以及攀登"超重元素稳定岛"密切相关,涉及当今国际聚焦的重大前沿交叉科学问题.不稳定核区的测量,也能够提供核燃料和核废料生成及演变中大量的核数据,具有重要的应用和战略价值.强流重离子加速器装置(High Intensity heavy-ion Accelerator Facility,HIAF)具有强流的优势,结合产生放射性束的先进技术与高水平的物理实验探测设备,有可能在一些重要的方面走到国际引领位置,同时显著提升我国核物理研究的整体水平.

基于HIAF装置的高能量密度物理研究

高能量密度物理的研究对象是能量密度超过1011J/m3或压强超过100 GPa极端状态的物质,这种物质广泛存在于恒星和大质量行星内部,同时也短暂存在于核弹爆炸和惯性约束聚变等高功率加载过程中.高能量密度物理研究是科技强国在国防安全、天体物理及聚变科学技术等重大领域竞相追逐的前沿热点,也是国内外大型高功率激光装置、Z箍缩装置以及重离子加速装置的重要科学目标.本文将主要介绍基于强流重离子加速器装置(High Intensity heavy-ion Accelerator Facility,HIAF)的高能量密度物理研究.HIAF装置将可以提供极高功率的强流重离子束,单脉冲能量和功率将分别达到100 kJ和TW量级.如此高功率的离子束直接加热金、铅等固体材料,可以产生密度接近原固体密度、温度约10 eV、空间尺度mm–cm量级的状态均匀的高能量密度物质(能量密度达到1013J/m^(3)量级),为实验室研究高能量密度物质的产生、物态性质及其演化规律提供先进的研究平台.基于HIAF的高能量密度物理研究主要包括:(1)强流离子束驱动高能量密度物质的产生及其发展规律;(2)离子束在稠密物质或等离子体中的能量沉积与输运性质;(3)离子束驱动高能量密度物质关键诊断技术.本文还将重点介绍上述三个关键科学技术问题的研究现状和进展.

HIRFL新的束流分配系统

随着CSR的建成和兰州重粒子加速系统(HIRFL)实现质子加速,HIRFL现有的束流传输系统已不能满足越来越多的物理实验对供束时间的要求,为此,对原有的HIRFL的束流输运系统进行了分时供束改造,新的束流分配系统可以在给CSR供束和不供束两种情况下,同时使用SFC和SSC的束流在多个实验终端进行物理实验,介绍了新设计的HIRFL束流分配系统的布局和束流光学计算结果。

重离子束治癌中深度剂量分布优化

针对兰州重离子研究装置所加速的120MeV/u ^(12)C离子束,利用模拟退火优化算法进行了Bragg峰展宽的剂量优化。取相同的展宽区域(30mm),4种不同的步长(2,1,0.5,0.25mm)进行Bragg峰展宽模拟。对所得到的剂量平均值,均方差,入射口剂量,峰坪比等优化结果的参数做了比较。讨论了重离子束治癌临床上最优的Bragg峰展宽模型的选取。