一种具有射程鉴别能力的气体探测器研制

在紧凑型加速器质谱系统(AMS)探测低能量离子时,具有相同磁刚度和电刚度的干扰离子会与被测核素一同进入探测器,对探测造成干扰。为解决这个问题,研制一种用于低能量小型AMS的可实现射程检测能力的气体探测器。通过被测核素与干扰离子射程不同,将干扰离子全部吸收在吸收室内,而被测核素可穿过吸收室并进入一个具有正比放大功能的放大室,从而实现被测核素的测定。为了验证气体探测器的性能,使用能量为5.8 MeV的α粒子进行一系列的调试实验。模拟和实验结果表明,吸收室可以有效地吸收不同能量的干扰离子,放大室一路信号的能量分辨率约30%。同时放大室的约化场强在5 V·mm^(−1)·hPa^(−1)时能够将信号放大约7倍,吸收室和放大室两路信号符合后的能量分辨率提高约20%,可为低能量小型AMS开展26Al、129I等核素的测量提供参考。

离子推力器溅射沉积物防剥离放电室的设计及激光选区熔化增材制造研究

为了抑制离子推力器寿命末期由溅射沉积导致的放电室膜层剥落物脱落,首先采用理论研究和试验的方法开展了剥落物抑制放电室的设计,基于零件结构和增材制造特点开展了零件工艺性分析并提出解决方案,实现了放电室增材制造,开展了离子推力器放电室溅射物防脱落性能测试。结果表明:放电室内表面设计纹理化结构排布形式为正六边形,凸起部分外接圆直径0.5 mm,间距0.25 mm,高度0.5 mm时可降低溅射沉积物脱落概率及碎屑尺寸,通过分层旋转扫描,选择激光功率425 W,扫描速度1200 mm/s工艺参数可实现大尺寸薄壁、具有复杂微小特征钛合金回转体制造,通过结构拓扑,镂空点阵结构、工艺参数和空间摆放位置优化,成型零件壁厚一致性偏差小于0.10 mm。放电室优化前后推力器性能稳定,各工作点关键参数相对误差小于4%。本文的研究为离子推力器放电室溅射沉积物脱落抑制方法和复杂结构的激光选区熔化增材制造成型提供了工程应用方案。

基于热平衡的废旧锂离子电池回收系统二燃室简化用气量预测

基于锂离子电池回收过程中的质热平衡计算,依靠Matlab平台,针对物理破碎预处理过程(破碎-热处理-二燃-急冷),根据电池种类、单位时间投料量,以及二燃室相关结构参数计算过程中所需天然气与助燃空气量,为生产过程中工艺参数调节提供理论支持;或根据所提供预计回收量推演二燃室尺寸,为回收过程精准化控制提供基础。

用于钙离子全光囚禁的离子囚禁装置研究

随着离子光钟技术的飞速发展,由离子光钟中用来囚禁离子的射频场带来的微运动效应对其性能的影响也越来越不可忽略。为彻底消除这一效应,提出了全光囚禁离子光钟的实验方案。针对这一实验方案,设计并搭建了用于钙离子全光囚禁的离子囚禁装置。该装置是采用刀片型离子阱设计,能够实现剩余力仅有10^(-20) N量级的高精度的杂散电场补偿;具备6 mm的通关孔径,很好满足了全光囚禁实验中偶极囚禁激光的通过需求;基于改良的螺旋谐振器设计搭建的射频系统能够实现在9.33(1)MHz较低射频频率下的稳定耦合;结合高达10^(-9) Pa的真空制备和装配导电玻窗的真空腔体,可以实现长时间的离子囚禁。为全光囚禁钙离子提供了实验基础,对光学囚禁离子光钟的实现具有重大意义。

20cm氙离子推力器放电室性能优化

束流离子生产成本和推进剂利用率是表征离子推力器放电室性能的重要参数。在考虑不改变放电室几何结构、磁场分布并保持离子推力器比冲和效率的前提下,利用一维经验分析模型对兰州空间技术物理研究所研制的LIPS-200离子推力器放电室性能进行了优化分析,以实现推力器的推力从40mN提高到60mN的目标要求。分析结果表明,提高放电室推进剂流率至2.06mg/s,放电室内放电电流维持在6.9A,放电室内平均氙离子密度达到2.167×1017 m-3时,可以保证引出1.2A的束流,推力器达到60mN的推力。与之对应的推进剂利用率为92%,束流离子生产成本约为188.515 W/A,相比推力40mN时,推进剂利用率为88%、束流离子生产成本为188.29W/A的情况,放电室性能有所提高。另外,放电室性能优化过程中其鞘层电位始终保持在3.80～6.65eV范围内。

二维电离室矩阵在加速器日常质量保证中的应用与研究

目的:探讨应用二维电离室矩阵在加速器日常质量保证中的可行性。方法:使用二维电离室矩阵分别测量加速器的照射野与灯光野的重合性、等中心、照射野的对称性及平坦度、楔形板角度等。结果:加速器的照射野与灯光野的重合性、等中心、照射野的对称性及平坦度、楔形板角度等测量结果均在允许范围内,符合临床要求。结论:二维电离室矩阵可用于加速器日常质量保证的测量,是放疗设备日常质量控制的理想工具。

10cm离子推力器放电室性能优化研究

要实现离子推力器较高的效率和比冲等综合性能指标,优化的放电室性能是其首要的前提条件。为了获得10cm离子推力器优化的放电室性能,在放电室初始设计方案基础上,通过对工作参数和结构参数的不同组合试验,开展了性能优化研究,采用的主要手段是关键特征尺寸调节、流率调节和磁场参数的调节。试验获得了不同参数组合的性能变化趋势,得出了优化的放电室结构参数和工作参数。优化后的离子推力器综合性能试验结果表明,在推力15.6m N、比冲3100s的设计工况下放电损耗约为227W/A,放电室工质利用率为91%。

调强适形放射治疗的剂量学验证

调强适形放射治疗(IMRT)是近年来发展的一项崭新的放疗技术,有关它的质量保证和质量控制是一个急需解决和必须重视的问题,而其中剂量学验证是极其重要的一方面。本研究的目的就是要探讨调强适形放射治疗过程中的剂量学验证方法,保证IMRT治疗计划临床实施的正确性。研究过程为选取10例需要实施IMRT的病人,利用CMS公司的Xio三维治疗计划系统设计出IMRT计划,用Cirs调强胸段体模作为验证体模,将病人的IMRT计划移植至体模生成QA计划,计算出选定验证点的绝对剂量和选定验证平面的相对剂量分布。在加速器上按QA计划条件摆位并实施照射,得到用0.6cc电离室实测的验证点绝对剂量和用GafChromicEBT免洗胶片拍摄的平面剂量片,用RIT113胶片剂量分析软件分析实测的和计划的平面相对剂量分布。10例病人的剂量学验证结果表明,绝对剂量误差在5%以内,相对剂量分布在高剂量区很接近,低剂量区有一定差别。

真空紫外-软X射线波段(5～105nm)探测器校准装置的研制

介绍了中国计量科学研究院在真空紫外-软X射线波段（5～105 nm）探测器标准研究的新进展。介绍了建立在中国科学技术大学国家同步辐射实验室的以稀有气体电离室为标准探测器的探测器校准装置,以及利用该电离室作为基准探测器对作为传递标准探测器的硅光电二极管的量子效率测量的结果,在5～35 nm范围内,相对标准不确定度为18%～20%。与NIST的结果相比,有较好的符合。

二维电离室矩阵在近距离治疗的质量保证中的应用

目的:测量后装治疗机在执行治疗计划过程中放射源在各驻留点的实际驻留时间,并与计划的驻留时间比较;观察放射源到达驻留位置的重复性。方法:利用IBA MATRIXX测量科霖众制造的后装治疗机。把一个透明的食管后装适源器固定在MATRIXX表面,用后装计划系统设计一个后装计划,治疗长度为15 cm,驻留点间距为0.5 cm,共计31个驻留点,总治疗时间为105 s,各驻留点时间权重相等。执行该后装治疗计划10次,记录下MATRIXX的测量数据。在测量过程中,MATRIXX选择MOVIE模式,每次测量采样时间为0.1 s。结果:放射源在各驻留点的驻留时间均为3.4秒,总治疗时间为105.4 s,与计划时间相差0.4%;31个驻留点因放射源到位置偏差引起各相应的主测量电离室计数值的相对标准偏差均小于10%。结论:用二维矩阵电离室验证后装治疗过程中放射源的驻留时间和到达驻留位的重复性是可行的。选择较小的测量采样时间,可提高测量驻留时间的精度。

医用电子直线加速器照射野的日常质量保证

目的通过分析照射野特性相关参数的日检数据的变化趋势,探讨医用电子直线加速器照射野的日常质量保证方法的可行性和必要性。方法每天放射治疗前,用二维电离室矩阵DailyQA3测量加速器照射野特性相关参数与预设标定值的偏差,辅以IBA公司的剂量仪DOS1进行绝对剂量验证和用慢感光胶片进行光野一致性的二次验证,并对以上各项日常检测数据(2009年11月28日-2011年4月8日)进行回顾性分析。结果 X线和电子线输出剂量均随着时间的增加逐渐增大,光野一致性、射野平坦度及对称性基本保持不变。结论一年多的实践表明,本文论述的照射野日常质量保证方法是有效和可行的,它在保证每日放疗精确执行的同时,也为加速器的长期校准提供了依据。

离子推力器放电腔内等离子体流动规律的全粒子模型

为了详细描述等离子体在放电腔内的产生、演化过程,建立了放电腔内部等离子体流动的二维轴对称全粒子数值模型。在考虑壁面二次电子发射影响的前提下,模拟得到了稳态后放电腔内电磁场、电子与离子数密度,电流密度等一系列参数分布,且与相关实验数据进行了比较,吻合较好。模型得到了实验中难以观测到的放电腔内等离子体的产生、演化过程以及稳态下的分布规律,合理解释了放电腔工作的基本原理。

探讨MatriXX在验证调强放射治疗计划中的应用

目的:通过二维电离室矩阵MatriXX对调强放射治疗计划进行二维剂量分布验证,根据验证结果来探讨其在调强放射治疗计划剂量验证中的应用。方法:利用德国IBA公司的MatriXX二维电离室矩阵及SP34等效固体水模对加速器执行的128例患者的调强放射治疗计划实施测量,获取特定层面二维剂量分布。利用OmniPro I’mRT软件,把患者计划植入模体后计划系统计算的剂量与MatriXX实测得到输出剂量进行比对,然后进行Gamma分析。结果:实际测量的相对剂量分布与计划系统模体中计算的相对剂量分布采用Gamma法(3 mm/3%)和(4 mm/4%)进行分析,以γ值小于1的百分比>95%作为要求,所有计划γ<1的百分比>95%的通过率为100%。结论:MatriXX在验证调强放射治疗计划中具有省时省力、快速简便等优势,是目前剂量验证的较为准确的QA工具之一。

调强放射治疗计划的剂量学验证

目的探讨调强放射治疗计划的剂量学验证方法。方法利用VarianClinacIX直线加速器6MVX线,对Eclipse治疗计划系统设计的调强治疗计划;采用PTW公司的30013型0.6cc电离室配合UNIDOSE型剂量仪及验证模体进行绝对点剂量的验证,采用PTW二维电离室矩阵进行平面剂量的验证。结果绝对点剂量验证结果显示,测量点的测量值与计划值偏差均<3%。平面剂量验证采用Gamma分析(3mm/3%),结果是计划的测量点通过率均>90%。结论实践证明该剂量学验证方法切实有效,简单可行。

Octavius1500电离室矩阵基于模体和CT影像剂量验证的分析

利用Octavius1500电离室矩阵进行RapidArc计划剂量验证,探讨基于CT影像重建3D剂量的可行性和影响剂量重建精度的因素。选取106例不同解剖部位RapidArc计划(31例头颈、36例胸部、39例盆腔)进行模体和CT影像的验证,分析标准取3%/3 mm、3%/2 mm、2%/2 mm和2%/1 mm(全局归一,阈值10%)。结果表明,头颈、胸部和盆腔模体计划的平均通过率为99.31%、99.86%和98.36%(3%/3 mm,p=0.308),96.74%、97.91%和95.16%(3%/2 mm,p=0.193)。36例计划用Octavius 729矩阵复测,得3%/3 mm标准1500和729的通过率均值为99.05%和96.05%(95%置信区间(CI):[98.53,99.58]%和[95.16,96.93]%),3%/2 mm是96.78%和91.09%(95%-CI:[95.57,97.99]%和[89.56,92.63]%),2%/2 mm是91.49%和83.75%(95%-CI:[88.89,94.10]%和[81.41,86.09]%),2%/1 mm是79.90%和70.86%(95%-CI:[75.66,84.14]%和[67.68,74.05]%)。Octavius系统重建3D剂量的精度可能依赖于靶区的复杂程度,剂量梯度的陡峭程度及电离室矩阵分辨率,基于治疗计划CT影像不通过点(γ>1)的分析是可行的。

二维电离室矩阵中射野边界位置对调强验证Gamma通过率的影响

目的:针对(10×10)cm^2射野,探讨改变射野边界在矩阵中的位置对测量射野大小及Gamma(γ)通过率的影响。方法:使用MatriXX二维电离室矩阵测量(10×10)cm^2射野剂量分布,保持射野大小不变,移动X方向准直器和在Y方向移动治疗床两种方式改变射野边界在矩阵中的位置,用OmniPro I'mRT(1.7)软件分析每次移动0.1 cm时射野边长的改变量,同时用实测剂量分布和XiO(4.40)治疗计划系统相应射野剂量分布对比,记录3%/3 mm评估标准下的γ通过率和γ为100%时的评估标准。结果:在矩阵电离室腔外间隙射野边长改变量低于0.1 cm,且在每两个电离室腔外间隙正中改变量最小接近0.05 cm;在电离室腔体内改变量高于0.1 cm,且在每一个电离室腔体中心接近最大值0.2 cm。3%/3 mm下的γ结果显示射野边界不通过点数随位置变化明显不同,在射野边长改变量最大和最小附近通过率高,全部通过的评估标准范围是2%/2 mm至6%/3 mm。结论:选取射野边界在矩阵电离室腔体中心或腔外间隙正中位置时,所测射野大小偏差最小。同时上述射野边界位置γ通过率最高,因此,在调强计划剂量分布验证中要充分考虑射野剂量梯度较大处在电离室矩阵的位置对γ通过率的影响,可调整剂量分布在矩阵中位置或改变不同评估标准详细分析γ通过率差异,从而提高γ通过率的有效性,对临床工作具有一定的指导作用。

调强适形放射治疗剂量学验证体系的建立

模体内剂量实测为基础的验证是调强适形放射治疗计划的主要剂量验证方法。该文将胶片剂量仪和针点电离室作为主要测量工具,介绍了剂量测量系统的建立方法;并选择1例鼻咽癌患者,介绍模体内剂量实测为基础的调强适形放射治疗计划剂量验证方法。

LIPS-200离子推力器放电室原初电子动力学行为的数值模拟研究

为了得到试验测量不到的气体放电过程中电磁场作用下单个原初电子的动力学行为，建立了LIPS-200离子推力器放电室二维仿真模型，应用网格粒子法（PIC）和蒙特卡洛碰撞（MCC）模拟法对其进行了研究。模拟得到在额定工况下原初电子和中性原子之间的碰撞概率、原初电子损耗率、电磁场分布对其运动速度及运动轨迹的影响等。结果表明磁铁表面磁感强度最大，越靠近放电室内部磁感强度越小，对称轴区域无磁场分布，原初电子在电磁场作用下沿磁力线作加速螺旋运动；运动等离子体的自洽电势大小范围仅为0~2.0V，几乎不会影响等离子体运动；对应总原初电子个数为1.2×106时直接被阳极表面吸收的损耗率仅为0.02%。

二维电离室矩阵测量射野边缘

目的:探讨用二维电离室矩阵测量放射野边缘应注意的事项。材料与方法:使用IBA公司的MATRIXX二维电离室矩阵对VARIAN公司的23EX加速器的射野进行测量。把电离室矩阵水平放置在加速器床面上,电离室中心处于等中心位置,SAD=100cm。射野大小从4.0cm×4.0cm变到16cm×16cm。每射野出束50MU,记录测量结果。用OmniPro I'mRT(1.5)软件分析测量数据。结果:在X1、X2、Y1、Y2四个边半影大小随射野大小变化而呈现波浪式周期性变化,相邻波峰波谷间距为(3.79±0.25)mm。波谷底部平坦,平区宽度为(2.3±0.3)mm,波峰顶部也平坦,平区宽度为(2.2±0.2)mm。波蜂波谷高度相差为(4.0±0.1)mm。结论:用二维电离室矩阵测量射野半影时应充分考虑电离室矩阵的位置对测量结果的影响,对于同一个射野,由于摆放矩阵位置不同,可引起4mm的差别。改变矩阵位置,从不同位置重复测量,可减小矩阵位置的影响。

电离室矩阵验证近距离治疗中放射源位置的准确性

目的:研究用电离室矩阵验证近距离治疗机192Ir源驻留位置的准确性。方法:使用Matrix Scan 1.1软件采集数据。塑料施源管拉直固定在二维电离室矩阵探测器面板上,选择中心电离室为测量参考电离室。以1 mm为间隔改变源的驻留位置,驻留时间固定为10 s,读取每个驻留位置的电离室读数,确定矩阵面板上中心电离室计数最大的源位置;分析电离室测量的剂量线性和重复性。设置±1 mm的源位置误差进行测量,利用Verisoft 5.0软件作γ分析,标准为3%/1mm,确定源的位置准确性。结果:同一个电离室重复读数以及电离室之间读数的偏差范围都在±1%以内,剂量仪读数与放射源的位置非线性变化,而且读数随放射源位置变化的灵敏度较高。电离室矩阵可以检测的源驻留位置的灵敏度在±1 mm以内。结论:电离室矩阵验证近距离治疗机192Ir源驻留位置结果准确,方法简单,成本低,可以用于后装治疗系统的质控。