摘要：为实现质子治疗装置的国产化和小型化,基于已完成安装调试的上海先进质子治疗装置(APTR),开展质子治疗注入器系统的升级设计研究,利用PARMTEQM设计软件和快聚束策略,针对APTR同步加速器RFQ直线注入器进行动力学设计模拟。RFQ工作频率为325 MHz,流强18 mA,对从离子源引出的低能质子束流进行匹配俘获、横向聚焦、纵向聚束和预加速,引出能量为3.0 MeV。通过优化预注入器RFQ动力学设计方案和极头参数,有效避免参数共振,减小束流损失,使其整体传输效率达到98.0%,在水平和垂直方向上的发射度增长分别为1.2%和3.3%,出口束流满足下一级腔体的注入需求,开展设计模拟验证和相关冗余度分析,为质子同步加速器的治疗设备和直线注入系统提供参照依据。

摘要：质子直线注入器是质子治癌系统的重要组成部分。出于项目进度的考虑,上海先进质子治癌示范装置APTRON采用了进口自美国的直线注入器。为了加快质子治癌产业进程,掌握质子放疗关键技术,保证产业链安全可控,注入器团队研发了国产医用质子直线注入器。该直线注入器采用了电子回旋共振(ECR)离子源和四翼型射频四极加速器(RFQ)的技术方案,并在漂移管加速器(DTL)段创新性地采用了交变相位聚焦(APF)结构。在这个过程中,通过研究APF DTL的束流运动规律和设计思想,自主开发了APF DTL的底层物理设计软件,相继完成了物理设计、电磁设计、机械设计、加工建造、腔体冷测、高频老练和载束实验等多个阶段的工作,最终成功引出了7 MeV、7 mA的质子束流。经过束诊系统的测量分析,认定束流中心能量为6.975 MeV,动量分散在±0.35%以内的束流流强为6.07 mA。成为国产首台医用质子直线注入器和首个实现成功载束的APF加速腔。

摘要：为了提高兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)的运行效率、改善加速器输出束流品质,并实现几个加速装置分时供束,提高整个重离子加速装置的利用率,特为(HIRFL-CSR)增建一台新的注入器——CSR-LINAC。在108.48 MHz的RFQ之后的CSR-LINAC主加速段,主要由一台108.48 MHz和两台216.96 MHz的IH型漂移管直线加速器组成,用于加速荷质比为1/8.5～1/3之间的重离子,其最大的束流流强为3 mA,并将粒子从0.3 Me V/u加速到3.71 Me V/u。运用KONUS动力学原理,在满足设计指标的情况下,首先利用Trace Win程序进行中能束线MEBT设计,后针对高频腔体设计和束流匹配的基本参数的系列讨论,特别是对CSR-LINAC的中能束流匹配线、参数选择和IH型KONUS结构的漂移管直线加速器进行设计模拟优化。最终得出,在保证腔体设计指标和95.3%的传输效率的情况下,该紧凑型直线加速结构经过三个腔体的加速后,束流的纵向归一化均方根发射度增长仅有25%;同时发现,当流强达到3 mA时,存在空间电荷效应,导致其纵向相宽增长约25%,最大横向包络也存在16.5%的涨落。