А. И. АШАНИН
Научные руководители – А. В. САМОШИН, к. ф.-м. н., доцент
– С. М. ПОЛОЗОВ, к. ф.-м. н., доцент
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ЛИНЕЙНОГО СВЕРХПРОВОДЯЩЕГО УСКОРИТЕЛЯ ПРОТОНОВ
ДЛЯ ЛУЧЕВОЙ ТЕРАПИИ
Лучевая терапия является одним из основных методов лечения онкологических заболеваний, основанным на повышенной чувствительности раковых клеток к ионизирующему излучению, которое подводится линейным ускорителем.
Задача лучевой терапии — максимально повредить злокачественную опухоль, сохранив жизнеспособность нормальных тканевых структур. Каждый тип излучения обладает своей глубиной проникновения в ткани, а также имеет различия в энергии [1].
Протонная лучевая терапия (ПЛТ) признана одним из самых перспективных направлений. Протонные пучки обеспечивают особое распределение дозы по глубине. Максимум дозы сосредоточен в конце пробега частиц, т. е. в облучаемом патологическом очаге – мишени, при этом воздействие на окружающие ткани по пути к мишени минимально. Это имеет огромное значение при лечении опухолей головного мозга, головы и шеи, глаза [2].
В последнее время в нескольких ускорительных центрах мира обсуждаются проекты создания сверхпроводящих линейных ускорителей ионов, в которых можно было бы ускорять как легкие, так и тяжелые ионы от протонов и дейтронов до ядер урана.
При энергиях порядка ГэВ сверхпроводящий ускоритель можно рассматривать как источник ионных пучков мегаваттной мощности, которые необходимы для создания мезонных фабрик нового поколения. Такие ускорители предлагается использовать в мощных нейтронных генераторах, с целью получения интенсивных потоков нейтрино, образующихся в результате распада вторичных пучков, установок для инерциального термоядерного синтеза.
При энергиях порядка сотен МэВ сверхпроводящий ускоритель можно рассматривать, как замену существующим ускорителям (циклотронам и синхротронам) для лучевой терапии.
Явление сверхпроводимости позволяет создать линейный ускоритель нового поколения, в котором удается существенно увеличить амплитуду ускоряющего поля, а для фокусировки пучка использовать сверхпроводящие соленоиды с величиной магнитного поля, превышающей 15 Тл, и магнитные квадруполи с градиентом до 350 Тл/м. Сверхпроводящие магниты являются более экономичными. Сверхпроводящие резонаторы, используемые в сверхпроводящих ускорителях, позволяют существенно уменьшить мощность, требуемую для создания ускоряющего электрического поля. Также они позволяют получить высокую частотную избирательность.
В работе было проведено исследование динамики протонного пучка в сверхпроводящей ускоряющей системе, состоящей из периодической последовательности многозазорных резонаторов и магнитных соленоидов. Был выполнен выбор параметров линейного сверхпроводящего ускорителя протонов на энергию 240 МэВ для лучевой терапии. Был выполнен обзор типов сверхпроводящих резонаторов, используемых в ускоряющей части: коаксиальные полуволновые и четвертьволновые резонаторы, эллиптические, CH - резонаторы и резонаторы Spoke. Было рассмотрено разделение резонаторов на 3 группы, каждая из которой состоит из идентичных эллиптических сверхпроводящих резонаторов, настроенных на частоту 972 МГц. Было выполнено численное моделирование динамики пучка с использование пакета прикладных программ BEAMDULAC [3].
В работе в дальнейшем планируется нахождение зависимостей значений магнитного поля, требующегося для устойчивого поперечного и продольного движения от темпа набора энергии, а также от требуемой энергии пучка протонов.
Список литературы
1. Лучевая терапия с помощью излучений высокой энергии / под ред. И. Беккера, Г. Шуберта. – М.: Медицина, 1964. – 624 с.
2. Климанов и дозиметрическое планирование лучевой и радионуклидной терапии. Учебное пособие. М.: НИЯУ МИФИ, 2011 . 604 с.
3. , Самошин динамики пучка в линейном сверхпроводящем ускорителе тяжелых ионов, Атомная энергия 2010г, т. 108, вып. 2, с. 109–118.
