Регистрация / Вход
Прислать материал

Эксперименты по генерации эпитепловых нейтронов для терапии рака и по генерации гамма – квантов для обнаружения взрывчатых веществ на установке ТАНДЕМ-БНЗТ - новом протонном ускорителе – тандеме (Протонный ускоритель Тандем-БНЗТ)

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.518.11.7052
Организация
ИЯФ СО РАН
Продолжительность работ
2007 - 2008, 18 мес.
Бюджетные средства
5,6 млн
Внебюджетные средства
20 млн

Опережающее развитие приборной базы научных исследований по приоритетным направлениям Программы и проведение исследований с использованием уникальной экспериментальной базы.

Этапы проекта

1
19.04.2007 - 30.06.2007
В ходе выполнения первого этапа реализации проекта проведен анализ методик и выяснено, что данная УСУ позволяет проводить исследования по ускорительной концепции нейтронозахватной терапии злокачественных опухолей и по обнаружению взрывчатых веществ методом резонансного поглощения монохроматических гамма-квантов.
Для источника монохроматических гамма-квантов разработана мишень из графита, обогащенного изотопом углерода-13 и проведены ее испытания. Найдены условия для длительной эксплуатации мишени. Создан и прокалиброван гамма–спектрометрический комплекс. Предложено и реализовано решение проблемы температурного дрейфа кристалла. Измерены спектры излучения -квантов и проведены первые эксперименты по регистрации ослабления резонансной линии в жидком азоте. Проведенные эксперименты продемонстрировали принципиальную возможность детектирования повышенной концентрации азота методом поглощения резонансных гамма-квантов.
Для источника эпитепловых нейтронов разработана система напыления лития, позволяющая напылить плотный слой чистого лития требуемой толщины. Предложена новая методика определения толщины литиевого и измерено его радиальное распределение. На масс-спектрометре вторичных ионов квадрупольного типа измерено глубинное распределение состава литиевых слоев, экспонированных в различных вакуумных условиях. Выяснено, что взаимодействие лития с остаточным газом не должно приводить к уменьшению выхода нейтронов.
Развернуть
2
01.07.2007 - 07.12.2007
1. Установка криогенного насоса для обеспечения высокой скорости откачки.
2. Изготовление и установка системы напуска газа в перезарядную мишень.
3. Изучение транспортировки пучка и выбор режима фокусировки.
4. Изготовление и установка охлаждаемой диафрагмы для плавного ввода пучка в ускоритель.
5. Обеспечение стабильной работы ускорителя.
Развернуть
3
01.01.2008 - 30.06.2008
В ходе выполнения третьего этапа реализации проекта проведены экспериментальные работы, направленные на обеспечение транспортировки протонного пучка с высокой энергией до мишеней, и расчетные для планируемой генерации нейтронов.
Были изготовлены и испытаны все элементы высокоэнергетического тракта, включая четыре квадрупольные линзы и поворотный магнит. На специализированном стенде магнитных измерений с помощью вращающегося продольного индукционного зонда измерены магнитного поля квадрупольных линз и поворотного магнита. Измерения показали соответствие требованиям: так, у всех линз нулевая линия магнитного поля совпадает с геометрической осью с точностью не хуже 0,5 мм. На установке Тандем-БНЗТ выполнена сборка высокоэнергетического тракта. Проведена проверка систем питания квадрупольных линз и поворотного магнита и определен оптимальный ток магнита. Проведены первые успешные эксперименты по проводке протонного пучка с энергией до 1,92 МэВ.
Для оперативного наблюдения за уровнями ионизирующих излучений вокруг экспериментальной установки и за её биологической защитой в интересах радиационной безопасности персонала стенд был оборудован разработанной в институте автоматизированной системой радиационного мониторирования.
С помощью адаптированной программы ПРИЗМА проведены расчеты радиационных полей нейтронов и гамма-квантов с вариацией толщины литиевого слоя, энергии протонного пучка, весовой концентрация бора в фантоме и рассчитано распределение дозы по глубине водного фантома с выделением вклада в нее различных компонент. Для генерации нейтронов на установке, планируемого осуществить на 4 этапе реализации контракта, посчитан спектр нейтронов для конкретной мишени, которая будет использована в экспериментах.
В результате целого ряда проведенных работ, связанных как с источником отрицательных ионов водорода, так и с транспортировкой пучка, на выходе из ускорителя уверенно получен 2 МэВ протонный пучок с током до 3 мА. Получение такого протонного пучка является рекордным для электростатических ускорителей.
Проведены первые эксперименты по транспортировке пучка по высокоэнергетичному тракту, подтвердившие правильность проводимых расчетов.
Таким образом, изготовление и монтаж высокоэнергетического тракта, монтаж и наладка комплекта дозиметрического оборудования, проведение расчетов генерируемого спектра нейтронов, увеличение тока пучка до рекордных значений и осуществление транспортировки пучка по высоковольтному тракту позволили подготовить установку к генерации нейтронов и монохроматических гамма-квантов.
Развернуть
4
01.07.2008 - 31.10.2008
В ходе выполнения контракта проведены экспериментальные и расчетные работы, направленные на создание установки и на проведение первых экспериментов по генерации нейтронов и монохроматических гамма-квантов.
Были проведены исследования электрической прочности высоковольтных газовых и вакуумных промежутков ускорителя, исследования по изучению динамики процессов пробоя высоковольтных элементов ускорителя, был установлен криогенный насос с высокой скоростью откачки и была установлена оптимальной системы напуска газа в перезарядную мишень. Предложена и запатентована компрессионная газовая мишень, позволяющая осуществить обдирку пучка с существенно меньшим расходом газа. Проведение данных работ позволило обеспечить длительную стабильную работу ускорителя.
Для транспортировки пучка до мишеней был изготовлен, испытан и смонтирован тракт транспортировки пучка, включающий в себя магнитные и квадрупольные линзы, поворотный магнит и устройство развертки пучка. Проведенные работы по увеличению тока пучка и его транспортировке завершились получением протонного пучка с током, рекордным для электростатических ускорителей.
Была разработана и изготовлена нейтроногенерирующая мишень, отработана методика напыления литиевого слоя на мишень, предложена и реализована методика измерения толщины литиевого слоя, предложен и запатентован литиевый контейнер, позволяющий существенно облегчить процесс напыления лития, изучено влияние остаточного газа на литиевый слоя мишени. В итоге, была успешно осуществлена генерация нейтронов путем сброса протонного пучка на литиевую мишень. Был измерен выход нейтронов и спектр сопутствующего гамма-излучения.
Для обнаружения взрывчатых веществ методом резонансного поглощения ?-квантов была изготовлена обогащенная изотопом углерод-13 мишень, разработан и собран гамма-спектрометрический комплекс, осуществлена генерация монохроматических ?-квантов, зарегистрировано резонансное ослабление потока ?-квантов, предложен и экспериментально опробован новый метод нормировки регистрируемого сигнала, позволяющий отказаться от использования двух детекторов, что уменьшает время детектирования.
Развернуть

Программа

Программа "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы"

Программное мероприятие

1.8 Проведение исследований с использованием уникальных стендов и установок, а также уникальных объектов научной инфраструктуры (включая обсерватории, ботанические сады, научные музеи и др.), научных организаций и образовательных учреждений высшего профессионального образования
Продолжительность работ
2010 - 2011, 17 мес.
Бюджетные средства
0,6 млн
Организация
ИЯФ СО РАН
профинансировано
Продолжительность работ
2005, 1 мес.
Бюджетные средства
0,36 млн
Организация
ИЯФ СО РАН
профинансировано
Тема
Разработка технологии получения изотопов медицинского назначения и методов формирования пучка для протонной терапии на установке: "Сильноточный линейный ускоритель ионов водорода ЛУММФ) (рег. № 01-15)"
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
2 млн
Количество заявок
1
Тема
Разработка комплексной технологии и адаптивных методов нейтронного анализа с пространственным разрешением и создание на их основе нового поколения автоматизированных установок различного назначения для обнаружения взрывчатых и делящихся веществ
Продолжительность работ
2007 - 2009, 23 мес.
Бюджетные средства
105 млн
Количество заявок
1
Тема
Проведение исследований состава, структуры и свойств веществ и перспективных материалов с использованием уникальных установок (мероприятие 1.8 Программы)
Продолжительность работ
2007 - 2008, 18 мес.
Бюджетные средства
148,8 млн
Количество заявок
57
Тема
Селективная лазерная ионизация и спектроскопия короткоживущих изотопов и изомеров, нарабатываемых на протонном ускорителе для исследований в области ядерной физики, астрофизики, материаловедения и медицины на установке: "Уникальный лазерный ультрачувствительный спектрометр для детектирования следов элементов и изотопов (УЛУС) (рег. № 01-02)"
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
2 млн
Количество заявок
1
Тема
Исследования, направленные на улучшение параметров протонного пучка ускорительного комплекса на установке: "Протонный синхротрон ИФВЭ (У-70) (рег. № 01-01) "
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
5 млн
Количество заявок
1