國產首臺醫用質子直線注入器成功出束

2021年9月9日,國產首臺自主研發的7MeV醫用質子直線注入器,在由中國科學院上海應用物理研究所和上海艾普強粒子設備有限公司組成的技術團隊全體成員的共同努力下,RFQ和APF型DTL加速腔的帶束調試取得了重大進展,成功引出6.5mA束流。清華大學、北京大學、中國航天集團及上??肆旨夹g開發有限公司參與了該項目的設計與制造。 

由于質子具有布拉格峰(Bragg Peak)型能量損失分布,質子治療技術能夠在精準消滅腫瘤的同時最大程度地保護正常組織,已成為當今放療技術發展的趨勢和前沿。由上海應物所承擔并設計建造的國產首臺上海先進質子治療示范裝置APTRON,坐落于嘉定新城的瑞金醫院質子中心,即將開始臨床試驗。出于項目進度上的考慮,該裝置采用了從美國進口的質子直線注入器。為避免對國外進口核心技術及設備的依賴,在科技部“十三五”數字診療專項基金和上海市聯和投資集團的資助下,上海應物所同時開展了國產質子直線注入器的設計和研制工作。 

國產質子直線注入器由ECR離子源、四翼型RFQ加速段和APF型DTL加速段組成。其中DTL加速段創新性地采用了基于交變相位聚焦原理的APF型加速腔,與傳統的Alvarez型DTL相比,APF型DTL不需要磁聚焦元件,顯著地降低了加工難度和建造成本,有利于裝置的商業化推廣。上海應物所謝修璀博士為APF加速器開發了具有自主知識產權的物理設計軟件,并引入了“降維”和“魯棒性”兩大創新思維,顯著提高了APF結構設計的可靠性。 

聯合研發小組在蒲越虎研究員的帶領下,自2016年開始技術攻關,先后完成了物理設計、電磁設計、機械設計、加工建造、腔體磁鐵測量、高頻老練和載束試驗等多個階段的工作。目前已成功得到mA級質子束流,標志著國內首臺醫用質子直線注入器已成功出束,國內首個APF型加速腔已實現載束運行。(應用加速器技術部 供稿)