WikiDer > Лаборатория Сведберга

The Svedberg Laboratory
Лаборатория Сведберга в октябре 2016 г.

Лаборатория Сведберга[1] (TSL) - это университетский объект, расположенный в Упсала, Швеция. Деятельность TSL основана на ускоритель частиц Циклотрон Густава Вернера.

Основное направление деятельности - протонная терапия для лечения рака, на основании договора между Онкологической клиникой Университетская больница Упсалы и Уппсальский университет. Время пучка, не используемое для протонной терапии, предназначено для коммерческих проектов нейтронного и протонного облучения, в основном для радиационных испытаний. Также есть время для фундаментальных (академических) исследований, и в этом случае эксперименты должны быть связаны с Уппсальский университет или в проекты ЕС.

TSL поддерживается Европейским сообществом и принадлежит проектам EC ERINDA,[2] SkyFlash[3] и ЧАНДА.[4]

История

Сведберг (1884-1971), (Теодор), профессор физической химии в Уппсальский университет с 1912 по 1949 г. был награжден Нобелевская премия по химии в 1926 г.[5] за исследования дисперсных систем (коллоидных растворов). Он изобрел Ультрацентрифуга, который был использован в открытии того, что белки состоят из макромолекул.

К концу 1930-х годов Сведберг и его коллеги построили свой первый ускоритель, Генератор нейтронов. В 1945 году пожертвование корпорации Густава Вернера дало возможность построить гораздо более крупный ускоритель - синхроциклотрон. Институт Густава Вернера с синхроциклотроном в качестве основного исследовательского инструмента был основан в 1949 году и продолжал действовать в качестве базы для исследований в области физики высоких энергий и радиационной биологии до 1986 года, когда была создана лаборатория Сведберга.

Интенсивные дискуссии о типах и размерах ускорителей, которые шведские исследования в области ядерной физики и физики высоких энергий должны были иметь в своем распоряжении, имели место в начале 1980-х годов. Одним из результатов этого процесса было то, что было принято решение предоставить магниты так называемого ICE-ring (начальный эксперимент по охлаждению) от ЦЕРН в Упсалу. Кольцо ускорителя было преобразовано в охладитель и накопительное кольцо и получило аббревиатуру CELSIUS (охлаждение электронами и накопление ионов с синхроциклотрона Упсалы).

С 1994 по 2004 год Лаборатория Сведберга была национальным исследовательским центром, значительная часть которого финансировалась Шведским советом по естественным исследованиям (Шведский исследовательский совет). Он был открыт для исследовательских групп из университетов и институтов Швеции и других стран. В лаборатории был набранный на национальном уровне совет и международный программный консультативный комитет, который давал рекомендации относительно исследовательской программы, изучая предложения групп пользователей. Уппсальский университет выступал в качестве хозяина лаборатории.

В 2004 году TSL был преобразован из национальной лаборатории в университетское, и 1 июля 2004 года были введены в действие новые инструкции для лаборатории. Основная деятельность TSL основана на соглашении между Университетская больница Упсалы и Уппсальский университет о продолжении Протонная терапия. Время пучка, не используемое для протонной терапии, отводится коммерческим проектам нейтронного и протонного облучения. Еще есть время для фундаментальных (академических) исследований, и в этом случае эксперименты должны быть связаны с Уппсальским университетом или проектами ЕС.

Протонная терапия в TSL

Пучок протонов, извлеченный из циклотрона, может иметь исключительные преимущества при лечении определенных злокачественных опухолей человека и некоторых других заболеваний, при которых обычные Радиационная терапия или операция невозможна. Распределение дозы по глубине с Пик Брэгга, и относительно острая полутень, позволяет концентрировать излучение в объеме мишени и минимизировать дозу для нормальных тканей, окружающих цель. Облучение протонным пучком может привести к излечению или уменьшению опухолевой нагрузки в случаях, когда другие методы лечения не помогают. Все пациенты проходят тщательное обследование с помощью компьютерной томографии и / или магнитно-резонансной томографии, чтобы получить подробную информацию о положении и размере опухоли. Ангиография и Позитронно-эмиссионная томография будет использоваться в определенных случаях. Перед лечением осторожно Планирование лучевого лечения выполняется для обеспечения оптимального распределения дозы.

  • Меланомы глаз. Первого пациента лечили в апреле 1989 г. модифицированным пучком с 72 МэВ до 54,5 Гр в 4 фракциях с использованием метода одного поля.
  • Артериовенозная мальформация (АВМ) головного мозга. Первый пациент с поверхностно расположенной неоперабельной АВМ: s был пролечен в апреле 1991 г. модифицированным пучком 100 МэВ с использованием двух порталов с общей дозой 20 Гр в двух фракциях.
  • Терапия пучками протонов у пациентов с увеальной меланомой и менингеомой головного мозга.
  • Протонная лучевая терапия как импульс фотонной лучевой терапии у пациентов со злокачественными опухолями.
  • Злокачественные глиомы. Пациенты с астроцитомами III и IV степени получали лечение облучением фотонами и протонами.
  • Менингеомы головного мозга. Пациенты с частично резецированными менингеомами головного мозга I степени по классификации ВОЗ получают лечение с 1994 года. Обычно проводят лечение четырьмя фракциями до общей дозы 24 Гр.
  • Опухоли в области головы и шеи, опухоли основания черепа и аденомы гипофиза. Большинство пациентов получали комбинированную терапию фотонами и протонами.
  • Первый пациент с раком простаты прошел курс лечения в конце 2002 года с энергией 180 МэВ. Для этого была построена специальная кушетка / платформа (см. Рисунок выше).
  • В 2008 году Barncancerfonden (Шведский фонд детского рака)[6]) профинансировал строительство регулируемой лечебной кушетки, адаптированной для лежащих детей (см. рисунок выше), и настройку программного обеспечения, используемого для лечения.

В июне 2015 г. Университетская больница Упсалы закончат лечение в TSL и переедут в Скандион,[7] новая специализированная клиника для Протонная терапия в Упсале, Швеция.

Облучательная установка для радиационных испытаний

На ТСЛ есть установки с пучками частиц высоких энергий различного назначения. Пользователи чаще всего используют их для проверки надежности электронного оборудования в условиях радиационного воздействия, ускоренных радиационных испытаний. Также было замечено и другое использование, такое как биомедицинские исследования, материаловедение, производство фильтров и прочего.

Доступны следующие объекты:

ANITA, установка на пучке нейтронов белого спектра

Имитирует Космический луч индуцированное нейтронное поле. Предназначен для тестирования эффектов единичного события / частоты мягких ошибок.

  • Нейтронный пучок со спектром, похожим на тот, который находится в атмосфере Земли.
  • Высокий поток нейтронов, до 10 ^ 7 / см ^ 2 / с, и, следовательно, высокий коэффициент ускорения
  • Переменный поток, размер и форма пятна луча в соответствии с требованиями пользователя
  • Просторная пользовательская зона,> 50 м2

QMN, квазимоноэнергетическая установка на пучке нейтронов

Позволяет изучать энергетическую зависимость нейтронно-индуцированных эффектов в электронике.

  • Выбираемая энергия нейтронов в диапазоне энергий 20-175 МэВ
  • Переменный поток, до 3 * 10 ^ 8 нейтронов в секунду по площади пучка
  • Регулируемый размер пятна луча
  • Просторная пользовательская зона,> 50 м2, где для испытаний можно установить достаточно крупное оборудование.

PAULA, установка на протонном пучке

Для тестирования эффектов единичного события и общей дозы ионизации

  • Выбираемая энергия протонов в диапазоне энергий 20-180 МэВ
  • Высокий переменный поток протонов
  • Регулируемый, равномерный размер пятна луча

Установка тяжелых ионов

В течение многих лет циклотрон доставлял тяжелые ионы для исследовательских и промышленных проектов. Затем циклотрон использовал внешний ионный источник, ECRIS, для предварительного ускорения тяжелых ионов.

Технический обзор

Ускоритель частиц

Циклотрон Густава Вернера в лаборатории Сведберга, Упсальский университет, Упсала, Швеция.

Имя машины: Gustaf Werner Cyclotron

ИсторияМашина была спроектирована собственными силами и построена в 1946–51 годах с первой балкой в ​​1951 году. Затем машина была перестроена в 1977–86 годах с первой балкой в ​​1986 году.

Характеристики пучков, выходящих из машины: ионы / энергия (МэВ / Н) / ток (pps)

  • п 178 3 × 10 ^ 12
  • п 98 4 × 10 ^ 13
  • 14N7 + 45 2 × 10 ^ 10
  • 129Xe27 + 8,33 1 × 10 ^ 9

Установка вторичного пучка: нейтроны через реакцию 7Li (p, n)

  • n 20-175 (1-3) × 10 ^ 5 на см2

Эффективность передачи (от источника к выведенному пучку)

  • Типичный (%): 5
  • Лучший (%):

Технические данные(а) Магнит (№ 1 на рисунке)

  • Тип: компактный
  • Кб (МэВ): 192
  • Kf (МэВ):
  • Среднее поле (макс. / Мин. T): 1,75 / 0,6
  • Количество секторов: 3
  • Угловая ширина холма (град.): Варьируется
  • Спираль (град.): 55
  • Диаметр столба (м): 2,8
  • Радиус впрыска (м): 0,019
  • Радиус экстракции (м): 1,175
  • Высота холма (м): 0,2
  • Расстояние между долинами (м): 0,38

Катушки обрезки

  • Номер: 13
  • Максимальный ток (А-витки): около 5000

Гармонические катушки

  • Количество: 2 комплекта по 3 катушки
  • Максимальный ток (А-витки): около 8000

Основные катушки

  • Номер 2
  • Всего ампер-витков: 814000
  • Максимальный ток (А): 1000
  • Накопленная энергия (МДж): 9
  • Общий вес железа (тонн): 600
  • Общий вес рулона (тонн): 50

Мощность

  • Основные катушки (общая кВт): 275
  • Катушки обрезки (всего, максимум, кВт): 70
  • Холодильник (криогенный, кВт):

(б) РФ (№ 3 на фото)Ускорение

  • Диапазон частот (МГц): 12,3 - 24,0
  • Гармонические режимы: 1,2,3
  • Количество сделок: 2
  • Количество гнезд:
  • Угловая ширина Dee (град.): 72-42

Напряжение

  • При закачке (от пика до земли, кВ):
  • На добыче (от пика до земли, кВ):
  • Пиковое напряжение (от пика до земли, кВ): 50
  • Линейная мощность (макс., КВт): 280
  • Стабильность фазы (град.): ± 0,5
  • Стабильность напряжения (%): ± 0,1

(c) Впрыск

  • Источник ионов: int PIG (№ 2 на рисунке), ext ECR (не на рисунке)
  • Напряжение смещения источника (кВ): 20
  • Внешний впрыск: осевой
  • Тип пакетирующей машины: h = 1 двойной зазор
  • Энергия инжекции (МэВ / н):
  • Компонент: спиральные инфлекторы
  • Эффективность впрыска (%): 5-10
  • Инжектор:

(d) ИзвлечениеЭлементы, характеристика

  • Изохронный режим: прецессионная экстракция

Эл. стат. дефл. 65 кВ, апертура 5 мм, перегородка 0,5 мм, эл. магнитный канал 4,7 кА, канал пассивной фокусировки с перегородкой 5 мм

  • Режим синхроциклотрона: регенеративная экстракция Same plus

пассивный очиститель, регенератор Типичный КПД (%): 50 Наилучший КПД (%): 80

(e) Вакуум (№ 4 на картинке)Насосы:

Достигнутый вакуум: 10-5 Па (10-7 мбар)

Лучи

На TSL есть несколько линий пучка: линия A использовалась для производства нуклидов, не использовалась в течение нескольких лет, но находится в рабочем состоянии. Линия B обычно используется для доставки пучка протонов для испытаний облучением. C-линия используется для биомедицинских исследований с различными тяжелыми ионами. D-линия обычно используется для доставки пучка протонов для получения пучков нейтронов для испытаний на облучение. G-линия обычно используется для доставки пучка протонов для Протонная терапия.

Директора лабораторий

  • Арне Йоханссон, почетный профессор, 1986–1992 годы
  • Лейф Нильссон, почетный профессор, 1993–1998 годы
  • Курт Экстрём, заслуженный профессор, 1998-2008 гг.
  • Бьёрн Голнандер, доктор философии, 2008-2015 гг.

Примечания и ссылки

  1. ^ Главная страница Лаборатории Сведберга. Дата обращения: февраль 2015.
  2. ^ ЭРИНДА Дата обращения: февраль 2015.
  3. ^ SkyFLASH Дата обращения: февраль 2015.
  4. ^ ЧАНДА Дата обращения: февраль 2015.
  5. ^ Нобелевская премия. Дата обращения: февраль 2015.
  6. ^ Шведский фонд детского рака Дата обращения: февраль 2015.
  7. ^ СКАНДИОН Дата обращения: февраль 2015.

Координаты: 59 ° 51′13 ″ с.ш. 17 ° 37′31 ″ в.д. / 59,8537 ° с. Ш. 17,6254 ° в. / 59.8537; 17.6254