Лаборатория Сведберга

Лаборатория Сведберга ^[1] (TSL) — университетское учреждение, расположенное в Уппсале , Швеция . Деятельность TSL основана на ускорителе частиц циклотроне Густава Вернера .

Основным видом деятельности является протонная терапия для лечения рака, основанная на соглашении между Онкологической клиникой Университетской больницы Упсалы и Университетом Упсалы . Время луча, не используемое для протонной терапии, используется для коммерческих проектов нейтронного и протонного облучения, в основном для радиационных испытаний. Также имеется некоторое время для фундаментальных (академических) исследований, и в этом случае эксперименты должны быть связаны с Уппсальским университетом или с проектами ЕС.

TSL поддерживается Европейским сообществом и принадлежит к проектам ЕС ERINDA, ^[2] СкайФлэш ^[3] и ЧАНДА. ^[4]

История

Теодор Сведберг (1884–1971), профессор физической химии Уппсальского университета с 1912 по 1949 год, был удостоен Нобелевской премии по химии в 1926 году. ^[5] за исследования дисперсных систем (коллоидных растворов). Он изобрел ультрацентрифугу , которая была использована при 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 служить базой для исследований в области физики высоких энергий и радиационной биологии до 1986 года, когда была создана Лаборатория Сведберга.

В начале 1980-х годов прошли интенсивные дискуссии относительно типа и размера ускорителей, которые должны были иметь в своем распоряжении шведские исследования в области ядерной физики и физики высоких энергий. Одним из результатов этого процесса стало решение о переносе магнитов так называемого Кольцо ICE (первоначальный эксперимент по охлаждению) от ЦЕРН до Упсалы. Кольцо ускорителя было переоборудовано в охладитель и накопительное кольцо и получило аббревиатуру CELSIUS (Охлаждение электронами и хранение ионов из уппсальского синхроциклотрона).

С 1994 по 2004 год Лаборатория Сведберга была национальным исследовательским центром, финансируемым в значительной степени Шведским советом по исследованиям в области естественных наук ( Шведский исследовательский совет ). Он был открыт для исследовательских групп из университетов и институтов Швеции и других стран. Лаборатория имела совет, набираемый на национальном уровне, и международный консультативный комитет программы, который давал рекомендации относительно исследовательской программы, изучая предложения групп пользователей. Упсальский университет выступал в качестве принимающей стороны лаборатории.

В 2004 году TSL была преобразована из национальной лаборатории в университетское учреждение, и 1 июля 2004 года вступили в силу новые инструкции для лаборатории. Основная деятельность TSL основана на соглашении между Университетской больницей Упсалы и Университетом Упсалы о продолжении протонной терапии . Время луча, не используемое для протонной терапии, используется для коммерческих проектов нейтронного и протонного облучения. Еще есть время для фундаментальных (академических) исследований, и в этом случае эксперименты должны быть связаны с Уппсальским университетом или с проектами ЕС.

Протонная терапия

Пучок протонов, извлекаемый из циклотрона, может иметь исключительные преимущества при лечении некоторых злокачественных опухолей человека и некоторых других заболеваний, когда традиционная лучевая терапия или хирургическое вмешательство невозможны. Распределение дозы по глубине с пиком Брэгга и относительно резкой полутенью позволяет концентрировать радиацию в объеме мишени и минимизировать дозу на нормальные ткани, окружающие мишень. Облучение протонным пучком может привести к излечению или уменьшению опухолевой массы в тех случаях, когда другие методы лечения неэффективны. Все пациенты тщательно обследуются с помощью компьютерной томографии и/или магнитно-резонансной томографии, чтобы получить подробные сведения о положении и размере опухоли. ангиография и позитронно-эмиссионная томография В некоторых случаях будут использоваться . Перед лечением тщательное планирование лучевой терапии проводится , чтобы обеспечить оптимальное распределение дозы. Лечение:

Меланомы глаз. Первого пациента лечили в апреле 1989 г. модифицированным пучком с энергией 72 МэВ до 54,5 Гр за 4 фракции с использованием метода одного поля.
Артериовенозная мальформация (АВМ) головного мозга. Первого пациента с поверхностно расположенными неоперабельными АВМ лечили в апреле 1991 г. модифицированным лучом с энергией 100 МэВ с использованием двух порталов с общей дозой 20 Гр за две фракции.
Терапия протонными пучками у больных увеальными меланомами и менингеомами головного мозга.
Протонно-лучевая терапия как усиление фотонно-лучевой терапии у пациентов со злокачественными опухолями.
Злокачественные глиомы. Пациенты с астроцитомами III и IV степени получали лучевую терапию фотонами и протонами.
Менингеомы головного мозга. Пациентов с частично резецированными менингиомами головного мозга I степени по классификации ВОЗ лечат с 1994 года. Лечение обычно проводится четырьмя фракциями на общую дозу 24 Гр.
Опухоли области головы и шеи, опухоли основания черепа и аденомы гипофиза. Большинство пациентов получали комбинированную терапию фотонами и протонами.
Первого пациента с раком простаты лечили в конце 2002 года с помощью энергии 180 МэВ. Для этой цели была построена специальная кушетка/платформа (см. рисунок выше).
В 2008 году Barncancerfonden (Шведский фонд борьбы с детским раком) ^[6]) профинансировал строительство регулируемой лечебной кушетки, приспособленной для лежачих пациентов-детей (см. рисунок выше), и настройку программного обеспечения, используемого для лечения.

В июне 2015 года университетская больница Упсалы завершит лечение в TSL и переедет в Скандион. ^[7] новая специализированная клиника протонной терапии в Уппсале, Швеция.

Облучательные установки для радиационных испытаний

На ТСЛ имеются установки с пучками частиц высоких энергий различного назначения. Пользователи в основном используют их для проверки надежности электронного оборудования в условиях радиационного воздействия, ускоренных радиационных испытаний. Также наблюдалось и другое применение, например, в биомедицинских исследованиях, материаловедении, производстве фильтров и других вещей.

Доступны следующие возможности:

ANITA, установка нейтронного пучка белого спектра

Имитирует нейтронное поле, индуцированное космическими лучами . Предназначен для тестирования эффектов единичных событий/частоты мягких ошибок.

Нейтронный пучок со спектром, похожим на спектр земной атмосферы.
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, установка квазимоноэнергетического нейтронного пучка

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
Переменный размер пятна луча
Просторная пользовательская зона, > 50 м2, где можно разместить довольно крупное оборудование для испытаний.

ПАУЛА, установка протонного пучка

Для тестирования эффектов одиночного события и общей дозы ионизации

Выбираемая энергия протонов в диапазоне энергий 20–180 МэВ.
Высокий переменный поток протонов
Переменный, одинаковый размер пятна луча

Установка тяжелых ионов

На протяжении многих лет циклотрон доставлял тяжелые ионы для исследовательских и промышленных проектов. Затем циклотрон использовал внешний источник ионов ECRIS для предварительного ускорения тяжелых ионов.

Технический обзор

Ускоритель частиц

Название машины: Циклотрон Густава Вернера

История Машина была спроектирована собственными силами и изготовлена в 1946–1951 годах с первой балкой в 1951 году. Затем в 1977–86 годах машина была перестроена с первой балкой в 1986 году.

Характеристики балок вне 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 луча: нейтроны в результате реакции 7Li(p,n)

n 20-175 (1-3)×10^5 на см2

Эффективность передачи (от источника до выведенного луча)

Типичный (%): 5
Лучший (%):

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

Тип: компактный
Кб (МэВ): 192
Кф (МэВ):
Среднее поле (макс./мин. Т): 1,75/0,6
Количество секторов: 3
Угловая ширина холма (градусы): варьируется
Спираль (град.): 55
Диаметр полюса (м): 2,8
Радиус впрыска (м): 0,019
Радиус извлечения (м): 1,175
Высота холма (м): 0,2
Зазор долины (м): 0,38

Обрезать катушки

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

Гармонические катушки

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

Основные катушки

Количество: 2
Всего ампер-витков: 814000
Максимальный ток (А): 1000
Запасенная энергия (МДж): 9
Общий вес железа (тонны): 600
Общий вес рулона (тонны): 50

Власть

Основные катушки (общая мощность): 275
Подстроечные катушки (всего, максимум, кВт): 70
Холодильник (криогенный, кВт):

(б) RF (номер 3 на рисунке) Ускорение

Диапазон частот (МГц): 12,3 – 24,0
Гармонические режимы: 1,2,3
Количество Деев: 2
Количество полостей:
Угловая ширина Ди (градусы): 72-42

Напряжение

При инжекции (пик-земля, кВ):
При извлечении (пик-земля, кВ):
Пиковое (пик-земля, кВ): 50
Мощность сети (макс, кВт): 280
Стабильность фазы (град): ±0,5
Стабильность напряжения (%): ±0,1

(в) Инъекции

Источник ионов: внутренний PIG (№ 2 на рисунке), внешний ECR (нет на рисунке)
Напряжение смещения источника (кВ): 20
Внешняя инъекция: осевая
Тип пакетировочной машины: h=1 с двойным зазором
Энергия инжекции (МэВ/н):
Компонент: спиральные инфлекторы
Эффективность впрыска (%): 5 - 10
Инжектор:

(г) Добыча Элементы, Характеристика

Изохронный режим: прецессионное извлечение

Эл. стат. дефл. 65 кВ, апертура 5 мм, перегородка 0,5 мм, Эл. магн. канал 4,7 кА, перегородка 5 мм, пассивный фокусирующий канал

Синхроциклотронный режим: регенеративная экстракция Тот же плюс

пассивный очиститель, регенератор Типичная эффективность (%): 50 Лучшая эффективность (%): 80

(д) Вакуум (№ 4 на рисунке) Насосы:

2 Диффузионный насос для создания основного вакуума в резервуаре,
1 диффузионный насос для промежуточного вакуума,
2 ловушки Мейснера

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

Каналы

В TSL есть несколько направлений: Линия А использовалась для производства нуклидов, не использовалась несколько лет, но находится в рабочем состоянии. Линия B обычно используется для подачи протонного пучка для испытаний на облучение. Линия C используется для биомедицинских исследований с различными тяжелыми ионами. Линия D обычно используется для подачи протонного пучка для производства нейтронных пучков для радиационных испытаний. G-линия обычно используется для доставки протонного пучка для протонной терапии .

Директора лабораторий

Арне Йоханссон, почетный профессор, 1986–1992 гг.
Лейф Нильссон, почетный профессор, 1993–1998 гг.
Курт Экстрем, почетный профессор, 1998–2008 гг.
Бьёрн Голнандер, доктор философии, 2008–2015 гг.

Скэндитроникс АБ

Компания Scanditronix AB, которая позже была приобретена General Electric Healthcare в 1991 году, разрабатывает циклотроны, частично основываясь на исследованиях в TSL. ^[8]^[9]

Ссылки

^ Главная страница Лаборатории Сведберга . Получено в феврале 2015 г.
^ ЭРИНДА Получено в феврале 2015 г.
^ SkyFLASH Получено в феврале 2015 г.
^ ЧАНДА Получено в феврале 2015 г.
^ Нобелевская премия . Получено в феврале 2015 г.
↑ Шведский фонд детского рака, данные получены в феврале 2015 г.
^ СКАНДИОН Получено в феврале 2015 г.
^ Андерберг, Б. «Ускорительная технология Scanditronix» . Школа ускорителей CAS-CERN Вторая школа общей физики ускорителей . ЦЕРН. doi : 10.5170/CERN-1987-010.318 . Проверено 25 ноября 2023 г.
^ «GE присоединяется к толпе с маленьким циклотроном» . Диагностическая визуализация . 14 августа 1991 г. Проверено 25 ноября 2023 г.

59 ° 51'13 "N 17 ° 37'31" E / 59,8537 ° N 17,6254 ° E / 59,8537; 17.6254

[1] Главная страница Лаборатории Сведберга . Получено в феврале 2015 г.

[2] ЭРИНДА Получено в феврале 2015 г.

[3] SkyFLASH Получено в феврале 2015 г.

[4] ЧАНДА Получено в феврале 2015 г.

[5] Нобелевская премия . Получено в феврале 2015 г.

[6] Шведский фонд детского рака, данные получены в феврале 2015 г.

[7] СКАНДИОН Получено в феврале 2015 г.

[8] Андерберг, Б. «Ускорительная технология Scanditronix» . Школа ускорителей CAS-CERN Вторая школа общей физики ускорителей . ЦЕРН. doi : 10.5170/CERN-1987-010.318 . Проверено 25 ноября 2023 г.

[9] «GE присоединяется к толпе с маленьким циклотроном» . Диагностическая визуализация . 14 августа 1991 г. Проверено 25 ноября 2023 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]