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单粒子微束装置的物理过程模拟与图像系统试验研究

柳岸  
【摘要】:单粒子微束(Single-ion microbeam)装置荷电粒子(charged-particle microbeam)微束中的其中一种,它能够将粒子的束斑大小限制在微米量级的细胞或亚细胞尺度,并且可以精确到单个粒子的剂量的向靶的某个特定位置投射。自20世纪90年代中期研制成功以来,在环境低剂量暴露的健康影响等辐照生物学实验研究中发挥了重要作用,揭示了细胞辐照损伤近旁效应等一系列重要的荷电粒子与生物细胞相互作用的重要机理,成为一种可以对单个活态细胞精行精确手术的先进研究手段,因此受到了各国科学界的广泛重视,并且在世界范围内形成了了竞相发展的热点领域。 复旦大学从单粒子微束细胞精确照射装置于2008年立项,拟建设基于2×3MV的串列加速器(NEc-9SDH-2)的单粒子微束装置,引出能量在MeV量级的质子束流以及8MeV的α粒子展开细胞辐照实验。 考虑到影响束流品质的因素,作者在参与并搭建装置的同时,本文在第2章从束流光学计算的优化角度对最终到达生物平台前束线传输利用TRANSPORT/TURTLE进行了优化,达到了进入生物控制平台预准直的线度与束流发散角的要求,获得了最终x方向上不超过2mm,y方向上不超过3mm的束流,并把束流发散角限制在mrad内,并且排除了空间电荷效应可能导致的束流品质变化。在第3章,考虑到毛细管中微束的引出是设计中的难点问题,参照实际模型利用Geant4对毛细管的准直系统进行了Monte-Carlo模拟。确定了影响最终束流品质的可能因素,如束流发散角,能量变化,装配夹角,毛细管长度等参数,并且提出二次电子可能引起的污染,给实际调试的过程提供了指导。最后,本文结合物理情况,在第4章中对生物实验的过程结合生物实现的特点,提出生物辐照实验设计过程中的一般原则。


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