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