PET医用回旋加速器研制进展.pdf

里垄旦呈里些旦!!垩量芏查奎自!堑翌塞丝塞 PET医用回旋加速器研制进展 魏涛、何小中、庞健、赵息超、扬国君、龙继东、杨振、萱攀 (中国工程物理研兜院流体物理研究所，四川省绵阳市．62】900) 摘要：中国工程物理研究院流体物理研究所目前正在自行研制一台用于PET的1IMeV回旋加速器。 目前，该加速器已完成各分系统的研制，包括内置负氢潘宁源、高频系统、磁铁系统等，并实现整机 的安装调试。经束流测试表明，该加速嚣己达到其设计指标，当前正在进一步优化中。 关键词t正电子茬射成像、回旋加速嚣、离子源、高频、磁铁 时)正电子核素标记的示踪显像荆进行体内生物分子代谢显像和受体显像的方法．它在癌症早期诊断 和冠心病的蹬断中具有高度准确性，PET显像己经成为新世纪医学的热点之一。PET主要采用的显像 药物为FDGt它是一种葡萄糖类化台物。加速器产生的质子柬轰击在材料为”O富集水的靶上，经由 是PET扫描仪，另一部分为生产正电子核寨的小型医用回旋加速器。本文将重点阐述我方自行研制的 lIMeV回旋加速器(如图l所示)的研制进展． 1、离子源 如图2所示为回旋加速器的内置负氢潘宁源Ⅲ，目前该离子源己能轻松起弧并且稳定工作。在氢 气流量4seem时，离子源直流引出流强～lmA。 墨盐旦苎旦匡旦垫蕉墨芏查耋遥旦丝童堕奎 图2 内置式负氢潘宁源(铜制)与测试用法拉第杯(铝制)实物国 离子源已成功应用于加速器样机的调试，证明了其物理设计的正确性，但仍暴露出一定的局限性， 包括散热、位置调节、阴极烧蚀等。目前正在进行离子源的参数优化，以期延长离子源的使用寿命。 2、磁铁系统 PET加速器磁铁设计的首要目标是使得磁场满足等时性条件，即处于不同半径处粒子的回旋频率 要基本相等，否则粒子在射频场中的加速相位会发生大幅度漂移，使得粒子不能有效加速。我们的设 计目标是等时性的差异小于士02％，加速相位漂移小于306”1。此外，该磁铁设计还需满足粒子束的轴 向聚焦和径向聚焦。 图3所示四扇铁的径向扇聚焦结构即为PET加速嚣的磁铁结构示意图“，采用小气隙、深答结构 以提供更高的平均磁场和更强的聚焦能力。每个磁极扇面两侧均放置有可拆卸链条，通过镶条的切割 可实现磁场的垫补。该磁铁由磁极、芯柱、镶条、侧磁轭及上下盖板构成，每个磁极扇面的角度为58。， 磁极半径为45cm，磁极间的气隙高度为38cm：磁铁中心区略微下沉，用于内置负氢潘宁源的放置。 图3 回旋加速嚣磁铁示意图 r 经过多次测量和3次垫补，束流的加速相位偏移控制在±9。以内，一次谐波的最大幅值小于1垤auss 低阶共振线对柬流的影响很小。 3、高频系统 MH2范围内连续可调， 高频系统包含两个Dee扳放置于磁铁谷区，角度为30。，高频频率在71～73 加速电压最大为42KV，四个加速间隙即粒子回旋一圈加速4次，谐波数为4，如图4所示为高频腔的 实物图。 图4 回旋加速器高频腔实物图 在高频系统和磁铁系统联调时．基本成功躲避二次电子倍增效应，曾短暂实现过大功率连续波的 加载，对应加速电压40KV，但难以重复。而在加入离子源后，离子源气流及起弧恶化了二次电子的倍 增效应．并且恶化了高频系统的耐压。11前，高频系统的占空比约为50％50％，并将脉冲流强为100uA 的负氢离子柬加速到设计能量井成功的剥离引出。 当前的高频系统主要存在如下问题．包括：①高频腔与功率源的匹配问题；②联调时出现的自激 现象：@高频腔的Q值偏低，约为理论值的50％--65％；④二次电子倍增现象以及耐压、冷却等。目前， 正在针对以上问题进行系统优化，以期获得更好的效果。 4、其它 负氢束流在回旋加速器中加速、旋转约100圈后通过碳膜剥离为质子柬打靶。在此过程中．有多 种因素可能造成柬流的损失．包括：二次电子影响、真空剥离、菇振穿越等。 从目前的调试来看，真空剥高是追成束