طراحی سیم‌لوله و میدان مغناطیسی مناسب، جهت خط انتقال باریکه پروتون‌تراپی با لیزر موسسه HZDR آلمان

نویسندگان

دانشگاه حکیم سبزواری

چکیده

امروزه به دلیل هزینه­ های بالا و ابعاد بزرگ شتاب دهنده­ های متعارف پروتونی، استفاده از روش­های بهینه­ی دیگری جهت تولید باریکه پروتونی مورد مطالعه قرار گرفته است. یکی از روش­های مهم و جدید، استفاده از شتابدهنده­ های پروتونی مبتنی بر باریکه­ی لیزری می­ باشد. در این روش، لیزرهای با توان بالا (W/cm2 1018~ ) بر روی یک هدف با عدد اتمی بزرگ فرود آمده و با ایجاد یک محیط پلاسمایی باعث شتاب یون­ها و تولید پروتون خواهند کرد. در حال حاضر پروژه­ هایی در این زمینه همچون: ELIMED جمهوری چک، PMRC ژاپن،DROT مونیخ، HZDR درسدن آلمان و ... در حال انجام است. با توجه به پراکندگی زاویه­ای نسبتا زیاد پروتون­ها، کاهش پراکندگی و موازی­ سازی آن­ها جهت انتقال، اهمیت بسیار زیادی دارد. در این تحقیق، با استفاده از ابزار GEANT4، طراحی یک سیم­ لوله و میدان مغناطیسی مورد استفاده در خط باریکه­ ی موسسه­ ی HZDR آلمان انجام شده است. اثر سیم لوله بر پروتون­هایی با واگرایی اولیه 5 درجه مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می ­دهد در نظر گرفتن جزییات سیم­ لوله تاثیر مستقیمی بر محاسبات پروفایل پروتون­ها داشته و امری ضروری است. بیشنیه­ ی میدان مغناطیسی سیم ­لوله­ای، برای قرارگیری سامانه­ ی گزینشگر پروتون در فاصله­ ی یک متری چشمه، 20~ تسلا محاسبه شد.      

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Designing an approprate solenoid and magnetic field for the HZDR laser-driven beamline

نویسندگان [English]

  • Behnam Azadegan
  • Ali Asghar Mowlavi
  • Seyed Ali Mahdipour
چکیده [English]

Nowadays, due to the high costs and large dimensions of the conventional proton accelerators, other optimal methods for producing the proton beam have been studied. Using of Laser-driven proton accelerators is one of the important and new methods. In laser-driven ion acceleration, a highly ultra-intense laser pulse interacts with solid density targets and will create a plasma media that will accelerate ions and produce protons. Currently there are projects in this in field such as ELIMED, PMRC, DROT, HZDR and …. Due to the large angular dispersion of protons, reducing their dispersion and collimating them for transmission is very important. In this research, using the GEANT4 toolkit, the exact solenoid and its magnetics field for HZDR beamline have been simulated. The effect of solenoid on protons with a primary divergence of 5 degrees was investigated. The results show that consideration of the details of the solenoid has a direct effect on the calculation of the proton profiles and is necessary. The maximum of the solenoid magnetic field was calculated to ~20 Tesla to fit the proton selector system at a distance of one meter from the source.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Proton
  • Magnetic field
  • solenoid
  • energy distribution
  • source

مراجع

[1] H. Baron, P. Pommier, V. Favrel, et. al A ‘‘one-day survey’’: as a reliable estimation of the potential recruitment for proton-and carbon-ion therapy in France. Radiother. Oncol. 73 (2004) 15–17. [2] R. Mayer, U. Mock, R. Jager, I.Wedrich, et. al Epidemiological aspects of hadron therapy: a prospective nationwide study of the Austrian project MedAustron and the Austrian Society of Radiooncology (OEGRO). Radiother. Oncol. 73 (2004) 24–28. [3] M. Goitein, M. Jermann The relative costs of proton and X-ray radiation therapy. Clin. Oncol. 15 (2003) 37–50. [4] A. Garonna, U. Amaldi, R. Bonomi, et. al Cyclinac medical accelerators using pulsed ion sources. J. Instrum. 5 (2010). [5] V. Malka, J. Faure, Y. Gauduel, et. al Principles and applications of compact laser-plasma accelerators. Nat. Phys. 4 (2008) 447–453. [6] K. Ledingham, W. Galster Laser-driven particle and photon beams and some applications. New J. Phys. 12 (2010) 45-50. [7] H. Daido, M. Nishiuchi, A. Pirozhkov Review of laser-driven ion sources and their applications. Rep. Prog. Phys. 75 (2012). [8] S. Bulanov, T. Esirkepov, et al Oncological hadrontherapy with laser ion accelerators Phys. Lett. A. 299 (2002) 240-247. [9] K. Hofmann, S. Schell, J. Wilkens Laser-driven beam lines for delivering intensity modulated radiation therapy with particle beams. J. Biophotonics. 5 (2012) 903–911. [10] A. Yogo, T. Maeda, T. Hori, et. al Measurement of relative biological effectiveness of protons in human cancer cells using a laser-driven quasimonoenergetic proton beamline. Appl. Phys. Lett. 98 (2011) 53-70. [11] P. Poole, L. Obst, G. Cochran, et. al Laser-driven ion acceleration via target normal sheath acceleration in the relativistic transparency regime. New J. Phys. 20 (2018) 13-19. [12] J. Bin, K. Allinger, W. Assmann, et. al A laser driven nano second proton source for radiobiological studies. Appl. Phys. Lett. 101 (2012). [13] V. Scuderi, S. Bijan Jia, M. Carpinelli, et. al, Development of an energy selector system for laser-driven proton beam applications. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 740 (2014) 87–93. [14] I. Hofmann, J. Meyer, X. Yan, et. al Collection and focusing of laser accelerated ion beams for therapy applications. Phys. Rev. ST Accel. Beams. 14 (2011). [15] I. Hofmann, J. Meyer, X. Yan, et. al Chromatic energy filter and characterization of laser-accelerated proton beams for particle therapy. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A. 681 (2012) 44-54. [16] J. Bin, K. Allinger, K. Khrennikov, et. al Dynamics of laser-driven proton acceleration exhibited by measured laser absorptivity and reflectivity. Scientific Reports. 7 (2018) 35-48. [17] M. Pia The Geant4 Toolkit: simulation capabilities and application results. Nuclear Physics B - Proceedings Supplements. 125 (2003) 60-68.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار