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第40卷第4期 2020年7月核电子学与探测技术Nuclear Electronics Detection TechnologyVol.40 No.4Jul.2020医用质子重离子加速器辐射防护信息平台设计王孝娃u，杜宁u，黄夏彬K2(1.上海市质子重离子医院，上海201321;2.上海质子重离子放射治疗工程技术研究中心，上海201321)摘要：本文介绍了医用质子重离子加速器辐射安全防护平台的设计。
主要从该平台的设计理念、使 用的信息技术工具、平台的实现过程、平台各个模块功能作用及结论等为内容系统介绍了该平台所涉及的设计过程及所要实现功能，为辐射安全防护探索新的技术手段。
关键词：质子重离子；辐射防护；信息技术；平台中图分类号：R14 文献标志码：A文章编号：0258 —0934(2020)4 —0550 —04质子、碳离子束流剂量分布的主要特征是此类带电粒子在射程末端以布拉格峰的形式释放出绝大部分能量而尾部剂量很低，较髙能X 射线具有明显剂量分布优势M,从而显著地提 高肿瘤治疗剂量，增强了对肿瘤的杀灭效应，降 低了质子、碳离子人射途径周边和肿瘤病灶周围正常组织损伤和减少了受照射的正常组织器官的体积[59]。
但质子重离子加速器由于能量较高辐射源项复杂、辐射场瞬间变动等特点，对 于质子重离子治疗装置的辐射防护提出了新的挑战。
针对目前医用质子重离子复杂的辐射安全防护要求，本课题将辐射防护管理与现代信息技术相融合，构建了医用质子重离子辐射安全防护信息平台。
将该平台整合进医院办公自动化（Office Automation,O A)办公平台，可在各 个计算机端口根据权限范围进行登陆查询，为收稿日期：2020 —03 —25作者简介：王孝娃（1982—），男，陕西富平人，注册核安全工程师，主要从事医用质子重离子加速器辐射防护技术研究。
550医院利用质子重离子加速器安全顺利治疗保驾 护航。
1 总体设计辐射安全防护信息平台是以网络为基础，以计算机电脑W indows系统为终端的，涵盖了 质子重离子加速器辐射防护过程中的六大模块，分别是：（1)制度与法规模块；（2)个人档案 模块；（3)人员管理模块；（4)主值班工作记录模 块；（5)夜班值班记录；（6)辐射安全信息模块。
重离子加速器冷却储存环（HIRFL-CSR）工程研究集体研究集体所在单位：中国科学院近代物理研究所研究集体主要科技贡献：2000年至2007年，完成了兰州重离子加速器冷却储存环HIRFL-CSR 的预研、设计、建造与调试。
CSR是我国自行设计建造的第一个大规模、高能量、全离子加速的重离子冷却储存环系统，属国家“九五”重大科学工程。
它的实施对开展更广范围更高精度的基础研究及应用基础研究，尤其是重离子治癌方面有着重要意义。
CSR是利用原有的回旋加速器系统作注入器，采取双环结构，将重离子束的能量从低能区提高到中高能区；在世界上首次实现了空心电子束对高能重离子束的冷却；并首次对100毫秒量级的短寿命滴线核素63Ge、65As和67Se的质量进行了高精度测量；同时还实现了储存环高能重离子束变能共振慢引出，使每个引出束团能量可调，为深部肿瘤临床治疗解决了关键技术难题。
研究集体突出贡献者（工作单位）及主要科技贡献：詹文龙中国科学院近代物理研究所主要科技贡献：作为工程经理组织完成工程建设。
全面负责实验终端及实验设置，提出的高精度质量测量方案已取得初步成果。
夏佳文中国科学院近代物理研究所主要科技贡献：总工程师，提出了兰州冷却储存环CSR概念；完成了总体设计及物理设计；主持完成了CSR总体调试与试运行。
原有进中国科学院近代物理研究所主要科技贡献：副总工程师，完成注引系统建设、控制物理设计。
提出并完成剥离注入，变谐波加速，多虚拟加速器等关键技术。
研究集体主要完成者及工作单位：袁平中国科学院近代物理研究所乔为民中国科学院近代物理研究所高大庆中国科学院近代物理研究所杨晓天中国科学院近代物理研究所满开第中国科学院近代物理研究所赵红卫中国科学院近代物理研究所肖国青中国科学院近代物理研究所魏宝文中国科学院近代物理研究所杨晓东中国科学院近代物理研究所蔡晓红中国科学院近代物理研究所徐瑚珊中国科学院近代物理研究所宋明涛中国科学院近代物理研究所马力祯中国科学院近代物理研究所何源中国科学院近代物理研究所周忠祖中国科学院近代物理研究所许哲中国科学院近代物理研究所刘勇中国科学院近代物理研究所中国地域空间开发的理论体系研究及重大规划实践研究集体研究集体所在单位：中国科学院地理科学与资源研究所研究集体主要科技贡献：坚持为国家重大地域开发和区域可持续发展需求服务的科研道路，建立了以点轴系统、地域功能和空间级联系统等理论构成的地域开发理论体系，主持完成了《全国主体功能区划》、《京津冀都市圈规划》、《东北地区振兴规划》等一系列影响我国区域可持续发展进程的重大规划，创建了我国区域规划技术流程和功能区划技术规程。
重离子医用加速器项目可行性研究报告（用途:发改委甲级资质、立项、审批、备案、申请资金、节能评估等）版权归属：中国项目工程咨询网编制工程师：范兆文【微信公众号】：中国项目工程咨询网或 xmkxxbg《项目可行性研究报告》简称可研，是在制订生产、基建、科研计划的前期，通过全面的调查研究，分析论证某个建设或改造工程、某种科学研究、某项商务活动切实可行而提出的一种书面材料。
项目可行性研究报告主要是通过对项目的主要内容和配套条件，如市场需求、资源供应、建设规模、工艺路线、设备选型、环境影响、资金筹措、盈利能力等，从技术、经济、工程等方面进行调查研究和分析比较，并对项目建成以后可能取得的财务、经济效益及社会影响进行预测，从而提出该项目是否值得投资和如何进行建设的咨询意见，为项目决策提供依据的一种综合性的分析方法。
可行性研究具有预见性、公正性、可靠性、科学性的特点。
《重离子医用加速器项目可行性研究报告》主要是通过对重离子医用加速器项目的主要内容和配套条件，如市场需求、资源供应、建设规模、工艺路线、设备选型、环境影响、资金筹措、盈利能力等，从技术、经济、工程等方面进行调查研究和分析比较，并对重离子医用加速器项目建成以后可能取得的财务、经济效益及社会影响进行预测，从而提出该重离子医用加速器项目是否值得投资和如何进行建设的咨询意见，为重离子医用加速器项目决策提供依据的一种综合性的分析方法。
可行性研究具有预见性、公正性、可靠性、科学性的特点。
《重离子医用加速器项目可行性研究报告》是确定建设重离子医用加速器项目前具有决定性意义的工作，是在投资决策之前，对拟建重离子医用加速器项目进行全面技术经济分析论证的科学方法，在投资管理中，可行性研究是指对拟建重离子医用加速器项目有关的自然、社会、经济、技术等进行调研、分析比较以及预测建成后的社会经济效益。
北京国宇祥国际经济信息咨询有限公司是一家专业编写可行性研究报告的投资咨询公司，我们拥有国家发展和改革委员会工程咨询资格、我单位编写的可行性报告以质量高、速度快、分析详细、财务预测准确、服务好而享有盛誉，已经累计完成6000多个项目可行性研究报告、项目申请报告、资金申请报告编写，可以出具如下行业工程咨询资格，为企业快速推动投资项目提供专业服务。
医用重离子加速器应用放射性污染防治措施在医用重离子加速器的使用过程中，会散发出一定的放射性物质，对人类以及环境造成很大的污染，因此，要采取相应的措施对这些污染进行防治，减少其对人类生存环境造成的破坏。
基于此，文章对医用重离子加速器应用放射性污染防治措施进行了分析，希望能够找到最佳的解决措施，改善当前的放射性污染問题。
标签：医用重离子加速器；放射性污染防治；措施随着医用重离子加速器研究的快速发展，其在国内的应用范围也逐渐扩大。
医用重离子加速器主要应用于癌症治疗等方面，虽然在医学应用方面为人类带来帮助，但是其产生的放射性物质也会对人类以及周遭的环境带来一定的危险，因此，人们在享受重离子加速器带来便利的同时，也要重视其所产生的放射性污染问题。
1 医用重离子加速器概述医用重离子加速器提供的重离子束主要应用于重离子束治癌，而提供的放射性核素以在核医学方面的应用为主。
重离子加速器的组成主要有3部分：重离子束引出机构、加速机构、产生机构。
当前的兰州重离子加速器装置主要包括中高低能束运线、离子源、回旋加速器以及同步加速器等。
重离子加速器的主要工作原理为：①产生离子源。
在离子源中假如含有核素的气体，让其同含有一定热量的电子进行碰撞，在经历过多次碰撞后，会产生多电荷的离子，在整个引出阶段使用磁铁对离子进行筛选，选出需要加速的核素离子束；②离子束加速。
将离子束注入到回旋加速器当中，当达到某一具体能量后会被引出；然后通过束运线直接到达同步加速器，接着被加速到高能状态最后引出；③用于终端实践。
离子经过高能传输到最后的终端，接着在终端当中完成相应的实践活动。
2 医用重离子加速器的应用医用重离子治疗癌症被认为是当代最有效的治疗方法。
同普通的放射线治疗相比，重离子主要是集中在射程末端，而在沿途当中损失的剂量相对较少。
通过调节离子的方向可以将其更多的集中在肿瘤区域，这样在进行治疗的过程中，对周遭的健康细胞组织损坏的程度相对较小。
271区域治理ON THE W AY作者简介：王 强，生于1978年，大学，助理工程师，研究方向为核与辐射管理。
医用重离子加速器辐射安全监管工作研讨王强1，俞亮山1，周翔21.武威市生态环境局；2.兰州理工大学摘要：重离子加速器在肿瘤治疗方面有着独特的优势，自其问世以来，便在全世界范围内快速推广。
从当前我国情况来看，重离子加速器的应用仍处于初步阶段，但也即将迎来快速发展期，所以必须要加强对重离子加速器的监管，并减少重离子加速器使用过程中的各种辐射安全隐患。
基于此，本文从医用重离子加速器的发展入手，首先分析医用重离子加速器的监管难点，然后探究对重离子加速器辐射安全监管工作的开展措施，希望可以借此给重离子加速器应用的相关研究提供一定的参考意见。
关键词：重离子加速器；应用；辐射安全监管中图分类号：TU714文献标识码：A文章编号：2096-4595（2020）35-0271-0001一、医用重离子加速器的发展在肿瘤的治疗中，放疗是一项极为先进的技术，它借助粒子线束可以准确的攻击肿瘤细胞，其不仅能够减少手术对周围组织的伤害，而且在整个过程中并不会产生各类并发症，还能减轻患者的疼痛，因此被认为是21世纪最为理想的恶性肿瘤治疗方法。
在具体应用中，重离子加速器是通过将重离子打入患者体内，并与靶细胞发生作用来达到治疗目的。
目前我国已有数家医院配置了重离子加速器，而且也有更多的医院正在着力于重离子加速器建设。
二、医用重离子加速器的监管难点与一般的放射诊疗设备不同，重离子加速器在使用过程中不仅会产生高剂量瞬发辐射的同时，还会因活化造成残余辐射并产生臭氧、二氧化氮等废气，上述污染因子都会对人体产生不同程度的危害。
因此，在使用重离子加速器时，必须采用必要的屏蔽措施和安全措施。
特别对于工作人员而言，在重离子加速器调试和使用期间，如果防护或操作不当，极有可能造成辐射损伤。
患者更是重离子加速器的直接受用者，因此，在治疗过程中必须精准计算照射量，尽可能将正常细胞或组织的受损程度降到最低。
强流重离子加速器作用强流重离子加速器是一种用于加速重离子的设备，它在科学研究、医学治疗和工业应用等领域具有重要的作用。
本文将从加速器的原理、应用领域和未来发展等方面进行介绍。
我们来了解一下强流重离子加速器的基本原理。
强流重离子加速器主要由加速模块、磁铁系统和控制系统等部分组成。
加速模块通过电场和磁场的作用，将重离子逐渐加速到高能状态。
磁铁系统起到聚焦和偏转的作用，使重离子能够沿着预定的轨道运动。
控制系统则负责监控和调节整个加速过程，确保加速器的稳定运行。
强流重离子加速器在科学研究中有着广泛的应用。
通过加速器，科学家们可以将重离子加速到极高的能量，以进行高能物理实验。
这些实验可以帮助我们更好地了解宇宙的起源和结构，研究基本粒子的性质和相互作用等。
此外，加速器还可以用于核物理研究，通过研究重离子核反应，探索核能的利用和储存方式。
强流重离子加速器也被广泛应用于材料科学领域，通过将重离子注入材料表面，可以改变材料的物理和化学性质，用于材料改性和功能材料的研究。
强流重离子加速器在医学治疗中也发挥着重要的作用。
通过将重离子加速到高能状态，可以用于放射治疗。
相比传统的X射线治疗，重离子放射治疗具有更好的剂量分布特性，可以更精确地瞄准肿瘤组织，减少对周围正常组织的伤害。
此外，重离子放射治疗还可以用于治疗一些传统放疗难以治愈的肿瘤类型，如深部恶性肿瘤和儿童肿瘤等。
强流重离子加速器在医学领域的应用前景十分广阔。
除了科学研究和医学治疗，强流重离子加速器在工业领域也有着重要的应用。
例如，加速器可以用于材料表面改性，提高材料的硬度、耐磨性和附着力等性能，广泛应用于航空航天、汽车制造和机械加工等行业。
此外，加速器还可以用于辐照杀菌，对食品、药品和医疗器械等进行消毒和灭菌处理，保证产品的安全和质量。
未来，强流重离子加速器还有许多发展的空间。
一方面，科学家们正在不断改进加速器的设计和技术，提高加速器的能量和性能。
另一方面，加速器的应用领域也在不断扩大，例如在新能源和环境保护领域的应用。
重离子加速器的原理和应用随着科技的不断发展，我们的生活中不断涌现出各种高科技技术。
其中，重离子加速器就是一种非常重要的科技设备，能够广泛应用于核物理、医疗和材料学等领域。
本文将详细介绍重离子加速器的原理、结构和应用。
一、原理重离子加速器的原理是通过电场和磁场来对带电粒子进行加速。
其中，电场的作用是加速、磁场的作用则是把粒子引导到正确的轨道并控制它们的速度和方向。
具体来说，可以将重离子加速器分为三个部分：离子源、加速器和束流线。
离子源是重离子加速器的起点，它能够将气态原子中的离子从中抽出来，并使离子带上电荷，变为带电粒子。
接下来，带电粒子会通过加速器的不同部分进行加速，直到达到所需的能量。
这个过程中，加速器系统会通过不同的结构来增强和聚焦电场和磁场，以确保粒子能够按照正确的轨迹前进。
最后，带电粒子会进入束流线，这是将带电粒子聚集成为束流并将其传送到实验环境中的最后一步。
束流线的设计可以控制带电粒子的流量、密度和集中度，确保带电粒子能够在实验中按照需要进行相互作用。
二、结构重离子加速器的结构可以分为三大类：直线型、环形和螺旋型。
这三种类型的重离子加速器各有特点，可以针对不同的实验需求进行选择和设计。
直线型加速器是最简单的一种结构，能够将带电粒子加速到极高的速度。
这种加速器的加速管是一条直线，由连续的电场区间构成。
在每一个电场区间中，带电粒子的速度都会增加，从而达到更高的能量水平。
环形加速器常被用于强子物理和核物理领域。
这种加速器的结构是一个环形，由隔壁的加速器区域组成。
在环上，带电粒子会通过连续的磁场加速区域，提高其能量水平。
环形加速器的优点是它能够周期性地重复使用，因此可以非常高效地进行研究工作。
螺旋型加速器的结构是一种介于直线型和环形加速器之间的结构。
这种加速器的设计是将直线型和环形加速器的优点结合在一起，使得能量提高在空间和时间上都是均匀的。
因此，它能够提供更均匀的束流，适用于需要高质量束流的实验。
粒子加速器技术在医学治疗中的应用概述：随着科学技术的不断发展，人类对于医学治疗的需求也日益增加。
粒子加速器技术作为一项前沿的科技突破，已经在医学治疗领域展现出巨大的潜力。
它通过加速和运用高能粒子在治疗过程中提供更精确的照射剂量和更高的治疗效果，极大地改善了传统放射疗法的局限性。
本文将介绍粒子加速器技术在医学治疗中的应用，并探讨其在肿瘤治疗、神经系统疾病治疗以及心血管疾病治疗方面的优势和潜力。
一、粒子加速器技术在肿瘤治疗中的应用：1. 肿瘤治疗中的传统放射疗法存在的问题：传统放射疗法依赖于高能X射线或伽马射线，在治疗过程中会对非肿瘤组织造成不可避免的损害，且临床上针对肿瘤的定位和照射精度有限，容易对周围正常组织产生伤害。
同时，传统放射疗法在治疗一些深层肿瘤时的疗效也有一定的限制。
2. 粒子加速器技术在肿瘤治疗中的优势：粒子加速器技术利用重离子（如质子和碳离子）的特殊性质，在肿瘤治疗中展现出了许多优势。
首先，粒子加速器可以提供高度的精确性和灵活性，能够适应复杂的肿瘤形态，并精确定位到目标组织，从而最大限度地减少对周围正常组织的伤害。
其次，重离子具有较强的穿透能力和射线质量，能够更好地治疗深层组织的肿瘤，提高疗效。
最后，粒子加速器技术在治疗某些类型的肿瘤，如儿童肿瘤和脑肿瘤方面，相较于传统放疗更为安全和有效。
3. 粒子加速器在肿瘤治疗中的临床应用：目前，粒子加速器技术已经在全球范围内广泛应用于肿瘤治疗。
例如，日本的日本重离子医学中心（Japan Proton Therapy Center）和德国的海德堡重离子治疗中心（Heidelberg Ion Therapy Center）等医疗机构，已经取得了令人瞩目的疗效。
此外，美国的纳米治疗中心（National Association for Proton Therapy）等机构也在积极地推广和应用粒子加速器技术。
二、粒子加速器技术在神经系统疾病治疗中的应用：1. 神经系统疾病治疗中的传统方法：传统的神经系统疾病治疗方法包括手术和药物疗法，在某些疾病和患者群体中存在一定的限制和副作用。
医疗机构医院质子和重离子加速器放射治疗技术管理规范（2019年版）目录一、医疗机构基本要求 (2)二、人员基本要求 (3)三、技术管理基本要求 (4)四、培训管理要求 (6)为规范质子和重离子加速器放射治疗技术（以下简称质子和重离子放射治疗技术）临床应用，保证医疗质量和医疗安全，制定本规范。
本规范是医疗机构及其医务人员开展质子或重离子放射治疗技术的最低要求。
本规范所称质子和重离子放射治疗技术是指通过加速器产生质子、重离子等实施放射治疗的技术。
不包括应用普通加速器产生的X线、电子线和钴60产生的 线实施放射治疗的技术。
一、医疗机构基本要求（一）医疗机构开展质子或重离子放射治疗技术应当与其功能、任务和技术能力相适应。
（二）有卫生计生行政部门核准登记的肿瘤科、放射治疗科、病理科及医学影像科等相关诊疗科目。
（三）有10年以上的调强放射治疗技术（IMRT）肿瘤治疗经验，年收治肿瘤患者不少于10000例。
（四）辐射防护条件满足国家标准要求，取得卫生监督和环保部门的许可证。
（五）放射治疗科。
1.有临床医师、放射物理师、技师、加速器维修保养工程技术人员和护师。
2.开展放射治疗工作10年以上，年收治放射治疗患者不少于2000例。
3.具有CT模拟定位机、带多叶光栅的直线加速器、逆向治疗计划系统、质量保证和质量控制设备等。
4.具有三维图像引导技术，开展在线三维图像引导放射治疗、调强适形放射治疗、立体定向放射治疗技术均在3年以上，每项技术治疗患者不少于100例。
5.按照国家卫生计生行政部门相关设备配置要求，规范配备质子或重离子放射治疗系统设备。
（六）医学影像科。
1.有磁共振（MRI）、计算机X线断层摄影（CT）和正电子发射计算机断层显像仪（PET-CT）等影像诊断设备。
2.有医学影像图像管理系统。
3.开展影像诊断（含核医学）工作10年以上。
（七）有至少3名具备质子或重离子放射治疗技术临床应用能力的本医疗机构注册医师。
有至少3名具备质子或重离子放射治疗技术临床应用能力的本医疗机构在职物理师。
医用重离子加速器辐射场研究医用重离子加速器辐射场研究引言：随着科学技术的不断发展，医疗领域也在积极创新，以提供更有效的治疗方法。
医用重离子加速器作为一种新兴的放疗设备，以其高能量、高质量的离子束成为医学领域重要的辐射治疗手段之一。
然而，重离子加速器辐射场对人体健康的影响仍然存在许多未知。
一、医用重离子加速器辐射场的特点医用重离子加速器通过高速加速离子使其获得高能量，然后利用这些高能量的离子束来治疗肿瘤。
其辐射场具有以下特点：1. 篩選辐射：医用重离子加速器能够根据需要选择所用的离子种类和能量，从而实现对肿瘤的精确治疗。
这种篩選辐射的特点，使得医用重离子加速器能够更好地保护周围健康组织，减少对患者的副作用。
2. 高剂量获益：重离子加速器的辐射能够在肿瘤内部以更高的剂量分布，达到较高的治疗效果。
这是由于重离子加速器的辐射能力能够充分利用其高能量的特性。
3. 辐射穿透：重离子加速器的辐射能够穿透患者的身体深部组织，使其可以治疗深层肿瘤。
这也是与常规的X射线疗法相比较的优势之一。
二、医用重离子加速器辐射场的研究意义虽然医用重离子加速器在肿瘤治疗领域已经取得了一定的成果，但对于其辐射对人体健康的影响仍然存在许多未知。
深入研究医用重离子加速器的辐射场，对于优化治疗方案、减少治疗副作用、提高治疗效果具有重要意义。
1. 辐射生物学研究：医用重离子加速器辐射场的研究可以帮助我们更好地了解其对人体细胞和组织的影响机制。
通过研究辐射场对细胞的生物学反应，可以进一步明确辐射对人体健康的风险，并探索有效的防护措施。
2. 剂量计算和治疗计划设计：重离子加速器辐射场的研究对于剂量计算和治疗计划设计具有重要意义。
通过研究辐射场的传播规律和能量分布，可以更准确地计算剂量，优化治疗方案，提高治疗精度。
3. 临床实践指导：重离子加速器辐射场的研究也将为临床实践提供指导。
研究结论可以帮助医生更准确地评估治疗效果和副作用，提供科学依据，指导医生选择最佳的治疗方案和具体的治疗参数。
重离子加速器的实现和应用重离子加速器是一种高能物理研究设备，被广泛应用于原子核物理、材料科学、生物医学等领域。
本文将从加速原理、加速器分类、应用领域等方面介绍重离子加速器的实现和应用。
一、加速原理重离子加速器是利用高电压电场将带电粒子加速到高速的设备。
对于重离子加速器，其加速原理与常见的粒子加速器略有不同。
对于电子加速器，粒子的动能可以用电场加速获得。
然而，电子的质量较小，因此相应的加速器面积可以较小。
对于质子加速器，由于质子电荷和质量较大，因此需要更大的电场来将质子加速到同样的速度。
而对于重离子加速器，由于重离子的质量和电荷均较大，需要更大的加速器的面积和电场强度来达到同样的动能。
因此，重离子加速器一般采用射频加速方式，利用多个加速空间加速器将重离子加速至目标能量，通过重复加速空间来达到较高的能量。
二、加速器分类根据不同的加速器结构和加速方法，重离子加速器可以分为以下几种：1. 同步加速器同步加速器又称循环加速器，是最早被发明的重离子加速器之一。
其加速器结构为环形，通过持续加速和同步聚焦，将重离子不断加速到目标能量。
同步加速器的优点是能够加速相对较大的重离子，能够持续加速，因此也被广泛应用于可控核聚变领域。
2. 线性加速器线性加速器与同步加速器最大的差别在于其加速方式——直线推进。
由于直线推进的加速方式，线性加速器中的重离子速度可以达到更高的速度，因此更适合应用于核物理和材料科学方面。
3. 超导加速器超导加速器是重离子加速器的技术改进版，其核心思路是通过超导电磁铁来提高加速空间的磁场强度和稳定性。
与其他加速器相比，超导加速器在加速速度和能量稳定性方面更为出众，因此被视为未来加速器技术的重要方向。
三、应用领域重离子加速器在核物理、材料科学、生物医学等领域的应用远远不止以上三种加速器，以下是其中几个典型的应用领域：1. 核物理重离子的动能越高，能够研究的物理问题也更加复杂。
在核物理领域，重离子加速器被广泛应用于核结构、核转动、核共振、核外交等领域。
重离子加速器技术的研究与应用重离子加速器技术是一项高新技术，其研究和应用领域涉及生物医学、能源等多个领域。
重离子加速器是指以重离子为加速质量的加速器，重离子具有强大的穿透能力和较高的能量密度，在各个领域都有广泛的应用。
一、重离子加速器技术的起源和发展重离子加速器技术始于上世纪60年代，最初的重离子加速器是用来研究原子核结构和基础物理的科研设备。
后来，随着技术的不断发展，重离子加速器应用领域也逐渐扩展，包括了地质勘探、材料加工、核物理、医学、环保等诸多领域。
二、重离子加速器技术的应用领域1、生物医学领域重离子加速器技术在生物医学领域的应用主要有两个方面，一是肿瘤治疗，二是基因治疗。
重离子加速器可以将重离子束送入人体内，精确地杀灭肿瘤细胞，而对正常细胞造成的伤害非常小。
此外，重离子加速器还可以用于基因治疗，向靶细胞内部输入重离子粒子，激发细胞自身修复能力，治疗各种疾病。
2、能源领域重离子加速器技术在能源领域的应用主要包括核聚变、核裂变和储能技术三个方面。
重离子加速器可以进行核聚变实验，探索清洁能源的未来；重离子加速器也可以进行核裂变实验，为核电站研究提供基础理论和实验技术支持；重离子加速器还可以用于电网储能技术的研究，为电力供需保持平衡提供技术保障。
3、环保领域重离子加速器技术在环保领域的应用主要是大气污染治理和水净化。
重离子加速器可以利用高能离子束进行空气污染的处理，去除大气中的污染物；重离子加速器还可以用于水处理技术的研究，对水中的污染物进行处理，净化水质。
三、重离子加速器技术的发展方向未来，重离子加速器技术还有很大的发展潜力，研究方向主要有四个方面。
一是设计、改造和建造新型重离子加速器，使其更加稳定和运行效率更加高效。
二是研究、完善和开发新型重离子束源，获得更为稳定的、较高的束流质量。
三是对加速器材料的研究，开发高强度、高温度、高辐射的材料，以提升加速器的使用寿命和安全性能。
四是对加速器技术的多学科研究，结合现代计算和控制技术，实现智能化的加速器控制和操作。
医用直线加速器原理
医用直线加速器是一种常见的肿瘤放疗设备，它利用高能X射
线或电子束对肿瘤组织进行精确照射，以达到治疗目的。
其原理主
要包括加速、聚焦、定位和照射等几个方面。
首先，医用直线加速器的原理之一是加速。
它利用高频微波电
场将电子加速至接近光速，形成高能束流。
这些高能电子束流在加
速器内部通过一系列加速腔和磁场的作用，逐渐增加能量，最终形
成高能的X射线或电子束。
其次，医用直线加速器的原理还涉及到聚焦。
加速的电子束流
通过磁场的调控，使得其聚焦成一个细小的束流，这样可以提高X
射线或电子束的穿透力和照射精度，同时减少对周围正常组织的伤害。
另外，医用直线加速器还需要进行定位。
在放疗治疗过程中，
需要确保X射线或电子束能够准确照射到肿瘤组织上，而不对周围
健康组织造成伤害。
因此，医用直线加速器配备了精确的定位系统，可以根据患者的具体位置和肿瘤的大小形状进行精确的定位，确保
照射的准确性和安全性。
最后，医用直线加速器的原理还包括照射。
经过加速、聚焦和
定位等步骤，高能X射线或电子束最终被照射到患者的肿瘤组织上，以达到治疗的目的。
照射过程需要严格控制剂量和照射时间，以确
保治疗的有效性和安全性。
总的来说，医用直线加速器是一种利用高能X射线或电子束对
肿瘤组织进行精确照射的放疗设备，其原理包括加速、聚焦、定位
和照射等几个方面。
通过精确的技术控制，医用直线加速器可以提
供高质量的肿瘤放疗治疗，为患者带来更好的治疗效果和生活质量。
第39卷第6期核电子学与探测技术 V〇1.39No.6 2019 年11月Nuclear Electronics &Detection Technology Nov.2019某国产医用重离子加速器治疗装置辐射监测水平周晓剑，许忠扬，聂鹏煊，王晓涛，邢劲松#(生态环境部核与辐射安全中心北京，100082)摘要:为了解某国产医用重离子加速器辐射防护情况，以该装置为研究对象，使用X/7剂量率仪 和中子剂量当量率仪测量治疗室、同步环机房、屏蔽墙体外等区域X/7剂量率和中子剂量当量率。
测 试结果表明:重离子加速器治疗装置工作场所辐射剂量的贡献者主要是中子、其次是"Y射线，中子剂量 当量率可比7剂量率高出一至几个量级。
治疗室内中子辐射剂量水平为几十上百mSv/h。
试运行期 间，回旋加速器机房、同步加速器大厅和治疗装置屏蔽体外周围环境辐射水平在标准规定范围内。
关键词：医用重离子加速器治疗装置;辐射水平;放射防护中图分类号：X34 文献标志码：A 文章编号：0258-0934(2019)6-0791-05重离子治疗及其装置正成为当前医学物理 界的一大前沿热点，是继电子直线加速器肿瘤 放疗技术后又一新的技术飞跃。
重离子束与常 规放疗用的轻粒子射线相比，具有重离子束穿 越人体时其动能主要集中损失在射程末端，呈 现急剧增强的B r agg峰及髙的相对生物学效应[1]。
与医用电子加速器不同，重离子加速器 由于其加速的粒子重、能量高，可引发的反应类 型多，导致其产生的辐射场较为复杂。
从辐射 类型上看，主要包括伽马辐射与中子辐射，其中 中子辐射即有高能中子又有蒸发中子,从时间 上来看，可分为瞬时辐射和剩余辐射[2]。
本课题对国产首台医用重离子加速器治疗 装置的辐射剂量水平进行了测量调查和分析。
*收稿日期：2019-06-24作者简介:周晓剑（1981—），男，浙江衝州人，高级工程 师，硕士，从事核技术应用辐射防护研究。
医用质子重离子加速器纯水分析系统设计及应用效果评估李万宏;伍松海;朱春杰【摘要】目的:基于上海市质子重离子医院质子重离子加速器设备(IONTRIS系统),设计在线纯水分析系统,通过运行数据统计,评估该系统的应用效果.方法:应用西门子S7-300 PLC控制系统,从纯水系统内的传感器中采集在线数据;分析设备运行规律,设置报警限值;使用WINCC软件开发上位机监控及分析系统,实时处理在线数据;通过系统应用前后单月耗材应用成本比较,评估该系统的应用效果.结果:应用在线纯水分析系统后,实现了纯水系统状态的实时监控,耗材的使用效率得到提高.结论:在线纯水分析系统的应用对于提高运行效率有较好的作用.%Objective: To design an online pure water analysis system based on the proton and heavy ion accelerator (IONTRIS system) in Shanghai proton and heavy ion center (SPHIC), and to evaluate its application effect by operating data statistics. Methods: The system used the control system of Siemens S7-300 PLC to collect online data from sensors of pure water system. Analyzing the operation rules and setting the limiting value of alarm, and using WINCC software to develop monitoring and analysis system of central computer so as to real-time operate online data. The application effect of the system was evaluated by comparing the cost of one month consumables between before and after the system was applied. Results: After the system was applied, the real-time monitoring of pure water system was realized, and the efficiency of the consumables was enhanced. Conclusion: The application of the pure water analysis system has a good effect on the operation efficiency of the pure water system.【期刊名称】《中国医学装备》【年(卷),期】2018(015)005【总页数】5页(P21-25)【关键词】纯水分析系统;质子重离子加速器;冷却水;实时在线监测【作者】李万宏;伍松海;朱春杰【作者单位】上海市质子重离子医院后勤保障部上海201321;霖创环保科技(上海)有限公司上海 200237;上海市质子重离子医院后勤保障部上海 201321【正文语种】中文【中图分类】R197.39上海市质子重离子医院引进的西门子质子重离子加速器设备(IONTRIS系统)射线能量最高可达430 MeV/u，按照我国射线装置分类标准，属于Ⅰ类射线装置[1]。
第三章医用重离子加速器医用重离子加速器提供的重离子束主要应用于重离子束治癌，而提供的放射性核素以在核医学方面的应用为主。
重离子束治癌在美，日，德等发达国家已进入到临床试验阶段，而放射性核素在核医学方面的应用大都处于试验研究阶段。
由中国科学院近代物理研究所、甘肃省医学科学研究院、甘肃省肿瘤医院合作、兰州军区兰州总医院参与的甘肃省科技重大项目——“重离子束辐射治疗癌症的关系就是开发研究”，于2006年12月开始临床研究。
到目前，已应用重离子束放射治疗浅表肿瘤受试者127名，效果显著，绝大部分病人无明显不良反应，治疗后病人的随访率达96%以上，使我国成为国际上第4个有能力进行重离子治癌临床研究的国家。
第一节重离子治癌原理一、概述重离子束与物质相互作用的特殊机理使得它在肿瘤治疗方面具有一系列明显的优点：重离子束治疗精度高达(毫米量级);剂量相对集中，照射治疗时间短，疗效高；对肿瘤周围健康组织损伤小；重离子束治疗能做到实时监测，便于控制辐照位置和剂量。
以上优点使得重离子束的治疗作用可以与手术刀媲美，达到普通电离辐照(此处普通电离辐照指x、r及电子束)治疗难以实现的疗效，因而重离子束被称为是21世纪最理想的放射治疗用射线。
也正是由于重离子束在放射治疗中的上述优点，世界上许多国家都倾注了大量的人力和物力进行医用重离子束加速器的研制，或利用已有的重离子加速器进行治癌装置的建造和治癌基础及临床应用研究，这使得重离子治癌成为放射治疗领域的前沿性研究课题。
二、重离子治癌的科学依据和优势放射治疗的主要原则就是给予肿瘤尽可能大的辐射剂量，将癌细胞杀死，同时又尽可能地保护肿瘤周围和辐射通道上的正常组织使其少受损伤。
由于普通电离辐照对剂量深度分布均呈指数衰减或略微上升而后衰减的特征，使治疗受到很大限制；而重离子束以其独特的放射物理学和放射生物学性质，在放射治疗上独具优势。
（一）重离子束的物理特性1.特殊的深度剂量分布荷电重离子贯穿靶物质时主要是通过与靶原子核外电子的碰撞损失其能量，随离子能量的降低，这种碰撞的概率增大。
因此，离子在接近其射程末端时损失其大部分初始动能，形成一个高剂量的能量损失峰，这就是Bragg 峰，在其射程末端之后，即Bragg 峰之后很少有剂量吸收；同时离子在其入射通道上损失的能量较小，因而形成一个相对低剂量的坪区。
这就是重离子束特有的与X 射线和r 射线的深度剂量分布相比是倒转的深度剂量分布。
重带电粒子的电离能量损失以著名的贝蒂一布洛克公式表示为I v m v m Z z e dx dW 2020242ln 4ρπ=+相对论项 （3-1）其中dxdW 是单位路径上的能量损失，W 为动能，Z 为靶物质原子序数，ρ为靶物质的电子密度，I 为原子平均激发能,0m 和 e 分别是电子的静止质量与电荷， v 为粒子的速度， z 为粒子的原子序数。
这种形式的能量 损失是形成重离子束倒转深度剂量分布的根源。
这种倒转的深度剂量分布可以将其Bragg 峰区瞄准肿瘤，而使其前后及周围的健康组织受损很小。
而且，离子束Bragg 峰位的深度可以通过改变人射离子束的能量来调节(如图3-1)，因而治疗时Bragg峰位可精确地调整在肿瘤靶区上。
图3-1 治癌重离子束在水介质中能量与射程的关系曲线为达到对实体瘤的治疗，可以实施不同能量粒离子束对靶区的照射，从而形成不同Bragg峰在靶区的叠加。
尽管它会导致峰坪剂量比的减小，但叠加的深度剂量分布仍远好于常规辐射治疗。
图3-2显示出了Bragg峰的叠加，施加于碳离子束通道正常组织的剂量仍低于靶区的剂量。
图3-2 为达到对实体瘤靶区的治疗不同能量及强度碳离子束Bragg曲线的叠加图3-3显示了当展宽Bragg峰范围相同时，碳离子束与质子束深度有效剂量分布的比较。
从图3-3可以看到，在束流通道上的正常组织经受相同剂量的条件下，碳束在肿瘤靶区的有效剂量是质子的1.5倍。
图3-4显示了各种射线与重离子束深度剂量分布的比较。
从图中可以看出不管是X,r射线，还是电子束，它们均呈指数衰减型剂量分布，无法控制将其大部分剂量调整到肿瘤上，而且损失总是表层浅层最大，直至较深处健康组织仍能受到较大伤害。
2.小的射程歧离与横向散射由于离子束能量沉积的统计特性，会产生射程歧离。
射程歧离导致其Bragg 峰的加宽。
这种歧离效应相对重离子束的绝对射程而言非常小。
列如对于射程为10cm的质子和碳离子束，它们的射程歧离分别为各自射程的1.0%和0.3%。
重离子束治疗中另外一个特点就是重离子束贯穿靶物质期间多重散射导致的离子横向散射小。
图3~4就是初始直径为4mm的质子与碳离子束随贯穿深度增加，束流半高宽（FWHM的变化情况。
可以看到，碳离子束贯穿深度达到20cm 时(对应于初始能量约为350MeV/u),横向散射为初始的25%，对于常发肿瘤深度而言（9～13cm）,仅为5%～10%，相应的质子束则分别为170%和50%～90%。
从上面可以看出，对于深度为15cm左右的肿瘤，重离子束剂量范围的精度可以控制在1mm水平上，质子束是5mm。
3. 束流配送的灵活性重离子束可以通过摆动磁铁和散射体配合多叶准直器进行束流配送，达到被动的适形治疗；也可以用扫描磁铁引导束流对肿瘤靶区各断层轮廓精确地扫描照射治疗，达到主动适形治疗。
对于受患者因呼吸而运动的内脏器官及组织肿瘤，还可以根据瘤的实时位置，改变扫描磁铁电流，从而引导束流主动跟上肿瘤的运动，达到对运动肿瘤的主动适形治疗；还可以根据治疗的要求，选择如患者（肿瘤）旋转等方式进行束流配送达到适形治疗的目的。
而X射线、r射线无法通过扫描做到适形治疗，最多只能用多叶准直器限制照射野同肿瘤断层轮廓适形，但不易做到精确，而且深度剂量也难以控制。
（二）重离子与其他辐射的比较通过上面对重离子治疗癌原理及重离子束优势的叙述，我们可以将用X、r射线、质子束和重离子束(碳离子束)对肿瘤进行治疗的效果进行比较，见表3-1。
日本的放射治疗学家在参考了本国及欧美诸国的重离子治疗资料后，认为重离子对一些难治癌症可望会有良好的治疗，见表3-2。
因此，大力发展医用重离子加速器，开展重离子治疗的临床应用研究，对提高我国人民的健康水平具有重要意义。
表3-1 重离子与其他辐射治疗的比较X、r射线质子束重离子束相对生物效应小小大正常组织所受剂量大较小最小治愈率低高高费用低高高表3-2重离子束对一些难治癌症的预期疗效癌症类别临床特点低LET治疗法缺点重离子预期疗效胰腺癌发现晚给足剂量困难周围脏器损伤小，可局部治愈脑瘤必须保护正常组织给足剂量困难脑损伤减小，局部治愈率提高头颈部癌必须保护功能存在放射损伤损伤降到10%以下食道癌发现晚给足剂量困难损伤显著减小，治愈率提高骨软组织肉瘤对射线不敏感放射损伤严重损伤减小，不需截肢子宫颈癌放疗适应症治愈率较高，损伤也大治愈率更高，损伤减小垂体瘤不转移60%病例疗效好最有效疗法前列腺癌多为局限性癌40%病例治疗不需手术完全不需要手术治疗膀胱癌保持功能最重要手术治疗损伤功能可局部控制，保持功能直肠癌保持功能最重要损伤膀胱功能提高治愈率，保持功能肺癌患者增多趋势对晚期仅做对症放疗有望提高早期肺癌治愈率并保持功能肝癌患者增多趋势有手术得救病例保持功能比手术更好三、重离子治癌现状治疗、这里也有必要对重离子治癌的现状进行评述，以其对重离子治癌有更深刻的认识。
回顾重离子治癌的历史我们可以发现，重离子治癌一般都先在大的物理研究中心现有的重离子加速器上实现，然后待技术成熟后向建于医院内的医用加速器发展。
美国伯克利实验室于1957年在世界上首先利用其高能同步回旋重离子加速器BEVALAC 提供的高能重离子束，开始进行重离子治癌临床试验研究，在上世纪九十年代初就收治各种难治癌症患者2500多名，其中用4He 离子束治疗的癌症患者就有2000多人，用12C和20Ne离子束治疗的有440多人。
尽管BEVALAC的束流配送系统不是很完善，但是对于选定的肿瘤，肿瘤局部控制率较X、r和电子束等治疗提高了2～3倍，取得了很高的肿瘤治愈功率，较利用X、r和电子束等的常规放射治疗有明显优越性（见表3-3）。
由于BEVALAC于1992年关闭，使得重离子治癌临床试验暂停，但对先前接受重离子治疗的肿瘤患者晚期效应的跟踪和临床治疗评价等研究仍在继续。
表3-3 美国伯克利实验室的Ne20离子束治疗效果日本在政府“对癌十年计划”的支持下，从1983年开始了重离子治癌的基础及应用研究，于1993年在国立放射线医学综合研究所(NIRS)建成了目前世界上首台医用重离子加速器(HIMAC),专门用于重离子治癌及放射医学研究。
HIMAC治疗装置主要包括同步加速器、束流配送和辐照系统、患者定位系统和治疗方案系统，其离子束种类是4，束流强度为107~1010pps, 最大能量He~Ar可达800Me V/u剂量率控制在5Gy/min 左右。
1994年6月第一批患者在HIMAC 接受了碳离子束治疗，到2001年6月已治疗肿瘤患者917列，其中包括头颈部肿瘤、脑瘤、肺癌、肝癌、前列腺癌、宫颈癌、食道癌和软组织肉瘤等。
对于头颈部肿瘤，取得了大于80%的局部肿瘤控制率的结果；对于总体治疗，在没有明显并发症的前提下，都取得了良好的疗效，肿瘤生长抑制率很高。
表3~4列出了到1998年3月，HIMAC治疗过的患者在治疗后12个月时的局部控制率。
正是受HIMAC治疗结果的鼓舞，日本又于1996年在兵库（Hyogo）开始兴建另一台医用重离子加速器(PATRO), 该同步加速器可提供230MeV 的质子束，230MeV/u的氦离子束和320MeV/u的碳离子束，治疗装置已于2000年建成，治疗中心设有50个床位。
2001年开始接受患者治疗，到2001年11月已治疗癌症患者30例。
表3-4 HIMAC治疗后12个月时的肿瘤局部控制率在欧洲，1996年德国重离子研究中心(GSI) 在他们的以物理研究为目的的重离子加速器上建成治癌装置。
GSI借鉴了美国伯克利实验室Ne20离子束及日本NIRS C12离子束的治疗特点和治疗经验，开发和应用了先进的光栅磁扫描系统和正电子发射断层术两大技术手段，达到了重离子束适形放射治疗和束流实时在线监控。
1997年12月GSI开始用高能碳离子束治疗了两例颅底瘤患者，治疗后三个月的临床跟踪研究表明颅低瘤基本消失。
到2001年底,GSI共收治颅内肿瘤患者117人，在没有明显毒副作用的前提下，总体疗效非常显著，因而重离子治癌在德国甚至欧洲产生了很大的影响。
GSI从1998年下半年起开始了一项为期5年的临床研究，计划治疗几百位颅底和脑部肿瘤患者，最终将重离子治癌新疗法介绍到德国的各大医院，使得每年几千列的肿瘤患者能从这种先进的治疗手段中获益。
