拍瓦激光质子加速器装置研究与应用示范

简 报（第三期）

摘要

根据2020年实施方案评审会专家建议和意见，各个课题进一步完善了设计与实施方案，各方面工作均按项目任务书进行，完善了设备编号规则，完成了项目设备的梳理及设备初步编号，进行了设备用电的统计及布局分析，完成了强电配电汇总，项目整体进展顺利。

一、项目整体进展

⟡  在2021年6月4日-5日项目组在北京郊区召开了上半年度工作总结会，项目负责人颜学庆教授、各课题负责人、部分骨干成员现场出席了会议。会上项目负责人颜学庆教授听取了项目总体组和各课题负责人就项目进展情况、上半年任务完成情况以及工程进展等的汇报，大家就项目中存在的问题进行了深入细致的讨论，并为项目的进一步顺利推进提出了宝贵的建议。

⟡  设备梳理后，完成了设备的编号、布局、机柜与控制柜规划、配电方案等，目前初步统计的设备总数超过700台，将为CFDA认证和现场施工提供指导。

二、课题推进情况

J  课题一在2PW激光器方面与法国THALES公司合作已经完成了光路深化设计，并自主设计了针对2PW激光的光束全参数诊断系统；在国产200TW激光器方面已经实现了10TW的激光输出，优化设计了高稳定高对比度前端，获得了能量稳定度好于2%的激光光斑。

图1 2PW激光系统与国产激光系统的研制

J  课题二正在开展高重频连续打靶系统及等离子体镜系统研制，完成了重频打靶系统初步设计，可实现重频1Hz，载靶量＞500发，动态位移精度高于8μm；同时进行超薄纳米靶材批量制备方案研制及表征平台搭建与工艺优化平台搭建；完成了加速靶场真空腔体的设计。

图2 高重频激光离子加速系统的研制

J  课题三已完成了束流配送系统设计，可传输40 MeV-230 MeV 的质子，在终端处提供具有大照射野、能散可控、稳定可调的束流；进一步实现脉冲螺线管、超导磁铁、水冷系统等的物理和工程设计改进；针对激光质子肿瘤放疗系统特点，完成了质子治疗头初步设计，可实现宽束扫描叠加、宽束散射扫描叠加、笔形束扫描叠加等三种治疗模式。

图3 束流配送系统及治疗头

J  课题四全面开展了控制硬软件的预制工作；已完成国产200TW激光器控制系统开发；开展了关键电子学元件的电磁脉冲实验测量和防护；并完成了怀柔激光加速创新中心中央控制室及数据中心的设计方案；CLAPA资产管理系统也已上线试运行，为系统的信息化管理奠定了基础。

图4 200TW激光器控制系统及中央控制室设计方案

J  课题五已基本完成基于CPU剂量计算引擎的研发；初步完成新型三维胶体剂量计的材料与系统研发；完成了患者DICOM格式的CT数据导入及水等效深度的转换；初步实现患者危及器官自动勾画功能。

三、怀柔基建现场进展情况

⟡  北京激光加速创新中心(BLAIC)大楼 2021年3月结构全部封顶，目前正在内部进行机电、管线和砌墙等二次结构施工。预计年底可以交付使用。

⟡  超净间方面已经完成了方案设计，超净间施工单位已经前往基建现场与设计院和总包进行施工前空间尺寸核对，将于今年下半年开始施工。

图5 北京激光加速创新中心现场照片