拍瓦激光质子加速器装置研究与应用示范

简 报（第四期）

摘要

根据 2020 年实施方案评审会和 2020 年度总结会专家们的建议和意见，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，完成了洁净间的装修，完善了项目设备梳理和设备用电局部布局，完成了真空管道清洁和安装，项目整体进展顺利。

一、项目整体进展

• 完善了课题汇报制度，即每半年用一个半月时间，各课题负责人轮流在两周一次的项目例会上进行课题进展汇报，以加强项目内部的相互了解与沟通。

• 完成了强电负载核查，修改了强电配电设计图。完成了各厅设备及机柜布局图，在设备编号规则基础上制定了线缆编号规则。

• 11 月26 日邀请专家进行了质量管理体系规范的培训，提升了团队整体对 GMP 体系的认识，将为现场施工和 CFDA 认证提供指导。

• 2021 年 12 月 7-8 日项目组在北京大学召开了 2021 年度项目总结会，项目负责人颜学庆教授带领各课题负责人分别汇报了项目总体和各课题进展情况，与会专家们就项目中存在的问题以及项目整体工程推进提出了许多宝贵建议。

• 邀请合作单位同行交流工程进展，完成 了课题层面的 2021 年度报告和科技报告撰写， 并上传至科技部网站，项目年度报告及相关资料正在准备中。

  
  

  

          图 1 项目 2021 年度总结会现场照片

二、课题推进情况

J 与 THALES 合作进行 2PW 激光系统的光学设计，完成高对比度前端工厂验收；签订激光相关的附属光学元件及诊断设备购置合同。分别研究寄生振荡和系统热效应对光学放大的影响，提出抑制寄生振荡的有效解决方法和控制热畸变问题。在国产激光系统研制中， 完成了 200TW 激光器大能量泵浦群质量跟踪系统及回光隔离系统的搭建和初步调试、40TW 前端出光以及激光器设备的控制软件编写。国产大能量泵浦源初步实现预计输出能量并完成放大器设计及钛宝石晶体定制，完成光栅生产和压缩器及大口径光学元件镜架设计。

图 2 国产激光系统的搭建和初步调试

J 课题二完成了重频打靶系统研制并验收， 可实现＞1Hz 重频打靶，载靶量 576 发；完成 了真空腔体材料招标及合同签订，完成真空 腔体工程设计及出图；完成了靶场真空泵组 方案设计，已招标挂网；完成了怀柔中心现场 地基振动测试，测得数据优于 NIF10 倍以上， 达到国际一流水平。

图 3 真空腔体设计及现场振动测量

J 课题三完成束流诊断系统的气体电离室设计并完成了加工，采用了成熟的电子学器件，等待测试验收。在优化治疗头质子束均匀度的同时，开展了治疗头的机械设计工作，目前已完成黄铜转盘、射野准直器以及治疗头腔体机械设计。

图 4 治疗头腔体、治疗室剂量分布模拟、冷却塔以及实验室水冷系统进展情况

在辐射防护方面完成了怀柔中心加速器机房的源项计算，并给出对应的剂量率分布， 正在推进环评工作。完成了怀柔中心现场的整体水冷设计，并提供了冷却方案的可行性分析，等待现场施工条件允许即开始安装。

J 课题四基本完成了数据存储云平台、虚拟加速器平台、人机交互平台和硬件仿真平台四大平台软件环境建设。完成了CLAPA-I 网络改造。完成了 CLAPA-I EPICS 控制系统联调测试， 基本功能正常。2021 年 10 月 16-22 日，课题人员参加了 2021 上海 ICALEPCS 线上会议，林晨老师做大会邀请报告，通过参会交流，对CLAPA 控制系统设计提供了很多有价值的经验参考。此外，进行了国内外多家医疗公司的治疗控制系统调研并实地参观考察了北京肿瘤医院直线加速器治疗控制系统。

图 5 CLAPA-I 网络改造和 CLAPA-I EPICS 控制系统联调

J 课题五建立了各单能质子在水模体中纵向及横向剂量沉积曲线以及核反应数据库, 解决了自研算法的纵向布拉格峰偏移和横向剂量的散射偏差问题,使用CUDA 及OpenCL3.0 重新构建蒙卡输运算法的底层访存优化，实现了多卡并行计算，完成了快速蒙卡工程化代码；完成了用于放疗三维剂量验证的新型硅橡胶基体胶体剂量计的制备工艺优化。

图 6 三维剂量验证的胶体剂量计照片与测试结果图

三、怀柔基建现场进展情况

• 位于怀柔科学城的 3 万平米北京激光加速创新中心(BLAIC)大楼屋顶防水层浇筑已完成，外立面将于 2021 年 12 月底之前完成外墙砌砖整体亮相。

• BLAIC 大楼室内地坪浇筑已完成，超净间施工已经基本完成。天车轨道焊接已完成。各种管道的安装正在进行中。东配楼三层走廊已经完成窗户安装，三层部分普通实验室已安装完成。

• 2021 年 12 月 14 日项目团队对基建现场进行了考察，并与施工方进行了交流。

• 预计 2022 年 6 月可进行基建验收，7 月可交付使用。

图 7 北京激光加速创新中心现场照片