拍瓦激光质子加速器装置研究与应用示范

简 报（第七期）

摘要

各个课题根据实施方案评审会和上年度总结会专家们的建议和意见对工程关键技术进行联合攻关，完成了200TW国产激光器的技术验收，完成了塑闪叠层探测器和高速转轮溅射防护系统样机研制、基于云平台控制系统中间层开发，部分任务受疫情影响有所滞后，实验室基建已基本完成，项目整体进展顺利。

一、项目整体进展

⟡  实验室土建已基本完成，辅助设备已安装，等待正式电接人后进行验收，超净间PLC施工已完成，正在进行激光器场地条件测试。将根据怀柔现场验收安排及各课题进展进行项目任务整体协调。

图1 实验室内部照片

二、课题推进情况

J  课题一与THALES合作的2PW激光系统完成了3路SAGA绿光泵浦及18路大能量GAIA绿光泵浦的验收。国产激光系统完成了最后一级放大器的参数优化并搭建了大气压缩系统和参数监测系统，国产200TW激光系统顺利通过技术验收, 压缩前能量8.6J，压缩效率72.9%，能量稳定性1.3%，重频1.0 Hz，脉宽29.2 fs，峰值功率214.8 TW，已达到项目验收基本参数要求。此外，课题还完成了国产激光系统的大能量泵浦在线监测系统及真空压缩光路系统、放大器前扩束系统与边泵浦边放大(EDP)的放大系统、信号光-泵浦光的通量、真空镜架等设计，国产关键元件完成膜层应力变形分析。

J  课题二召开了大口径可变形镜方案论证会，并完成了大口径反射镜招标和等离子镜系统设计；完成了塑闪叠层探测器（图2左）和Halbach离子能谱仪、二维广角质子谱仪研制并开展测试与标定。开展SF66等离子体镜测试与表征、以及靶点时空耦合特性表征研究；开展打靶自由控制系统研发和重频打靶溅射污染对OAP的损伤研究，并取得初步进展及结果，完成了每分钟10000转的高速转轮溅射防护系统样机搭建（图2右）。

图2 塑闪叠层探测器（左）和10000rpm转轮溅射防护系统样机（右）

J  课题三 优化了磁铁电源方案及参数，采用模块化设计，依据YY9706.102-2021医用电气设备标准来进行专业EMC检测，在出厂前完成EMC检测。针对激光加速器1Hz的束流频率，设计了能够实现加速器联锁阻挡束流的快法拉第桶，法拉第筒用于束流流强测量，与束流变压器相比，法拉第筒可用于弱电流测量。

图3电源机柜及电源模块示意图

J  课题四 组织第三方接地测量单位在项目工程办协助下，对激光加速创新中心大楼主体接地及大楼内等电位接地箱接地电阻进行了测量，经过多次测量及整改，最终大楼接地电阻值满足设计指标。在CLAPA-II控制系统开发方面，设计了易于迁移的、基于ZStack的云平台架构作为中间层开发，目前已在服务器上搭建，主要应用于包括中间层，工作站和IOC层等程序的运行。在200TW激光系统方面，在虚拟设备上进行了开机自检、运行自检、故障处理的功能的开发，为进一步连接到实际设备的调试及开发提供了前期条件，也为激光分控系统接入总控提供了便利的接口。

图4 激光器控制界面效果图

J  课题五完成了激光质子刀计划系统功能模块（DICOM接口、勾画、自动勾画、图像配准融合、剂量显示与叠加）已完成定制化开发，基本完成肿瘤放疗信息化系统定制化开发，预计年底可以提供初级版本进行演示；对现有光学CT进行改进，并启动新一代光学CT采购。

三、怀柔基建现场进展情况

⟡  怀柔现场土建已基本结束，小市政收尾工作正在紧锣密鼓进行；受疫情及天气影响，原定2022年7月底交付场地的时间再次后延，PW激光器安装时间也有所后延。

图5 实验室外景照片