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29.11.2013 Dominik Blum, Technische Hochschule Mittelhessen 1
Das Zyklotron COMET als Teilchenquelle für die Protonentherapie am PSI
Das Paul Scherrer Institut
Größtes Forschungszentrum der Schweiz 1500 Vollzeitstellen + 2000 Gastwissenschaftler/Jahr
M l d M / M h d G dh / E
Grundlagen derProtonentherapie
• Behandlung von Tumoren
• Bragg Peak
• Protonenstrahl ist führbar
• Geringere Tumortiefe weniger Energie nötig
Das COMET Zyklotron
orbitalHF Isochroniebedingung:
• Extraktion eines Protonenstrahls
Isochronzyklotron: Erhaltung der Isochroniebedingung durch Erhöhung des Magnetfeldes nach außen.
kompakt (Durchmesser: 3.2 m)
• 4 spiralförmige „Dee“s and Valleys
• 1 supraleitendes Spulenpaar
• Anzahl der Turns: 630
• Extraktionsenergie: 250 MeV
Das COMET Zyklotron
Motivation 250 MeV (38 cm Tiefe in Wasser) ist für die meisten Behandlungen
eine zu hohe Reichweite. (Behandlung von Augen- und Hirntumoren)
Degrader (70 – 238MeV)
reduzierte Transmission
mehr aktivierte Komponenten
erhöhte Strahlenbelastung
Motivation
Falls Eext < 250 MeV können wir weniger abschwächen.
Ziel: Bei gleichem Radius zwei verschiedene Magnetfeldstärkenmit Einhaltung der Isochroniebedingung (ω = ω )
Randbedingungen:
• COMET soll “kompakt” bleiben• Minimale Designänderungen• kein „Millioneninvestment“
Simulation von COMET mit „Mesh“ and „PerMag“
WeicheisenDee’s
Methode
Das COMET Zyklotron
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
2.9
3
3.1
3.2
B in
T
B250MeVB250MeV, ideal
Verlauf des idealen und des simulierten B-Feldes für eine Extraktionsenergie von 250 MeV:
2. Spule!
Methode
164 cm
2.4
2.6
2.8
3
3.2
3.4
B in
T
MethodeFeldverlauf ist von der Spulenposition abhängig
IC1=0.613 MA
Methode
• Variation der Stromverteilung• Variation der RF
• Variation der Spulenposition• Variation des Gesamtstroms
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
2.9
3
3.1
3.2
B in
T
2.4
2.6
2.8
3
3.2
3.4
B in
T
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
dphi
/dn
Phasenverschiebung bei 250 MeV
Phasenverschiebung bei 240 MeV
Ergebnisse
Bestes Ergebnis für einen Phasenverlauf zwischen einem 250 MeV und 240 MeV Strahl
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
E/Ext
dphi
/dn
-10
0
10
20
30
40
phi in
Gra
d
Diskussion
• Temperatureinflüsse können in PerMag nicht simuliert werden
• Die Simulation wurde mit einem 2D freeware Programm erstellt.
Mithilfe Programmen mit höherer Auflösung (Poisson) und/oder 3D-fähigen Simulationsprogrammen (TOSCA) würden sich die Ergebnisse dieser Studie detailreicher darstellen lassen.
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
Paul Scherrer Institut: www.psi.ch