[发明专利]一种利用高能离子束辐照时减小离子束展宽Bragg峰后沿剂量半影的方法

说明书

技术领域

高能离子束(质子和重离子)已被广泛应用于材料改性、诱变育种和放 射治疗当中，从而形成了各种离子束辐照技术。本发明涉及一种高能离子束 辐照技术，具体地说，是一种利用高能离子束辐照时减小离子束展宽Bragg 峰后沿剂量半影的方法。应用本方法可最大程度地减小离子束展宽Bragg峰 后沿的剂量半影，即提高展宽Bragg峰后沿的剂量下降梯度。

背景技术

在高能离子束(质子和重离子)辐照应用中，往往需要展宽单能离子束 尖锐的Bragg峰形成一个有一定宽度且均匀的高剂量区域，即展宽的Bragg 峰(spread-out Bragg peak，SOBP)，如图1所示。在现有的离子束照射技术 中采用两种方式展宽单能离子束尖锐的Bragg峰。一种是采用脊形过滤器 (ridge filter)一次性将单能离子束的Bragg峰展宽为需要的宽度，形成所需 要的SOBP，但这种照射方式不能调节照射野横向上的形状，仅能实现两维 适形照射。另一种是采用微型脊形过滤器(mini ridge filter)先将单能离子束 尖锐的Bragg峰略微展宽成高斯型分布的微小展宽峰(mini-SOBP)，然后通 过改变离子束能量以不同权重将不同能量下的微小展宽峰叠加起来形成最终 所需要的SOBP。以这种方式实施照射可实现对不同能量离子束照射时照射 野横向上的形状调节，可实现三维适形照射。以这种方式展宽离子束Bragg 峰，若微型脊形过滤器将离子束Bragg峰略微展宽成高斯型分布的半高宽 (FWHM)较大，则由这些微小展宽峰叠加形成最终所需要宽度SOBP的后 沿剂量半影也较大；若微型脊形过滤器将离子束Bragg峰略微展宽成高斯型 分布的FWHM较小，尽管由这些微小展宽峰叠加形成最终所需要宽度SOBP 的后沿剂量半影也较小，但由于需要较多的微小展宽峰叠加才能形成所需要 宽度的SOBP，所以需要改变离子束能量次数也相应增加，因而照射时间会 显著增加，特别是在采用同步加速器提供的具有时间结构脉冲离子束照射时， 照射时间的增加尤为明显。

发明内容

为了充分发挥高能离子束辐照时能量沉积局域性的优势，需要在实施三 维适形照射时增大展宽Bragg峰(SOBP)后沿的剂量下降梯度，即减小SOBP 后沿的剂量半影。本发明的目的在于提供一种利用高能离子束辐照时减小离 子束展宽Bragg峰后沿剂量半影的方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种利用高能离子束辐照时减小离子束展宽Bragg峰后沿剂量半影的方 法，微型脊形过滤器垂直放置于束流扫描二级磁铁、离子探测器、射程移位 器间的束流轴线中，并置于离子探测器与射程移位器之间，由束流扫描二级 磁铁形成均匀照射野的离子束通过微型脊形过滤器进行照射，离子探测器对 离子束的强度进行监测，微型脊形过滤器为FWHM₂微型脊形过滤器和 FWHM₁微型脊形过滤器；先采用FWHM₁微型脊形过滤器对所需SOBP的深 处进行照射，然后以FWHM₂微型脊形过滤器替换FWHM₁微型脊形过滤器对 SOBP的其他部分进行照射，在形成所需宽度SOBP的照射过程中，由离子 探测器完成对各mini-SOBP叠加权重的控制，由射程移位器来实现对离子束 能量的改变。

上述高能离子束为重离子束，或为质子束。

上述重离子束能量为100MeV/u～500MeV/u，对于质子束其能量为 50MeV～250MeV，离子束强度为10⁵～10¹⁰pps。

上述FWHM₂微型脊形过滤器对离子束Bragg峰略微展宽形成剂量高斯 型分布微小展宽峰(mini-SOBP)的半高宽为8mm～12mm，。

上述FWHM₁微型脊形过滤器对离子束Bragg峰略微展宽形成剂量高斯 型分布微小展宽峰(mini-SOBP)的半高宽为3mm～5mm。

以下是本发明技术方案的细节：