Svedbergova laboratoř - The Svedberg Laboratory

Svedbergova laboratoř v říjnu 2016

Svedbergova laboratoř[1] (TSL) je univerzitní zařízení se sídlem v Uppsala, Švédsko. Činnosti v TSL jsou založeny na urychlovač částic Cyklotron Gustaf Werner.

Hlavní činností je protonová terapie pro léčbu rakoviny na základě dohody mezi onkologickou klinikou v Univerzitní nemocnice v Uppsale a Univerzita v Uppsale. Beamtime nepoužívaný pro protonovou terapii se věnuje komerčním projektům ozařování neutronů a protonů, zejména pro radiační testování. Existuje také čas na základní (akademický) výzkum a v tomto případě by experimenty měly být spojeny Univerzita v Uppsale nebo na projekty EK.

TSL je podporováno Evropským společenstvím a patří do projektů EK ERINDA,[2] SkyFlash[3] a CHANDA.[4]

Dějiny

Svedberg (1884-1971), (Theodor), profesor fyzikální chemie na Univerzita v Uppsale od roku 1912 do roku 1949 byl vyznamenán Nobelova cena v chemii v roce 1926[5] za svůj výzkum dispergovaných systémů (koloidní roztoky). Vynalezl Ultracentrifuga, který byl použit při objevu, že proteiny sestávají z makromolekul.

Ke konci 30. let Svedberg a jeho kolegové postavili svůj první urychlovač, a Neutronový generátor. V roce 1945 poskytl dar od společnosti Gustaf Werner Corporation příležitost postavit mnohem větší urychlovač, synchrocyklotron. Institut Gustaf Werner se synchrocyklotronem jako hlavním výzkumným nástrojem byl založen v roce 1949 a nadále působil jako základna pro výzkum fyziky vysokých energií a biologie záření až do roku 1986, kdy byla zřízena laboratoř Svedberg.

Intenzivní diskuse o typu a velikosti urychlovačů, které by švédský výzkum v oblasti fyziky jader a vysokých energií měl mít k dispozici, proběhly počátkem 80. let. Jedním z výsledků tohoto procesu bylo, že bylo přijato rozhodnutí přinést magnety tzv. ICE-ring (Initial Cooling Experiment) od CERN do Uppsaly. Akcelerační prsten byl přestavěn na chladicí a úložný prstenec a dostal zkratku CELSIUS (Chlazení pomocí ELectrons a ukládání iontů z Uppsala Synchrocyclotron).

Od roku 1994 do roku 2004 byla Svedbergova laboratoř národním výzkumným zařízením financovaným z velké části Švédskou radou pro výzkum přírodních věd (Švédská rada pro výzkum ). Byla otevřena pro výzkumné skupiny z univerzit a ústavů ve Švédsku i v zahraničí. Laboratoř měla národně přijatou radu a mezinárodní programový poradní výbor, který poskytoval doporučení týkající se výzkumného programu zkoumáním návrhů od skupin uživatelů. Univerzita v Uppsale působil jako hostitel laboratoře.

TSL byla v roce 2004 přeměněna z národní laboratoře na univerzitní zařízení a nové pokyny pro laboratoř byly uvedeny do provozu 1. července 2004. Hlavní činnost TSL je založena na dohodě mezi Univerzitní nemocnice v Uppsale a Univerzita v Uppsale o pokračování Protonová terapie. Doba paprsku nepoužívaná pro protonovou terapii je věnována komerčním projektům ozařování neutronů a protonů. Stále existuje čas na základní (akademický) výzkum, a v tomto případě by experimenty měly být spojeny s univerzitou v Uppsale nebo s projekty EU.

Protonová terapie na TSL

Protonový paprsek extrahovaný z cyklotronu může mít výlučné výhody při léčbě určitých lidských maligních nádorů a některých dalších poruch, kde konvenční Radiační terapie nebo chirurgický zákrok není proveditelný. Hloubkové rozložení dávky s Braggův vrchol a relativně ostrý penumbra umožňuje koncentraci záření na cílový objem a minimalizuje dávku normální tkáni obklopující cíl. Ozařování protonovým paprskem může vést k vyléčení nebo zmenšení nádorové zátěže v případech, kdy selhávají jiné způsoby léčby. Všichni pacienti jsou pečlivě vyšetřováni pomocí počítačové tomografie a / nebo magnetické rezonance, aby získali podrobné znalosti o poloze a velikosti nádoru. Angiografie a Pozitronová emisní tomografie v určitých případech bude použito. Před ošetřením buďte opatrní Plánování radiační léčby se provádí za účelem zajištění optimálního rozdělení dávky.

  • Oční melanomy. První pacient byl léčen v dubnu 1989 modifikovaným paprskem 72 MeV na 54,5 Gy ve 4 frakcích technikou jednoho pole.
  • Arteriovenózní malformace (AVM) mozku. První pacient s povrchově umístěným inoperabelem AVM: s byl léčen v dubnu 1991 modifikovaným paprskem 100 MeV s využitím dvou portálů na celkovou dávku 20 Gy ve dvou frakcích.
  • Terapie protonovými paprsky u pacientů s uveálními melanomy a meningeomy v mozku.
  • Terapie protonovým paprskem jako podpora terapie fotonovým paprskem u pacientů se zhoubnými nádory.
  • Maligní gliomy. Pacienti s astrocytomy stupně III a IV byli léčeni ozářením fotony a protony.
  • Meningeomy mozku. Pacienti s částečně resekovanými meningeomy WHO stupně I v mozku byli léčeni od roku 1994. Léčba se obvykle provádí čtyřmi frakcemi v celkové dávce 24 Gy.
  • Nádory v oblasti hlavy a krku, nádory v lebce a adenomy v hypofýze. Většina pacientů dostávala kombinovanou terapii fotony a protony.
  • První pacient s rakovinou prostaty byl léčen koncem roku 2002 180 MeV. Pro tento účel byla postavena speciální pohovka / platforma (viz obrázek výše).
  • V roce 2008 Barncancerfonden (Švédská nadace pro dětskou rakovinu[6]) financovaná konstrukce nastavitelného lehátka přizpůsobeného pro ležící dětské pacienty (viz obrázek výše) a úprava softwaru používaného k léčbě.

V červnu 2015 Univerzitní nemocnice v Uppsale dokončí léčbu na TSL a přejdou do Skandionu,[7] nová specializovaná klinika pro Protonová terapie ve švédské Uppsale.

Ozařovací zařízení pro testování záření

V TSL jsou zařízení s paprsky částic s vysokou energií pro různé účely. Uživatelé je většinou používají k testování spolehlivosti elektronických zařízení při ozáření, zkoušení zrychleného záření. Bylo také vidět jiné použití, jako je biomedicínský výzkum, věda o materiálech a výroba filtrů a další věci.

K dispozici jsou následující zařízení:

ANITA, zařízení s neutronovým paprskem v bílém spektru

Simuluje Kosmický paprsek indukované neutronové pole. Navrženo pro testování efektů jedné události / měkké míry chyb.

  • Neutronový paprsek se spektrem, který se podobá paprsku v zemské atmosféře
  • Vysoký tok neutronů, až 10 ^ 7 / cm ^ 2 / s, a tedy vysoký faktor zrychlení
  • Variabilní tok a velikost a tvar paprskového bodu podle specifikací uživatele
  • Prostorná uživatelská plocha,> 50 m2

QMN, zařízení kvazi-monoenergetického neutronového paprsku

Umožňuje studovat energetickou závislost účinků vyvolaných neutrony v elektronice.

  • Volitelná energie neutronů v energetickém rozsahu 20 - 175 MeV
  • Proměnlivý tok, až 3 * 10 ^ 8 neutronů za sekundu v oblasti paprsku
  • Variabilní velikost bodu paprsku
  • Prostorná uživatelská plocha,> 50 m2, kde lze nastavit poměrně velké vybavení pro zkoušky.

PAULA, zařízení protonového paprsku

Pro testování účinků jedné události a testování celkové ionizační dávky

  • Volitelná energie protonu v energetickém rozsahu 20 - 180 MeV
  • Vysoký, proměnlivý tok protonů
  • Variabilní, jednotná velikost paprskového bodu

Zařízení těžkých iontů

Během let cyklotron dodával těžké ionty pro výzkumné a průmyslové projekty. Cyklotron poté používal externí zdroj iontů, ECRIS, pro předrychlení těžkých iontů.

Technický přehled

Urychlovač částic

Gustaf Werner Cyclotron v laboratoři Svedberg, Uppsala University, Uppsala, Švédsko.

Název stroje: Gustaf Werner Cyclotron

DějinyStroj byl navržen v domě a vyroben v letech 1946–51 s prvním paprskem v roce 1951. Poté byl stroj přestavěn v letech 1977–86 s prvním paprskem v roce 1986.

Charakteristické paprsky ze stroje: ionty / energie (MeV / N) / proud (pps)

  • p 178 3 × 10 ^ 12
  • p 98 4 × 10 ^ 13
  • 14N7 + 45 2 × 10 ^ 10
  • 129Xe27 + 8,33 1 × 10 ^ 9

Zařízení sekundárního paprsku: neutrony prostřednictvím reakce 7Li (p, n)

  • n 20-175 (1-3) × 10 ^ 5 na cm2

Účinnost přenosu (zdroj k extrahovanému paprsku)

  • Typické (%): 5
  • Nejlepší (%):

Technická dataa) Magnet (na obrázku č. 1)

  • Typ: kompaktní
  • Kb (MeV): 192
  • Kf (MeV):
  • Průměrné pole (max./min. T): 1,75 / 0,6
  • Počet sektorů: 3
  • Úhlová šířka kopce (stupně): liší se
  • Spirála (stupně): 55
  • Průměr pólu (m): 2,8
  • Poloměr vstřikování (m): 0,019
  • Poloměr extrakce (m): 1,175
  • Hill Gap (m): 0,2
  • Valley Gap (m): 0,38

Ořízněte cívky

  • Číslo: 13
  • Maximální proud (otáčky A): cca 5000

Harmonické cívky

  • Počet: 2 sady po 3 cívkách
  • Maximální proud (otáčky A): cca 8000

Hlavní cívky

  • Číslo 2
  • Celkový počet ampérů: 814000
  • Maximální proud (A): 1000
  • Uložená energie (MJ): 9
  • Celková hmotnost železa (tuny): 600
  • Celková hmotnost svitku (tuny): 50

Napájení

  • Hlavní cívky (celkem kW): 275
  • Trimové cívky (celkem, maximum, kW): 70
  • Chladnička (kryogenní, kW):

b) RF (na obrázku č. 3)Akcelerace

  • Frekvenční rozsah (MHz): 12,3 - 24,0
  • Harmonické režimy: 1,2,3
  • Počet listin: 2
  • Počet dutin:
  • Dee Úhlová šířka (stupně): 72-42

Napětí

  • Při vstřikování (vrchol od země, kV):
  • Při extrakci (vrchol od země, kV):
  • Špička (vrchol od země, kV): 50
  • Síťový výkon (max., KW): 280
  • Fázová stabilita (stupně): ± 0,5
  • Stabilita napětí (%): ± 0,1

(c) Injekce

  • Zdroj iontů: int PIG (číslo 2 na obrázku), ext ECR (není na obrázku)
  • Předpětí zdroje (kV): 20
  • Vnější vstřikování: axiální
  • Typ děrovače: h = 1 dvojitá mezera
  • Energie vstřikování (MeV / n):
  • Součást: spirálové inflektory
  • Účinnost vstřikování (%): 5 - 10
  • Injektor:

d) ExtrakcePrvky, charakteristické

  • Isochronní režim: precesní extrakce

El. stat. defl. 65 kV, otvor 5 mm, septum 0,5 mm, el. magn. kanál 4,7 kA, pasivní zaostřovací kanál 5 mm septum

  • Režim synchrocyklotronu: regenerativní extrakce Stejné plus

pasivní škrabka, regenerátor Typická účinnost (%): 50 Nejlepší účinnost (%): 80

e) Vakuum (na obrázku č. 4)Čerpadla:

Dosažené vakuum: 10-5 Pa (10-7 mbar)

Paprskové linie

Na TSL je několik paprsků: Linka A byla použita k výrobě nuklidů, nebyla používána několik let, ale je v provozuschopném stavu. B-linie se běžně používá pro dodávání protonového paprsku pro ozařování. Řada C se používá pro biomedicínský výzkum s různými těžkými ionty. D-linie se běžně používá pro dodávání protonového paprsku pro výrobu neutronových paprsků pro ozařování. G-linie se běžně používá pro transport protonového paprsku pro Protonová terapie.

Ředitelé laboratoří

  • Arne Johansson, emeritní profesor, 1986-1992
  • Leif Nilssson, emeritní profesor, 1993-1998
  • Curt Ekström, emeritní profesor, 1998-2008
  • Björn Gålnander, PH.D., 2008-2015

Poznámky a odkazy

  1. ^ Hlavní stránka laboratoře Svedberg. Citováno 2015
  2. ^ ERINDA Citováno 2015
  3. ^ SkyFLASH Citováno 2015
  4. ^ CHANDA Citováno 2015
  5. ^ Nobelova cena. Citováno 2015
  6. ^ Švédská nadace pro dětskou rakovinu Citováno 2015
  7. ^ SKANDION Citováno 2015

Souřadnice: 59 ° 51'13 ″ severní šířky 17 ° 37'31 ″ východní délky / 59,8537 ° N 17,6254 ° E / 59.8537; 17.6254