加速器重离子束的产生重离子束惯性约束聚变重离子束治癌

质子重离子技术虽好,但并非人人适用

质子重离子放疗作为一种新的肿瘤治疗技术，拓展了放射治疗的应用宽度，极大程度地提高了肿瘤治疗患者的治愈率和生活质量，为年龄大、心肺功能较差或无法耐受手术治疗的患者提供了新选择，受到广大肿瘤患者的热捧。然而，质子重离子技术虽好，但并非人人适用，是否适合采用质子重离子技术治疗，需要经过专业医师严格筛选分析。 1、质子重离子技术 质子和重离子都属于粒子线，与传统放疗的X线不同，粒子线在物理学上有独特的布拉格峰现象，通俗的说，就是能够在到达肿瘤病灶时，“定向爆破”集中释放能量，以杀灭实体肿瘤病灶。 其好处，一是可以减少对肿瘤周边健康组织的伤害;二是可以对肿瘤病灶给予比传统放疗更高的照射剂量;三是对一些对传统放疗有抗拒的肿瘤类型，给予更强的杀伤力。 2、质子重离子技术适应症 质子重离子放疗，因具有可控性强、穿透性强的特点，使其适应症较普通光子治疗有了极大的拓宽。目前，质子重离子治疗适应症主要包括： ◆中枢神经系统：脑膜瘤、胶质瘤等 ◆颅底：脊索瘤、软骨肉瘤等 ◆头颈部：鼻咽癌、腺样囊性癌、黑色素瘤、软组织肉瘤等复发性肿瘤 ◆胸部：肺癌、食管癌、纵膈肿瘤等 ◆腹盆腔：肝癌、胰腺癌、胆管癌、前列腺癌、直肠癌、子宫肿瘤及其他无法切除的盆腔肿瘤等 ◆其他部位：骨肿瘤、软组织肉瘤等 当然，以下几种情况并不适合采用质子重离子治疗。 1)肿瘤部位有粒子植入或金属支架等金属物的; 2)同一部位肿瘤已接受过2次及以上放射治疗的患者; 3)晚期肿瘤患者如多发转移、肿瘤终末期患者等，因为质子和重离子只是局部治疗手段。但晚期的判断上有分歧，比如结直肠癌患者的肝部多发转移，传统上认为是中晚期，没有手术指征，生存期有限，但是质子放疗在杀灭肝部肿瘤病灶后，能够获得很好的治疗效果。 3、中国质子重离子治疗还有很长的路要走 1990年，美国LomaLinda大学医学中心首先启用了医学专用质子装置，正式宣告质子进入临床医学领域。美国多个地区、日本和德国纷纷建设质子治疗中心。今天，质子治疗已经是美国放射治疗儿童肿瘤的金标准。2010年以来，多家中国医疗机构也扎堆进入这一领域，质子中心在全国遍地开花。 目前，专家表示，质子重离子治疗比较适合儿童、年轻人，医生也在寻找筛选什么样的肿瘤更适合用质子治疗;另外，人才培养也很重要，作为一种中高端的肿瘤治疗手段，质子重离子治疗需要更优秀的技术人员和服务人员更好的应用，发挥其应有的价值。所以说，中国的质子重离子治疗还有很长的路要走。

质子 重离子治癌概况与有效率

质子、重离子治癌概况与有效率（一）肿瘤疾病现状 根据世界卫生组织（WTO）估计，现在世界上每年新肿瘤病人数为1000万，到2020年肿瘤发病率将增加50%，那时肿瘤将是主要的死亡原因。我国目前恶性肿瘤病人约700万人，而且每年新增280多万人，每死亡5人就有1人死于癌症。 近20年来，我国的癌症死亡率上升了29%，特别是发病率最高的肺癌、肝癌。目前治疗癌症的有效方法为外科手术、放疗和化疗，其中，放疗作为主要手段之一。 常规的放射治疗对正常组织也产生相当的损伤，治疗效果不够理想，只起到延长病人生命的作用。根据质子/重离子治疗的适应症范围，和目前质子/重离子治疗临床效果及后续效果比较研究结果，以及我国各种肿瘤发病率显示，其中40%的患者选择质子/重离子治疗将比接受传统的治疗获得更高的治疗效果，这一数据将随着进一步的临床研究还会继续提升。随着我国国民经济的发展、人民生活水平的提高，渴求质子/重离子治疗的肿瘤病人将会日愈增加。 （二）质子、重离子治疗与传统放疗的区别 传统的放疗存在固有的不足:它们在人体组织的剂量分布不理想，在杀死癌细胞的同时，周围健康组织也会受到不同程度的损伤。现有的肿瘤治疗手段都存在安全性低、治疗副作用大、长期疗效差的问题。同时，这些放疗引起的并发症和后遗症不但严重影响患者的生活质量，也迫使患者为这些并发症和后遗症而付出昂贵的医疗费用。

重离子治疗技术的先进性: 一是具有良好的物理特性。二是肿瘤部位的彻底治疗。 重离子治疗的优势: 一是重离子肿瘤治疗系统采取的是全机器人智能化操作，整个手术过程仅需要8分钟（单次治疗）；二是术后休息30分钟即可自由活动；三是辅助药物的使用几乎可以忽略。 按照恶性肿瘤的综合治疗原则，早期恶性肿瘤病人多数采用手术治疗，而单纯实施放化疗的病人均是中晚期，目前的肿瘤使用重离子治疗已经达到了非常好的效果：Ⅰ-Ⅱ期的肺癌病人进行单纯的重离子治疗，5年生存率为55%，Ⅰ-Ⅱ期肝癌的5年生存率67%，前列腺癌的5年生存率达到93%，肺癌的5年生存率达到73%，Ⅲ-Ⅳ期宫颈癌的5年生存率达到48%。 重离子治疗适应症可以分为6大类：中枢神经系统肿瘤、眼部肿瘤、头颈部肿瘤、胸部肿瘤、腹部肿瘤、盆腔肿瘤。 由于质子重离子优越的物理特性和良好的生物效应，因此重离子肿瘤治疗技术已逐渐发展成为当今世界最先进的肿瘤治疗技术，也被誉为是面向21世纪最理想的放射用射线。世界上许多国家都倾注了大量的人力和物力进行重离子束肿瘤治疗装置的建设和基础及临床应用研究，使得重离子束治疗成为放射治疗领域的前沿性研究热点。是一个国家医疗发展水平特别是肿瘤治疗水平的重要标志。 （三）质子、重离子技术的发展及应用 20世纪70年代中期，美国的劳伦斯伯克利实验室首先将重离子应用于临床治疗，取得了显着的效果。日本和德国于90年代相继也开始了重离子治癌，1994

质子、重离子治癌概况与有效率

质子、重离子治癌概况与有效率 （一）肿瘤疾病现状 根据世界卫生组织（WTO）估计，现在世界上每年新肿瘤病人数为1000万，到2020年肿瘤发病率将增加50%，那时肿瘤将是主要的死亡原因。我国目前恶性肿瘤病人约700万人，而且每年新增280多万人，每死亡5人就有1人死于癌症。 近20年来，我国的癌症死亡率上升了29%，特别是发病率最高的肺癌、肝癌。目前治疗癌症的有效方法为外科手术、放疗和化疗，其中，放疗作为主要手段之一。 常规的放射治疗对正常组织也产生相当的损伤，治疗效果不够理想，只起到延长病人生命的作用。根据质子/重离子治疗的适应症范围，和目前质子/重离子治疗临床效果及后续效果比较研究结果，以及我国各种

肿瘤发病率显示，其中40%的患者选择质子/重离子治疗将比接受传统的治疗获得更高的治疗效果，这一数据将随着进一步的临床研究还会继续提升。随着我国国民经济的发展、人民生活水平的提高，渴求质子/重离子治疗的肿瘤病人将会日愈增加。 （二）质子、重离子治疗与传统放疗的区别 传统的放疗存在固有的不足:它们在人体组织的剂量分布不理想，在杀死癌细胞的同时，周围健康组织也会受到不同程度的损伤。现有的肿瘤治疗手段都存在安全性低、治疗副作用大、长期疗效差的问题。同时，这些放疗引起的并发症和后遗症不但严重影响患者的生活质量，也迫使患者为这些并发症和后遗症而付出昂贵的医疗费用。 重离子治疗技术的先进性: 一是具有良好的物理特性。二是肿瘤部位的彻底治疗。 重离子治疗的优势: 一是重离子肿瘤治疗系统采取的是全机器人智能化操作，整个手术过程仅需要8分钟（单次治疗）；二是术后休息30分钟即可自由活动；三是辅助药物的使用几乎可以忽略。 按照恶性肿瘤的综合治疗原则，早期恶性肿瘤病人多数采用手术治疗，而单纯实施放化疗的病人均是中晚期，目前的肿瘤使用重离子治疗已经达到了非常好的效果：Ⅰ-Ⅱ期的肺癌病人进行单纯的重离子治疗，5年生存率为55%，Ⅰ-Ⅱ期肝癌的5年生存率67%，前列腺癌的5年生存

惯性约束聚变能源与激光驱动器讲解

第 18卷第 67期大自然探索 V o l . 18, Sum N o . 67 1999年 第 1期 EXPLO RA T I ON O F NA TU R E N o . 1, 1999惯性约束聚变能源与激光驱动器Ξ 中国工程院院士 中国科学院上海光学精密机械研究所研究员 国家高技术 863— 416主题专家组成员 范滇元 中国科学院院士 北京应用物理与计算数学研究所研员 国家高技术 863— 416 聚变能源是一种“干净的” 的能源。研究进展表明 , 80年代末 , 美国用 变 , 证实了这一技术路线在科学上的可行性。 90年代以来 , 一些国家制定了庞大的发展计划 , 以“点火” 为目标 , 建造百万焦耳级的巨型激光装置。同时 , 并行地开始了用于聚变能电站的驱动器研究。我国已有 30多年研究基础 , 现已制定跨世纪的“神光 - ” 计划 , 将在下世纪初建成 10万 J 级的激光装置 , 开展相关基础物理研究。 1聚变能源是地球上的人造小太阳

能源是人类赖以生存的基本条件。据估计 , 到下世纪中叶前后 , 全世界能源消费的需求将超过传统能源的供给能力 , 必须开发新的能源以弥补其短缺。聚变能源是新能源的重要候选者之一。 氢的同位素氘和氚在高温下聚合成氦核 “聚变” 。太阳的巨 , 而氢弹的爆炸则是地球上人为的聚变反应。氘和锂 (可产生氚在海中蕴藏量极其丰富 , 120kg 海水可产生相当 30L 石油放出能量的聚变能 , 聚变材料可谓“取之不尽” 。如果能在人工可控条件下实现聚变反应 , 则可以提供几乎用之不竭的能源。和传统能源相比 , 聚变燃料具有最高的比能。 然而聚变反应所要求的条件却极为苛刻。自持反应要有 1亿 k W h 左右的高温 , 并且参与反应的粒子密度 n 要足够高 , 能维持一定的反应时间Σ, 即n Σ值要达到 1014s c m 3以上 , 这就是著名的劳逊判据。 为了实现上述条件 , 目前有两条技术途径 :磁约束聚变 (M CF 和惯性约束聚变 (I CF 。 惯性约束聚变的基本思想是 :利用激光或离子束作为驱动源 , 脉冲式地提供高强度能量 , 均匀地作用于装填氘氚燃料的微型球状靶丸外壳表面形成高温高压等离子体 , 利 ? 1 3? Ξ谨以此文缅怀惯性约束聚变研究先驱王淦昌院士 用反冲压力 , 使靶的外壳极快向心运动 , 压缩氘氚主燃料层到每立方厘米几百克质量的极高密度 , 并使局部氘氚区域形成高温高密度热斑 , 达到点火条件 ; 驱动

质子重离子放射治疗的介绍和比较

质子、重离子放射治疗的介绍 一、质子治疗 质子治疗：氢原子核中的质子通过粒子加速器释放高能量射线的治疗。 二、重离子治疗 重离子，是指重于2号元素氦并被电离的粒子。所谓重离子就是比电子重的粒子。应用于放射线治疗的重离子通常是指碳素离子。 利用重离子加速器将碳离子加速到光速的70%左右，再利用形成的碳离子束流进行照射。

三、粒子（质子、重离子）治疗的优势 a. X射线进入人体时在皮肤附近释放的能量最高，进入人体后则会逐步降低能量，所以到达肿瘤时就不一定是能量最高杀伤力最强的时刻，达不到充分的治疗效果；而且射线会在穿透肿瘤后继续释放能量，损害周围的正常组织。而粒子，可以进行调节，达到我们的期盼：在皮肤附近以及到达肿瘤之前抑制能量的释放，一旦到达肿瘤时便会瞬间释放大剂量的能量，经过肿瘤后又马上停止释放能量（布拉格峰，Bragg 峰）。简而言之，就是射线在体内的分布较传统射线更集中，更优质。减少毒副反应，减少第二原发肿瘤。 b. 重离子和质子有足够的放射剂量能到达体内更深部位的肿瘤。

四、粒子（质子、重离子）治疗的适应症 没有远处转移，（原则上）没有淋巴结转移，局限在某一部位的肿瘤，适合进行质子重离子治疗。黑色素瘤、骨和软组织肉瘤、脊索瘤、高危前列腺癌、胰腺癌和术后复发的直肠癌，重离子放疗显示了很好的疗效。 血液内的肿瘤、空腔脏器内如胃、肠等肿瘤以及乳腺肿瘤等不适合质子重离子治疗。

五、质子治疗和重离子治疗的区别 重离子在生物学效应方面优于质子。因为重离子能够对肿瘤细胞DNA 产生直接作用，使DNA 的双链同时受到损伤，且不受氧浓度的影响，使正常癌细胞或乏氧癌细胞产生不可修复的致死性损伤，从而彻底杀死癌细胞。而质子在对癌细胞DNA 损伤的程度不如重离子。因此，这一点上，重离子比质子具有更强的杀灭抵抗放射肿瘤细胞的能力。但是在重离子放射线照射过程中，产生的离子碎片对肿瘤前部和形成的末端小尾巴对治疗的影响, 尤其是对末端横向散射的影响, 以及如何进行有效评估等问题的研究，目前还不是很清楚。 质子治疗的布拉格峰尾部衰减更快，没有拖尾现象，给予靶区外正常组织的剂量很小，在这点上，质子要优于重离子。 所以，目前质子/ 重离子治疗领域，仍以质子放疗为主，重离子放疗技术尚未完全成熟。

医用重离子加速器

第三章医用重离子加速器 医用重离子加速器提供的重离子束主要应用于重离子束治癌，而提供的放射性核素以在核医学方面的应用为主。重离子束治癌在美，日，德等发达国家已进入到临床试验阶段，而放射性核素在核医学方面的应用大都处于试验研究阶段。由中国科学院近代物理研究所、甘肃省医学科学研究院、甘肃省肿瘤医院合作、兰州军区兰州总医院参与的甘肃省科技重大项目——“重离子束辐射治疗癌症的关系就是开发研究”，于2006年12月开始临床研究。到目前，已应用重离子束放射治疗浅表肿瘤受试者127名，效果显著，绝大部分病人无明显不良反应，治

疗后病人的随访率达96%以上，使我国成为国际上第4个有能力进行重离子治癌临床研究的国家。 第一节重离子治癌原理 一、概述 重离子束与物质相互作用的特殊机理使得它在肿瘤治疗方面具有一系列明显的优点：重离子束治疗精度高达(毫米量级);剂量相对集中，照射治疗时间短，疗效高；对肿瘤周围健康组织损伤小；重离子束治疗能做到实时监测，便于控制辐照位置和剂量。 以上优点使得重离子束的治疗作用可

以与手术刀媲美，达到普通电离辐照(此处普通电离辐照指x、r及电子束)治疗难以实现的疗效，因而重离子束被称为是21世纪最理想的放射治疗用射线。也正是由于重离子束在放射治疗中的上述优点，世界上许多国家都倾注了大量的人力和物力进行医用重离子束加速器的研制，或利用已有的重离子加速器进行治癌装置的建造和治癌基础及临床应用研究，这使得重离子治癌成为放射治疗领域的前沿性研究课题。 二、重离子治癌的科学依据和优势 放射治疗的主要原则就是给予肿瘤尽

可能大的辐射剂量，将癌细胞杀死，同时又尽可能地保护肿瘤周围和辐射通道上的正常组织使其少受损伤。由于普通电离辐照对剂量深度分布均呈指数衰减或略微上升而后衰减的特征，使治疗受到很大限制；而重离子束以其独特的放射物理学和放射生物学性质，在放射治疗上独具优势。 （一）重离子束的物理特性 1.特殊的深度剂量分布 荷电重离子贯穿靶物质时主要是通过与靶原子核外电子的碰撞损失其能量，随离子能量的降低，这种碰撞的概率增大。因此，离子在接近其射程末端时损失其大部分初始动能，形成一个高剂量的能量损

【CN109959347A】激光差动共焦核聚变靶丸形态性能参数测量方法与装置【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910175919.7 (22)申请日 2019.03.08 (71)申请人 北京理工大学 地址 100081 北京市海淀区中关村南大街5 号 (72)发明人 赵维谦　王允　邱丽荣　 (74)专利代理机构 北京理工正阳知识产权代理 事务所(普通合伙) 11639 代理人 邬晓楠 (51)Int.Cl. G01B 11/255(2006.01) G01B 11/24(2006.01) G01B 11/06(2006.01) G01B 11/00(2006.01) G01N 21/65(2006.01) (54)发明名称 激光差动共焦核聚变靶丸形态性能参数测 量方法与装置 (57)摘要 本发明公开的激光差动共焦核聚变靶丸形 态性能参数测量方法与装置，属于共焦显微成 像、光谱探测及激光惯性约束核聚变技术领域。 本发明将激光差动共焦技术与拉曼光谱探测技 术结合，利用激光差动共焦技术对激光聚变靶丸 壳层的内、外表面进行精密层析定焦，利用拉曼 光谱探测技术对靶丸壳层和界面进行光谱激发 探测，并进一步通过正交回转驱动技术对靶丸进 行三维回转驱动获得靶丸的内/外表面三维形态 参数和壳层/界面性能分布参数等，实现核聚变 靶丸形态性能参数综合测量。本发明能够为激光 惯性约束核聚变仿真实验研究、靶丸制备工艺研究和靶丸筛选提供数据基础和检测手段。本发明在激光惯性约束核聚变、高能物理和精密检测领 域有广泛的应用前景。权利要求书3页 说明书6页 附图3页CN 109959347 A 2019.07.02 C N 109959347 A

惯性约束核聚变

惯性约束核聚变 核能的安全使用是缓解能源危机的有效途径。相对于核裂变，核聚变具有无放射性，单位质量提供的能量多等优点，而且地球上核聚变物质储量远远多于核裂变物质储量。实现受控核聚变。 聚变的原理： 他们是利用加速器或其它方法使原子核相互碰撞, 从而得到或失去能量。 要实现受控核聚变，必须满足两个基本条件，一是必须将燃料加热到很高的热核反应温度；二是，必须在足够时间长时间内将高温高密度等离子体约束在一起。Lawson 判据限定了实现核聚变的具体条件，即受约束的等离子体必须达到一定的密度n 、温度T 及约束时间τ。对氘氚反应，)/(109.3311mm s n ?≥τ，T 约为K 810。 有两种方法，实现受控核聚变。一是磁约束聚变（Magnectic Confinement Fusion ，MCF ），就是利用磁场将带电离子约束住，使之发生聚变的反应。二是激光驱动惯性约束聚变，就是基于氢弹原理，即利用高能激光驱动器在极短时间将巨变燃料小球（靶丸）加热、压缩到高温、高密度，使之在中心“点火”，点燃后继核反应实现受控核聚变，从而获得干净聚变能源。

聚变过程可分为四个阶段：一、强激光束快速加热氘氚靶丸表面，形成等离子体烧蚀层；二、驱动器的能量以激光或X 光形式迅速传递给烧蚀体，使之加热并迅速膨胀；当壳体外部向外扩张时，根据动量守恒定理，剩余部分则向中心挤压，反向压缩燃料； 三、向心聚爆将靶丸压缩至一定程度，使氘氚燃料达到高温、高密度状态，在靶丸中心形成热点；四、热核燃烧在被压缩的燃料内部蔓延，使主体燃料发生聚变反应，产生数倍的能量增益，从而产生大量的聚变能输出。 现在的惯性约束核聚变存在以下问题: 一、激光和离子束功率没有达到足够大； 二、激光必须照射均匀，小球壳本身厚薄均匀； 三、目前的爆炸方法有待改进。 ICF 研究进展 自从60年代初激光器问世以后，中、美、日、前苏联等国即着手激光驱动ICF 研究，多年来ICF 研究已在世界范围内取得了重要进展。但目前仍处在科学上可行性研究 阶段，即掌握主要环节的靶物理规律，实现实验室演示点火目标。为此需要驱动器（主要是高功率、高能量激光器）、靶物理理论和实验、精密诊断设备、靶的制备五个方面协调研究发展。下面主要介绍美、法、日等国在激光驱动器和靶物理方面的研究发展情况。 美国 从1975年至今，已建立了6代固体激光器，输出功率提高了近5个量级。 1985年建成了当时世界上最大的固体激光器NOV A ，脉宽约1ns ，10路、三倍频，能量（下同）输出约20KJ 。1994年NOV A 完成精密化，能量升级至40KJ 。 1995年在Rochester 大学建成固体激光器OMEGA （1ns ，60路、约45KJ ）。 正在建造国家点火装置（NIF ），3~5ns 、,192路、1.8KJ ，预计2005年前后建成。目前能源部的一个专门小组正在对NIF 的技术进行评估。 拍瓦（W 1510）装置（1ps 、1路、1KJ ）正在运行。 法国 PHEBUS 装置约1ns 、2路、KJ 42?正在运行。 在美国帮助下正在研制百万千焦LMJ ，3~5ns ，240路，1.8MJ ，预计2010年建成。 P102超短脉冲激光器，约350fs ，1路，55TW 我国 1964年，王淦昌在国际上独立提出激光驱动聚变的建议，由此开始了我国ICF 研究历史。80年代初中国科学院与当时九院合作研究促进了我国ICF 的发展。1993年，国家高技术863计划成立了惯性约束聚变主题专家组后，规划了国家ICF 发展目标，并在驱动器、靶物理理论和实验、精密化诊断设备、靶的制备五方面研究取得了重大进展，为进一步的研究打下了重要基础。 经过早期几代固体激光器的研制，1986年建成神光一号（SG-1）———当时称为LF-12，脉宽1ns 、2路、基频能量为J 8002?，1994年退役；与此同时建成了星光装置（1ns 、1路），目前输出能量约100J 。 1994年决定建造∏-SG ，1ns 、8路、6KJ ()?1、3KJ （?3），经过改造，2000年已开始投入运行。 1996年开始进行,I∏-SG 原型概念设计。I∏-SG 为60路、1ns 、输出到靶面的总能量为60KJ （?3），它是我国进行点火前靶物理并外推到点火物理研究的驱动器，约

我国激光惯性约束聚变实验研究进展

中国科学 G 辑: 物理学 力学 天文学 2009年 第39卷 第11期: 1571 ~ 1583 https://www.wendangku.net/doc/1a15847014.html, https://www.wendangku.net/doc/1a15847014.html, 《中国科学》杂志社 SCIENCE IN CHINA PRESS 我国激光惯性约束聚变实验研究进展 江少恩*, 丁永坤, 缪文勇, 刘慎业, 郑志坚, 张保汉, 张继彦, 黄天晅, 李三伟, 陈家斌, 蒋小华, 易荣清, 杨国洪, 杨家敏, 胡昕, 曹柱荣, 黄翼翔 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 绵阳 621900 * E-mail: jiangshn@https://www.wendangku.net/doc/1a15847014.html, 收稿日期: 2009-03-15; 接受日期: 2009-08-02 国家高技术研究发展计划和国家自然科学基金(批准号: 10775120)资助项目 摘要 介绍国内自2000年以来的激光惯性聚变(inertial confmement fusion, ICF)实验研究进展, 主要内容为神光Ⅱ激光装置上的实验, 也对刚建成不久的神光III 原型装置上的实验作简要介绍. 在神光Ⅱ激光装置上开展了多项的物理实验研究, 进行了系列综合和分解实验, 获得的主要实验技术指标为: 黑腔峰值辐射温度超过二百万度; 辐射驱动DT 聚变中子产额达108和辐射驱动压缩DD 燃料密度超过10倍液氘密度; 辐射不透明的样品温度接近100 eV. 在神光II 装置上得到这些结果表明国内在惯性约束聚变研究方面取得了显著的进步. 随着神光III 原型装置建造的完成, 2007年在该装置上进行了首轮物理实验, 开展了黑腔物理和辐射内爆物理实验, 首轮实验的成功说明神光Ⅲ原型装置已具备实验能力. 关键词 激光聚变 神光II 激光装置 神光III 原型装置 激光惯性聚变(ICF) 在地球上实现受控热核聚变反应, 将可能为人类提供丰富、经济、安全的能源. 惯性约束聚变(ICF)是实现受控热核聚变很有希望的途径之一, 它是通过内爆对热核燃料进行压缩, 使其达到高温高密度, 在内爆运动过程中惯性约束下实验热核点火和燃烧, 从而获取聚变能的方法. 激光聚变是用激光作为驱动源的. ICF 领域研究工作的开展无论对国民经济、 军事应用, 还是对于基础研究探索都有着重要而特殊的意义. ICF 早已成为当代重大而难度大的国际高科技研究课题, 为了演示点火和聚变燃烧, 世界各地都在进行兆焦耳激光器拍瓦激光器高重复率能量驱动器的运转和建造, 美国于2009年建成国家点火装置(NIF)[1], 法国正在加紧建造兆焦激光装置(LMJ)[2]. ICF 的基本思想是: 利用激光或离子束作驱动源, 脉冲式地提供高强度能量,均匀地作用于装填氘氚(DT)燃料的微型球状靶丸外壳表面, 形成高温高压等离子体, 利用反冲压力, 使靶外壳极快地向心运动, 压缩氘氚主燃料层到每立方厘米的几百克质量的极高密度, 并使局部氘氚区域形成高温高密度热斑, 达到点火条件(离子温度Ti>5 keV, 燃料的面密度ρR hs > 0.3 g/cm 2), 驱动脉冲宽度为纳秒级, 在高温高密度热核燃料来不及飞散之前, 进行充分热核燃烧, 放出大量聚变能. 采用激光产生的惯性约束聚变称为激光聚变. 利用激光产生驱动惯性约束聚变内爆需要的能流和压强可采用两种途径(见图1). 在直接驱动中, 多束激光束直接均匀辐照含有热核燃料的聚变靶丸, 激光能量被靶丸外层低密度的冕区中的电子吸收, 电子热传导将能量输运到靶壳的高密度区, 驱动烧

关于徐州市建设质子和重离子肿瘤医院的建议书

关于市建设质子和重离子肿瘤医院 的建议书 市招商服务中心卓磊 二〇一二年六月十八日

目录 一、质子、重离子治癌技术的发展概况 （一）肿瘤疾病现状 （二）重离子治疗与传统放疗的区别 （三）质子、重离子技术的发展及应用二、上海市质子重离子肿瘤医院概况 （一）项目由来 （二）项目简介 三、市建设质子重离子肿瘤医院的可行性分析 （一）建设该医院的重要意义 1、稳固淮海经济区中心医疗地位 2、增强市医疗服务环境 3、造福广大肿瘤患者 （二）已具备的条件 1、区位优势。 2、技术优势 3、资源优势 （三）投资商简介

（四）实施方案 1、资金及技术来源 2、基建及设备计划 3、建设进度及周期 4、整体规划图

一、质子、重离子治癌技术的发展概况 （一）肿瘤疾病现状 根据世界卫生组织（WTO）估计，现在世界上每年新肿瘤病人数为1000万，到2020年肿瘤发病率将增加50%，那时肿瘤将是主要的死亡原因。我国目前恶性肿瘤病人约700万人，而且每年新增280多万人，每死亡5人就有1人死于癌症。近20年来，我国的癌症死亡率上升了29%，特别是发病率最高的肺癌、肝癌。目前治疗癌症的有效方法为外科手术、放疗和化疗，其中，放疗作为主要手段之一。常规的放射治疗对正常组织也产生相当的损伤，治疗效果不够理想，只起到延长病人生命的作用。 根据质子/重离子治疗的适应症围，和目前质子/重离子治疗临床效果及后续效果比较研究结果，以及我国各种肿瘤发病率显示，其中40%的患者选择质子/重离子治疗将比接受传统的治疗获得更高的治疗效果，这一数据将随着进一步的临床研究还会继续提升。随着我国国民经济的发展、人民生活水平的提高，渴求质子/重离子治疗的肿瘤病人将会日愈增加。 （二）质子、重离子治疗与传统放疗的区别 传统的放疗存在固有的不足:它们在人体组织的剂量分布不理想，在杀死癌细胞的同时，周围健康组织也会受到不同程度的损伤。现有的肿瘤治疗手段都存在安全性低、治疗

激光原理及应用 - 激光核聚变

激光核聚变 激光核聚变（laser nuclear fusion）是以高功率激光作为驱动器的惯性约束核聚变。在探索实现受控热核聚变反应过程中，随着激光技术的发展，1963年苏联科学家N.巴索夫和1964年中国科学家王淦昌分别独立提出了用激光照射在聚变燃料靶上实现受控热核聚变反应的构想，开辟了实现受控热核聚变反应的新途径激光核聚变。激光核聚变要把直径为1毫米的聚变燃料小球均匀加热到1亿度，激光器的能量就必须大于1亿焦，这在技术上是很难做到的。直到1972年美国科学家J.纳科尔斯等人提出了向心爆聚原理以后，激光核聚变才成为受控热核聚变研究中与磁约束聚变平行发展的研究途径。 1、基本原理 激光核聚变中的靶丸是球对称的。球的中心区域（半径约为3毫米）充有低密度（≤1克/厘米3）的氘、氚气体。球壳由烧蚀层和燃料层组成：烧蚀层的厚 度为200—300微米，材料是二氧化硅等低Z（原子序数）材料；燃料层的厚度约300微米，材料是液态氘、氚，其质量约5毫克。有的靶丸的中心区域是真空，球壳由含有氘、氚元素的塑料组成。有的靶丸则用固体氘、氚燃料，球壳由玻璃组成。 当激光对称照射在靶丸表面上时，烧蚀层表面材料便蒸发和电离，在靶丸周围形成等离子体。激光束的部分能量在临界密度层处（该处的等离子体频率与入射的激光频率相等）被反射掉，另一部分能量则被等离子体吸收并加热等离子体。等离子体的热量通过热传导穿过临界密度层向烧蚀层内传递，烧蚀层材料蒸发并向四周飞散产生反作用力（类似火箭推进原理），将靶丸球壳向靶心压缩（爆聚）产生传播的球形激波，使靶丸内氘、氚燃料的密度和温度增加，这种效应称为向心爆聚。如果激光脉冲的波形选得合适，则向心传播的球形激波可会聚到靶丸球心区域，使球心区域一部分氘、氚燃料优先加热，形成热斑。当热斑中的温度高到足以产生聚变反应时，则释放出的聚变能量就可驱动通过靶丸径向向外传播的超声热核爆炸波，并在靶丸物质移动之前就能将燃料层的聚变燃料加热并产生聚变反应，最后将烧蚀层毁掉。因此，激光束的能量仅用于产生向心爆聚和加热靶心的热斑燃料上，不需将整个靶丸均匀加热到热核聚变温度，从而降低了对激光器功率的要求。

国内首家质子重离子医院今在沪开业,第一年只收治300人,并非所有癌症都能治

国内首家质子重离子医院今在沪开业，第一年只收治300人， 并非所有癌症都能治 制图/邵竞 制图/邵竞 1 晨报记者彭晓玲朱国荣穿过一段类似《星际穿越》里的“太空走廊”，走进一个宽大的暖黄色多边形“太空舱”内，中间放着一张“床”，往上面一躺，一股射线照来，身上的肿瘤就可以得到治疗，整个过程没有异样的感觉，对肿瘤周边的脏器损害也非常小。 这并非好莱坞大片中才有的镜头，而是真实的存在。今天，拥有国际公认最先进放疗技术的上海市质子重离子医院正式开业，这是国内首家、也是全球极少数同时拥有质子重离子放射治疗设备的医疗机构。被誉为“治癌利刃”的质子重离子技术在国内出现，对很多在抗癌路上苦苦挣扎的患者来说，又多了一个延续生命的机会。引进“太空舱”十年磨一剑在上海市质子重离子医院一个会议室的墙上，写着的“十年磨一剑”五个红色大字非常醒目。回忆起为了引进“太空舱”的经历，一路走来的项目负责人、上海申康医院发展中

心副主任诸葛立荣由衷感叹道：“就像取经一样，我们终于取到了真经。” 早在1998年，上海就开始关注国际上放射治疗肿瘤这 一前沿技术。2003年7月，正式启动项目前期调研。当时，专家们除了在该引进质子技术，还是重离子技术的路径上有分歧，上海还面临要建成一家这样的医院，投资成本太高等客观困难。“设备太贵，回报时间太长。刚开始国企和民营企业来参与的积极性很大，但最后都走了。”诸葛立荣摇着头说。 不过，这并没有阻挡上海在尖端肿瘤技术上探索的决心。在前后召开了近30次专家论证会，实地考察了7个国家的17个质子、重离子中心和科研机构，形成长达10万字的调研论证报告后，2009年2月，在召开的一次专家咨询论证 会上，所有与会专家最终达成一致意见。随后，上海市政府决定引进质子重离子技术。 2008年，上海市质子重离子医院进行全球招标，引进 了一套德国西门子公司的设备，又经过前后6个月的谈判，最终落实好设备引入的各种事宜。建医院地面沉降要求超严2009年，医院进入施工阶段。由于质子重离子技 术非常精准复杂，对建筑施工的要求也非常高，破土动工后，难题一个又一个摆在面前，“很多建筑要求都是国内以前没有的，当时有专家看了后说，这些要求根本做不到”。 其中一个难点是，怎样才能达到质子重离子设备需具备

一定要看,上海质子重离子医院发布最新癌症治疗数据,效果好!

一定要看，上海质子重离子医院发布最新癌症治疗数据，效 果好！ 今日，位于上海国际医学园区（SIMZ）的上海市质子重离子对外发布了正式开业以来半年患者的收治数据。 临床试验病例1年随访结果 去年6月为质子重离子系统设备申请国家食药监局审批注册而开展了35例临床试验病例，截止目前已完成了治疗后1年的随访总结，有关报告已报国家和上海有关监管机构。 这35例病例涵盖头颈部（如脊索瘤、腺样囊性癌、软骨肉瘤）10例、胸部（如肺癌）4例、腹盆腔部（如肝癌、腹膜后肉瘤、前列腺癌）21例。从患者1年后随访检查资料看，在安全性（毒副作用）评价方面，根据现国际通行的由美国放射肿瘤学会（RTOG）制定的后期放射损伤评价标准（EORTC），35例临床试验患者中原个别患者曾出现的2级放疗急性不良反应已全部消失，极个别病例现存在1级极轻微后期放射损伤，主要为肺轻度纤维化、尿隐血等。 在有效性评价方面，35例患者总体情况良好。其中10例头颈部肿瘤患者全部稳定，症状消失；腹部1例肝癌患者和1例腹膜后肿瘤患者病灶完全消失，且未见其他不良情况；4例肺癌患者中3例其肿瘤部分退缩且病情稳定，另1例肺部肿瘤患者为结肠癌术后的双侧肺门转移灶，无法手术且化疗

不耐受，在接受质子放疗后病灶曾明显缩小但现略增大，须进一步深化评估研判；另19例前列腺癌患者的前列腺特异性抗原指标（PSA）水平仍保持疗效评价为生化控制，未出现PSA异常，没有其他复发或转移的征象，1年无生化复发生存率为100%。故接受质子重离子放疗的这35例临床试验患者，一年随访总体疗效评价较好。正式运营半年收治近140例患者 上海市质子重离子医院自今年5月8日正式对外开业运营以来，截至目前，已收治了近140例患者，其中100多位患者已完成质子重离子治疗顺利出院。 围绕新一轮“两个确保”（确保临床治疗安全和质量，确保治疗一例、成功一例）和“三个严格”（严格选择适应症、严格筛选每一例病例、严格制定临床诊疗方案）的工作目标，医院专家团队认真、严谨、周密地推进患者符合适应症的筛选储备、放射治疗计划制定及治疗。同时，正式开业以来，在充分讨论、研判并制订完善严格的入组标准、适应症的情况下，在原有临床试验阶段前列腺癌、脊索瘤、肺癌、肝癌、腺样囊性癌、软骨肉瘤、腹膜后肉瘤基础上又新增了鼻咽癌、脑膜瘤、骨和软组织肿瘤、胰腺癌、口咽癌、胶质母细胞瘤、胸腺瘤等多个治疗病种。这些肿瘤患者在治疗后，目前肿瘤控制情况都较好，各项疾病指征平稳。 开业至今，收治的近140例患者中最大年龄81岁，最小16

质子、重离子治疗对比

质子、重离子治疗对比 几十年治疗癌症实践表明，放射治疗是诸多治疗手段中极为重要的一环。近年来，由于多维适形调强治疗技术的发展，癌症放射治疗的治愈率和有效控制率明显提高，放射治疗使某些早期局部性肿瘤获得根治。同时放射治疗对癌症所在部位周围的器官及其功能的保留有重要意义，可以改善患者的生活质量。在诸多放射治疗手段中，尽管常规的放射治疗（电子、X和γ-射线）在某些肿瘤的治疗上已表现出较好的疗效，但由于电子、X和γ-射线在人体内产生的剂量随入射深度指数衰减，致使肿瘤前后的正常组织也受到一定程度的损伤，治疗效果不够理想。据统计，在所有的常规放射治疗病人中约有30%以上局部失控，从而导致治疗失败。由于质子具有布拉格峰物理特性，质子治疗在照射时可使剂量分布相对集中在癌细胞内，在杀死癌细胞的同时，大大减少对周围正常组织和敏感部位的损伤，从而使质子治疗优于常规的放射治疗。从上世纪70年代至今，全世界用质子治疗装置共治疗了6万多名肿瘤患者，积累了大量丰富的临床经验，一般治疗有效率达到95% 以上，五年存活率高达80%。质子治疗的巨大成就，已使全世界医学界一致公认质子治疗要比目前所常用的γ与电子射线治疗优越得多。所以尽管治疗设备技术比较复杂，价格相对昂贵，建造周期较长（约需3-5年），质子治疗仍然受到世界各国医学界的青睐，近二三十年来，质子治疗技术得到了快速发展。 相比重离子治疗，质子治疗的生物效应还不够理想，2003年日本HIMAC和德国GSI的重离子治疗成功后，碳离子优良的生物效应特别是对抗阻和乏氧型肿瘤的良好疗效，颇受国际上放疗专家和投资者的重视，碳重离子治疗将可能成为质子治疗的有力竞争者。但重离子治疗也存在一些固有缺点，冷点（指极少量漏网的肿瘤细胞）和后效应与分裂效应等都会影响到治疗效果。当前重离子治疗发展缓慢的最重要原因是它所需的加速器及其相应的设备规模大，技术复杂程度高，加速器及其

磁约束聚变现状研究汇总

1 前言 能源是社会发展的基础，化石燃料不仅储量有限，而且会造成严重的生态环境破坏和污染，预期200多年后，人类将面临严重的能源枯竭问题，因此，必须 尽快完成战略新能源的开发研究。在一系列的新能源中，核聚变能是最理想的清洁新能源。 核聚变反应包括氘氚反应、氘氦反应、氢硼反应等，其中氘氚反应在地球上最易实现，因其反应资源存在于海水中，一旦实现受控热核聚变，海水将成为人类取之不尽用之不竭的资源。这需要氘或氚，在一定条件下(如超高温和高压)让核外电子摆脱原子核的束缚，让两个原子核能够互相吸引而碰撞到一起，发生原子核互相聚合作用，生成新的质量更重的原子核(如氦)，中子虽然质量比较大，但是由于中子不带电，因此也能够在这个碰撞过程中逃离原子核的束缚而释放出来，大量电子和中子的释放所表现出来的就是巨大的能量释放。 2 惯性约束聚变装置简介 现有的可控核聚变约束手段主要有两种，一种是惯性约束，一种是磁约束。 惯性约束是指利用粒子的惯性作用来约束粒子本身，从而实现核聚变反应的一种方法。其基本思想是:利用驱动器提供的能量使靶丸中的核聚变燃料(氘、氚)形成等离子体，在这些等离子体粒子由于自身惯性作用还来不及向四周飞散的极短 时间内，通过向心爆聚被压缩到高温、高密度状态，从而发生核聚变反应。该项 研究主要在美国的国家点火装置（NIF），中国的神光-Ⅲ主机装置，如图1所示。 (a)

(b) 图1 (a)国家点火装置 (b)神光-Ⅲ主机装置 美国的国家点火装置位于加利福尼亚州的利弗莫尔国家实验室，在过去的一段时间里，其工作人员一直致力于将192束激光集中于一个花生米大小的、装有氢粒子的目标上。当能量为500太瓦的激光撞击到装有氢粒子的目标上后，会产生X光粒子，使得重氢原子和超重氢原子产生聚变，这种聚变使得少量物质转变为巨大能量。但由于技术问题，该项目在2012年末将工作重点由聚变能研究领域重新转回到核武器试验上。 我国的“神光-Ⅲ主机装置”，已在2015年由中物院基本建成。作为亚洲最大，世界第二大激光装置，神光-Ⅲ主机装置共有48束激光，总输出能量为18万焦耳，峰值功率高达60万亿瓦。 3 磁约束聚变装置简介 磁约束聚变是指用特殊形态的磁场把氘、氚等轻原子核和自由电子组成的、 处于热核反应状态的超高温等离子体约束在有限的体积内，使它受控制地发生大量的原子核聚变反应，释放出能量。 自上个世纪60年代中期以来，各国科学家先后建成的磁约束装置包括托卡 马克、仿星器、反场箍缩、磁镜、多级场等。 3.1 托卡马克 托卡马克，是一种利用磁约束来实现受控核聚变的环性容器。它的名字Tokamak 来源于环形、真空室、磁、线圈，最初是由位于前苏联莫斯科的库尔

可控核聚变与ITER计划_冯开明

第23卷第5期2006年10月 现代电力 M odern Electric Pow er V o l123N o15 O ct12006 文章编号:1007-2322(2006)05-0082-07文献标识码:A中图分类号:T M63112+4 可控核聚变与ITER计划 冯开明 (核工业西南物理研究院,四川成都) 摘要:本文简要介绍了我国能源的基本情况,核聚变能和可控核聚变的基本原理,国际热核聚变实验堆ITER的历史与现状。最后,对我国磁约束核聚变的研究发展做了简要回顾。 关键词:可控核聚变;ITER计划;磁约束;托卡马克 0引言 能源是社会经济发展的物质基础,随着社会的发展和人类文明的进步,人类对能源的需求也越来越大。从化石燃料提供的能源来看,地球上的化石燃料资源有限,煤储量有可能维持200年左右,石油、天然气仅能维持几十年;另一方面大量使用化石燃料,特别是煤炭,造成了严重的环境污染,而且能源结构单一,经济效益不合理。我国有13亿人口,目前的人均能源消耗仅为世界人均能耗的1/2,发达国家的1/40,主要能源是煤,而人均占有量远远低于世界水平。中国GDP正以年增长7%~8%的高速度发展,预计到2050年我国人口将增至15~16亿,根据国家发展远景规划,届时我国的人均GNP将为4000~6000美元,对能源将有巨大的需求。因此,我们将比其他任何国家更快遇到能源短缺和大量使用化石燃料造成严重环境污染的问题。从长远来看,核能将是继石油、煤和天然气之后的主要能源,人类将从/石油文明0走向/核能文明0。目前我国正在运行的核电站都是核裂变电站。核裂变虽然能产生巨大的能量,但远远比不上核聚变。另一方面,裂变堆的核燃料蕴藏极为有限,而且存在棘手的废物处置问题。因此,核聚变能被称为人类未来的永久能源。 从我国巨大的能源需求、资源的限制、环境的压力和核聚变研究进展来看,发展聚变能是改善未来能源结构,推动在半世纪实现能源顺利换代的根本出路。经过近半个世纪的努力,国际聚变研究已经取得长足的进展,由欧盟、中、日、俄、美、韩、印七方参与的国际热核聚变实验堆IT ER计划,已经进入建设阶段。为此,有关部门已经将磁约束核聚变研究列入国家中长期科技发展规划,推动我国核聚变研究的发展。 1核聚变能是理想的能源 太阳的能量来自轻核聚变反应。太阳每秒将6157亿吨氢聚变成氦,亏损的质量转化成巨大的太阳能,成为支持太阳系统内一切活动的能量源泉。氘-氚聚变反应将释放巨大的能量,一升海水中含30m g氘,通过聚变反应可释放出的能量相当于300多升汽油的能量,而反应产物是无放射性的。这就是说,1升海水可产生相当于300升汽油的能量。一座100万kW的核聚变电站,每年耗氘量只需304kg。据估计,天然存在于海水中的氘有45亿吨,把海水中的氘通过核聚变转化为能源,按目前世界能源消耗水平,足以满足人类未来几十亿年对能源的需求。但是在地球上实现持续的轻核聚变反应,要求相当苛刻的条件。它要求产生热核聚变的等离子体维持足够高的温度、密度的约束时间,达到劳逊条件(温度@密度@能量约束时间,或称聚变三乘积)。例如,实现氘-氚聚变反应的条件是:等离子体温度达2亿度,同时粒子数密度达1020m-3,能量约束时间超过1s。在这样极高的温度下,所有物质都变成完全电离的气体-等离子体。利用强磁场可以很好地约束带电粒子,将等离子体约束在一种特殊称为真空室的磁容器中,并将聚变燃料加热至数亿度高温,以实现可控聚变反应并获得聚变能。由于实现可控聚变的条件十分可观。因此,聚变能源的开发和应用,被认为是人类科学技术史上遇到的最具挑战性的特大科学工程。 核聚变能又是一种洁净安全的能源。聚变燃料是按一定速度和数量加入,任何时候在反应室内的聚变燃料数量都不大,在进行核聚变反应时,即使失控也不会产生严重事故。此外,它不产生二氧化碳和二氧化硫等有害气体,也不会像核裂变那样产

质子重离子治癌概况与有效率

质子重离子治癌概况与有 效率 The pony was revised in January 2021

质子、重离子治癌概况与有效率（一）肿瘤疾病现状 根据世界卫生组织（WTO）估计，现在世界上每年新肿瘤病人数为1000万，到2020年肿瘤发病率将增加50%，那时肿瘤将是主要的死亡原因。我国目前恶性肿瘤病人约700万人，而且每年新增280多万人，每死亡5人就有1人死于癌症。 近20年来，我国的癌症死亡率上升了29%，特别是发病率最高的肺癌、肝癌。目前治疗癌症的有效方法为外科手术、放疗和化疗，其中，放疗作为主要手段之一。 常规的放射治疗对正常组织也产生相当的损伤，治疗效果不够理想，只起到延长病人生命的作用。根据质子/重离子治疗的适应症范围，和目前质子/重离子治疗临床效果及后续效果比较研究结果，以及我国各种肿瘤发病率显示，其中40%的患者选择质子/重离子治疗将比接受传统的治疗获得更高的治疗效果，这一数据将随着进一步的临床研究还会继续提升。随着我国国民经济的发展、人民生活水平的提高，渴求质子/重离子治疗的肿瘤病人将会日愈增加。 （二）质子、重离子治疗与传统放疗的区别 传统的放疗存在固有的不足:它们在人体组织的剂量分布不理想，在杀死癌细胞的同时，周围健康组织也会受到不同程度的损伤。现有的肿瘤治疗手段都存在安全性低、治疗副作用大、长期疗效差的问题。同时，这些放疗引起的并发症和后遗症不但严重影响患者的生活质量，也迫使患者为这些并发症和后遗症而付出昂贵的医疗费用。 重离子治疗技术的先进性: 一是具有良好的物理特性。二是肿瘤部位的彻底治疗。 重离子治疗的优势 : 一是重离子肿瘤治疗系统采取的是全机器人智能化操作，整个手术过程仅需要8分钟（单次治疗）；二是术后休息30分钟即可自由活动；三是辅助药物的使用几乎可以忽略。