Accelerator liniar
Acceleratoarele de particule liniare (sau linac , de la lin (ureche) la c (celerator) ) sunt structuri capabile să accelereze particulele încărcate [1] ( protoni , electroni , pozitroni , ioni grei etc.), generate prin intermediul unui tun termionic , un fotoiniettore sau alte mijloace.
Un linac standard (precum și un accelerator circular ) este asamblat ca o succesiune de mai multe elemente în cascadă. Dacă sursa generează particule continuu, prima parte a acceleratorului va fi utilizată pentru crearea de pachete (adică grupuri mici) de particule, în timp ce următoarea va fi utilizată pentru accelerarea efectivă a particulelor.
Aplicații
Din punct de vedere istoric, sarcina unui linac este de a crea un fascicul adecvat pentru a fi injectat într-un accelerator circular (în care să se obțină coliziuni pentru studii de fizică de mare energie ) sau în inele de acumulare (de exemplu, pentru lumina sincrotronă ).
Mai recent, linacii sunt folosiți în scopuri medicale, cum ar fi terapia anticancerigenă . Fasciculul de electroni produs în ghidul acceleratorului poate fi utilizat pentru tratamentul direct sau pentru a atinge o țintă pentru a produce raze X. Razele X sunt utilizate pentru tratamentul neoplasmelor profunde, dată fiind puterea lor mare de penetrare, în timp ce fasciculele de electroni sunt utilizate pentru terapia neoplasmelor superficiale, având în vedere proprietatea de a-și transfera energia în mod uniform în țesuturi cu grosimea de câțiva centimetri.
Perechile acceleratorilor liniari cu energie mai mare sunt utilizate direct pentru a genera coliziuni de particule, de exemplu la SLAC . Linac-urile de mare intensitate sunt utilizate ca injectoare pentru lasere cu electroni liberi .
Accelerator liniar pentru radioterapie
Acceleratorul liniar (pentru radioterapie) este o mașină capabilă să producă fascicule de electroni și fotoni care, atunci când sunt colimate în mod adecvat, sunt făcute să afecteze volumul țintă. Energiile radiației produse variază de la 2 la 25MeV. În mod normal, pentru echipamentele standard, se utilizează energii în jurul valorii de 6-9 MeV, deoarece energiile superioare provoacă și producerea de neutroni. În cazul tomoterapiei , pentru moment se folosește o energie de 6MeV.
Echipamentul este conținut într-un buncăr, în care există:
- patul de tratament;
- lasere de poziționare;
- sistemul de imagini portal;
- circuitul de televiziune și comenzile;
- sistemul de urmărire optică
Structura este completată de comenzi, monitoare și interfon, situate în camera de control, în afara buncărului. Funcționarea unui Linac este complexă și componentele sale principale sunt:
- Magnetron sau Klystron : asigură unda electromagnetică de accelerare;
- Pistolul de electroni: prin efect termionic, produce electroni de aproximativ 50 keV;
- Secțiunea acceleratorului (sau ghidul undelor): prin care electronii produși de tun sunt accelerați, pe o undă electromagnetică, până când dobândesc energia dorită.
Elementul de accelerare constă dintr-o cavitate, împărțită într-un anumit număr de secțiuni, în care există un câmp electric oscilant la o frecvență sincronă cu trecerea pachetelor.
Deoarece dispunerea secțiunii acceleratorului este ortogonală cu direcția fasciculului, este necesar ca peria de electroni, la sfârșitul fazei de accelerație, să fie deviată de magneții așezați pe cap. Această procedură permite omogenizarea energiei fasciculului de electroni, deoarece cei cu energie diferită părăsesc traiectoria programată și sunt interceptați de structurile de ecranare ale focosului:
- Țintă: constând dintr-o foaie de aur (sau tungsten) care, lovită de peria de electroni, emite raze X cu spectru continuu cu energie maximă egală cu energia electronilor;
- Folie de difuzie: cu funcția de a transforma peria electronică în formă de punct într-un fascicul omogen de dimensiunea dorită, pentru a o direcționa către pacient, ca alternativă la razele X;
- Filtru conic („filtru de aplatizare”): îndeplinește funcția importantă de omogenizare a fasciculului de raze X, atât din punct de vedere energetic, cât și din punct de vedere al intensității. Raza de raze X, derivată din reacția de „frânare”, este policromatică cu un spectru continuu și este necesară eliminarea componentei moi. Mai mult, fasciculul emis de țintă este mai intens în zona centrală, astfel încât un filtru mai gros în această zonă permite modificarea fasciculului, făcând intensitatea omogenă. În noile modele cu „fascicul adevărat”, acest filtru nu mai este prezent.
- Camere de monitorizare: fundamentale în cuantificarea dozei livrate (măsurarea este deci indicată în „unități de monitorizare”), în întreruperea livrării la atingerea unităților de monitorizare necesare, în controlul simetriei și intensității fasciculului. Acestea constau din două camere de ionizare plate și paralele (la rândul lor împărțite în două camere simetrice), cu funcția de a intercepta fasciculul de radiație perpendicular pe axa lor. Controlul dozei se efectuează întotdeauna pe două camere de monitor.
- Colimator mobil: util pentru definirea câmpurilor, este format din patru brațe (fălci) în plumb având o grosime adecvată pentru energia fasciculului. Fălcile sunt interconectate în așa fel încât fasciculul emergent să fie simetric și centrul câmpului de radiație să coincidă cu axa fasciculului; în plus, pot fi aranjate, pentru a modela grinda în dimensiunile dorite, într-un mod simetric (opus două câte două în raport cu axa), sau asimetric (reglabil independent unul de celălalt).
Un alt pas înainte în acest sector a fost făcut de introducerea recentă a colimatoarelor multilamelare („colimator cu mai multe foi”), care au găsit o utilizare largă în tehnicile „conformaționale”, capabile să moduleze profilul fasciculului în funcție de cele trei dimensiuni. adaptându-l la forma țintei. „Colimatorul cu mai multe foi” este plasat deasupra fălcilor și permite conformarea numai de-a lungul unei axe
- Limitatori (sau aplicatori) pentru electroni: constituie instrumentele de colimare ale fasciculului de electroni. Acestea sunt sisteme accesorii ale Linac care permit transmiterea fasciculului către pielea pacientului, eliminând inconvenientul instabilității traiectoriei electronilor. Acestea sunt dispozitive rigide, interschimbabile, cu forme și dimensiuni variabile.
Structurile enumerate până acum (cu excepția pistolului cu electroni, ghidurile de undă, Magnetronul și limitatoarele), sunt conținute în capul care găzduiește, printre altele, două dispozitive: lumina de câmp și telemetrul, care participă la procesarea fasciculului, acestea sunt esențiale pentru poziționarea pacientului și livrarea corectă a terapiei.
O mențiune finală se referă la așa-numitele componente subsidiare:
- Pompa de vid (pompă de ioni): menține permanent vidul în secțiunea acceleratorului, chiar și cu aparatul oprit (10 −6 Atm);
- Sistem de răcire cu circuit închis: realizat cu apă filtrată răcită de rețeaua de apă urbană printr-un schimbător de căldură (funcțional T = 26-29 ° C).
- Colimator multi-frunze
MLC este una dintre cele mai recente și relevante inovații cu care sunt dotate centrele moderne de radioterapie. Acest dispozitiv extrem de tehnologic ne permite să modelăm fasciculul radiant, înlocuind ecranele formate din aliaj cu topire redusă (T 70) și poate fi montat în interiorul capului, deasupra colimatoarelor primare sau adăugat extern pe suportul suportului pentru accesorii. modele. Este alcătuit din perechi de lamele opuse, mobile și independente, situate pe două suporturi care sunt la rândul lor mobile și libere. Numărul lamelor și grosimea acestora variază în funcție de model, iar profilul lor este de obicei „limbă și canelură”, pentru a minimiza pierderea de radiații prin joncțiunea a două lame adiacente. Funcționarea tuturor pieselor electronice și mecanice este gestionată de un computer care trimite comenzi de la consolă la MLC și primește informații despre poziția fiecărei lamele, prin intermediul a două sisteme de control.
Elementul de accelerare constă dintr-o cavitate, împărțită într-un anumit număr de secțiuni, în care există un câmp electric oscilant la o frecvență sincronă cu trecerea pachetelor.
Aici câmpurile electromagnetice accelerate sunt excitate printr-un ghid de unde care transmite puterea furnizată de un klistron sau un magnetron .
Observați lungimea diferită a cavităților (efectul este exagerat în figură): acest fapt este explicat simplu, având în vedere că cu cât particulele dobândesc mai multă energie, cu atât își măresc viteza.
Dacă unda de accelerare trebuie să fie sincronă cu trecerea particulelor prin spațiile dintre cavități [2] este clar că cavitățile trebuie să fie atât timp cât viteza este mare, pentru a permite particulelor să rămână în fază cu unda ( care are o frecvență fixă). În mod clar, deoarece există o limită superioară a vitezei (viteza luminii), cavitățile, de la un anumit punct înainte, sunt de lungime constantă.
În practică, deoarece electronii ating rapid viteza luminii, cavitățile de lungimi diferite sunt primele două sau trei, celelalte sunt de lungime constantă. Secțiunea cu cavități de lungime diferită se numește buncher și, pe lângă accelerarea electronilor, are și sarcina de a forma pachetele de particule.
Alte elemente de bază ale unui linac sunt magneții permanenți, cum ar fi cvadrupolii, a căror sarcină este focalizarea transversală a pachetului de particule, similar cu cel efectuat de un obiectiv într-un sistem optic.
Notă
- ^ Forța electrică acționează numai asupra particulelor încărcate: forța electrică asupra particulelor neutre este zero, deci nu pot fi accelerate.
- ^ Câmpul electric din interiorul cavităților este zero, deoarece acestea constau dintr-un conductor: se știe că câmpul electric din interiorul unui conductor este întotdeauna zero, deci accelerația are loc în spațiul dintre cavități.
Elemente conexe
Alte proiecte
-
Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere despre Linear Accelerator
linkuri externe
- ( EN ) Accelerator liniar , pe Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.
