紧凑型分布式电荷 X 波段加速系统的设计、建造与测试——实现图像引导的 VHEE FLASH 放射治疗
加速器物理
2025-01-03 v2 医学物理
光学
摘要
基于紧凑型分布式电荷加速结构的激光-康普顿 X 射线系统的设计与优化，可以实现疾病的微米级成像，并同时产生能够产生 FLASH 相关剂量率的极高能量电子（VHEE）束。激光-康普顿 X 射线散射的物理原理确保散射 X 射线严格遵循入射电子的轨迹，从而提供图像引导的 VHEE FLASH 放射治疗的途径。实现既能产生激光-康普顿 X 射线又能产生 VHEE 的紧凑架构的关键在于使用 X 波段射频加速结构，该结构已被证明可运行超过 100 MeV/m 的加速梯度。这些结构在分布式电荷模式下运行，即驱动射频脉冲的每个射频周期被低电荷、高亮度电子团填充，这得益于用与底层加速系统频率同步的紫外激光脉冲序列照射高亮度光阴极枪。通过利用加速器的射频时钟对窄带连续波（CW）种子激光进行相位和幅度调制的专利脉冲合成方法，可以产生紫外脉冲序列。以这种方式，加速器可产生高达 10 μA 的平均束流电流。紧凑型加速器的高电流使得通过激光-康普顿散射产生足够用于临床成像的 X 射线成为可能，并且机器具有临床规模。同时，每个射频脉冲产生 1000 个或更多独立微团，使得在小于 100 ns 的宏团中产生超过 10 nC 的电荷。还展示了位于加利福尼亚州欧文市的 100 MeV 级原型系统的设计、建造与测试结果。
引用
@article{arxiv.2408.04082,
title = {Design, Construction, and Test of Compact, Distributed-Charge, X-Band Accelerator Systems that Enable Image-Guided, VHEE FLASH Radiotherapy},
author = {Christopher P. J. Barty and J. Martin Algots and Alexander J. Amador and James C. R. Barty and Shawn M. Betts and Marcelo A. Castañeda and Matthew M. Chu and Michael E. Daley and Ricardo A. De Luna Lopez and Derek A. Diviak and Haytham H. Effarah and Roberto Feliciano and Adan Garcia and Keith J. Grabiel and Alex S. Griffin and Frederic V. Hartemann and Leslie Heid and Yoonwoo Hwang and Gennady Imeshev and Michael Jentschel and Christopher A. Johnson and Kenneth W. Kinosian and Agnese Lagzda and Russell J. Lochrie and Michael W. May and Everardo Molina and Christopher L. Nagel and Henry J. Nagel and Kyle R. Peirce and Zachary R. Peirce and Mauricio E. Quiñonez and Ferenc Raksi and Kelanu Ranganath and Trevor Reutershan and Jimmie Salazar and Mitchell E. Schneider and Michael W. L. Seggebruch and Joy Y. Yang and Nathan H. Yeung and Collette B. Zapata and Luis E. Zapata and Eric J. Zepeda and Jingyuan Zhang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2408.04082},
year = {2025}
}
备注
Accepted by Frontiers in Physics; Changes: expanded section 6, added numerical spectrum plot to Figure 10, expanded table 2 info, added citations; 29 pages, 13 figures, 2 tables