Desarrollo, construcción y caracterización de Fuentes de Iones e Inyector para un Acelerador Tandem – Cuadrupolo Electrostático para la Terapia por Captura Neutrónica en Boro
2016
| Tesista | BERGUEIRO Rodolfo Javier Licenciado en Física Médica - Universidad Nacional de San Martín - Argentina Doctor en Ciencia y Tecnología, Mención Física - Instituto Sabato UNSAM/CNEA - Argentina |
| Directores | Dr. KREINER Andrés. CNEA UNSAM - Argentina Dr. SOMACAL Héctor. CNEA - Argentina |
| Lugar de realización | Gerencia Investigación y Aplicaciones - CAC - CNEA - Argentina |
| Fecha Defensa | 15/03/2016 |
| Jurado | Dr. GARCÍA BERMÚDEZ Gerardo José. CNEA, UNSAM - Argentina Dr. HUCK Hugo. CNEA, UNSAM - Argentina Dr. MORENO César. UBA, CONICET - Argentina |
| Código | IS/TD 97/16 |
Título completo
Desarrollo, construcción y caracterización de Fuentes de Iones e Inyector para un Acelerador Tandem - Cuadrupolo Electrostático para la Terapia por Captura Neutrónica en Boro
Resumen
La terapia por captura neutrónica en boro, es una terapia orientada al tratamiento de tumores que no responden a terapias convencionales. En el presente, BNCT se lleva a cabo moderando hasta energías epitérmicas los neutrones generados en reactores nucleares. El uso de BNCT en hospitales requiere la generación de neutrones por medio de una reacción nuclear mediada por un acelerador de partículas. Para que un tratamiento de BNCT se pueda realizar en 60 minutos, el flujo de neutrones debe ser de 109 n/cm2 s, lo cual demanda un haz de protones o deuterones con una intensidad de corriente de hasta 30 mA.
Lo anterior resalta la importancia del desarrollo de un acelerador capaz de entregar un haz de protones o deuterones a la energía requerida por la reacción con una corriente de 30 mA. El sistema fuente de iones-inyector debe ser entonces capaz de generar y proveer el haz con la corriente, energía y emitancia requeridas.
En este trabajo se describen las tareas teóricas y prácticas realizadas para desarrollar, construir y caracterizar un conjunto fuente de iones-inyector capaz de generar un haz de 30 mA con las características necesarias para que pueda ser inyectado en el sector cuadrupolar del acelerador.
En la parte teórica se describe la generación y extracción de iones a partir de un plasma generado por descarga de arco en un volumen de gas a baja presión. Se muestran resultados de simulaciones de los campos electrostáticos, magnetostáticos y de transporte del haz llevadas a cabo para diseñar y optimizar el generador de plasma, los electrodos, sus estructuras de sostén y alimentación.
En la parte práctica se muestran los diferentes prototipos de fuentes de iones, periféricos y bancos de pruebas construidos junto con la evaluación de desempeño en las etapas del desarrollo, los problemas tecnológicos encontrados y las soluciones adoptadas.
Finalmente se muestran los resultados de la caracterización en el banco de pruebas del último prototipo de fuente de iones–inyector desarrollado y del transporte del haz a través de una primer etapa de cuadrupolos de acondicionamiento y su posterior instalación en una máquina de 200 kV con los primeros resultados del funcionamiento.
Lo anterior resalta la importancia del desarrollo de un acelerador capaz de entregar un haz de protones o deuterones a la energía requerida por la reacción con una corriente de 30 mA. El sistema fuente de iones-inyector debe ser entonces capaz de generar y proveer el haz con la corriente, energía y emitancia requeridas.
En este trabajo se describen las tareas teóricas y prácticas realizadas para desarrollar, construir y caracterizar un conjunto fuente de iones-inyector capaz de generar un haz de 30 mA con las características necesarias para que pueda ser inyectado en el sector cuadrupolar del acelerador.
En la parte teórica se describe la generación y extracción de iones a partir de un plasma generado por descarga de arco en un volumen de gas a baja presión. Se muestran resultados de simulaciones de los campos electrostáticos, magnetostáticos y de transporte del haz llevadas a cabo para diseñar y optimizar el generador de plasma, los electrodos, sus estructuras de sostén y alimentación.
En la parte práctica se muestran los diferentes prototipos de fuentes de iones, periféricos y bancos de pruebas construidos junto con la evaluación de desempeño en las etapas del desarrollo, los problemas tecnológicos encontrados y las soluciones adoptadas.
Finalmente se muestran los resultados de la caracterización en el banco de pruebas del último prototipo de fuente de iones–inyector desarrollado y del transporte del haz a través de una primer etapa de cuadrupolos de acondicionamiento y su posterior instalación en una máquina de 200 kV con los primeros resultados del funcionamiento.
Complete Title
Development, construction and characterization of Ion Sources and Inyector for Tandem Electrostatic Quadrupole Accelerator for Boron Neutron Capture Therapy
Abstract
Boron neutron capture therapy is a treatment for tumors unresponsive to conventional therapies. At present, BNCT is performed with moderated neutrons from nuclear reactors. The implementation of BNCT in hospitals requires the generation of neutrons by means of a nuclear reaction mediated by a particle accelerator. For a BNCT treatment to be performed in 60 minutes, the neutron flux at the tumor must be of the order of 109 n/cm2s, which requires a beam of protons or deuterons with a current of up to 30 mA.
This highlights the importance of developing an accelerator capable of delivering an appropriate particle beam. The ion source-injector system should be able to generate and provide the beam current, energy and emittance required to be injected into the quadrupole accelerator under development. This thesis describes the theoretical and practical work performed to develop, build and characterize an ion source-injector assembly capable of generating a beam of 30 mA with the quality characteristics required to be transported by the chain of electrostatic quadrupoles in the accelerator.
In the theoretical part an overview is given on the generation and extraction of ions from a low pressure gas volume arc discharge plasma. The results of electrostatic and magnetostatic fields, and selfconsistent particle transport simulations using commercial codes CSTR and ComsolR, conducted to design the plasma generator, electrodes, their support and supply structures are shown.
In the practical part, the different prototypes of ion sources, peripherals and test stands built along with the performance evaluation at the successive stages of development, technological problems encountered and the solutions adopted are shown. Finally the characterization results are shown belonging to the tests of the most recent ion source-injector developed and the beam transport through a first quadrupole matching chain and the subsequent 200 kV machine.
This highlights the importance of developing an accelerator capable of delivering an appropriate particle beam. The ion source-injector system should be able to generate and provide the beam current, energy and emittance required to be injected into the quadrupole accelerator under development. This thesis describes the theoretical and practical work performed to develop, build and characterize an ion source-injector assembly capable of generating a beam of 30 mA with the quality characteristics required to be transported by the chain of electrostatic quadrupoles in the accelerator.
In the theoretical part an overview is given on the generation and extraction of ions from a low pressure gas volume arc discharge plasma. The results of electrostatic and magnetostatic fields, and selfconsistent particle transport simulations using commercial codes CSTR and ComsolR, conducted to design the plasma generator, electrodes, their support and supply structures are shown.
In the practical part, the different prototypes of ion sources, peripherals and test stands built along with the performance evaluation at the successive stages of development, technological problems encountered and the solutions adopted are shown. Finally the characterization results are shown belonging to the tests of the most recent ion source-injector developed and the beam transport through a first quadrupole matching chain and the subsequent 200 kV machine.
volver al listado