100-400MeV/u 12C粒子在水靶上碎裂反应实验研究

12C粒子肿瘤治疗时，绝大部分12C粒子与组织细胞原子中电子发生弹性和非弹性碰撞，损失其全部能量。有小部分12C粒子发生碎裂反应，产生较轻粒子，如B、Be、Li、He、H的同位素，它们有较长射程和较宽的横向扩展，在Bragg峰后形成一个"长尾巴"，对肿瘤组织后健康组织造成伤害。在制定临床治疗计划时必须依据实验数据准确估算这些碎片的影响。水在人体组织中占75%以上，是最好的类组织物质。近代物理所开展的12C粒子肿瘤治疗能区在100-400 MeV/u。本课题拟首次系统测量100MeV-400 MeV/u 12C在不同厚度水靶中的碎裂数据，能量以50MeV/u为步长，完善100-400 MeV/u数据库，同时使用动物和细胞进行验证实验，使制定临床治疗计划更加准确可靠。实验数据也为In-beam PET监测提供最佳参考点。

12C离子打厚水靶的碎裂反应实验研究通过在束实验得到的实验数据达到了实验预期目标。通过精确调节水靶厚度、加速器主动改变束流能量，实现了对250 MeV/u的碳离子打50 mm和85 mm厚水靶、350 MeV/u的碳离子打180 mm厚水靶的带电离子碎片角分布和相对能谱的测量。实验结果证明靶系统、探测器系统及数据获取系统工作良好，实验数据能够清楚的区分不同Z值的带电粒子碎片。实验数据将为碳粒子肿瘤治疗计划系统的建立提供实验数据依据，为治疗计划中增加弹核碎裂反应对剂量分布影响的修正，有利于发挥碳粒子治疗肿瘤的优势。增加束流时间，使用本基金资助建立的这套测量系统，能很好的完成相关数据的详细测量。另一方面，碳粒子治疗过程中所产生的中子通量及角分布的相关信息是重离子治疗研究者很感兴趣的内容，同时也是治疗计划制定者急需的实验数据。在本基金的支持下增加了与带电粒子测量系统相结合的中子探测系统，利用n-p 弹性散射反应测量了350MeV/u 的碳离子打180mm 厚水靶所产生的中子的通量及分布的相关数据。