文档介绍：华中科技大学
硕士学位论文
质子治疗回旋加速器主磁铁设计研究
姓名:余锡文
申请学位级别:硕士
专业:电机与电器
指导教师:熊永前
20070608
摘要
质子治疗作为一种新的肿瘤放射治疗手段正在发展和完善。利用高能质子治疗癌
症,有着比常规的γ射线和 X 射线治疗定位更精确、正常组织受损更小、治疗适应症
更广、治疗效果好、并发症少等优点。质子治疗已成为今后放射治疗的重要发展方向。
而加速器是质子治疗系统中最重要的设备之一,因此对加速器作相关研究具有重要的
意义。
本文将对用于质子治疗的回旋加速器主磁铁设计方法进行研究,为质子回旋加速
器的建造提供参考。
首先介绍了研究质子治疗的意义和目前的发展状况,分析了质子治疗的特点,比
较了它与传统放射治疗方式的优劣。系统地介绍了一套完整的质子治疗系统的组成装
置,分析了各部分的功能、特点和设计要求。
其次介绍了回旋加速器的结构及其工作原理,分析了等时性回旋加速器的特点。
利用束流动力学理论对质子在加速器中运动时的“封闭”轨道进行了研究,得出磁铁
角度修正量与质子的滑相之间的关系,为磁铁修正提供理论基础。
然后研究了用于质子治疗的 250MeV 的回旋加速器主磁铁的设计方法,并编写了
相应的参数设计程序,得到主磁铁的初步尺寸,为主磁铁的建模分析及进一步优化提
供依据。
最后研究了应用有限元分析软件 ANSYS 对主磁铁进行二维和三维建模的方法,
得到了初步模型的磁场分布,利用束流动力学程序分析可以得到该模型下的能量曲线
图和质子的滑相曲线图,经过若干次循环优化后,最终得到较为理想的主磁铁尺寸参
数。

关键词:质子治疗,回旋加速器,磁铁设计,ANSYS
I
Abstract
As a new radiotherapy for carcinomas, proton therapy has been developing.
High-energy proton for treating cancel has such advantages as more accurate than γ ray and
X ray, less injury to normal tissues, wider adaptations, better results and plications
etc. Proton therapy has e major trend for future radiotherapy. The accelerator is the
most important part of proton therapy equipments. So the research for accelerator is of great
significance.
This paper researches the method of designing cyclotron main for proton
therapy, providing reference value for the establishment of the proton cyclotron. The
dissertation consists of the main four parts, as follows:
Firstly, the purpose and the trend of proton therapy are presented. Compared with
other conventional radiotherapy, the characteristic of proton therapy is analyzed. The whole
proton therapy system is introduced, and the functions, characteristics, requests of separate
parts are analyzed.
Secondly,the structure of cyclotron and its principle are introduced, as well as the
characteristic of the isochronous cyclotron is analyzed. Using the theory of beam dynamics,
the closed orbit of proton is researched and then the relation betwee