کامران فرهودی - دانشکده مهندسی انرژی و فیزیک دانشگاه امیرکبیر
سعید ستایشی - دانشکده مهندسی انرژی و فیزیک دانشگاه امیرکبیر
سید امیرحسین فقهی - دانشکده مهندسی هسته ای، دانشگاه شهید بهشتی، ولنجک، تهران

پروتون درمانی با سامانه های شتاب دهنده در ۳۰ سال گذشته مورد استفاده بوده تا تومورها را با تولید پرتوهای یونی بسیار پرانرژی از بین ببرد. اگر چه سامانه های مختلفی برای شتاب دادن به یون ها معرفی و طراحی شده است، شتاب دهنده سیکلوترون ابررسانا یکی از کارامدترین تجهیزات درمانی در مقایسه با سایر سامانه ها است. در این پژوهش، مطالعه طراحی سیکلوترون ابررسانای پروتون پزشکی ایران (IMSIC-۲۵۰) مورد بررسی قرار گرفته شد. سامانه IMSIC-۲۵۰ یک سیکلوترون با بسامد ثابت با چهار آهنربای مقطع مارپیچی است که برای شتاب دادن به پروتون ها به شکل ذرات H۲+ تا MeV/amu ۲۵۰ طراحی شده است. در مطالعه حاضر، فرایند طراحی آهنربای ابررسانا و ساختار سیم پیچ گزارش شده است. مدل سه بعدی آهنربای قطبی مارپیچی در کنار سیم پیچ ابررسانا مدل سازی شد. ویژگی های اصلی آهنربای سیکلوترون و ساختار سیم پیچ نیز مورد مطالعه قرار گرفت. نشان داده شد که آهنربای طراحی شده قادر است میدان مغناطیسی هم فاصله (isochronous) مورد نیاز برای شتاب بخشیدن به پروتون ها تا ۲۵۰ مگا ولت را تولید کند. پایداری فرایند شتاب با یک مقدار غیرمنفی فلاتر روی شتاب ذرات به دست آمد. برای ساختار سیم پیچ، چگالی جریان بر روی دورهای پیچه و نیروی اعمال شده مدل شده است. مفهوم فلاتر نیز برای بررسی پایداری فرایند شتابدهی استفاده شد. این موضوع آشکار شد که فلاتر در مقایسه با شتاب ذرات مقداری غیرمنفی دارد. در نهایت، پایداری یک سیم پیچ مغناطیسی در برابر نیروی مغناطیسی (لورنتز) اعمال شده، مورد بررسی قرار گرفت و نشان داده شد که میدان مغناطیسی اعمال شده روی پیچه تاثیر مخربی بر ساختار ابررسانای سیم پیچ نخواهد داشت.

پروتون درمانی, سیکلوترون ابررسانا, آهنربای سیکلوترون, پیچه ابررسانا