El laboratorio de Svedberg

El Laboratorio Svedberg ^[1] (TSL) es una instalación universitaria con sede en Uppsala , Suecia . Las actividades del TSL se centran en el acelerador de partículas ciclotrón Gustaf Werner .

La actividad principal es la terapia de protones para el tratamiento del cáncer, basada en un acuerdo entre la clínica de oncología del Hospital Universitario de Uppsala y la Universidad de Uppsala . El tiempo de haz no utilizado para la terapia de protones se dedica a proyectos comerciales de irradiación de neutrones y protones, principalmente para pruebas de radiación. También hay algo de tiempo para la investigación básica (académica) y, en este caso, los experimentos deberían asociarse a la Universidad de Uppsala o a proyectos de la CE.

TSL cuenta con el apoyo de la Comunidad Europea y pertenece a los proyectos de la CE ERINDA, ^[2] SkyFlash ^[3] y CHANDA. ^[4]

Theodor Svedberg (1884-1971), profesor de química física en la Universidad de Uppsala de 1912 a 1949, recibió el Premio Nobel de Química en 1926 ^[5] por sus investigaciones sobre sistemas dispersos (soluciones coloidales). Inventó la ultracentrífuga , que se utilizó para descubrir que las proteínas están formadas por macromoléculas.

A finales de la década de 1930, Svedberg y sus colegas construyeron su primer acelerador, un generador de neutrones . En 1945, una donación de la corporación Gustaf Werner les dio la oportunidad de construir un acelerador mucho más grande, un sincrociclotrón. El Instituto Gustaf Werner, con el sincrociclotrón como principal instrumento de investigación, fue fundado en 1949 y continuó actuando como base para la investigación en física de altas energías y biología de la radiación hasta 1986, cuando se estableció el Laboratorio Svedberg.

A principios de los años 80 se debatieron intensamente los tipos y tamaños de aceleradores que debía tener a disposición la investigación sueca en física nuclear y de altas energías. Uno de los resultados de este proceso fue la decisión de trasladar los imanes del llamado anillo ICE (Initial Cooling Experiment) del CERN a Uppsala. El anillo del acelerador se reconstruyó como anillo de refrigeración y almacenamiento y se le dio el acrónimo CELSIUS (Cooling with ELectrons and Storing of Ions from the Uppsala Synchrocyclotron).

Desde 1994 hasta 2004, el Laboratorio Svedberg fue un centro de investigación nacional financiado en gran parte por el Consejo Sueco de Investigación en Ciencias Naturales ( Swedish Research Council ). Estaba abierto a grupos de investigación de universidades e institutos de Suecia y del extranjero. El laboratorio contaba con una junta directiva seleccionada a nivel nacional y un comité asesor internacional del programa, que formulaba recomendaciones sobre el programa de investigación examinando las propuestas de los grupos de usuarios. La Universidad de Uppsala actuaba como anfitriona del laboratorio.

En 2004, el TSL pasó de ser un laboratorio nacional a convertirse en una instalación universitaria y el 1 de julio de 2004 entraron en funcionamiento nuevas instrucciones para el laboratorio. La actividad principal del TSL se basa en un acuerdo entre el Hospital Universitario de Uppsala y la Universidad de Uppsala sobre la continuación de la terapia de protones . El tiempo de haz no utilizado para la terapia de protones se dedica a proyectos comerciales de irradiación de neutrones y protones. Todavía queda algo de tiempo para la investigación básica (académica) y, en este caso, los experimentos deberían asociarse a la Universidad de Uppsala o a proyectos de la UE.

El haz de protones extraído del ciclotrón puede tener ventajas exclusivas en el tratamiento de ciertos tumores malignos humanos y algunos otros trastornos en los que la radioterapia convencional o la cirugía no son factibles. La distribución de la dosis en profundidad, con el pico de Bragg y la penumbra relativamente nítida, permite la concentración de radiación en el volumen objetivo y minimiza la dosis al tejido normal que rodea al objetivo. La irradiación con haz de protones puede conducir a la curación o reducción de la carga tumoral en casos en los que otras modalidades de tratamiento fallan. Todos los pacientes son examinados cuidadosamente mediante tomografía computarizada y/o resonancia magnética para obtener un conocimiento detallado de la posición y el tamaño del tumor. La angiografía y la tomografía por emisión de positrones se utilizarán en ciertos casos. Antes de los tratamientos, se realiza una planificación cuidadosa del tratamiento de radiación para garantizar una distribución óptima de la dosis. Tratamientos:

• Melanomas oculares. El primer paciente fue tratado en abril de 1989 con un haz de 72 MeV modificado a 54,5 Gy en 4 fracciones utilizando una técnica de campo único.
• Malformación arteriovenosa (MAV) del cerebro. El primer paciente con MAV inoperable de localización superficial fue tratado en abril de 1991 con un haz modificado de 100 MeV utilizando dos portales con una dosis total de 20 Gy en dos fracciones.
• Terapia con haces de protones en pacientes con melanomas uveales y meningeomas en el cerebro.
• Terapia de haz de protones como refuerzo a la terapia de haz de fotones en pacientes con tumores malignos.
• Gliomas malignos. Pacientes con astrocitomas grado III y IV han recibido tratamiento de irradiación con fotones y protones.
• Meningeomas cerebrales. Desde 1994 se viene tratando a pacientes con meningiomas cerebrales parcialmente resecados, grado I de la OMS. El tratamiento se administra generalmente en cuatro fracciones hasta una dosis total de 24 Gy.
• Tumores en la región de cabeza y cuello, tumores en la base del cráneo y adenomas en la hipófisis. La mayoría de los pacientes han recibido una terapia combinada con fotones y protones.
• El primer paciente con cáncer de próstata fue tratado a finales de 2002 con 180 MeV. Para ello se construyó una camilla/plataforma especial (ver imagen superior).
• En 2008, Barncancerfonden (la fundación sueca contra el cáncer infantil ^[6] ) financió la construcción de una camilla de tratamiento ajustable adaptada para pacientes pediátricos acostados (ver imagen de arriba) y el ajuste del software utilizado para los tratamientos.

En junio de 2015, el Hospital Universitario de Uppsala finalizará sus tratamientos en TSL y se trasladará a Skandion, ^[7] una nueva clínica dedicada a la terapia de protones en Uppsala, Suecia.

En el TSL hay instalaciones con haces de partículas de alta energía para diferentes propósitos. Los usuarios los utilizan principalmente para probar la fiabilidad de los equipos electrónicos bajo exposición a la radiación, pruebas de radiación acelerada. También se han observado otros usos, como la investigación biomédica, la ciencia de los materiales y la producción de filtros, entre otros.

Las siguientes instalaciones están disponibles:

Simula el campo de neutrones inducido por rayos cósmicos . Diseñado para pruebas de efectos de eventos únicos/tasa de error suave.

• Haz de neutrones con espectro similar al de la atmósfera terrestre.
• Alto flujo de neutrones, hasta 10^7/cm^2/s, y por lo tanto alto factor de aceleración.
• Flujo variable y tamaño y forma del punto del haz según las especificaciones del usuario
• Amplia zona de usuarios, > 50 m2

Permite estudiar la dependencia energética de los efectos inducidos por neutrones en la electrónica.

• Energía de neutrones seleccionable en el rango de energía de 20 a 175 MeV
• Flujo variable, hasta 3*10^8 neutrones por segundo sobre el área del haz
• Tamaño del punto de luz variable
• Amplia zona de usuarios, > 50 m2, donde se pueden instalar equipos bastante grandes para realizar pruebas.

Para pruebas de efectos de eventos únicos y dosis de ionización total

• Energía de protones seleccionable en el rango de energía de 20-180 MeV
• Flujo de protones alto y variable
• Tamaño del punto de luz uniforme y variable

Durante años, el ciclotrón ha suministrado iones pesados ​​para proyectos de investigación e industriales. El ciclotrón utilizó una fuente de iones externa, un ECRIS, para la preaceleración de iones pesados.

Nombre de la máquina: Ciclotrón Gustaf Werner

Historia La máquina fue diseñada internamente y construida entre 1946 y 1951, con su primera viga en 1951. Luego fue reconstruida entre 1977 y 1986, con su primera viga en 1986.

Rayos característicos que salen de la máquina: iones / energía (MeV/N) / corriente (pps)

• pág. 178 3×10^12
• pág. 98 4×10^13
• 14N7+ 45 2×10^10
• 129Xe27+ 8,33 1×10^9

Instalación de haz secundario: neutrones a través de la reacción 7Li(p,n)

• n 20-175 (1-3)×10^5 por cm2

Eficiencia de transmisión (de la fuente al haz extraído)

• Típico (%): 5
• Mejor (%):

Datos técnicos (a) Imán (n° 1 en la imagen)

• Tipo: compacto
• Kb (MeV): 192
• Kf (MeV):
• Campo medio (T máx./mín.): 1,75/0,6
• Número de sectores: 3
• Ancho angular de la colina (grados): varía
• Espiral (grados): 55
• Diámetro del poste (m): 2,8
• Radio de inyección (m): 0,019
• Radio de extracción (m): 1,175
• Desnivel (m): 0,2
• Brecha del valle (m): 0,38

Bobinas de ajuste

• Número: 13
• Corriente máxima (vueltas A): aprox. 5000

Bobinas armónicas

• Cantidad: 2 juegos de 3 bobinas
• Corriente máxima (vueltas A): aprox. 8000

Bobinas principales

• Número: 2
• Amperios-vuelta totales: 814000
• Corriente máxima (A): 1000
• Energía almacenada (MJ): 9
• Peso total del hierro (toneladas): 600
• Peso total de la bobina (toneladas): 50

Fuerza

• Bobinas principales (kW totales): 275
• Bobinas de ajuste (total, máxima, kW): 70
• Refrigerador (criogénico, kW):

(b)RF (n° 3 en la imagen) Aceleración

• Rango de frecuencia (MHz): 12,3 – 24,0
• Modos armónicos: 1,2,3
• Número de Dees: 2
• Número de cavidades:
• Ancho angular Dee (grados): 72-42

Voltaje

• En la inyección (pico a tierra, kV):
• En extracción (pico a tierra, kV):
• Pico (pico a tierra, kV): 50
• Potencia de línea (máx., kW): 280
• Estabilidad de fase (grados): ±0,5
• Estabilidad de voltaje (%): ±0,1

(c)Inyección

• Fuente de iones: int PIG (n.° 2 en la imagen), ext ECR (no en la imagen)
• Tensión de polarización de la fuente (kV): 20
• Inyección externa: axial
• Tipo de apilador: h=1 doble espacio
• Energía de inyección (MeV/n):
• Componente: inflectores espirales
• Eficiencia de inyección (%): 5 - 10
• Inyector:

(d) Elementos de extracción, característicos

• Modo isócrono: extracción precesional

Def. estática eléctrica 65 kV, apertura 5 mm, septum 0,5 mm, canal de magn. eléctrica 4,7 kA, canal de enfoque pasivo con septum de 5 mm

• Modo sincrociclotrón: extracción regenerativa Lo mismo más

Pelador pasivo, regenerador Eficiencia típica (%): 50 Eficiencia óptima (%): 80

(e)Bombas de vacío (n° 4 en la imagen) :

• 2 Bomba de difusión para vacío principal en tanque,
• 1 Bomba de difusión para vacío intermedio,
• 2 trampas de Meissner

Vacío alcanzado: 10-5 Pa (10-7 mbar)

Hay varias líneas de luz en TSL: la línea A se utilizó para la producción de nucleidos, no se ha utilizado durante varios años pero está en condiciones de funcionamiento. La línea B se utiliza comúnmente para suministrar haces de protones para pruebas de irradiación. La línea C se utiliza para investigación biomédica con diferentes iones pesados. La línea D se utiliza comúnmente para suministrar haces de protones para la producción de haces de neutrones para pruebas de irradiación. La línea G se utiliza comúnmente para suministrar haces de protones para terapia de protones .

• Arne Johansson, profesor emérito, 1986-1992
• Leif Nilssson, profesor emérito, 1993–1998
• Curt Ekström, profesor emérito, 1998-2008
• Björn Gålnander, Ph.D., 2008–2015

La empresa Scanditronix AB, que posteriormente fue adquirida por General Electric Healthcare en 1991, diseñó ciclotrones basándose parcialmente en la investigación de TSL. ^{[8] [9]}

59°51′13″N 17°37′31″E / 59.8537°N 17.6254°E / 59.8537; 17.6254