质子放射治疗:天使到人间

一种能够产生高能质子射线的新型仪器将使更多的癌症患者接受质子放射治疗.新仪器的开发工作正在美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室(LLNL)顺利进行.与美国各地医疗中心现有的6台质子治疗仪器相比,新仪器的体积、成本将只有旧机型的五分之一.     

激光加速质子束肿瘤治疗研究现状与展望

质子放射治疗是现代癌症治疗的重要手段之一,由于其精确的靶区剂量递送和良好疗效而得到了广泛的关注.基于高功率激光器的激光质子加速技术有望通过小型化和低复杂度等优势为质子治疗提供具有竞争力的加速方案.同时,激光质子束还具有宽能谱、超高瞬态流强和超短脉冲等特点,为探究超高剂量率放疗导致的生物学效应及可能的优势提供了有利的研究条件.在过去的数年里,我们借助北京大学紧凑型激光等离子体加速器以及在建的北京激光加速创新中心实验平台,陆续开展了涵盖激光质子加速、束流传输控制、辐射生物学和免疫学等方面的理论与实验研究,以探讨激光质子放疗的可行性与优势.本文从这些方面对国内外前沿研究进行了总结,并着重探讨了剂量递送与生物学效应方面的研究进展和面临的问题,最后对激光质子放疗的未来发展前景进行了讨论和展望.     

聚电解质燃料电池中的质子交换膜研究进展

聚电解质燃料电池(polyelectrolyte fuel cells, PEFCs)是汽车、固定式和便携式应用中极具前途的可清洁发电设备.质子交换膜是PEFCs中的重要组成部分之一.它在电池中起着阻隔燃料、传递质子的作用,其性能的优劣会直接影响PEFCs高效、稳定的运行.本综述主要总结了近20年质子交换膜的发展历程,从PEFCs的工作原理出发,首先引出质子交换膜在PEFCs中的重要作用,然后考察了质子交换膜的结构特点及其应用于PEFCs的传质特性.重点强调了质子交换膜结构对低温PEFCs性能的影响,主要包括全氟质子交换膜、含氟质子交换膜和非氟质子交换膜,以及近期开发的新一代质子交换膜.在低温质子交换膜的基础之上,还针对高温PEFCs介绍了高温质子交换膜的发展和面临的挑战.最后,展望并预测了未来质子交换膜的发展方向.     

为使质子重离子放疗从利器走向“神器”——小记上海市质子重离子医院孙筠博士

<正>质子重离子治疗癌症是近些年的新玩意。3年前国内首家质子重离子医院在上海开张,媒体做了很多报道,引起社会关注,很多晚期肿瘤患者把这种治疗手段视为带来希望的治癌利器。对一般人来说,这种治疗方式蛮神秘的,我也比较好奇。年初的2017级启明星颁证暨交流活动上,来自上海市质子重离子医院(复旦大学附属肿瘤医院质子重离子中心)的     

质子会衰变吗?

我们周围的一切物质都是由原子组成的.原子内部含有质子.质子长期以来被看作是永久不变的东西.质子果真是稳定不变的吗?这是目前物理学界正在研究的一个重大课题.多年前我们就提出过粒子缓慢演化的猜想.近几年来,国外许多理论物理学家从大统一理论的角度纷纷提出质子衰变的预言,还定量地预测质子的寿命约为10~(31)～10~(32)年.最近,许多     

质子会衰变吗?

自然界中的自由中子是不稳定的,可以衰变成质子,同时放出一个电子和一个中微子,平均衰变寿命大概是15 min,可是到目前为止并没有观察到质子衰变.本文从粒子物理标准模型(夸克、轻子、希格斯粒子为基本粒子和它们之间基本相互作用)出发,讨论了质子衰变的可能性.建立在标准模型基础上的大统一模型给出了质子寿命的下限.文章同时介绍了目前实验给出的质子衰变寿命下限.     

高岭石/甲酰胺插层的1H 魔角旋转核磁共振谱

应用高转速的¹H 魔角旋转核磁共振技术, 区分高岭石结构中的内羟基和内表面羟基, 研究高岭石/甲酰胺插层机理. 内羟基质子的化学位移δ = -1.3~-0.9, 内表面羟基δ = 2.4~3.0. 高岭石/甲酰胺插层复合物的¹H 核磁共振谱出现3个质子峰, 内表面羟基与甲酰胺羰基形成氢键后质子峰向高场方向位移至δ = 2.3~2.7; 由于氨基质子在高岭石复三方孔洞的嵌入, 在氨基质子与内羟基质子之间产生范德华效应, 使内羟基质子峰向低场方向位移至δ = -0.3. 插层作用产生的附加质子峰为δ = 5.4~5.6, 归属于与高岭石四面体氧原子形成氢键的氨基质子.     

质子发射核结构研究进展

关于远离β稳定线的原子核的研究是当前原子核结构领域的一个重要前沿.质子发射现象是远离β稳定线的原子核的一种重要衰变模式,可以为研究质子滴线附近的原子核性质提供宝贵的信息.现代实验技术已经能够比较深入地研究极端条件下的原子核结构情况,许多最新实验结果为人们理解奇特原子核的性质起到了重要作用.本文试图综述近年来国际上关于质子发射核研究的进展,旨在为质子发射核结构研究提供一些参考.     

Keggin型α-[HxW12O40]（8-x）-（x=1～4）中心质子数及笼腔内外质子传递的DFT研究

采用密度泛函理论研究了Keggin型α-[HxW12O40](8–x)–(x=1~4)的中心容纳质子数以及中心质子通过Keggin笼腔进行内外转移的机理.在O3LYP/LanL2DZ水平下,对气相中各物种结构进行了全优化,得到了质子化前后各物种的稳定构型,找到了质子通过笼腔进行内外转移的过渡态,并用频率分析方法和内禀反应坐标(IRC)方法对各过渡态进行了确证.在极化连续介质模型(PCM)下,考察了体系的溶剂化效应.理论研究不仅阐述了颇有争议的单质子中心和4质子中心物种存在的可能性,而且揭示了质子通过Keggin金属氧笼进行转移和传递的微观机制,理论计算结果与实验事实相一致.     

以Keggin型杂多酸为质子源驱动二茂铁-蒽醌有机电子给体(D)-受体(A)π共轭体系分子内电子转移和结构转化

以Keggin型杂多酸为质子源, 对亚乙炔基桥连二茂铁-蒽醌有机电子给体(D)-受体(A)π共轭体系(1-FcAq), 探讨了质子驱动分子内电子转移及结构转变机理. 杂多酸对质子化的亚乙炔基桥连二茂铁-蒽醌共轭配合物有稳定化作用, 在空气中得到了稳定的质子附加体. 通过元素分析, 红外光谱(IR), 1H核磁共振(1H NMR)及循环伏安方法(CV)确定了质子附加体的组成及结构. 在质子诱导下, 电子由二茂铁部位(Fc)向蒽醌部位(Aq)转移, 共轭体系重新排列, 形成富烯-累积多烯构造变形体.     

2000年7月14日与2003年10月28日太阳质子事件的观测比较分析

对2000年7月14日(巴士底事件)与2003年10月28日的太阳质子事件进行了对比分析, 尽管2003年10月28日太阳质子事件的峰值流量比巴士底事件的高, 但行星际观测到, 巴士底事件能量大于10和30 MeV质子的最大强度都高于2003年10月28日相应能量的最大强度. 进一步的研究表明, 巴士底事件CME驱动的激波在2000年7月14日12:00~17:00UT时间段内, 可被加速到能量大于10和30 MeV的种子粒子的数量远比2003年10月28日12:00~17:00UT期间的多. 巴士底事件CME的高度达到约14R_⊙高度时, 其驱动激波加速能量大于100 MeV高能质子的能力达到最大, 而2003年10月28日的CME在约58 R_⊙高度时其驱动激波加速100 MeV质子的能力达到最大, 此时能量大于100 MeV的通量在155 pfu左右, 比巴士底事件能量超过100 MeV高能质子的峰值通量355 pfu要低得多, 说明巴士底事件可被加速到100 MeV以上能量的种子粒子的数量比2003年10月28日的多. 太阳质子事件的峰值流量不仅取决于行星际太阳高能质子的强度, 还取决于CME驱动的行星际激波的速度和太阳风中可被加速的粒子数以及行星际的磁环境. 伴随2003年10月28日ICME在行星际形成的磁鞘捕获了大量的高能质子, 其中含能量超过100 MeV的高能质子.     

科技传真

低廉的癌症新放射疗法 现代的放射疗法一般使用线性加速器产生的高能电子流或伽马射线(俗称伽马刀)来杀肿瘤。但电子和伽马射线与轨道电子相互作用要损失许多能量,而质子的绝大部分能量能照射到目标上,而且摧毁肿瘤的精度也更高。那么,为什么几乎没有一家医院使用质子来治疗癌症呢?原因是加速质子需要巨型的回旋加速器,成本相当昂贵。因此,若能产生低价的高能质     

钨酸镧系列质子导体的开发及应用

稀土金属氧化物钨酸镧材料是一类重要的质子导体,除具有较高的质子导电性和催化活性外,其可以在含有CO2和H2O的气氛中稳定存在.因此,钨酸镧材料在质子导体固体氧化物燃料电池(SOFC)及氢气分离膜领域具有广阔的应用前景,这为氢能的提纯与利用提供了重要手段.但是,钨酸镧材料的导电特性仍需进一步改善.近期,研究者尝试通过改进...     

水氧化释放质子与H~+-ATP酶复合体的CF_0之间的联系

光合电子传递链有两个释放质子的部位,一是位于类囊体膜内侧的光系统Ⅱ(PhotosystemⅡ,PSⅡ)放氧复合体氧化水时释放质子(H_(H_2O)~+),另一是与光系统Ⅰ(PhotosystemⅠ,PSⅠ)相联系的质醌(Plastoquinone,PQ)氧化还原跨膜携带质子在类囊体膜内侧释放(H_(PQH_2)~+).这些质子在经H~+-ATP酶复合体(CF_0-CF_1)的质子通道CF。流出时偶联ATP合成.但是,这些质子如何从它们的释放部位传导到CF_0(是经过类囊体腔内水相还是在膜上有专门的途     

垂直无碰撞激波中质子的混沌运动和加热

观测资料和理论计算都发现太阳风与高马赫数准垂直无碰撞激波作用后有一部分质子被激波反射.这些质子在垂直于磁场的方向上有很大的速度,它们将在回旋运动作用下再次向下游运动.当这些质子第二次与无碰撞激波相互作用后,大部分会越过激波进入下游区域,导致激波下游的质子呈非Maxwell速度分布.它们还引起下游等离子体温度的各项异性(T_┴/T∥》l),进而激发离子回旋波和镜波.这两种不稳定性造成高马赫数准垂直无碰撞激波的耗散,使激波上游的等离子体动能转化为下游等离子体的热能.McKean等还发现在激波区域存在较大温度各项异性处,同时产生离子回旋波和镜波,并向下游传播.     

质子动力势各组成部分与光合作用的关系

类囊体中伴随光合电子传递产生的膜两侧质子动力势可用于ATP形成供光合碳同化之需.但目前对其机理尚有不少模糊之处.例如非循环光合磷酸化中ATP/NADPH形成的比例究竟是多少?是否符合碳同化之需要?质子区域化是否存在?它与偶联效率的关系如何?质子动力势的各组分都可用于ATP形成,它们在活体内进行反应时究竟各有多少贡献?     

质子结构与质子自旋组成是什么?

质子结构是人们对物质深层次结构认识的最前沿,高能反应实验特别是电子质子深度非弹性散射实验的开展,推动了理论研究的不断深入,发展出量子色动力学基础上的部分子模型,成为描述质子结构的标准动力学图像,更新了人们对物质结构认识的观念,也为检验量子色动力学、研究其性质与应用方法提供了一个核心前沿基地,发展出因子化定理与共线展开等重要方法.而近年来实验对质子自旋结构、质子电磁半径的测量相继引发的"质子自旋之谜"与"质子半径之谜"等,更加激发了粒子物理与核物理学界的研究兴趣,对质子结构的研究也从简单的一维纵向运动深入到包括横动量和自旋依赖的三维情形,从单纯的数密度分布扩展到各类的自旋与动量关联函数,包括描述量子干涉效应在内的阶压低的高扭度分布函数,研究内容与研究方法不断地更新.近期新的实验基地,如美国电子离子对撞机等的建设更将推动该方向研究迎来快速发展的高峰期,我国规划中的相应的大科学装置也有望在该领域的研究中发挥重要作用.     

自然信息

~(26)P 显示新的衰变现象美国加利福尼亚州劳伦斯·伯克利(Lawrence Berkeley)实验室的物理学家们找到了新型放射现象的第二个例子.大约在一年以前,他们曾报道~(22)Al 会发生“β缓发两质子衰变”,现在又在~(26)P 发现了类似的衰变现象.一般来说,放射性衰变反映出不稳定的原子核有一种趋向稳定构造的倾向.稳定的方式之一就是调整原子核内质子和中子的数目,使其达到最适当的比例,以使原子核总能量降至最低.在普通的β衰变中,一个中子(或质子)转变成一个质子(或中子)同时放出一个电子(或正电子)及一个反中微子(或中     

二维冰中水合质子的实空间成像和操控

<正>19世纪80年代,瑞典物理化学家Svante Arrhenius和德国物理化学家Wilhelm Ostwald提出了水合质子的概念:当酸溶于水中时,酸分解出的氢离子会与水分子的孤对电子配位结合形成水合氢离子(H₃O⁺),即水合质子.人们普遍认为体相溶液中水合质子主要有两种存在形式,     

硅藻土表面羟基的~1H魔角旋转核磁共振谱

采用高转速的1H魔角旋转核磁共振技术, 成功分辨了硅藻土表面不同类型的羟基: 孤立羟基、氢键缔合羟基, 以及表面吸附的孔隙水和氢键结合水. 其质子的化学位移(δ)分别约为2.0, 6.0~7.1, 4.9和3.0. 随热处理温度逐渐升高, 孔隙水、氢键结合水先后脱附, 导致代表孤立羟基质子、氢键缔合羟基质子的谱峰的相对强度增加, 1000℃时达到最大. 1100℃时, 强氢键缔合羟基、孤立羟基基本缩合, 弱氢键缔合羟基则仍有部分保留于微孔之中.