CN101917815A - 医用偏转磁聚焦结构的重离子或质子同步加速器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及医用带电粒子同步加速器磁聚焦结构的设计方法技术领域，尤其是涉及一种医用45°偏转磁聚焦结构的重离子或质子同步加速器。包括有八个偏转二极铁和八个同步加速器直线段，所述的八个偏转二极铁和八个同步加速器直线段依次通过环形真空管道交替连接，所述的八个偏转二极铁均为45°偏转二极铁。采用45°偏转磁聚焦结构包括一个带电粒子运行在其中的环形真空管道，以及布置在环形管道上的磁铁元件、加速元件、注入引出元件。有效的利用同步加速器空间，安装尽可能少的元件实现医用重离子/质子医用同步加速器功能，最大程度的降低制造成本和安装空间，提高治疗效率，降低治疗成本。

Description

医用偏转磁聚焦结构的重离子或质子同步加速器

技术领域

本发明涉及医用带电粒子同步加速器磁聚焦结构的设计方法技术领域，尤其是涉及一种医用45°偏转磁聚焦结构的重离子或质子同步加速器。

背景技术

同步加速器是一种带电粒子沿环形轨道循环运动实现累积和加速的装置，广泛应用于核物理、原子物理实验研究和辐射材料、肿瘤治疗等应用研究领域。布置在环形轨道上的二极磁铁、四极磁铁、六极磁铁等电磁元件产生的电、磁场约束和引导着带电粒子束流的运动，使束流在同步加速器不同位置具有不同尺寸，同步加速器轨道上各点处束流尺寸依次连接起来，构成同步加速器束流包络图。带电粒子在同步加速器中的包络，主要由二极铁和四极铁在轨道上产生的磁场决定。由于能够提供能量范围可调、流强可调及精确控制扫描的离子束，同步加速器可医用于重离子或质子束治疗肿瘤

现有技术中的公开的同步加速器都是有多个周期接连接而成，每个周期节都具有相同的束流包络图。现有的医用同步加速器采用六重同步环技术路线，详见中国已公开的专利号为200580019535.2的发明专利。这种同步加速器环的采用增加了对同步加速器的注入器的性能要求，造成投资成本上升。同时，该同步加速器注入方式为多次多圈方法，单次注入效率低，造成治疗时间增长。

发明内容

本发明的目的在于避免现有技术的不足提供医用偏转磁聚焦结构的重离子或质子同步加速器，从而有效解决现有技术中的问题。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：所述的医用偏转磁聚焦结构的重离子或质子同步加速器，包括有偏转二极铁和同步加速器直线段，其特点在于：所述的偏转二极铁和同步加速器直线段均为八个，所述的八个偏转二极铁和八个同步加速器直线段依次通过环形真空管道交替连接，所述的八个偏转二极铁均为45°偏转二极铁；其中一个同步加速器直线段上设有两个引出切割铁装置，与设有两个引出切割铁装置的同步加速器直线段对称设置的同步加速器直线段上设有注入切割铁装置，沿束流方向位于设有两个引出切割铁装置的同步加速器直线段前部相邻的同步加速器直线段上设有静电偏转板，沿束流方向位于设有两个引出切割铁装置的同步加速器直线段后部相邻的同步加速器直线段上设有高频加速装置。

所述的45°偏转二极铁为上下对开设置的H型磁铁，包括上铁芯和下铁芯，上铁芯和下铁芯上分别设有上磁铁线圈和下磁铁线圈，上铁芯和下铁芯端部设有电连接排，上铁芯和下铁芯两侧边设有拉杆组件和吊装环；真空室设置在上铁芯和下铁芯中心接合处。

所述的设有注入切割铁装置的同步加速器直线段沿束流方向后部相邻的同步加速器直线段上设有RF-knock out慢引出装置，设有静电偏转板的同步加速器直线段与设有RF-knock out慢引出装置的同步加速器直线段之间的同步加速器直线段上设有第一踢轨磁铁慢引出装置，第四踢轨磁铁剥离注入装置和第二六极铁，设有高频加速装置的同步加速器直线段沿束流方向后部相邻的同步加速器直线段上设有第一踢轨磁铁剥离注入装置，第一快四极铁和第六六极铁，与设有静电偏转板的同步加速器直线段对称设置的同步加速器直线段上设有第八四极铁，第五六极铁，第二踢轨磁铁剥离注入装置和第七四极铁。

所述的设有静电偏转板的同步加速器直线段上还设有第一四极铁、第二踢轨磁铁慢引出装置、第一六极铁和第二四极铁；设有两个引出切割铁装置的同步加速器直线段上还设有第十一四极铁，第三踢轨磁铁慢引出装置和第十二四极铁；设有高频加速装置的同步加速器直线段上还设有第九四极铁，第七六极铁，第八六极铁和第十四极铁；设有注入切割铁装置的同步加速器直线段上还设有第六四极铁和第五四极铁；设有RF-knock out慢引出装置的同步加速器直线段上还设有第三四极铁，第三六极铁，第三踢轨磁铁剥离注入装置，第二快四极铁，第四四极铁和第四六极铁。

所述的设有注入切割铁装置的同步加速器直线段沿束流方向后部相邻的偏转二极铁上设有剥离膜。所述的吊装环至少为四个。所述的45°偏转二极铁采用冲片叠压焊接结构，其冲片选取0.5mm硅钢片冲压，线圈结构采用外方内圆铜导线，内孔加去离子水冷却；整个线圈采用真空环氧浇注固化成型。

本发明的有益效果是：所述的医用偏转磁聚焦结构的重离子或质子同步加速器，采用45°偏转磁聚焦结构包括一个带电粒子运行在其中的环形真空管道，以及布置在环形管道上的磁铁元件、加速元件、注入引出元件。有效的利用同步加速器空间，安装尽可能少的元件实现医用重离子/质子医用同步加速器功能，最大程度的降低制造成本和安装空间，提高治疗效率，降低治疗成本。

附图说明

图1为本发明实施例的同步加速器结构原理示意图；

图2为本发明实施例的同步加速器中的45°偏转二极铁的轴侧示图；

图3为本发明图2中45°偏转二极铁的主视结构示意图；

图4为本发明图2中45°偏转二极铁的俯视结构示意图；

图5为本发明图2中45°偏转二极铁的左视结构示意图；

图6为本发明图2中45°偏转二极铁的截面结构示意图；

图7为本发明实施例的同步加速器中重离子束流包络图。

图中所示：1-1～1-8，偏转二极铁；2-1～2-8，同步加速器直线段；3，高频加速装置；4.静电偏转板；5-1、5-2，引出切割铁装置；6.注入切割铁装置；7-1～7-3，踢轨磁铁慢引出装置；7-4，RF-knock out慢引出装置；8-1～8-4，踢轨磁铁剥离注入装置；8-5，剥离膜；9-1、9-2，快四极铁；10-1～10-12，四极铁；11-1～11-8，六极铁；12-1，下铁芯；12-2，下磁铁线圈；12-3，电连接排；12-4，真空室；12-5，上磁铁线圈；12-6，上铁芯；12-7，拉杆组件；12-8，吊装环。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1至6所示，所述的医用偏转磁聚焦结构的重离子或质子同步加速器，包括有偏转二极铁和同步加速器直线段，其特点在于：所述的偏转二极铁和同步加速器直线段均为八个，所述的八个偏转二极铁1-1至1-8和八个同步加速器直线段2-1至2-8依次通过环形真空管道交替连接，所述的八个偏转二极铁1-1至1-8均为45°偏转二极铁；其中一个同步加速器直线段2-2上设有两个引出切割铁装置5-1、5-2，与设有两个引出切割铁装置5-1、5-2的同步加速器直线段2-2对称设置的同步加速器直线段2-6上设有注入切割铁装置6，沿束流方向位于设有两个引出切割铁装置5-1、5-2的同步加速器直线段2-2前部相邻的同步加速器直线段2-1上设有静电偏转板4，沿束流方向位于设有两个引出切割铁装置5-1、5-2的同步加速器直线段2-2后部相邻的同步加速器直线段2-3上设有高频加速装置3。

所述的45°偏转二极铁为上下对开设置的H型磁铁，包括上铁芯12-6和下铁芯12-1，上铁芯12-6和下铁芯12-1上分别设有上磁铁线圈12-5和下磁铁线圈12-2，上铁芯12-6和下铁芯12-1端部设有电连接排12-3，上铁芯12-6和下铁芯12-1两侧边设有拉杆组件12-7和吊装环12-8；真空室12-4设置在上铁芯12-6和下铁芯12-1中心接合处。

所述的设有注入切割铁装置6的同步加速器直线段2-6沿束流方向后部相邻的同步加速器直线段2-7上设有RF-knock out慢引出装置7-4，设有静电偏转板4的同步加速器直线段2-1与设有RF-knock out慢引出装置7-4的同步加速器直线段2-7之间的同步加速器直线段2-8上设有第一踢轨磁铁慢引出装置7-1、第四踢轨磁铁剥离注入装置8-4和第二六极铁11-2，设有高频加速装置3的同步加速器直线段2-3沿束流方向后部相邻的同步加速器直线段2-4上设有第一踢轨磁铁剥离注入装置8-1、第一快四极铁9-1和第六六极铁11-6，与设有静电偏转板4的同步加速器直线段2-1对称设置的同步加速器直线段2-5上设有第八四极铁10-8、第五六极铁11-5、第二踢轨磁铁剥离注入装置8-2和第七四极铁10-7。

所述的设有静电偏转板4的同步加速器直线段2-1上还设有第一四极铁10-1、第二踢轨磁铁慢引出装置7-2、第一六极铁11-1和第二四极铁10-2；设有两个引出切割铁装置5-1、5-2的同步加速器直线段2-2上还设有第十一四极铁10-11、第三踢轨磁铁慢引出装置7-2和第十二四极铁10-11；设有高频加速装置3的同步加速器直线段2-3上还设有第九四极铁10-9、第七六极铁11-7、第八六极铁11-8和第十四极铁10-10；设有注入切割铁装置6的同步加速器直线段2-6上还设有第六四极铁10-6和第五四极铁10-6；设有RF-knock out慢引出装置7-4的同步加速器直线段2-7上还设有第三四极铁10-3、第三六极铁11-3、第三踢轨磁铁剥离注入装置8-3、第二快四极铁9-2、第四四极铁10-4和第四六极铁11-4。

所述的设有注入切割铁装置6的同步加速器直线段2-6沿束流方向后部相邻的偏转二极铁1-7上设有剥离膜8-5。所述的吊装环12-8为四个。所述的45°偏转二极铁采用冲片叠压焊接结构，其冲片选取0.5mm硅钢片冲压，线圈结构采用外方内圆铜导线，内孔加去离子水冷却；整个线圈采用真空环氧浇注固化成型。

如图7所示，其为所述的医用偏转磁聚焦结构的重离子或质子同步加速器的束流作回旋运动的包络，曲线x表示水平方向离子束的半径，曲线y表示垂直方向离子束的半径。每条曲线在图中纵坐标以mm为单位，同步加速器中以米为单位的轨迹长度在图中横坐标表示。与公知的医用重离子/质子同步加速器相比较，具有束流尺寸小、变化小，满足医用慢引出束流的要求。

所述的医用偏转磁聚焦结构的重离子或质子同步加速器，其在使用时，一个治疗周期内由注入器提供的低能量重离子束或质子束首先经注入切割铁装置6、剥离膜8-5、静电偏转板4、四个剥离注入踢轨磁铁8-1～8-4以及8个45°偏转二极铁等器件剥离注入至同步加速器，然后根据治疗需要由高频加速装置3加速至≤430MeV/u的治疗能量，再由两个引出切割铁装置5-1～5-2、RF-knock out慢引出装置7-4、慢引出踢轨磁铁7-1～7-3等器件慢引出至治疗终端治疗肿瘤病人。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种医用偏转磁聚焦结构的重离子或质子同步加速器，包括有偏转二极铁和同步加速器直线段，其特征在于：所述的偏转二极铁和同步加速器直线段均为八个，所述的八个偏转二极铁和八个同步加速器直线段依次通过环形真空管道交替连接，所述的八个偏转二极铁均为45°偏转二极铁；其中一个同步加速器直线段上设有两个引出切割铁装置，与设有两个引出切割铁装置的同步加速器直线段对称设置的同步加速器直线段上设有注入切割铁装置，沿束流方向位于设有两个引出切割铁装置的同步加速器直线段前部相邻的同步加速器直线段上设有静电偏转板，沿束流方向位于设有两个引出切割铁装置的同步加速器直线段后部相邻的同步加速器直线段上设有高频加速装置。

2.根据权利要求1所述的医用偏转磁聚焦结构的重离子或质子同步加速器，其特征是还包括有：所述的45°偏转二极铁为上下对开设置的H型磁铁，包括上铁芯和下铁芯，上铁芯和下铁芯上分别设有上磁铁线圈和下磁铁线圈，上铁芯和下铁芯端部设有电连接排，上铁芯和下铁芯两侧边设有拉杆组件和吊装环；真空室设置在上铁芯和下铁芯中心接合处。

3.根据权利要求1所述的医用偏转磁聚焦结构的重离子或质子同步加速器，其特征是还包括有：所述的设有注入切割铁装置的同步加速器直线段沿束流方向后部相邻的同步加速器直线段上设有RF-knock out慢引出装置，设有静电偏转板的同步加速器直线段与设有RF-knock out慢引出装置的同步加速器直线段之间的同步加速器直线段上设有第一踢轨磁铁慢引出装置，第四踢轨磁铁剥离注入装置和第二六极铁，设有高频加速装置的同步加速器直线段沿束流方向后部相邻的同步加速器直线段上设有第一踢轨磁铁剥离注入装置，第一快四极铁和第六六极铁，与设有静电偏转板的同步加速器直线段对称设置的同步加速器直线段上设有第八四极铁，第五六极铁，第二踢轨磁铁剥离注入装置和第七四极铁。

4.根据权利要求1所述的医用偏转磁聚焦结构的重离子或质子同步加速器，其特征是还包括有：所述的设有静电偏转板的同步加速器直线段上还设有第一四极铁，第二踢轨磁铁慢引出装置，第一六极铁和第二四极铁；设有两个引出切割铁装置的同步加速器直线段上还设有第十一四极铁，第三踢轨磁铁慢引出装置和第十二四极铁；设有高频加速装置的同步加速器直线段上还设有第九四极铁，第七六极铁，第八六极铁和第十四极铁；设有注入切割铁装置的同步加速器直线段上还设有第六四极铁和第五四极铁；设有RF-knock out慢引出装置的同步加速器直线段上还设有第三四极铁，第三六极铁，第三踢轨磁铁剥离注入装置，第二快四极铁，第四四极铁和第四六极铁。

5.根据权利要求1所述的医用偏转磁聚焦结构的重离子或质子同步加速器，其特征是还包括有：所述的设有注入切割铁装置的同步加速器直线段沿束流方向后部相邻的偏转二极铁上设有剥离膜。

6.根据权利要求2所述的医用偏转磁聚焦结构的重离子或质子同步加速器，其特征在于：所述的吊装环至少为四个。

7.根据权利要求1或2所述的医用偏转磁聚焦结构的重离子或质子同步加速器，其特征在于：所述的45°偏转二极铁采用冲片叠压焊接结构，其冲片选取0.5mm硅钢片冲压，线圈结构采用外方内圆铜导线，内孔加去离子水冷却；整个线圈采用真空环氧浇注固化成型。

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