CN102119584B - 强流直流质子加速器 - Google Patents

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Abstract

提供了一种能够在高能下使强流质子束加速的直流加速器系统。加速器系统包括直流高压、大电流电源，抽空的离子加速管，质子离子源，偶极分析磁铁以及位于高压终端的真空泵。可基于多种应用，例如硼中子俘获疗法(BNCT)应用、NRA应用、以及硅石分裂，将强流、高能直流质子束引向多个靶。

Description

强流直流质子加速器
发明背景
相关申请的交叉引用
本专利申请要求2008年8月11日提交的、相同标题的第61/087,853号美国临时专利申请的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及质子加速器。
背景技术
在20世纪的20年代末和30年代初，一些类型的粒子加速器的发明促进了实验核子物理的研究。这些系统包括由Rolf 发明的射频(RF)漂移管直线加速器、Ernest Lawrence发明的射频螺旋轨道回旋加速器、John Cockcroft和Ernest Walton发明的直流(DC)级联整流高压发生器、以及Robert Van de Graaff发明的直流静电高压发生器。由来自麻省理工学院(MIT)的几位教授在1946年创建的高压工程公司(High Voltage Engineering Corporation)制造了大约600台Van deGraaff离子和电子加速器。这些静电系统在当时很流行，这是因为其能够提供小直径、低发散的粒子束，该粒子束具有精细控制的能量。离子源通常是小的玻璃管，该玻璃管包含由低功率射频(RF)发生器激发的等离子体。质子束电流被限制至几百微安，但这个量对于核子物理的许多研究项目来说通常已足够。
物理学家和其它科学家找到了这样的加速器，其能够提供用于多种应用的更大的束电流。例如，美国国家航空和航天管理局(NASA)寻找能够提供更大的质子束电流的加速器，以对太空中的卫星受到的范艾伦(Van Allen)辐射的有害影响进行研究。他们的需求促进了具有双等离子体型离子源的高频高压直流加速器的发展(M.von Ardenne，Tabellen der Electrophysik，lonenphysik und Ubermikroskopie(电子物理、离子物理以及超显微镜检验法手册)I.V.E.B.Deutcher Verlag derWissenschaften，544-549(1956)；C.D.Moak，H.E.Banta，J.N.Thurston，J.W.Johnson，R.F.King，Duoplasmatron Ion Source for Use inAccelerators(在加速器中使用的双等离子体离子源)，Rev.Sci.Instrum.30，694(1959))。由辐射动力公司(Radiation Dynamics，Inc.，RDI)研制的改良的双等离子体离子源能够发射从氢或氘等离子体获得且大于10mA的原子、双原子(diatomic)以及三原子(triatomic)的离子(M.R.Cleland，R.A.Kiesling，Dynamag Ion Source with Open CylindricalExtractor(具有开放式圆柱形提取器的Dynamag离子源)，IEEETransactions on Nuclear Science(IEEE核科学汇刊)，NS-14，No.3，60-64(1967)；于1969年7月29号获得专利的M.R.Cleland，C.C.Thompson，Jr.的题为Positive Ion Source for Use with a Duoplasmatron(用于双等离子体的正离子源)的第3,458,743号美国专利)。(最近，RDI更名为IBA工业公司(IBAIndustrial，Inc.))。
又比如，在20世纪70年代早期，由RDI与AEG Telefunken共同为德国埃彭多夫-汉堡大学医学院(University HospitalHamburg-Eppendorf)研制的快中子癌症治疗系统将12mA的原子和分子的氘离子的束加速至600keV的能量，从而从旋转的、涂有氚的靶(target)产生14MeV中子(＞2x1012个中子/秒)的高强度源(M.R.Cleland，The Dynagen IV Fast Neutron Therapy System(Dynagen IV型快中子治疗系统)，Proceedings of the Work-Shop on Practical Clinical Criteriafor a Fast Neutron Generator(关于快中子发生器的实际临床标准的专题会议)，Tufts-New England Medical Center，波士顿，马萨诸塞州，178-189(1973)和B.P.Offermann，Neutron-Therapy Unit for theHamburg-Eppendorf Radiologische
Figure BPA00001309934300022
(用于汉堡-埃彭多夫大学医学院放射性大学医院的中子治疗装置)，相同的专题会议(Work-Shop Proceedings)，67-86(1973))。
然而，在更大的高频高压加速器(Dynamitron)中将原子和分子的氢离子的混合束加速至更高的能量(上至4.5MeV)，该加速被限制在仅几毫安下。高能离子与来自离子源且流过较长加速管的残余氢气的碰撞造成了产生不聚焦的氢离子和自由电子的不良后果。这些无用离子和电子中的一些被中间的倍增电极拦截，使沿着加速管的电压分布畸变。这个结果导致在更大的束电流下的不稳定运行。由这些碰撞产生的自由电子朝向正的高压终端被拉回，在高压终端处它们产生X-射线。X-射线在用于隔绝高压发生器的高压强六氟化硫气体中产生离子。这个结果由从高压整流器列流至射频电极的直流电流表明，其中射频电极环绕级联整流器系统且为其提供能量，并且这个结果通过在压力容器外部测量X-射线图案得到了验证。加速管内的自由电子生成X-射线是不利的，因为它既浪费了高压功率又增加了在加速器设备中的辐射屏蔽的需求。
进一步的研究证实，上述离子电流限制可通过在离子源附近添加钛吸气泵来减少氢气流入加速管而得到缓解。静电单透镜和交叉电磁场质量分析器还被添加到离子源之后，以使分子氢离子转向并且避免其进入加速管(E.M.Kellogg，Ion-Gas Collisions During BeamAcceleration(在束加速过程中的离子-气体碰撞)，IEEE Transactions onNuclear Science(IEEE核科学汇刊)，Vol.NS-12，No.3，242-246(1965)；M.R.Cleland，P.R.Hanley，C.C.Thompson，Acceleration of IntensePositive Ion Beams at Megavolt Potentials(在兆伏电势下高强度正离子束的加速)，IEEE Transactions on Nuclear Science(IEEE核科学汇刊)，Vol.NS-16，No.3，113-1 16(1969))。
然而，先前并没有研制能够提供大于几毫安的束电流的高能直流质子加速器。有许多非常重要的应用，这些应用需要强流、高能直流质子加速器或能够从该质子加速器中获益。例如，硼中子俘获治疗(BNCT)、通过核共振吸收(NRA)对爆炸材料的探测、以及生产如用于太阳能电池的薄硅片用的硅石分裂的应用将从具有这样能力的加速器中获益。
虽然对这种加速器的需求不断增加，但以前曾试图研制具有强流和大功率能力的质子加速器都没有成功。强流、高能的脉冲质子束可通过射频四极(RFQ)加速器产生。然而，直流质子加速器更为可取，因为它在电力上更为有效，且与来自RFQ加速器的脉冲束相比能产生连续的束。当其在大面积的靶上被扫描时，连续的直流束能产生比脉冲束更均匀的剂量分布。直流加速器还可产生具有较少能量变化的质子束，这对于NRA应用以及对于薄硅片的生产是很重要的。
发明内容
提供了一种能够在高能下使强流质子束加速的直流加速器系统。加速器系统包括直流高压、大电流电源，抽空的离子加速管，质子离子源，偶极分析磁铁以及位于高压终端的真空泵。
直流加速系统具有通常被称为束管的加速管，加速管具有彼此通过绝缘环分离的多个导电电极。加速管被配置成向质子束提供均匀且聚焦的加速电场。高压(优选地0.4MeV或更大)、大电流(优选地5mA或更大)电源向加速管提供加速电压。离子源通过利用由外部微波发生器提供的微波功率使氢气电离从而产生质子。等离子体由轴向的磁场约束，该磁场由环绕源的永久磁铁建立。离子源具有小的束提取孔，并且提供强流(优选地5mA或更大)质子束，并且通过束提取孔释放小量(优选地小于3标准状态毫升/分钟(sccm))中性氢气。
加速器系统优选地包括这样的部件以减少加速管中的离子-气体碰撞的有害影响。偶极分析磁铁位于离子源与加速管之间。分析磁铁的场构造阻止除了由离子源产生的质子之外的离子到达加速管。可包括连接在离子源与加速管之间的真空吸气泵，以减少进入加速管的中性氢气的量。可在加速管入口处设置小孔来限制待加速的束的发散，并且还限制进入加速管的中性氢气的量。
可基于多种应用将强流、高能直流质子束引向多个靶。例如，对于硼中子俘获疗法(BNCT)应用，加速的质子束可被引向涂有锂的两个靶中的任一个来产生中子。一个靶安装在用于从不同方向治疗癌症病人的旋转构台上。另一个安装在固定位置，用于不需要使用旋转构台的治疗。位于加速器轴线上的偶极磁铁使加速器能够将束从一个靶转换至另一靶。位于压力容器内、加速管底部附近的磁四极透镜是复杂的束传输系统的第一部件。
可选地，对于NRA应用，不同的靶用于生成具有合适能量的伽马射线，以激发通常存在于爆炸材料中的核素。
根据此处提供的公开文件，本发明的其它方面对于本领域的普通技术人员是显而易见的。
附图说明
以下附图仅用于说明且并不用来以任何方式限制本发明的范围：
图1和图2示出强流、高能直流质子加速器的一个实施方式；
图3和图4示出强流、高能直流质子加速器的离子源、偶极分析磁铁、真空室和加速结构入口的实施方式的两个视图；
图5和图6示出强流、高能直流质子加速器的离子源的实施方式的两个视图；
图7和图8示出强流、高能直流质子加速器的偶极分析磁铁的实施方式的两个视图；以及
图9为示出在X和Y方向上的质子束剖面的测量曲线图。
具体实施方式
描述了一种能够在高能下使强流质子束加速的直流加速器系统1。本发明的质子束在强流至非常大的电流下具有至少约0.3MeV以及高达5MeV的能量。在该能量下，根据本发明生产的质子加速器能够使至少约5mA以及高达100mA的电流下的质子束加速并且保持该质子束的能量。
直流加速器系统1的具体级别取决于预期的应用。例如BNCT，对于10-20mA的束电流，使用1.9至3.0Mev范围内的能量。对于通过核共振吸收(NRA)探测爆炸材料的探测，则可根据被探测的材料而变化。对于(用于生产光电池的)硅块的硅石分裂，在生产较厚硅片的约为4MeV的能量或生产较薄硅片的1MeV或更小能量下，电流高达15-25mA或甚至高达30-40mA。
图1和图2中提供了对优选的实施方式的描述。图1和图2示出能够在高能下使强流质子束加速的直流加速器系统1的主要部件。直流加速器系统1包括质子离子源10，其通过真空室40与直流加速结构30耦接。偶极分析磁铁20位于离子源10与直流加速结构30之间。直流加速结构30与为加速结构30提供加速电压的高压、大电流(大于5mA)电源50连接。加速结构30的出口连接至用于为具体应用控制束形状的束聚焦透镜。
主要部件被装入压力容器71。如图1所示，示出了加速器容器冷却器79、绝缘支撑件72。还示出了射频高压变压器77和射频电极75。这些部件并不包括在图2中，这是为了示出质子离子源10、偶极磁铁20、真空室40、以及加速结构30的加速管32。
在图3和图4中示出了质子离子源10、偶极磁铁20、真空室40、以及加速结构30的加速管32入口的两个近视图。图3和图4示出相同部件的不同视图。
质子离子源
图5和图6示出了质子离子源10的实施方式。图5示出内部的侧视图，而图6示出正视图。质子离子源10能够提供强流质子(约5mA或更大)同时引入少量的残余气体。优选地，质子源产生小于3sccm，更优选地小于1sccm，但同时产生必需量的质子。图2中示出的质子源10具有通向偶极分析磁铁20和真空室40的束提取孔12(可选地被称为出口孔)。
在优选的实施方式中，使用了紧凑式强流、微波驱动的质子源。特别适合在本发明系统中使用的一种离子源包括由微波驱动系统提供能量的磁约束的等离子体(如J.S.C.Wills，R.A.Lewis，J.Diserens，H.Schmeing和T.Taylor的A Compact High-Current Microwave-Driven IonSource(紧凑式强流、微波驱动的离子源)，Reviews of Scientific Instruments，Vol.69，No.1，65-68(1998))中描述的，其全部内容通过引用并入本文)。该离子源不同于在早期的高频高压加速器中使用的双等离子体离子源，其具有短暂的、涂有氧化物的阴极并且发射比质子更多的分子氢离子。固态微波发生器15可在约2.5GHz的频率下提供高达约400瓦的功率。无论是离子源还是微波发生器中都不需要热离子阴极。这些特性实质上增加了质子加速器在需要定期维修前的运行时间。
挠性同轴电缆16和渐缩的微波波导18可用于将微波功率从发生器15传输至离子源10。可选地，永久磁铁19被定位成环绕离子源10。永久磁铁19提供轴向的磁场来约束等离子体，从而减少其与源的壁的接触，该接触将导致离子的损失。所使用的这种类型的永久磁铁19包括本领域中常使用且能够永久磁化的那些，例如钐、钴或钕。图6示出在一个实施方式中磁铁19的布置。点线代表隔离物(spacer)，其可用于改变磁铁19的位置从而改变磁场。
就可使用其他类型的离子源，只要其产生上述大的质子与残余气体的比率。例如，离子源可以为电子回旋共振(ECR)类型。但对于相同的微波频率来说，该类型需要更大直径的等离子体室，然而这会增加磁性部件的成本。
典型的运行条件提供具有约300瓦微波功率的约5至20mA的质子束。质量流控制器(未示出)可用于将约2sccm的氢气供应至离子源10的等离子体室17中。运行条件将基于束的最终应用而显著变化。氢通常被储存在两个小的高压罐(未示出)中。这种气体储存量能够在约一年中每天连续运行8小时。在一个实施方式中，高压终端内的设备用的低压功率由旋转发电机提供，该旋转发电机由位于地电势的马达通过绝缘轴驱动。
质子提取和注入系统
氢离子从等离子体分离并形成具有强电场的窄束，其中强电场建立在小孔加速提取电极11与离子源10的出口孔12之间。该孔位于圆柱形等离子体室17的轴线上，位于离子源10的与渐缩的微波波导18相反的端部处。对于上述微波驱动的质子源，质子分量优选地为总离子发射的至少约60％。剩余部分主要是双原子和三原子氢离子。施加在加速提取电极11与离子源10之间的电压通常为约30kV，但可更高或更低，这取决于具体的应用。减速电极13位于提取电极11中且位于其下游，以避免离子-气体碰撞产生的低能电子被拉回至离子源。这允许这样的电子积聚在提取的离子束中，从而避免离子束的空间电荷扩张。在加速电极11与减速电极13之间的约1.5kV至2.0kV的电压差足够实现此目的。
出口孔12通向真空室40，在真空室40中质子从初级束中的较重离子中分离。优选地，由位于离子源10与加速管32之间的偶极分析磁铁20实现该分离。该偶极分析磁铁20可以是可变场电磁铁或固定场永久磁铁。永久磁铁具有更小并且不需要电源或控制系统的优点。偶极分析磁铁20被配置成产生这样的场，该场阻止除了由离子源10产生的质子之外的离子(例如，双原子和三原子的氢离子)到达加速结构30。在一个实施方式中，偶极磁铁20以约45度角倾斜，但基于应用也可成其他角度。
在优选的实施方式中，偶极分析磁铁20是固定场分析磁铁并且由多块永久磁铁材料28构成，偶极分析磁铁20可包括铁块来控制磁场的形状。磁铁材料28和/或铁块的精确布置可以变化，图7和图8中示出了一种设计。磁铁28安装在优选地由铁构成的磁极27后，这种配置提供了匀强磁场。固定场分析磁铁20可包括带尖角的极尖端25，其在弯曲平面和正交方向上产生聚焦效应，从而减少质子束的发散。与早期的高频高压加速器相比，由于需要将低能电子保持在束中以消除空间电荷扩张效应，所以静电单透镜和交叉场质量分析器的使用并不适合强流束。
在优选的实施方式中，真空吸气泵43与连接离子源10和加速管32的真空室40连接。真空泵43使中性气体最少地流入加速管32。真空吸气泵43可以是用于氢气的高抽速的吸气泵。
从离子源提取的束的横向尺寸被测量。从束线向外延伸的两个致动器被用于使细丝穿过束。这些致动器由直线式齿轮驱动。图9中示出由系统1产生的接近三角形的束剖面图(profile)。
当采用图9中的数据时，通过稍微降低提取电压使水平(X)剖面从垂直(Y)剖面偏离，从而增加偶极磁铁中的束偏转。实现这样的操作以在将水平剖面和垂直剖面显示在同一曲线图中的时候避免混淆。实际上，在加速结构30中对提取电压进行调整来使偏转的质子束和加速管32的轴线对准。在偶极磁铁20与加速管32之间的质子束的轻微发散与加速管32入口处的突出的电场的聚焦效应是不矛盾的。计算机模拟显示束剖面进入加速管32时将从发散变成会聚。在加速过程中，通过加速器列32中的匀强电场使束接近平行，使得该束不会撞击加速管32(下面将详细描述)的金属倍增电极35(可选地被称为“加速电极”)的大孔。在这些条件下，在加速管32的出口处，束的直径小于约2cm。出来的束的直径可通过磁四极双合透镜进行调整，其中磁四极双合透镜位于加速管32的底部。
可选地，在偶极分析磁铁20的出口处或附近，以及在加速管32的入口前，存在小的金属孔36，在图3和图4中最优地示出。该孔36的直径小于加速管32的倍增电极35的内部的直径。孔36减少进入加速管32的中性气体的量。此外，孔36作用以限制可被拉入加速管32的束的发散，使得加速质子不能撞击加速管32中的倍增电极35。
在特别优选的实施方式中，孔36的直径大约为1英寸而导电的倍增电极36的内径大约为3英寸。当结合上述的真空泵43使用时，孔36特别有用。应使离开质子源的中性气体尽可能地最少。中性气体可被吸气泵43抽走或其可进入加速列32。当结合吸气泵使用时，位于该泵43下游的孔36导致更高百分含量的中性气体被移除且在加速管32中实现了更好的真空。
直流加速结构
图1和图2中示出的优选的质子加速器结构30基于高频高压加速器设计；然而，还可使用其它直流加速器设计，如Cockcroft-Walton串联耦合级联整流器系统或磁耦合级联整流器系统。参照图1，高压直流电源50由环绕加速列32的并联耦合、级联整流器组件组成。例如通过在约100kHZ的频率下共振的自调谐射频振荡器电路，可为整流器组件38提供能量(如在M.R.Cleland，J.P.Farrell，Dynamitrons of theFuture(未来的高频高压加速器)，IEEE Transactions on Nuclear Science，Vol.NS-12，No.3，227-234(1965)中描述，其全部内容通过引用并入本文)。
在一个实施方式中，整流器组件38在级联电路中具有60个固态整流器，其中每个整流器提供50kV的最大电压。该整流器组件能够生成3MV的直流电势并输送50mA的连续的电子束流或150kW的束功率(例如，在M.R.Cleland，K.H.Morgenstern and C.C.Thompson，H.F.Malone，High-Power Electron dc Electron Accelerators for IndustrialApplications(用于工业应用的大功率电子直流电子加速器)，3rd All-UnionConference on Applied Accelerators，Leningrad，USSR(1977年6月26-28号)中描述的设计，其全部内容通过引用并入本文)。整流器组件的其它设计也是可能的。可根据加速器系统1的期望电压，使用或多或少的固态整流器。
在示出的实施方式中，加速管32具有240cm(约8英尺)的有效长度，而倍增电极35的孔的内径约为7.5cm(约3英寸)。此外，长度和内径可根据具体应用而改变。在图3和图4中最优示出的倍增电极35是卷绕(convoluted)的，以避免分散的颗粒撞击绝缘环。支撑且隔开倍增电极35的绝缘环优选地由玻璃构成。在图中，仅示出倍增电极和绝缘环的总数的一部分，以免使其它部件模糊不清。小的永久磁铁可附接至中间的倍增电极35的一些，从而避免由加速管32内的离子-气体碰撞发射的次级(secondary)电子朝向高压终端向后加速。该磁铁实质上减少由这些电子生成的X-射线。
在示出的实施方式中，加速管32同轴地安装在电源50(在该实例中为高压发生器)内。优选的高压电源是高频高压加速器。然而，高压电源50可被不同配置，只要其是高压大电流电源。电源50向加速管32提供加速电压，并且可通过本领域技术人员已知的多种方式进行连接。优选地，电源50能够为至少约0.3MV或更大并且约5mA或更大。
当离开加速管32时，束优选地被扫描以减少束的功率密度。在一个实施方式中，束离开加速列32向扫描磁铁行进。与初级小直径束相比，束优选地散布(spread)在相对大的表面上。在一个实施方式中，扫描磁铁包括一对正交的扫描磁铁，优选地一个在X方向而另一个在Y方向，其尺寸约为1平方米。在另一个实施方式中，束散布在涂有用于产生中子的锂薄层的靶的表面上。
外部束传输系统
对于BNCT应用，已加速的质子束可被引向两个靶中的任一个以产生中子。一个靶安装在旋转构台(gantry)上，用于从不同方向治疗癌症病人。另一个安装在固定位置，用于不需要使用旋转构台的治疗。位于加速器轴线上的偶极磁铁使操作者能够将束从一个靶转换至另一靶。位于压力容器内、加速管32底部附近的磁四极透镜是复杂的束传输系统的第一部件。
其它靶也可用于其它应用。
锂靶组件
锂金属薄层沉积在两个水冷却式金属板的内表面上。这些板被安装为与质子束的对称轴线成约30度角，其中质子束在X和Y方向上被扫描从而覆盖两个板的表面。该板的倾斜增加了靶材料的区域从而增强锂涂层冷却。锂的厚度刚够将入射质子能降低至1.89MeV，其是用于产生中子的7Li(p，n)7Be反应的阈能。更厚的厚度会增加沉积在锂层内的能量而不增加中子产率。锂沉积在薄的铁板上，如图5所示。铁是阻止经过锂层且停留在基底材料中的质子形成氢鼓泡的材料。薄铁板的后侧具有冷却叶片，该冷却叶片与用于高效热排除的厚的水冷式铜板接合。铁板避免了质子到达铜板而可能形成氢鼓泡。锂层被非常薄的不锈钢层覆盖，从而保护锂层不因暴露在湿空气中而发生降解。该靶组件的更详细的说明在Y.Jongen，F.Stichelbaut，A.Cambriani，S.Lucas，F.Bodart，A.Burdakov，Neutron Generating Device for Boron NeutronCapture Therapy(用于硼中子俘获疗法的中子生成装置)的公开号为WO2008/025737 A1的国际专利申请中提到，其全部内容通过引用并入本文。
中子束成形组件
该组件由被不同材料制成的中子反射器、限定器和过滤器环绕的氟化镁中央慢化剂(moderator)组成。其主要目的是减少中子能谱使得最大能量不超过20keV。这允许锂靶在阈能之上几百keV的质子束能下辐射以提高中子产率。这还限制中子束的直径以使吸收的剂量集中在肿瘤位置。该束成形组件的更详细的说明在Y.Jongen，F.Stichelbaut，A.Cambriani，S.Lucas，F.Bodart，A.Burdakov，NeutronGenerating Device for Boron Neutron Capture Therapy(用于硼中子俘获疗法的中子生成装置)的公开号为WO 2008/025737 A1的国际专利申请中提到，其全部内容通过引用并入本文。
替代方案
存在对本领域技术人员而言显而易见的所公开的本发明的多种修改、调整及应用，本申请旨在覆盖这些实施方式。因此，虽然已经在某些优选的实施方式的上下文中对本发明进行了描述，但将通过参照所附的权利要求的范围对这些实施方式的全部范围进行限定。

Claims (15)

1.一种能够在大于0.3MeV的能量下使强流质子束加速的加速器系统，包括：
直流加速结构(30)，具有加速管(32)，所述加速管(32)包括通过绝缘环彼此分离的多个导电电极(35)，所述加速管(32)被配置成提供加速电场以使所述质子束加速；
高压大电流电源(50)，为所述加速结构(30)提供加速电压；
质子离子源(10)，具有束提取孔(12)，所述质子离子源提供5mA或更大的质子束，并且通过所述束提取孔(12)释放少于3SCCM的中性氢气；
真空室(40)，将所述质子离子源(10)连接至所述加速结构(30)，在所述真空室(40)中质子从较重的离子中分离；以及
偶极分析磁铁(20)，位于所述质子离子源(10)与所述加速管(32)之间以实现所述分离，所述偶极分析磁铁(20)的场构造阻止除了由所述质子离子源(10)产生的质子之外的离子到达所述加速结构(30)。
2.如权利要求1所述的加速器系统，还包括连接至真空室(40)的真空泵(43)。
3.如权利要求1或2所述的加速器系统，其中，所述高压大电流电源(50)具有高频高压加速器型结构。
4.如权利要求1所述的加速器系统，其中，所述质子离子源(10)利用微波以使气体电离。
5.如权利要求4所述的加速器系统，其中，所述质子离子源(10)使用电子回旋共振以使所述气体电离。
6.如权利要求1所述的加速器系统，其中，所述偶极分析磁铁(20)是固定场分析磁铁。
7.如权利要求6所述的加速器系统，其中，所述固定场分析磁铁被设计为双聚焦。
8.如权利要求1所述的加速器系统，还包括设置在所述加速管(32)周围的多块永久磁铁材料，所述多块永久磁铁材料被定位以阻止次级电子在所述加速管(32)中向后被加速。
9.如权利要求1所述的加速器系统，其中，直径小于所述加速管(32)的电极(35)的内部直径的孔(36)被设置在所述加速结构(30)的入口前。
10.如权利要求2所述的加速器系统，还包括直径小于所述加速管(32)的电极(35)的内部直径的孔(36)，所述孔(36)被设置在所述加速结构(30)的入口前、与所述真空室(40)连接的所述真空泵(43)的下游。
11.如权利要求1所述的加速器系统，其中，包括一对正交扫描磁铁，所述一对正交扫描磁铁能够将已加速的束散布在至少1平方米的接收表面上。
12.如权利要求1所述的加速器系统，其中，所述真空室(40)和所述偶极分析磁铁(20)是质子提取和注入系统的部件，所述质子提取和注入系统不具有静电单透镜和交叉场质量分析器。
13.如权利要求12所述的加速器系统，其中，所述质子提取和注入系统还包括：
加速提取电极(11)，位于所述质子离子源(10)的束提取孔(12)前方；以及
减速电极(13)，位于所述加速提取电极(11)的下游，从而防止由离子-空气碰撞产生的低能电子被拉回到所述质子离子源(10)中。
14.如权利要求1所述的加速器系统，其中，包括质子提取和注入系统，所述质子提取和注入系统连接在所述质子离子源(10)的束提取孔(12)与所述加速结构(30)的入口之间，并且具有顺序安装的如下部件：
加速提取电极(11)，位于所述质子离子源(10)的束提取孔(12)前方；
减速电极(13)，位于所述加速提取电极(11)的下游；
所述偶极分析磁铁(20)；以及
所述真空室(40)。
15.如权利要求1所述的加速器系统，其中，所述质子离子源(10)的束提取孔(12)通向所述偶极分析磁铁(20)和所述真空室(40)。
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