CN103327725B - 一种pet/spect/bnct三用小型医用回旋加速器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种PET/SPECT/BNCT三用小型医用回旋加速器，包括离子源系统、注入系统、高频系统、磁铁系统以及引出系统，外置离子源系统与注入系统连接，粒子通过高频系统加速的同时，通过磁铁系统偏转，所述的注入系统采用电荷中和的方式将强流束匹配注入到小型医用回旋加速器中心区。该发明提供一种既保证加速器体积及真空度，又能极大的提高流强，能同时用于PET、SPECT及BNCT的紧凑型小型医用回旋加速器。
Description
技术领域
本发明涉及医用回旋加速器领域，特别涉及一种PET/SPECT/BNCT三用小型医用回旋加速器。
背景技术
小型医用回旋加速器通常是利用磁场使带电粒子做回旋运动，并在运动中经高频电场反复加速，引出束流打靶产生PET、SPECT等诊断或治疗用放射性同位素，有少数正在研发的小型医用回旋加速器用来打靶生产BNCT用中子。其基本结构包含离子源系统、主磁铁系统、高频系统、引出系统等。目前该类医用回旋加速器通常为单一用途，分别用于生产PET用、SPECT用放射性同位素或BNCT用中子。在恶性肿瘤、心脑血管疾病发病率越来越高的今天，渐渐无法满足医院的需求。
现代医用小型回旋加速器中，通常使用内部离子源产生H-离子；部分使用外部离子源的加速器常因为所需流强不高，而不需要安装元器件以提高流强。另外有部分加速器采用安装聚束器的方式来提高流强。但是对于mA量级的加速器，聚束器的作用非常有限，且会破坏注入线中束流的中性化，使得束流包络增加，带来束流损失，且聚束器的安装增加了医用加速器的复杂程度、增大了加速器系统的体积，进而无法实现医用回旋加速器小型化。在大型加速器甚至是托克马克装置中采用压力容器注入惰性气体的方式使H-离子中性化，但这不适合在紧凑型小型回旋加速器的注入线上使用。在紧凑型小型医用回旋加速器领域，既能保证回旋加速器体积小的要求，又同时提高束流流强，是本领域技术人员所渴望解决的一个技术难题，这对于医用回旋加速器的应用具有重要意义。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供一种既保证加速器体积及真空度，又能极大的提高流强，能同时用于PET、SPECT及BNCT的紧凑型小型医用回旋加速器。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种PET/SPECT/BNCT三用小型医用回旋加速器，包括离子源系统、注入系统、高频系统、磁铁系统以及引出系统，外置离子源系统与注入系统连接，粒子通过高频系统加速的同时，通过磁铁系统偏转，其中，所述的注入系统采用电荷中和的方式将强流束匹配注入到小型医用回旋加速器中心区。
进一步，所述的注入系统采用调节注入线中部背景气体压力的方式实现电荷中和，完成紧凑型小型医用回旋加速器中的强流束匹配注入。
更进一步，所述注入系统中的注入线中部背景气体压力为5×10-5～5×10-6mbar。
进一步，所述的引出系统为3～8束流引出系统，其采用部分剥离的方式实现从μA量级到mA量级的束流引出。
进一步，所述的注入系统与磁铁系统同轴，所要加速的粒子通过注入系统从磁铁的轴向注入。
进一步，所述的磁极半径为0.503m，磁场强度为2.0kGs～18.5kGs。
进一步，所述的高频系统含有两个λ/4高频腔体，高频频率为72.5～73.5MHz，高频加速电压为35～45kV。
进一步，所述注入系统的偏转板中心轨道的终点到达高频系统的加速平衡轨道的起点，在此点偏转板中心轨道的轴向坐标和动量为零、且径向对中，使中心区束流在径向和轴向上进入相应的相空间接受度并聚焦、加速。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的注入系统改变了弱流束/中强流束流传统的使用聚束器的注入方式，而利用电荷中和原理，有效的抑制了空间电荷效应，实现了低能端的强流注入，实现不同注入流强的匹配。特别是，对于紧凑型医用回旋加速器，空间较为狭小，且具有较高真空度要求的条件下，采用依靠控制适中的背景气体压力和局部真空压差的方法来实现电荷中性化。本发明通过离子源系统、注入系统等的合理配合，可以引出高达15MeV左右的强流质子束，即可用于生产PET用放射性核素18F、13N、11C、15O，又可生产SPECT放射性核素64Cu、67Ga等，同时还可打靶产生中子束以进行BNCT治疗，实现了一器三用的效果。
本发明调节局部背景气体压力的方式不需增加注入线的长度，保证医用回旋加速器结构紧凑、小型化，虽做不到100％电荷中和，但能实现95％以上，从而解决注入系统的低能10mA量级的注入难题。
附图说明
图1医用回旋加速器结构示意图
图2磁铁系统的扇形磁铁和高频腔的示意图
1引出系统一、2离子源系统、3注入系统、4主磁铁系统、5磁极、6高频系统、7磁铁谷区、8引出系统二、9引出系统三、10引出系统四
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
如图1所示，本发明所提医用回旋加速器的主要结构组成包括离子源系统2，注入系统3，主磁铁系统4，高频系统6，双向剥离引出系统一1、引出系统二8、引出系统三9、引出系统四10等。其中离子源系统2产生强流负氢离子，通过注入系统3将H-粒子注入到加速器中进行加速。注入系统3与主磁铁系统4同轴设置，负氢离子从主磁铁的轴向注入到加速器中。通过高频系统6提供的加速电压加速，然后由引出系统将H-离子剥离成质子束引出。
例如，在加速H-离子至最高能量15MeV的该种类型的回旋加速器中，选用的磁铁结构如图2所示，包含有四对磁极5，每个磁极5均为直边扇形结构，相邻的两个磁极5之间形成磁铁谷区7，用以安装高频系统6，如高频腔体等设备，每个扇形磁极角度约50°，磁极半径0.503m，形成的磁场范围为2.0kGs～18.5kGs。高频系统包含两个λ/4高频腔体和高频发射机，谐波模式为4，用以加速H-离子，加速频率为73MHz，加速电压为35kV～45kV。
离子源系统2可产生流强为1mA～10mA、能量为30kV的H-离子，以满足PET/SPECT/BNCT使用中对流强的不同需求。注入系统3将离子源2产生的不同流强的H-离子束匹配注入到加速器中。注入系统3采用电荷中和的方式完成强流束的注入与匹配，该电荷中和是依靠调节注入系统3注入线中部背景气体的压力及利用局部真空压差的方式实现的，其中背景气体的压力为5×10-5～5×10-6mbar，对于10mA左右的H-束流，背景气体的压力约为5×10-5mbar。离子垂直注入后，通过高压偏转板偏转到水平面上，中心区的巧妙设计使得偏转板中心轨道的终点到达加速平衡轨道的起始点，在此点偏转板中心轨道的轴向坐标和动量为零，以消除轴向自由振荡，且径向对中，使中心区束流在径向和轴向上进入相应的相空间接受度并聚焦、加速，相空间的接受度达到40度以上。这些措施均使得加速器中的束流损失减小，实现了加速器引出高流强以同时满足PET/SPECT/BNCT的需求。
加速的H-束流通过剥离引出系统剥离掉两个电子后形成质子束流引出加速器，可在两个方向同时引出3～4束质子束，即图1中引出系统1、8、9、10，采用部分剥离的方式实现从μA量级到mA量级的束流引出，其中引出系统9、10可引出弱流/中强流以用于PET用放射性核素生产，引出系统1、8引出mA量级强流束流以生产用于SPECT、BNCT的放射性核素及中子束。通过严格控制磁场的非理想场数值分量和非理想谐波，并采用严格的剥离膜位置的控制方式以实现部分剥离。此外，该加速器可扩展引出方向的数量至4个，每个引出方向可引出2条质子束，即该加速器可同时引出3～8束质子束以用于生产，缩短了更换生产靶的周期，提高了加速器的生产效率。
Claims (6)
1.一种PET/SPECT/BNCT三用小型医用回旋加速器，包括离子源系统、注入系统、高频系统、磁铁系统以及引出系统，外置离子源系统与注入系统连接，粒子通过高频系统加速的同时，通过磁铁系统偏转，其特征在于，所述的注入系统是采用调节注入线中部背景气体压力的方式实现电荷中和，将强流束匹配注入到小型医用回旋加速器中心区，磁极半径为0.503m。
2.根据权利要求1所述的一种三用小型医用回旋加速器，其特征在于，所述注入系统中的注入线中部背景气体压力为5×10-5～5×10-6mbar。
3.根据权利要求1所述的一种三用小型医用回旋加速器，其特征在于，所述的引出系统为3～8束束流引出系统，其采用部分剥离的方式实现从μA量级到mA量级的束流引出。
4.根据权利要求1所述的一种三用小型医用回旋加速器，其特征在于，所述的注入系统与磁铁系统同轴，所要加速的粒子通过注入系统从磁铁的轴向注入。
5.根据权利要求1所述的一种三用小型医用回旋加速器，其特征在于，所述的高频系统含有两个λ/4高频腔体，高频频率为72.5～73.5MHz，高频加速电压为35～45kV。
6.根据权利要求1所述的一种三用小型医用回旋加速器，其特征在于，所述注入系统的偏转板中心轨道的终点到达高频系统的加速平衡轨道的起点，在此点偏转板中心轨道的轴向坐标和动量为零、且径向对中，使中心区束流在径向和轴向上进入相应的相空间接受度并聚焦、加速。
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|---|---|---|---|---|
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| CN108260272A (zh) * | 2018-01-29 | 2018-07-06 | 丹东华日理学电气有限公司 | 一种具有超强捕获粒子能力的加速器磁体 |
| CN108811299B (zh) * | 2018-07-04 | 2020-05-19 | 中国原子能科学研究院 | 质子回旋加速器中心区束流流强在线调节系统及调节方法 |
| CN115460759B (zh) * | 2022-11-08 | 2023-03-24 | 合肥中科离子医学技术装备有限公司 | 回旋加速器 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1209037A (zh) * | 1997-08-14 | 1999-02-24 | 深圳奥沃国际科技发展有限公司 | 大跨度回旋加速器 |
| CN101563750A (zh) * | 2006-09-29 | 2009-10-21 | 瓦里安半导体设备公司 | 改善离子束传送的技术 |
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1209037A (zh) * | 1997-08-14 | 1999-02-24 | 深圳奥沃国际科技发展有限公司 | 大跨度回旋加速器 |
| CN101563750A (zh) * | 2006-09-29 | 2009-10-21 | 瓦里安半导体设备公司 | 改善离子束传送的技术 |
| CN203368895U (zh) * | 2013-07-12 | 2013-12-25 | 武汉当代核技术有限公司 | 一种pet/spect/bnct三用小型医用回旋加速器 |
Non-Patent Citations (7)
| Title |
|---|
| 100MeV强流质子回旋加速器轴向注入系统和中心区物理设计;姚红娟等;《高能物理与核物理》;20060228;第30卷;第141-143页 * |
| 10MeV强流回旋加速器的束流调试;李振国;《原子能科学技术》;20110530;第45卷(第5期);第588-594页 * |
| 14 MeV 回旋加速器CYCIAE-14 的总体设计;张天爵等;《中国原子能科学研究院年报》;20091231;第90-94页 * |
| 14 MeV 回旋加速器的束流动力学研究;张天爵等;《中国原子能科学研究院年报》;20091231;第94-99页 * |
| BNCT SYSTEM USING 30 MEV H- CYCLOTRON;T. Mitsumoto et al.;《Proceedings of CYCLOTRONS 2010, Lanzhou, China》;20101231;第430-432页 * |
| CYCIAE-100回旋加速器轴向注入与中心区理论和实验研究;姚红娟;《中国博士学位论文全文数据库工程科技Ⅱ辑 》;20090915(第09期);C040-2 * |
| Design of Neutron Targets with the 4 MeV Cyclotron for BNCT;B. N. Lee et al;《Journal of the Korean Physical Society》;20110831;第25卷(第2期);第2032-2034页 * |
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