CN108633160B - 一种质子加速器束流冷却装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种质子加速器束流冷却装置，属于质子加速器领域，包括导热束流阻断体，所述导热束流阻断体侧壁上开设有存储凹槽，所述存储凹槽内存储有冷却液；开设有存储凹槽的所述导热束流阻断体与中空管体一端相连，所述中空管体另一端与导热冷凝体相连，所述导热束流阻断体的凹槽、中空管体的内腔和冷凝体之间形成供冷却液冷却的冷却内腔。本发明具有以下优点和效果：其通过热传导的方式散热，不仅能够保证束流阻断体的散热效果，而且能够降低对治疗装置的污染。
Description
技术领域
本发明涉质子加速器领域，尤其涉及一种质子加速器束流冷却装置。
背景技术
质子治疗技术目前是现代肿瘤医学中一项具有重要意义的研究领域。质子束具有穿透力强、能量分布集中、剂量分布可控等特点；所以在治疗过程中能够实现最大限度的保护病灶周围的正常细胞，并将绝大部分能量用于杀死癌细胞的目的。
质子治疗装置主要由质子加速器、束流传输系统及旋转机架等组成，质子加速器提供合适能量和剂量的质子，旋转机架用于任意方向的肿瘤定位与治疗，束流传输系统连接质子加速器和旋转机架，实现将加速器产生的质子传送到旋转机架，使病灶收到足够能量的照射，是质子治疗装置中的重要结构之一。
束流阻断装置作为束流传输系统的一个部件，用于治疗装置的控制系统发出异常束流信号后，对束流进行快速切断，保证患者和医护人员的安全。由于束流能量高，束流阻断装置需要冷却。目前常用的束流阻断装置采用水冷冷却，采用水冷冷却的方式在使用时一旦冷却水活化污染，其就会将污染物带进治疗装置，当污染物进入治疗装置后会使治疗装置的剂量率升高，从而影响治疗装置的治疗效果。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种质子加速器束流冷却装置，其通过热传导的方式散热，不仅能够保证束流阻断体的散热效果，而且能够降低对治疗装置的污染。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种质子加速器束流冷却装置，包括导热束流阻断体，所述导热束流阻断体侧壁上开设有存储凹槽，所述存储凹槽内存储有冷却液；开设有存储凹槽的所述导热束流阻断体侧壁与中空管体一端相连，所述中空管体另一端与导热冷凝体相连，所述导热束流阻断体的凹槽、中空管体的内腔和冷凝体之间形成供冷却液冷却的冷却内腔。
通过采用上述技术方案，当导热束流阻断体的阻挡面在吸收质子束时其本身的温度会升高，由于导热束流阻断体采用导热材料制成，因此导热束流阻断体的阻挡区产生的热量会传递至整个导热束流阻断体，从而会将存储在存储凹槽内的冷却液升温；当传递至冷却液的温度超过冷却液本身的沸点时，存储在存储凹槽内的冷却液就会汽化，汽化的冷却液会在冷却内腔内从靠近存储凹槽一端向靠近冷凝体一端移动；由于冷凝体外侧的空气温度低于冷凝体内侧的温度，且冷凝体也采用导热材料制成，因此通过冷凝体的传导能够降低冷凝体内侧冷却内腔内的温度，当冷凝体内侧冷却内腔内的温度降低后，位于靠近冷凝体一端的汽化冷却液会降温，当汽化的冷却液降温低至其沸点后会液化成液态冷却液，液化的冷却液受到重力的作用回落至存储凹槽内；通过冷却液在冷却内腔内腔循环冷却的方式，将导热束流阻断体吸收的热量能够快速散热从而达到降温的目的；且实现与治疗装置的隔离，降低对治疗装置的污染。
本发明进一步设置为，所述冷凝体为弧形冷凝体，所述弧形冷凝体的内凹槽、中空管体的内腔和导热束流阻断体的存储凹槽之间形成供冷却液冷却的封闭冷却内腔。
通过采用上述技术方案，采用的冷凝体为弧形冷凝体，扩大冷却内腔与冷凝体外侧的空气温度之间的热传导面积，从而能够加快冷却内腔内的温度降低，实现导热束流阻断体的快速降温。
由于弧形冷凝体的内凹槽、中空管体的内腔和导热束流阻断体的凹槽之间形成供冷却液冷却的封闭冷却内腔，封闭的冷却内腔能够实现冷却内腔与治疗装置的隔离，降低对治疗装置的污染。
本发明进一步设置为，所述冷凝体内侧壁上开设有第一散热凹槽，所述冷凝体外侧壁上开设有第二散热凹槽，且所述第一散热凹槽与第二散热凹槽错位设置。
通过采用上述技术方案，第一散热凹槽和第二散热凹槽的设置能够扩大冷却内腔与冷凝体外侧的空气温度之间的热传导面积，从而能够加快冷却内腔内的温度降低，实现导热束流阻断体的快速降温。
同时由于第一散热凹槽与第二散热凹槽错位设置，因此散热凹槽的设置并不会影响冷凝体本身的结构强度；因此散热凹槽的设置既能保证冷凝体本身的结构结构强度，又能提高热传导面积，加快导热束流阻断体的快速降温。
本发明进一步设置为，所述存储凹槽内安装有冷却液引流支架，所述冷却液引流支架包括支撑框体，所述支撑框体与存储凹槽底壁相连；所述支撑框体侧壁上安装有凸出于支撑框体的网状引流板，且所述网状引流板与存储凹槽侧壁存在间隙。
通过采用上述技术方案，当汽化的冷却液降温低至其沸点后会液化成液态冷却液，液化的冷却液受到重力的作用回落至存储凹槽内时，回落的冷却液在滴落的过程中触碰到网状引流板时会沿着网状引流板上的孔落入存储凹槽中的冷却液中，网状引流板的设置降低回落的冷却液都集中在同一个地方，从而降低造成存储凹槽内不同地方的冷却液本身温度存在较大的温差；由于网状引流板与存储凹槽侧壁存在间隙，避免滴落至网状引流板上的冷却液沿着网状引流板流到存储凹槽侧壁，再沿着存储凹槽侧壁流入存储凹槽内的冷却液中，从而造成存储凹槽两侧的冷却液温度较低，存储凹槽中间的冷却液温度较高，存储凹槽内的冷却液本身温度存在较大的温差。
本发明进一步设置为，所述网状引流板上开设有第一引流孔组，所述第一引流孔组由1个以上的第一引流孔组成；相邻两组第一引流孔组之间的所述网状引流板上开设有第二引流孔组，所述第二引流孔组由1个以上的第二引流孔组成，所述第二引流孔与第一引流孔错位设置。
通过采用上述技术方案，第一引流孔和第二引流孔的间隔错位设置，能够进一步提高回落的冷却液能够均匀的回流入存储凹槽内的冷却液中，降低造成存储凹槽内不同地方的冷却液本身温度存在较大的温差。
所述中空管体为导热中空管体。
通过采用上述技术方案，由于中空管体为导热中空管体，且中空管体外侧的空气温度低于中空管体内冷却内腔中的温度，当汽化的冷却液在冷却内腔内从靠近存储凹槽一端向靠近冷凝体一端移动的过程中，汽化的冷却液会在中空管体内的冷却内腔中就开始降温，当温度降至其沸点后直接液化成液态冷却液回落，从而加快循环冷却的速度，加快导热束流阻断体的快速降温。
本发明进一步设置为，所述中空管体的外侧壁上安装有散热块。
通过采用上述技术方案，散热块的设置能够提高中空管体内侧温度与外侧温度之间的热传导速度，从而能够提高中空管体内的冷却内腔中的降温速度，进一步提高循环冷却的速度，加快导热束流阻断体的快速降温。
本发明进一步设置为，所述导热束流阻断体上安装有半导制冷片，所述半导制冷片一侧壁与导热束流阻断体形成存储凹槽，且与存储凹槽内的冷却液接触；所述半导制冷片另一侧壁与导热束流阻断体侧壁位于同一平面。
通过采用上述技术方案，当半导体制冷片通电后，其与冷却液接触的一侧为制冷端，其与导热束流阻断体外侧空气接触的一侧为制热端，通过半导体制冷片的设置直接将存储凹槽内的冷却液降温；加快循环冷却的速度，加快导热束流阻断体的快速降温。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、通过冷却液在冷却内腔内腔循环冷却的方式，将导热束流阻断体吸收的热量能够快速散热从而达到降温的目的；且实现与治疗装置的隔离，降低对治疗装置的污染；
2、散热凹槽的设置既能保证冷凝体本身的结构结构强度，又能提高热传导面积，加快导热束流阻断体的快速降温；
3、网状引流板的设置降低回落的冷却液都集中在同一个地方，从而降低造成存储凹槽内不同地方的冷却液本身温度存在较大的温差；
4、散热块的设置能够提高中空管体内侧温度与外侧温度之间的热传导速度，从而能够提高中空管体内端的冷却内腔中的降温速度；
5、通过半导体制冷片的设置直接将存储凹槽内的冷却液降温。
附图说明
图1为本发明质子加速器束流冷却装置的结构示意图；
图2为图1的A—A剖视图；
图3为图2中B的局部放大示意图。
附图标记：1、束流阻断体；2、存储凹槽；3、中空管体；4、冷凝体；5、第一散热凹槽；6、第二散热凹槽；7、支撑框体；8、网状引流板；9、第一引流孔；10、第二引流孔；11、散热块；12、半导制冷片；14阻挡面。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，一种质子加速器束流冷却装置，包括导热束流阻断体1，靠近治疗装置的导热束流阻断体1侧壁为阻挡面14，靠近治疗装置的导热束流阻断体1一端为阻挡区，阻挡面14的作用是接收质子束流。导热束流阻断体1采用导热性良好的铜制造而成。
远离阻挡面14一端的导热束流阻断体1顶壁上安装有中空管体3，中空管体3也采用导热性良好的铜制造而成。中空管体3至阻挡面14之间的距离为质子在导热材料中的射程。若230MeV质子束流射入铜体，质子在铜材料的射程为55mm，中空管体3至阻挡面14之间的距离即为55mm。
远离导热束流阻断体1的中空管体3一端与冷凝体4相连，冷凝体4为中空半球体状冷凝体，冷凝体4也采用导热性良好的铜制造而成。中空管体3的轴心线与中空半球体状冷凝体的轴心线重合。
导热束流阻断体1、中空管体3和冷凝体4可焊接固连，也可一体制造而成。
如图2所示，导热束流阻断体1上开设有开口朝向中空管体3的存储凹槽2，存储凹槽2的两端分别安装有半导制冷片12，半导制冷片12的外侧壁与导热束流阻断体1的侧壁位于同一平面上，半导制冷片12的内侧壁与导热束流阻断体1的凹槽侧壁形成封闭存储内腔。导热束流阻断体1内安装有蓄电池，蓄电池通过电线与半导制冷片12相连，蓄电池为半导制冷片12提供电能。
中空半球体状冷凝体的内凹槽、中空管体3的内腔和导热束流阻断体1的存储凹槽之间形成封闭的冷却内腔，在使用时会将冷却内腔抽至真空。
存储凹槽2内安装有冷却液，冷却液与半导制冷片12的内侧壁接触。冷却液采用水、酒精或甲醛等具有较低沸点的物质。
存储凹槽2内还安装有支撑框体7，支撑框体7与存储凹槽2的底壁相连，支撑框体7侧壁上安装有凸出于支撑框体7的网状引流板8，且网状引流板8与存储凹槽2侧壁存在间隙。
如图3所示，网状引流板8上开设有第一引流孔组，第一引流孔组由1个以上的第一引流孔9组成；相邻两组第一引流孔组之间的网状引流板8上开设有第二引流孔组，第二引流孔组由1个以上的第二引流孔10组成，第二引流孔10与第一引流孔9错位设置。
如图2所示，中空管体3外侧壁上安装有散热块11，本实施例中散热块11由散热性能较好的铝合金制成。
冷凝体4朝向冷却内腔一侧的侧壁上开设有第一散热凹槽5，所述冷凝体4背离冷却内腔一侧的侧壁上开设有第二散热凹槽6，且所述第一散热凹槽5与第二散热凹槽6错位设置。
本实施例所述的质子加速器束流冷却装置的使用方法：
当导热束流阻断体1的阻挡面14在吸收质子束时其本身的温度会升高，由于导热束流阻断体1采用导热材料制成，因此导热束流阻断体1的阻挡区产生的热量会传递至整个导热束流阻断体1，从而会将存储在存储凹槽2内的冷却液升温；
当传递至冷却液的温度超过冷却液本身的沸点时，存储在存储凹槽2内的冷却液就会汽化，汽化的冷却液会在冷却内腔内从靠近存储凹槽2一端向靠近冷凝体4一端移动；
由于冷凝体4外侧的空气温度低于冷凝体4内侧的温度，且冷凝体4也采用导热材料制成，因此通过冷凝体4的传导能够降低冷凝体4内侧冷却内腔内的温度，当冷凝体4内侧冷却内腔内的温度降低后，位于靠近冷凝体4一端的汽化冷却液会降温，当汽化的冷却液降温低至其沸点后会液化成液态冷却液，液化的冷却液受到重力的作用回落至存储凹槽2内。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (5)
1.一种质子加速器束流冷却装置，其特征在于：包括导热束流阻断体（1），所述导热束流阻断体（1）侧壁上开设有存储凹槽（2），所述存储凹槽（2）内存储有冷却液；开设有存储凹槽（2）的所述导热束流阻断体（1）侧壁与中空管体（3）一端相连，所述中空管体（3）另一端与导热冷凝体（4）相连，所述导热束流阻断体（1）的存储凹槽、中空管体（3）的内腔和冷凝体（4）之间形成供冷却液冷却的冷却内腔；
所述存储凹槽（2）内安装有冷却液引流支架，所述冷却液引流支架包括支撑框体（7），所述支撑框体（7）与存储凹槽（2）底壁相连；所述支撑框体（7）侧壁上安装有凸出于支撑框体（7）的网状引流板（8），且所述网状引流板（8）与存储凹槽（2）侧壁存在间隙；
所述网状引流板（8）上开设有第一引流孔组，所述第一引流孔组由1个以上的第一引流孔（9）组成；相邻两组第一引流孔组之间的所述网状引流板（8）上开设有第二引流孔组，所述第二引流孔组由1个以上的第二引流孔（10）组成，所述第二引流孔（10）与第一引流孔（9）错位设置；
所述冷凝体（4）为弧形冷凝体，所述弧形冷凝体的内凹槽、中空管体（3）的内腔和导热束流阻断体（1）的存储凹槽（2）之间形成供冷却液冷却的封闭冷却内腔。
2.根据权利要求1所述的一种质子加速器束流冷却装置，其特征在于：所述冷凝体（4）内侧壁上开设有第一散热凹槽（5），所述冷凝体（4）外侧壁上开设有第二散热凹槽（6），且所述第一散热凹槽（5）与第二散热凹槽（6）错位设置。
3.根据权利要求1所述的一种质子加速器束流冷却装置，其特征在于：所述中空管体（3）为导热中空管体。
4.根据权利要求3所述的一种质子加速器束流冷却装置，其特征在于：所述中空管体（3）的外侧壁上安装有散热块（11）。
5.根据权利要求1所述的一种质子加速器束流冷却装置，其特征在于：所述导热束流阻断体（1）上安装有半导制冷片（12），所述半导制冷片（12）一侧壁与导热束流阻断体（1）形成存储凹槽（2），且与存储凹槽（2）内的冷却液接触；所述半导制冷片（12）另一侧壁与导热束流阻断体（1）侧壁位于同一平面。
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