CN108770179A - 一种具有安全自锁功能的回旋加速器束流调强方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种具有安全自锁功能的回旋加速器束流调强方法，在回旋加速器中心区DEE板或Dummy DEE上依次放第一垂直偏转板、第二垂直偏转板，在第一垂直偏转板、第二垂直偏转板之间放置一个束流挡板，通过调节第一垂直偏转板、第二垂直偏转板上的电压，改变通过束流挡板的粒子比例，从而实现束流调强与关断；当垂直偏转板电源发生故障时，会自动进行断电保护，粒子将全部打到束流挡板上。本发明通过改变垂直偏转板电压的方法实现束流调强和束流关断，整个过程由加速器外部的电源系统控制，方便有效；当电源系统出现故障时，束流会全部打到挡板上，自动实现关断，为设备和人员提供了安全自锁。

Description

一种具有安全自锁功能的回旋加速器束流调强方法

技术领域

本发明属于回旋加速器领域，具体涉及一种具有安全自锁功能的回旋加速器束流调强方法。

背景技术

在质子放射治疗中，治疗头端需要不同流强的束流照射肿瘤达到预期的治疗效果，因此整个系统需要具备束流强度调节功能以免病人承受过量的辐照，这就需要设计相应的流强调节装置对束流流强进行调节。传统流强调节方法是利用安装在中心区的垂直偏转板和束流准直器，通过在偏转板之间形成一个垂直方向的静电场，使部分或全部束流打在束流准直器上损失掉从而实现流强调节。该传统调节流强方法不具备安全自锁的功能，一旦电源本身发生故障将会导致断电，无法提供足够的电压来偏转离子实现束流的关断，只能通过安全联锁控制来间接的切断束流。

发明内容

针对传统方法的不足，本发明提供了一种具备安全自锁功能的束流调强方法，可以有效地进行束流流强调节，且能够实现安全自锁的功能，在电源出现故障时能自动关断束流，避免对设备或人员造成伤害。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种具有安全自锁功能的回旋加速器束流调强方法，包括如下步骤：

步骤一：在束流的轨迹上依次放上第一垂直偏转板、第二垂直偏转板；

步骤二：调整第一垂直偏转板的尺寸和位置，使之能够覆盖束流第一、二圈的轨迹；

步骤三：找到束流轴向包络最小的位置，在该位置附近放置一块束流挡板，挡住中平面附近的束流通道，挡板的宽度和高度通过束流模拟或实验测量决定，使第一垂直偏转板不加偏转电压的情形下，束流全部打到挡板上损失掉；

步骤四：找到束流通过挡板后，轴向运动反向的位置，在该位置附近的后续几圈的束流轨迹上放置第二垂直偏转板，使在第二垂直偏转板覆盖的区域内，粒子始终处在轴向运动反向的区间；

步骤五：在第一垂直偏转板上施加电压，使得束流刚好能绕过束流挡板；在第二垂直偏转板上加上合适大小的反向电压，抑制束流通过第二垂直偏转板后的轴向振幅；

步骤六：同步调节第一垂直偏转板和第二垂直偏转板上的电压大小，改变粒子通过束流挡板的比例，从而实现流强调节；

步骤七：关闭第一垂直偏转板和第二垂直偏转板的电源，束流全部打到挡板上，从而实现关断。

所述束流挡板呈H型，挡板通过上下四个脚固定在DEE板或Dummy DEE上。

所述第一垂直偏转板、第二垂直偏转板由关于中平面对称的上下两个电极组成，电极通过陶瓷绝缘子固定在Dummy DEE上，通过引线和外部电源连接。

所述第一垂直偏转板、第二垂直偏转板上所施加的电压大小由束流模拟或实验测量决定；第一垂直偏转板和第二垂直偏转板上施加的电压大小同步变化。

当第一垂直偏转板、第二垂直偏转板电源发生故障时，会自动进行断电保护，粒子将全部打到束流挡板上，从而实现束流的自动关断。

不施加第一垂直偏转板、第二垂直偏转板电压时，粒子全部打在束流挡板上损失掉；施加第一垂直偏转板、第二垂直偏转板电压时，第一次偏转使得部分或全部粒子绕过束流挡板，第二次偏转使得已绕过束流挡板的粒子偏转回原来的轨道，继续进行加速。

第一垂直偏转板、第二垂直偏转板连接的电源极性相反。

第一垂直偏转板放在中心区Dummy DEE上，覆盖束流最初1-3圈之间的轨迹；束流挡板放在束流包络极小值附近，呈H形结构，阻挡中平面附近的束流通道；第二垂直偏转板放在束流通过束流挡板后、轴向运动转向点附近及其后续几圈的束流轨迹上。

本发明的有益效果：本发明通过改变垂直偏转板电压的方法实现束流调强和束流关断，整个过程由加速器外部的电源系统控制，方便有效；当电源系统出现故障时，束流会全部打到挡板上，自动实现关断，为设备和人员提供了安全自锁。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明工作原理图；

图2为本发明束流挡板示意图；

图3为本发明第一垂直偏转板、第二垂直偏转板和束流挡板位置示意图；

图4为本发明第一垂直偏转板和第一垂直偏转板不加偏转电压时，束流的轴向运动示意图；

图5为本发明第一垂直偏转板加偏转电压，第二垂直偏转板不加偏转电压时，束流的轴向运动示意图；

图6为本发明第一垂直偏转板加偏转电压，第二垂直偏转板加反向偏转电压时，束流的轴向运动示意图；

图中标示：1-第一垂直偏转板；2-第二垂直偏转板；3-束流挡板；4-束流；5-束流轴向运动的反向点；6-DEE板；7-Dummy DEE；8-束流包络的极小值的位置。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明做进一步详细的描述。

如图1所示，本发明所提供的具有安全自锁功能的回旋加速器束流调强方法主要包括第一垂直偏转板1，第二垂直偏转板2和束流挡板3；

第一垂直偏转板1、第二垂直偏转板2分别沿着束流4的轨迹依次放置在中心区的Dummy DEE 7上，束流挡板3放在第一垂直偏转板1、第二垂直偏转板2之间束流轨迹经过的地方；

第一垂直偏转板1、第二垂直偏转板2包括关于中平面对称的两个金属电极，金属电极通过在DEE板6或Dummy DEE 7上挖槽放置，金属电极底部通过陶瓷绝缘子固定，并通过电流引线和外部电源连接。

如图2所示，束流挡板3为横截面为H形的金属板，金属板通过上下四个脚固定在DEE板或Dummy DEE上；中间挡板的宽度及高度根据具体的束流特性确定，不施加垂直偏转板电压时，粒子全部打在束流挡板上损失掉。

如图3所示，第一垂直偏转板1放在束流前两圈的轨迹上，束流挡板3放在束流包络的极小值8附近，第二垂直偏转板2放在束流通过束流挡板后、束流轴向运动的反向点5附近及其后续几圈的轨迹上。在本实例中，束流包络的极小值8出现在轨迹第6圈附近，束流轴向运动的反向点5出现在轨迹第8圈附近；因此束流挡板3放在第6-7圈的轨迹上，第二垂直偏转板2放在第8-11圈的轨迹上。

图4为垂直偏转板不加电压的束流轴向运动示意图，此时束流全部打在束流挡板上从而实现关断。

图5为第一垂直偏转板1加偏转电压，第二垂直偏转板2不加偏转电压的束流轴向运动示意图，此时束流全部绕过束流挡板3。通过减小施加在第一垂直偏转板1上的偏转电压，改变通过束流挡板的束流的比例，从而实现流强调节。

图6为第一垂直偏转板1加偏转电压，第二垂直偏转板2施加反向偏转电压的束流轴向运动示意图。此时束流全部绕过束流挡板3，在第一垂直偏转板1的作用下，束流的轴向振幅增加，在第二垂直偏转板2的作用下，束流的轴向振幅被抑制，避免了对后续束流品质的影响。

一种具有安全自锁功能的回旋加速器束流调强方法，包括如下步骤：

步骤一：在束流轨迹上依次放上第一垂直偏转板1、第二垂直偏转板2；

步骤二：调整第一垂直偏转板1的尺寸和位置，使之能够覆盖束流第一、二圈的轨迹；

步骤三：找到束流轴向包络最小的位置，在该位置附近放置一块束流挡板3，挡住中平面附近的束流通道，挡板的宽度和高度通过束流模拟或实验测量决定，使第一垂直偏转板1不加偏转电压的情形下，束流全部打到挡板上损失掉；

步骤四：找到束流通过挡板后，轴向运动反向的位置，在该位置附近的后续几圈的束流轨迹上放置第二垂直偏转板2，使在第二垂直偏转板2覆盖的区域内，粒子始终处在轴向运动反向的区间；

步骤五：在第一垂直偏转板1上施加电压，使得束流刚好能绕过束流挡板；在第二垂直偏转板2上加上合适大小的反向电压，抑制束流通过第二垂直偏转板2后的轴向振幅；

步骤六：同步调节第一垂直偏转板1和第二垂直偏转板2上的电压大小，改变粒子通过束流挡板的比例，从而实现流强调节；

步骤七：关闭第一垂直偏转板1和第二垂直偏转板2的电源，束流全部打到挡板上，从而实现关断。

作为本发明的进一步方案，上述束流挡板呈H型，挡板通过上下四个脚固定在DEE板或Dummy DEE上。

作为本发明的进一步方案，上述垂直偏转板由关于中平面对称的上下两个电极组成，电极通过陶瓷绝缘子固定在Dummy DEE上，通过引线和外部电源连接。

作为本发明的进一步方案，垂直偏转板上所施加的电压大小由束流模拟或实验测量决定。

本发明具体原理为：在回旋加速器中心区DEE板或Dummy DEE上依次放两组垂直偏转板，在两组垂直偏转板之间放置一个束流挡板，通过调节两组垂直偏转板上的电压，改变通过束流挡板的粒子比例，从而实现束流调强与关断；

具体地，当垂直偏转板电源发生故障时，会自动进行断电保护，粒子将全部打到束流挡板上，从而实现束流的自动关断，达到安全自锁的目的，避免了对机器和人员造成伤害。

不施加垂直偏转板电压时，粒子全部打在束流挡板上损失掉；施加垂直偏转板电压时，第一次偏转使得部分或全部粒子绕过束流挡板，第二次偏转使得已绕过束流挡板的粒子偏转回原来的轨道，继续进行加速。

回旋加速器正常工作时，垂直偏转板上施加大小合适的电压；

需要进行束流调强时，增大或减小垂直偏转板上施加的电压大小；需要关断时，关闭垂直偏转板上施加的电压。

两组垂直偏转板连接的电源极性相反。

第一垂直偏转板放在中心区Dummy DEE上，覆盖束流最初1-3圈之间的轨迹。束流挡板放在束流包络极小值附近，呈H形结构，阻挡中平面附近的束流通道。第二垂直偏转板放在束流通过束流挡板后、轴向运动转向点附近及其后续几圈的束流轨迹上。

第一垂直偏转板和第二垂直偏转板上施加的电压大小同步变化，具体施加电压的大小由束流仿真模拟或实验测量确定。

当垂直偏转板本身发生故障时，电源会进行断电保护，束流将全部打在束流挡板上，实现束流的自动关断。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (8)

1.一种具有安全自锁功能的回旋加速器束流调强方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：在束流(4)的轨迹上依次放上第一垂直偏转板(1)、第二垂直偏转板(2)；

步骤二：调整第一垂直偏转板(1)的尺寸和位置，使之能够覆盖束流第一、二圈的轨迹；

步骤三：找到束流轴向包络最小的位置，在该位置附近放置一块束流挡板(3)，挡住中平面附近的束流通道，挡板的宽度和高度通过束流模拟或实验测量决定，使第一垂直偏转板(1)不加偏转电压的情形下，束流全部打到挡板上损失掉；

步骤四：找到束流通过挡板后，轴向运动反向的位置，在该位置附近的后续几圈的束流轨迹上放置第二垂直偏转板(2)，使在第二垂直偏转板(2)覆盖的区域内，粒子始终处在轴向运动反向的区间；

步骤五：在第一垂直偏转板(1)上施加电压，使得束流刚好能绕过束流挡板；在第二垂直偏转板(2)上加上合适大小的反向电压，抑制束流通过第二垂直偏转板(2)后的轴向振幅；

步骤六：同步调节第一垂直偏转板(1)和第二垂直偏转板(2)上的电压大小，改变粒子通过束流挡板的比例，从而实现流强调节；

步骤七：关闭第一垂直偏转板(1)和第二垂直偏转板(2)的电源，束流全部打到挡板上，从而实现关断。

2.根据权利要求1所述的一种具有安全自锁功能的回旋加速器束流调强方法，其特征在于，所述束流挡板(3)呈H型，挡板通过上下四个脚固定在DEE板或Dummy DEE上。

3.根据权利要求1所述的一种具有安全自锁功能的回旋加速器束流调强方法，其特征在于，所述第一垂直偏转板(1)、第二垂直偏转板(2)由关于中平面对称的上下两个电极组成，电极通过陶瓷绝缘子固定在Dummy DEE上，通过引线和外部电源连接。

4.根据权利要求1所述的一种具有安全自锁功能的回旋加速器束流调强方法，其特征在于，所述第一垂直偏转板(1)、第二垂直偏转板(2)上所施加的电压大小由束流模拟或实验测量决定；第一垂直偏转板和第二垂直偏转板上施加的电压大小同步变化。

5.根据权利要求1所述的一种具有安全自锁功能的回旋加速器束流调强方法，其特征在于，当第一垂直偏转板(1)、第二垂直偏转板(2)电源发生故障时，会自动进行断电保护，粒子将全部打到束流挡板上，从而实现束流的自动关断。

6.根据权利要求1所述的一种具有安全自锁功能的回旋加速器束流调强方法，其特征在于，不施加第一垂直偏转板(1)、第二垂直偏转板(2)电压时，粒子全部打在束流挡板上损失掉；施加第一垂直偏转板(1)、第二垂直偏转板(2)电压时，第一次偏转使得部分或全部粒子绕过束流挡板，第二次偏转使得已绕过束流挡板的粒子偏转回原来的轨道，继续进行加速。

7.根据权利要求1所述的一种具有安全自锁功能的回旋加速器束流调强方法，其特征在于，第一垂直偏转板(1)、第二垂直偏转板(2)连接的电源极性相反。

8.根据权利要求1所述的一种具有安全自锁功能的回旋加速器束流调强方法，其特征在于，第一垂直偏转板(1)放在中心区Dummy DEE上；束流挡板(3)放在束流包络极小值附近，阻挡中平面附近的束流通道；第二垂直偏转板(2)放在束流通过束流挡板后、轴向运动转向点附近及其后续几圈的束流轨迹上。