CN108811299A - 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 - Google Patents

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 Download PDF

Info

Publication number
CN108811299A
CN108811299A CN201810726875.8A CN201810726875A CN108811299A CN 108811299 A CN108811299 A CN 108811299A CN 201810726875 A CN201810726875 A CN 201810726875A CN 108811299 A CN108811299 A CN 108811299A
Authority
CN
China
Prior art keywords
axial
bevatron
collimator
deflection plate
control system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810726875.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108811299B (zh
Inventor
张东昇
贾先禄
李要乾
殷治国
郑侠
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Institute of Atomic of Energy
Original Assignee
China Institute of Atomic of Energy
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Institute of Atomic of Energy filed Critical China Institute of Atomic of Energy
Priority to CN201810726875.8A priority Critical patent/CN108811299B/zh
Publication of CN108811299A publication Critical patent/CN108811299A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108811299B publication Critical patent/CN108811299B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H13/00—Magnetic resonance accelerators; Cyclotrons
    • H05H13/005—Cyclotrons
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H7/00—Details of devices of the types covered by groups H05H9/00, H05H11/00, H05H13/00
    • H05H7/001—Arrangements for beam delivery or irradiation
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H7/00—Details of devices of the types covered by groups H05H9/00, H05H11/00, H05H13/00
    • H05H7/12—Arrangements for varying final energy of beam
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H7/00—Details of devices of the types covered by groups H05H9/00, H05H11/00, H05H13/00
    • H05H7/001—Arrangements for beam delivery or irradiation
    • H05H2007/002—Arrangements for beam delivery or irradiation for modifying beam trajectory, e.g. gantries
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H7/00—Details of devices of the types covered by groups H05H9/00, H05H11/00, H05H13/00
    • H05H7/001—Arrangements for beam delivery or irradiation
    • H05H2007/004—Arrangements for beam delivery or irradiation for modifying beam energy, e.g. spread out Bragg peak devices
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H7/00—Details of devices of the types covered by groups H05H9/00, H05H11/00, H05H13/00
    • H05H7/12—Arrangements for varying final energy of beam
    • H05H2007/122—Arrangements for varying final energy of beam by electromagnetic means, e.g. RF cavities

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Particle Accelerators (AREA)

Abstract

本发明为一种质子回旋加速器中心区束流流强在线调节系统，属于质子回旋加速器领域；其技术方案要点是，在质子回旋加速器中心区相距180度的两个高频腔头部中，分别设置一个轴向偏转板和轴向准直器，轴向偏转板用电缆线连接位于加速器外部的电源，通过调节轴向偏转板上的电压，使束流产生轴向偏移，偏移量过大的粒子在轴向准直器上损失，以此方法实现束流流强在线调节的功能，具有结构简单、反应速度快、可靠性高的优点，提高了束流流强调节的效率。

Description

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
技术领域
本发明涉及质子回旋加速器领域，具体涉及一种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。
背景技术
质子回旋加速器的应用领域如质子束放射治疗、单粒子效应测试中，都需要加速器的引出质子束流强可调，一部分应用需要束流在微秒量级的快速通断和快速调制。流强调节的传统方法是通过调节离子源的出气量或电压来改变进入加速器的粒子数和束流流强，这种方法可实现束流的快速通断，但由于束流流强对离子源电压较为敏感，且没有很好的线性关系，这一方法难以快速将束流流强调节至给定值，另一方法是在加速器后端束流线上放置一定厚度的档束块阻挡一部分束流，通过改变档束块的厚度可在后端时间较精确的流强调节，但该方法调节速度较慢，且会在后端积累放射性剂量，一般不能满足质子束放射治疗的要求。
公开号为CN106139422A的发明专利申请公开了一种质子放射治疗回旋加速器的束流调制方法，该方法在加速器的一个下磁极及其对应的上部磁极表面分别安装一个静电偏转板，在与上述下磁极呈180°对称位置的另一个下磁极及其对应的上部磁极表面安装束流准直器；通过调节施加在所述静电偏转板上的电压，并调整束流准直器之间的狭缝宽度，使符合强度要求的束流通过束流准直器。
但是上述技术方案中将轴向偏转板和轴向准直器放在加速器中心区磁极表面，空间狭小，轴向偏转板的电绝缘较难达到，电源线的走线难于排布，轴向偏转板的张角较小因而对束流偏转效果较弱，轴向偏转板和轴向准直器需要额外的定位机械结构。
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回旋加速器中心区束流流强在线调节系统，其具有结构简单、反应速度快、可靠高效的优势。
本发明的技术方案如下：一种质子回旋加速器中心区束流流强在线调节系统，包括设置在质子回旋加速器中心区的高频腔、轴向偏转板和轴向准直器，所述轴向偏转板和轴向准直器均安装在高频腔头部内，其中轴向偏转板由两块板组成并与外部电源连接，用于提供能够使粒子偏离质子回旋加速器中心平面的电场。
通过采用上述技术方案，将轴向偏转板和轴向准直器放在加速器中心区高频腔内部，空间更大，并且粒子通过质子回旋加速器中心平面时在轴向偏转板之间电压的作用下，偏离质子回旋加速器中心平面并且轴向偏置过大的粒子在轴向准直器上损失，实现快速可靠且高效的调节束流流强的效果。
进一步地，轴向偏转板为平行板电容器结构，嵌入在质子回旋加速器中心区的高频腔内。
通过采用上述技术方案，轴向偏转板可在束流轨迹前几圈起作用，此处粒子能量较低，容易产生轴向偏置，降低对偏转板电源的要求。
进一步地，所述轴向准直器设置在质子回旋加速器中心区的另一个高频腔内并且安装角度与轴向偏转板呈180度。
进一步地，所述轴向准直器的中部设置有狭缝结构，且狭缝结构的截面设置为台阶状。
进一步地，所述轴向准直器为片状结构且分为上下两个部分，上部与下部之间的间隙构成狭缝结构。
进一步地，轴向准直器的上部与下部之间的间隙随径向位置增大逐级递增。
进一步地，所述轴向准直器所在的平面与轴向偏转板所在的平面相互垂直。
通过采用上述技术方案，在设计阶段修改台阶的高度使得该束流流强在线调节系统具有最大的效率，即在轴向偏转板电压置零时通过的束流流强最大，且将束流流强调节到0所需的偏置电压最低。
本发明还提供了一种上述质子回旋加速器中心区束流流强在线调节系统的调节方法，其技术方案如下：组合使用轴向偏转板和轴向准直器，通过控制轴向偏转板上的电压实现束流流强的快速调节和快速通断；其中，当轴向偏转板的电压置零时，通过轴向准直器的束流流强最大，改变轴向偏转板电压直至束流全部损失在轴向准直器上，即实现束流相对强度在0-100%之间的调节。
进一步地，所述轴向偏转板在粒子轨迹的第2-4圈起作用，每一圈都能给粒子施加轴向动量；轴向准直器在粒子轨迹第3-8圈起作用，筛选出轴向偏置小的粒子。
通过采用上述技术方案，轴向偏转板电压可在微秒量级快速调节，改变偏转板电压可改变粒子轴向偏置量，配合准直器可实现束流相对强度在0-100%之间调制。
进一步地，轴向准直器为可拆卸设置，能够根据实际需求进行替换，有利于质子回旋加速器中心区的实际工程调试。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1. 质子回旋加速器中心区束流流强在线调节系统中没有多余的机械部件，可实现回旋加速器束流强度在微秒量级的快速通断和快速调节，并且结构简单操作简便效率高；
2. 轴向偏转板和轴向准直器均设置在高频腔内，因此可在束流轨迹的前几圈起作用，能够降低对轴向偏转板电源的要求；
3. 质子回旋加速器中心区束流流强在线调节系统中的轴向准直器为可替换的部件，可灵活选用不同结构的轴向准直器，有利于加速器中心区的调试。
附图说明
图1为质子回旋加速器中心区束流流强在线调节系统的结构示意图；
图2为轴向偏转板结构和位置示意图；
图3为轴向准直器的截面图。
附图标记：1、高频腔；2、轴向偏转板；3、轴向准直器。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，质子回旋加速器中心区束流流强在线调节系统包括设置在质子回旋加速器中心区的高频腔1、一套轴向偏转板2和轴向准直器3，还设置有用于给轴向偏转板2提供电压的电源。轴向偏转板2位于高频腔1的头部中，轴向准直器3安放在质子回旋加速器中心区的另一个高频腔1头部中，安装角度与轴向偏转板2相距180度。
如图2所示，轴向偏转板2嵌入质子回旋加速器中心区高频腔1的头部结构中，与高频腔1绝缘，导线在高频腔1的壁上穿过，并与电源连接。
如图3所示，轴向准直器3具有台阶状的狭缝，所述轴向准直器3为片状结构且分为上下两个分离的部分，上部与下部之间的间隙构成狭缝结构，上部与下部之间的间隙随径向位置增大逐级递增，轴向准直器3所在的平面与轴向偏转板2所在的平面相互垂直，狭缝高度与束流轴向包络接近，每个台阶对应粒子轨迹一圈或多圈。通过选用具有不同台阶结构的轴向准直器3进行测试，能够优化该系统的效率。
质子回旋加速器中心区束流流强在线调节系统的调节方法如下：
组合使用质子回旋加速器中心区的轴向偏转板2和轴向准直器3，通过控制轴向偏转板2电压实现束流流强的快速调节和快速通断，轴向偏转板2电压可在微秒量级快速调节；轴向偏转板2在粒子轨迹的第2-4圈起作用，每一圈都能给粒子施加轴向动量，轴向准直器3在粒子轨迹第3-8圈起作用，筛选出轴向偏置较小的粒子；当轴向偏转板2的电压置零时，通过轴向准直器3的流强最大，改变轴向偏转板2的电压直至束流全部损失在轴向准直器3上，可实现束流相对强度在0-100%之间的调节。在此基础上，轴向准直器3可以替换，也即台阶状结构可以调节，通过替换轴向准直器进行测试可找到使得该系统具有最大效率的轴向准直器3。

Claims (10)

1.一种质子回旋加速器中心区束流流强在线调节系统，包括设置在质子回旋加速器中心区的高频腔（1）、轴向偏转板（2）和轴向准直器（3），其特征是：所述轴向偏转板（2）和轴向准直器（3）均安装在高频腔（1）头部内，其中轴向偏转板（2）由两块板组成并与外部电源连接，用于提供能够使粒子偏离质子回旋加速器中心平面的电场。
2.根据权利要求1所述的质子回旋加速器中心区束流流强在线调节系统，其特征是：所述轴向偏转板（2）为平行板电容器结构，嵌入在质子回旋加速器中心区的高频腔（1）内。
3.根据权利要求2所述的质子回旋加速器中心区束流流强在线调节系统，其特征是：所述轴向准直器（3）设置在质子回旋加速器中心区的另一个高频腔（1）内，并且安装角度与轴向偏转板（2）呈180度。
4.根据权利要求3所述的质子回旋加速器中心区束流流强在线调节系统，其特征是：所述轴向准直器（3）的中部设置有狭缝结构，且狭缝结构的截面设置为台阶状。
5.根据权利要求4所述的质子回旋加速器中心区束流流强在线调节系统，其特征是：所述轴向准直器（3）为片状结构且分为上下两个分离的部分，上部与下部之间的间隙构成狭缝结构。
6.根据权利要求5所述的质子回旋加速器中心区束流流强在线调节系统，其特征是：所述轴向准直器（3）的上部与下部之间的间隙随径向位置增大逐级递增。
7.根据权利要求6所述的质子回旋加速器中心区束流流强在线调节系统，其特征是：所述轴向准直器（3）所在的平面与轴向偏转板（2）所在的平面相互垂直。
8.一种如权利要求7所述的质子回旋加速器中心区束流流强在线调节系统的调节方法，其特征是：组合使用轴向偏转板（2）和轴向准直器（3），通过控制轴向偏转板（2）上的电压实现束流流强的快速调节和快速通断；其中，当轴向偏转板（2）的电压置零时，通过轴向准直器（3）的束流流强最大，改变轴向偏转板（2）电压直至束流全部损失在轴向准直器（3）上，即实现束流相对强度在0-100%之间的调节。
9.根据权利要求8所述的调节方法，其特征是：所述轴向偏转板（2）在粒子轨迹的第2-4圈起作用，每一圈都能给粒子施加轴向动量；轴向准直器（3）在粒子轨迹第3-8圈起作用，筛选出轴向偏置小的粒子。
10.根据权利要求9所述的调节方法，其特征是：轴向准直器（3）为可拆卸设置，能够根据实际需求进行替换，有利于实际工程调试。
CN201810726875.8A 2018-07-04 2018-07-04 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 Active CN108811299B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810726875.8A CN108811299B (zh) 2018-07-04 2018-07-04 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

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810726875.8A CN108811299B (zh) 2018-07-04 2018-07-04 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

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108811299A true CN108811299A (zh) 2018-11-13
CN108811299B CN108811299B (zh) 2020-05-19

Family

ID=64074632

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810726875.8A Active CN108811299B (zh) 2018-07-04 2018-07-04 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

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108811299B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112843497A (zh) * 2021-01-05 2021-05-28 中国科学院上海高等研究院 一种基于射频偏转腔技术的质子束流扫描装置及扫描方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114916118B (zh) * 2022-05-23 2024-09-06 中国原子能科学研究院 可加速α粒子和H2+粒子的回旋加速器及高增益高精度方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102237243A (zh) * 2010-04-29 2011-11-09 上海凯世通半导体有限公司 离子注入系统及方法
WO2012008255A1 (ja) * 2010-07-12 2012-01-19 三菱電機株式会社 ドリフトチューブ線形加速器
CN203217084U (zh) * 2012-10-18 2013-09-25 上海原子科兴药业有限公司 一种回旋加速器束流测量装置
CN103327725A (zh) * 2013-07-12 2013-09-25 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
CN103377866A (zh) * 2012-04-24 2013-10-30 上海凯世通半导体有限公司 离子注入设备
CN204666822U (zh) * 2015-05-18 2015-09-23 上海原子科兴药业有限公司 一种改进型偏转束流测量系统
CN106139422A (zh) * 2016-07-29 2016-11-23 中国原子能科学研究院 质子放射治疗回旋加速器的束流调制方法
CN106163073A (zh) * 2016-07-29 2016-11-23 中国原子能科学研究院 一种中能超导质子回旋加速器的束流引出方法
CN107864546A (zh) * 2017-10-31 2018-03-30 华中科技大学 一种回旋加速器的束流强度稳定调制装置

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102237243A (zh) * 2010-04-29 2011-11-09 上海凯世通半导体有限公司 离子注入系统及方法
WO2012008255A1 (ja) * 2010-07-12 2012-01-19 三菱電機株式会社 ドリフトチューブ線形加速器
CN103377866A (zh) * 2012-04-24 2013-10-30 上海凯世通半导体有限公司 离子注入设备
CN203217084U (zh) * 2012-10-18 2013-09-25 上海原子科兴药业有限公司 一种回旋加速器束流测量装置
CN103327725A (zh) * 2013-07-12 2013-09-25 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
CN204666822U (zh) * 2015-05-18 2015-09-23 上海原子科兴药业有限公司 一种改进型偏转束流测量系统
CN106139422A (zh) * 2016-07-29 2016-11-23 中国原子能科学研究院 质子放射治疗回旋加速器的束流调制方法
CN106163073A (zh) * 2016-07-29 2016-11-23 中国原子能科学研究院 一种中能超导质子回旋加速器的束流引出方法
CN107864546A (zh) * 2017-10-31 2018-03-30 华中科技大学 一种回旋加速器的束流强度稳定调制装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112843497A (zh) * 2021-01-05 2021-05-28 中国科学院上海高等研究院 一种基于射频偏转腔技术的质子束流扫描装置及扫描方法
CN112843497B (zh) * 2021-01-05 2022-09-16 中国科学院上海高等研究院 一种基于射频偏转腔技术的质子束流扫描装置及扫描方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108811299B (zh) 2020-05-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5496511B2 (ja) パルス誘電体壁加速器及び連続パルス進行波加速器
KR20090071610A (ko) 의료 치료를 위한 콤팩트 가속기
CN106163073B (zh) 一种中能超导质子回旋加速器的束流引出方法
US9402298B2 (en) Method of manufacturing radio frequency accelerator, radio frequency accelerator, and circular accelerator system
HK1088172A1 (en) Plasma-electric power generation system
WO2019056989A1 (zh) 一种超导质子装置能量选择系统及其实现方法
JP2009279045A (ja) 粒子線治療システム
CN108811299A (zh) 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
JP2015065102A (ja) 円形加速器
WO2012068401A1 (en) Sub-nanosecond ion beam pulse radio frequency quadrupole (rfq) linear accelerator system
JP2015179585A (ja) 荷電粒子線治療装置
US20210393986A1 (en) Ion source, circular accelerator using same, and particle beam therapy system
CN108696981A (zh) 一种用于辐照加速器的α磁铁
CN110913561B (zh) 一种剥离引出回旋加速器单圈束流引出装置和方法
JP6899754B2 (ja) 円形加速器および粒子線治療システム
KR20110098264A (ko) 사이클로트론
CN105006417A (zh) 一种离子注入装置
RU2265974C1 (ru) Безжелезный синхротрон
CN209056459U (zh) 一种聚焦环
CN116801472A (zh) 基于双束偏转铁的束流合并系统
WO2022123821A1 (ja) レーザイオン源、円形加速器および粒子線治療システム
Schippers et al. Beam intensity stability of a 250 MeV SC cyclotron equipped with an internal cold-cathode ion source
Calabretta et al. Status and future plans at LNS Catania
Smirnov et al. Production of 70-MeV proton beam in a superconducting cyclotron
CN115397086A (zh) 一种腔式束流偏转分束装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant