CN108848605B - 加速器的径向插入靶装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种加速器的径向插入靶装置，涉及径向插入靶技术领域，包括探针和陶瓷块；所述探针通过螺钉与陶瓷块的一端固接在一起。可解决超导回旋加速器空间有限而无法让径向插入靶从磁极外半径一直深入到螺旋扇磁极结构的中心区位置的问题，并能够通过竖直向放置的探针上的电信号的强弱以及靶头的运动获得束流的轴向和径向位置信息，从而为调试提供准确有效的数据，实现加速器的稳定运行。

Description

加速器的径向插入靶装置
技术领域
本发明涉及针对加速器技术领域，尤其是涉及一种加速器的径向插入靶装置，特别是一种用于230MeV超导回旋加速器的径向插入靶的靶头。
背景技术
回旋加速器是一种圆形粒子加速器，其中带负电粒子或带正电粒子沿螺旋路径从回旋加速器的中心向外加速直到若干MeV的能量。在等时性回旋加速器中，粒子束以相同的时间行经螺旋路径的每个相继循环或循环的一部分。除非另外指明，术语“回旋加速器”在以下内容中用于指等时性回旋加速器。回旋加速器用于各种领域，例如用于核物理、医疗治疗，诸如质子疗法，或用于放射性药物学。具体地，回旋加速器可以用于生产适合于PET成像(正电子发射X线断层摄影术)和SPECT成像 (单光子发射计算机断层成像术)的短寿命正电子发射同位素。
也就是说，回旋加速器是用高频电场加速质子到很高能量的装置，与其他类型的加速器相比，其具有连续束运行和高平均流强的特点，加速器在发展过程中，人们逐步认识到它在许多科技和国民经济领域，都有着广阔的十分重要的应用，尤其是在医疗方面的应用越来越广泛。而束流诊断系统是加速器的一个重要组成部分，被誉为加速器的“眼睛”，在束流性能调试、关键参数优化、加速器性能改善以及运行状态等方面起重要作用，用于测量束流的流强、位置、截面、发射度等，主要组成部分包括测量探头、信号处理电子设备、计算机及控制网络等，通过探测靶与束流相互作用获得携带束流信息的光、电信号，对探头输出的光、电信号进行处理，从中提取粒子束流的位置，根据测得的束流参数推算加速器特性参数，主机引出区束流诊断主要在静电偏转板、磁通道位置进行束流参数测量，观察束流在引出过程中是否有偏离轨道，针对所测得的结果进行加速器束流运行轨道的调整。而作为医用加速器，为患者提供高品质高稳定性的质子束流是主要任务，所以，就有了束流诊断装置，用来诊断各种束流参数和改善加速器运行。
但是目前的束流诊断装置中的径向插入靶是做为回旋加速器最常见的加速器内部诊断元件，主要用于诊断束流在加速器束流平面加速过程中的束流变化信息，为加速器调试提供必要的束流位置、束流流强、束流截面信息。而回旋加速器，特别是230MeV超导回旋加速器采用螺旋扇磁极结构，螺旋扇磁极结构为回旋加速器的磁极面分为内外两个区域中,在其一之中插入不少于一个极限环螺旋扇形区螺旋扇形区，这就构成了螺旋扇磁极结构，因此，径向插入靶的插入方向受到很大程度的限制，无法从磁极外半径一直深入到螺旋扇磁极结构的中心区位置，因此，径向插入靶往往只能测量30cm以外的束流轨道信息。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种加速器的径向插入靶装置，通过靶头的中心线与水平面保持70度的倾角，可解决超导回旋加速器空间有限而无法让径向插入靶从磁极外半径一直深入到螺旋扇磁极结构的中心区位置的问题，并能够通过竖直向放置的探针上的电信号的强弱以及靶头的运动获得束流的轴向和径向位置信息，从而为调试提供准确有效的数据，实现加速器的稳定运行。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种加速器的径向插入靶装置，包括靶头；
所述靶头包括探针1和陶瓷块2；
所述探针1通过螺钉与陶瓷块2的一端固接在一起。
通过采用上述技术方案，就能通过把靶头分为了探针1和陶瓷块2两个部分，并通过螺钉固接在一起，其特点是有利于热的传导，从而使径向插入靶测得的束流位置、束流强度、束流截面等信息更加准确，有效，实现加速器的稳定运行。
本发明进一步设置为：所述探针1的钨丝在竖直向上等距排列，相邻的两个钨丝竖直向之间的间隔为2mm。
通过采用上述技术方案，相邻的两个钨丝竖直向之间的间隔为2mm。这样的间隔根据靶头测量方式为：朝螺旋扇磁极结构的中心区插入探针测束流轴向信号，通过不同位置的钨丝的信号分布判断束流偏上或偏下。
本发明进一步设置为：所述陶瓷块2的另一端与连接杆3的一端通过螺钉螺接。
通过采用上述技术方案，陶瓷块2的另一端与连接杆3的一端通过螺钉螺接，这样探针1与连接杆3之间有陶瓷块2绝缘。
本发明进一步设置为：所述连接杆3的另一端与所述传动杆4的一端通过螺钉螺接。
通过采用上述技术方案，连接杆3的另一端与所述传动杆4的一端通过螺钉螺接，并保证钨丝进入主机内部后的横向截面是与束流通道的端面相平行，束流轰击钨丝所产生的电流信号更直观反映束流轴向位置信息；传动杆4推动靶头运动到所需位置后，在传动杆4撤出过程中进行多点实时测量，在测量结束后传动杆4撤出，拆除螺钉可进行靶头的更换。这样传动机构推动靶头径向运动，获取分析束流轰击靶头不同位置的靶丝所产生的电流信号来判断束流的位置信号。连接杆与传动杆并能防止靶头由于空间狭小而发生碰撞，并起到支撑的作用。
本发明进一步设置为：所述连接杆3的材料为钛材料。
通过采用上述技术方案，连接杆3的材料为钛材料，该材料具有强度高，刚性高，不导磁的特点。
本发明进一步设置为：所述传动杆4的材料为钛材料。
通过采用上述技术方案，传动杆4的材料为钛材料，该材料具有强度高，刚性高，不导磁的特点。
本发明进一步设置为：所述靶头的中心线与水平面保持70度的倾角。
通过采用上述技术方案，靶头的中心线与水平面保持70度的倾角以克服回旋加速器，特别是230MeV超导回旋加速器的螺旋扇磁极结构的空间有限的问题，且通过实践而确定倾角为70度时，能够保证束流沉积在靶头结构内部，不会穿过靶头的厚度，从而获得靶头运动到不同位置时束流的径向位置信息。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
探针通过螺钉与陶瓷块的一端固接在一起，这样有利于热的传导，从而使径向插入靶测得的束流位置、束流强度、束流截面等信息更加准确，有效，靶头的中心线与水平面保持70度的倾角能够保证束流沉积在靶头结构内部，不会穿过靶头的厚度，从而获得靶头运动到不同位置时束流的径向位置信息。
附图说明
图1是本发明的加速器的径向插入靶装置的部分结构示意图。
图2是本发明的不同径向靶倾角影响束流强度的坐标图。
附图标记：1、探针；2、陶瓷块；3、连接杆；4、传动杆。
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，加速器的径向插入靶装置，包括靶头；靶头包括探针1和陶瓷块2；探针1为多丝探针，多丝探针的丝材料选用钨丝；陶瓷块呈圆柱形形状。探针1通过螺钉与陶瓷块2的一端固接在一起，探针1通过螺钉固连在陶瓷块2的一端；这样有利于热的传导，从而使径向插入靶测得的束流位置、束流强度、束流截面等信息更加准确，有效。探针1的钨丝在竖直向上等距排列，相邻的两个钨丝竖直向之间的间隔为2mm。这样的间隔根据靶头测量方式为：朝螺旋扇磁极结构的中心区插入探针测束流轴向信号，通过不同位置的钨丝的信号分布判断束流偏上或偏下。具体应用于束流诊断核反应电荷测量原理：在束流垂直轰击靶头不同位置的丝时发生核反应，对二次电子最大动能进行估算，已知引出区质子能量约200MeV；二次电子能量公式：
Figure 192837DEST_PATH_IMAGE001
其中，Emax是二次电子的最大能量；me、mp分别是电子和质子的质量；Ep是入射质子的能量；θ是入射质子与出射电子之间的夹角。
对于入射质子能量约为200MeV，产生的二次电子最大动能不超过400keV，由于产生的二次电子的动能小于电子的静止能量，在此可忽略二次电子的相对论效应，则:
me＝me0 (2)
二次电子动能为：
Figure 47660DEST_PATH_IMAGE002
在相同的磁场下，二次电子与质子的回旋比为
Figure 873403DEST_PATH_IMAGE003
Figure 878399DEST_PATH_IMAGE004
对于多丝探头，两丝之间距离至少要保持2re间距，据此设计丝间距为2mm，这样才能保证产生的二次电子逃逸并能避免飞到邻近丝上。二次电子逃逸后丝内部残留的带正电的粒子以及电子逃逸的相对运动形成电流，通过测量每根丝电流大小分析束流位置，该方法测量结果更加准确，同时靶头可作间歇运动进行实时测量并反馈位置信息，位置精度更高。
靶头与一个固接件连接，该固接件为连接杆3，陶瓷块2的另一端与连接杆3的一端通过螺钉螺接，这样探针1与连接杆3之间通过陶瓷块2绝缘。
连接杆3与另一个固连件连接，该固连件为传动杆4，连接杆3的另一端与传动杆4的一端通过螺钉螺接，并保证钨丝进入主机内部后的横向截面是与束流通道的端面相平行，束流轰击钨丝所产生的电流信号更直观反映束流轴向位置信息；传动杆4推动靶头运动到所需位置后，在传动杆4撤出过程中进行多点实时测量，在测量结束后传动杆4撤出，拆除螺钉可进行靶头的更换。
连接杆3的材料为钛材料，该材料具有强度高，刚性高的优点。
传动杆4的材料为钛材料，该材料具有强度高，刚性高的优点。
靶头的中心线与水平面保持70度的倾角以克服回旋加速器，特别是230MeV超导回旋加速器的螺旋扇磁极结构的空间有限的问题，且通过实践而确定倾角为70度时，能够保证束流沉积在靶头结构内部，不会穿过靶头的厚度，从而获得靶头运动到不同位置时束流的径向位置信息。
经过实践证明，如图2可以看出靶头的倾角大小对束流强度影响曲线的变化趋势。角度选在70°为合适，角度太大会使束流强度随半径增长迅速下降至一个很小的值，角度太小会导致探测效率会增长接近于1，二者都不利于判断束流是否对中，这样就确定了倾角为70度时，能够保证束流沉积在靶头结构内部，不会穿过靶头的厚度，在图2中，纵坐标上的relative beam indensity表示束流强度，横坐标上的R表示径向插入靶的半径，图2中的DEG表示靶头的倾角。
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 (3)

1.一种加速器的径向插入靶装置，其特征在于：包括靶头；所述靶头包括探针（1）和陶瓷块（2）；所述探针（1）通过螺钉与陶瓷块（2）的一端固接在一起；所述陶瓷块（2）的另一端与连接杆（3）的一端通过螺钉螺接；所述连接杆（3）的另一端与传动杆（4）的一端通过螺钉螺接；所述靶头的中心线与水平面保持70度的倾角；
其中，所述探针（1）的钨丝在竖直向上等距排列，相邻的两个钨丝竖直向之间的间隔为2mm。
2.根据权利要求1所述的加速器的径向插入靶装置，其特征在于：所述连接杆（3）的材料为钛材料。
3.根据权利要求1所述的加速器的径向插入靶装置，其特征在于：所述传动杆（4）的材料为钛材料。
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