CN109718480A - 一种激光离子癌症治疗装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种激光离子癌症治疗装置，包括依次连接的激光离子源、线性加速器、取出设备、照射装置，取出设备取出由线性加速器加速的离子束，照射装置将由取出设备取出的离子束照射到照射对象，激光离子源包括靶室，靶室内固定设有绝缘支架，绝缘支架上设有贯通靶室的激光通道，激光通道的一端设有固体靶，还包括激光器，激光器的激光从激光通道的另一端射入，固体靶与激光通道的另一端之间设有布气环，靶室外设有供气装置，供气装置与布气环连通，激光通道的一端连接有绝缘连接管，绝缘连接管的端部连接有高压连接管，高压连接管的端部连接有离子引出管，离子引出管延伸至靶室的外侧，离子引出管的端部与离子线性加速器连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种激光离子癌症治疗装置。
背景技术
由于激光技术的迅速发展，已经可以利用超强激光脉冲与固体靶相互作用产生高能离子束，这使得建造新一代紧凑、造价相对低廉的小型化激光离子加速器成为可能。从而进一步促进了激光离子治疗、诊断等在医学方面的应用。
在癌症治疗中，使用了阳子线、重粒子线。该重粒子线的碳离子是主流。该碳离子由离子源生成，由多个加速器加速，照射到患者的患部。
发明内容
本发明提出一种具有对离子束进行多级加速的激光离子癌症治疗装置，以提高照射治疗的效果。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种激光离子癌症治疗装置，包括依次连接的激光离子源、线性加速器、取出设备、照射装置，取出设备取出由所述线性加速器加速的离子束，照射装置将由所述取出设备取出的离子束照射到照射对象，所述的激光离子源包括靶室，所述的靶室内固定设有绝缘支架，绝缘支架上设有贯通靶室两侧的激光通道，激光通道的一端设有固体靶，还包括激光器，激光器的激光从激光通道的另一端射入，固体靶与激光通道的另一端之间设有布气环，靶室外设有供气装置，所述的供气装置与布气环连通，布气环上设有出气孔，激光通道的一端连接有绝缘连接管，绝缘连接管的端部连接有高压连接管，高压连接管的端部连接有离子引出管，离子引出管延伸至靶室的外侧，离子引出管的端部与离子线性加速器连接。
本发明还进一步设置为，所述的布气环为圆环形，布气环内设有气体通道，供气装置与气体通道连通，出气孔与气体通道连通，出气孔朝向固体靶设置。
本发明还进一步设置为，所述的高压连接管由同轴设置的内管和外管构成，内管和外管径向间隔设置，内管由绝缘材料制成，外管由导电材料制成，内管和外管之间通过绝缘块连接，外管上设有高压接头。
本发明还进一步设置为，所述的激光器设置在靶室的外侧，激光器射出的激光与激光通道平行且与激光通道中的激光方向相反，激光器射出的激光经过反射镜一和反射镜二被导向激光通道，反射镜一设置在靶室外侧位于激光器射出激光的方向上，反射镜二设置于靶室内。
本发明还进一步设置为，所述的靶室的侧面上连接有真空管道，所述的真空管道的另一端通过匹配管道与真空泵相连。
本发明还进一步设置为，所述的供气装置内的气体为氦气或氮气或氩气。
本发明还进一步设置为，激光通道的另一端与布气环之间设有聚光透镜，聚光透镜中间设有供激光穿过的空间。
本发明还进一步设置为，所述的固定靶通过绝缘座与激光通道连接，绝缘座为环形，固体靶固定设置在绝缘座的中间位置。
本发明还进一步设置为，所述的线性加速器与取出设备之间还设有偏转电磁铁和凸轨电磁铁，偏转电磁铁的一端与线性加速器连接，偏转电磁铁的另一端与凸轨电磁铁的一端连接，凸轨电磁铁的另一端与取出设备连接，偏转电磁铁用于输送线性加速器的离子束，并使该离子束绕转而加速至规定的能量，凸轨电磁铁用于控制绕转而来的离子束错开其绕转轨道，还包括控制装置，控制所述凸轨电磁铁的励磁量，并且基于所述激光离子源的脉冲定时，控制所述凸轨电磁铁的励磁定时。
本发明的有益效果：
(1)本发明提供的一种激光离子癌症治疗装置，其从激光离子源出来的离子束，经过静电场、线性加速器、偏转电磁铁、凸轨电磁铁的多级加速后可加速至足够的能量，增大绕转电流值，而且能提高离子束的利用效率。
(2)本发明中激光器输出的激光脉冲经反射镜和聚光透镜后射向布气环，供气装置通过布气环施气，在主脉冲之前，预脉冲能部分地电离气体但由于衍射效应将发散掉；主脉冲前沿将进一步电离的气体产生近临界密度或低密度等离子体，并通过激光直接加速机制产生相对论电子，同时，由于相对论性自导引，依然是相对论强度的主脉冲继续与固体靶相互作用继续产生热电子。从而使得更大量电子分布在热电子能谱的高能尾部，在固体靶后形成更强的静电场，离子在该静电场中可以获得更高效率的加速，增大离子束能量，使离子束能获得更好的加速效果。
(3)本发明在离子线性加速器的入口附近设置高压连接管，高压连接管通电产生强烈的高频电场，在该区域中，通过高压连接管的大部分电子不能进入直线加速器的加速通道，离子和电子被有效地分离。
(4)本发明中激光器射出的激光经过2个反射镜的反射后进入激光通道，其结构设计合理，使得整个设备可被设计小巧便携。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明激光离子源的结构示意图；
图3为本发明高压连接管的结构示意图；
图4为本发明图2中的A部放大图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如下参考图1-4对本发明进行说明：
一种激光离子癌症治疗装置，包括依次连接的激光离子源、线性加速器93、取出设备310、照射装置311，取出设备310取出由所述线性加速器93加速的离子束，照射装置311将由所述取出设备310取出的离子束照射到照射对象，进行治疗。
激光离子源，从照射激光而产生的等离子体抽出离子束；线性加速器，对从所述激光离子源抽出的离子束进行加速；偏转电磁铁，输送所述线性加速器的离子束，使该离子束绕转而加速至规定的能量；凸轨电磁铁，每当所述离子束绕转而来就错开其绕转轨道；控制装置，控制所述凸轨电磁铁的励磁量，而且基于所述激光离子源的脉冲定时，控制所述凸轨电磁铁的励磁定时；取出设备，取出由所述同步加速器加速的离子束；以及照射装置，将由所述取出设备取出的离子束照射到照射对象。
所述的激光离子源包括靶室10，靶室10为真空密封设计，所述的靶室10内固定设有绝缘支架20，绝缘支架20上设有贯通靶室10两侧的激光通道30，激光通道30的一端设有固体靶40，还包括激光器50，激光器50的激光从激光通道30的另一端射入，固体靶40与激光通道30的另一端之间设有布气环60，靶室10外设有供气装置70，所述的供气装置70与布气环60连通，布气环60上设有出气孔80，激光通道30的一端连接有绝缘连接管90，绝缘连接管90的端部连接有高压连接管91，高压连接管91的端部连接有离子引出管92，离子引出管92延伸至靶室10的外侧，离子引出管92的端部与离子线性加速器93连接。
上述技术方案中，激光照射在布气环施加的惰性气体上，电离的气体产生近临界密度或低密度等离子体，并通过激光直接加速机制产生相对论电子，同时，由于相对论性自导引，依然是相对论强度的主脉冲继续与固体靶相互作用继续产生热电子。从而使得更大量电子分布在热电子能谱的高能尾部，在固体靶后形成更强的静电场，该静电场形成在绝缘连接管处，对离子进行预加速，被预加速的离子能更好的进入高压连接管，并在高压连接管中被筛选掉电子，离子再通过离子引出管进入到离子线性加速器，由于预加速的存在和高压连接管的存在，激光离子能获得更好的加速效果。
其中，所述的布气环60为圆环形，布气环60内设有气体通道94，供气装置70与气体通道94连通，出气孔80与气体通道94连通，出气孔80朝向固体靶40设置，出气孔80设有多个，并在布气环60周向上均匀分布，出气孔80朝向固体靶40设置更有利于气体汇聚在固体靶所在位置处。
其中，所述的高压连接管91由同轴设置的内管911和外管912构成，内管911和外管912径向间隔设置，内管911由绝缘材料制成，外管912由导电材料制成，内管911和外管912之间通过绝缘块913连接，外管912上设有高压接头914。
其中，所述的激光器50设置在靶室10的外侧，激光器50射出的激光与激光通道30平行且与激光通道30中的激光方向相反，激光器50射出的激光经过反射镜一95和反射镜二96被导向激光通道30，反射镜一95设置在靶室10外侧位于激光器50射出激光的方向上，反射镜二96设置于靶室10内。
上述技术方案中，通过反射镜来改变激光的入射方向，便于激光器位置的设计，使得整个设备的体积可被设计的小巧。
其中，所述的靶室10的侧面上连接有真空管道97，所述的真空管道97的另一端通过匹配管道98与真空泵99相连。
其中，所述的供气装置70内的气体为氦气或氮气或氩气。
其中，激光通道30的另一端与布气环60之间设有聚光透镜100，聚光透镜100中间设有供激光穿过的空间，通过聚光透镜来反射和汇聚激光束，提高激光束的入射效果，减少散射。
其中，所述的固体靶40通过绝缘座101与激光通道30连接，绝缘座101为环形，固体靶40固定设置在绝缘座101的中间位置。
其中，所述的线性加速器93与取出设备310之间还设有偏转电磁铁312和凸轨电磁铁313，偏转电磁铁312的一端与线性加速器93连接，偏转电磁铁312的另一端与凸轨电磁铁313的一端连接，凸轨电磁铁313的另一端与取出设备310连接，偏转电磁铁312用于输送线性加速器93的离子束，并使该离子束绕转而加速至规定的能量，凸轨电磁铁313用于控制绕转而来的离子束错开其绕转轨道，还包括控制装置，控制所述凸轨电磁铁313的励磁量，并且基于所述激光离子源的脉冲定时，控制所述凸轨电磁铁313的励磁定时。
使凸轨电磁铁与激光离子源的脉冲定时同步地进行励磁，励磁量恒定，错开励磁定时，由此改变了离子束所受的磁场。
这样根据本实施方式，通过凸轨电磁铁的励磁量恒定，错开励磁定时，从而能改变离子束所受的磁场，能进行多转入射。由此，能使绕转电流值提高，并使利用效率变高。
本发明的有益效果：
(1)本发明提供的一种激光离子癌症治疗装置，其从激光离子源出来的离子束，经过静电场、线性加速器、偏转电磁铁、凸轨电磁铁的多级加速后可加速至足够的能量，增大绕转电流值，而且能提高离子束的利用效率。
(2)本发明中激光器输出的激光脉冲经反射镜和聚光透镜后射向布气环，供气装置通过布气环施气，在主脉冲之前，预脉冲能部分地电离气体但由于衍射效应将发散掉；主脉冲前沿将进一步电离的气体产生近临界密度或低密度等离子体，并通过激光直接加速机制产生相对论电子，同时，由于相对论性自导引，依然是相对论强度的主脉冲继续与固体靶相互作用继续产生热电子。从而使得更大量电子分布在热电子能谱的高能尾部，在固体靶后形成更强的静电场，离子在该静电场中可以获得更高效率的加速，增大离子束能量，使离子束能获得更好的加速效果。
(3)本发明在离子线性加速器的入口附近设置高压连接管，高压连接管通电产生强烈的高频电场，在该区域中，通过高压连接管的大部分电子不能进入直线加速器的加速通道，离子和电子被有效地分离。
(4)本发明中激光器射出的激光经过2个反射镜的反射后进入激光通道，其结构设计合理，使得整个设备可被设计小巧便携。
以上所述的仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种激光离子癌症治疗装置，其特征在于：包括依次连接的激光离子源、线性加速器(93)、取出设备(310)、照射装置(311)，取出设备(310)取出由所述线性加速器(93)加速的离子束，照射装置(311)将由所述取出设备(310)取出的离子束照射到照射对象，所述的激光离子源包括靶室(10)，所述的靶室(10)内固定设有绝缘支架(20)，绝缘支架(20)上设有贯通靶室(10)两侧的激光通道(30)，激光通道(30)的一端设有固体靶(40)，还包括激光器(50)，激光器(50)的激光从激光通道(30)的另一端射入，固体靶(40)与激光通道(30)的另一端之间设有布气环(60)，靶室(10)外设有供气装置(70)，所述的供气装置(70)与布气环(60)连通，布气环(60)上设有出气孔(80)，激光通道(30)的一端连接有绝缘连接管(90)，绝缘连接管(90)的端部连接有高压连接管(91)，高压连接管(91)的端部连接有离子引出管(92)，离子引出管(92)延伸至靶室(10)的外侧，离子引出管(92)的端部与离子线性加速器(93)连接。
2.根据权利要求1所述的一种激光离子癌症治疗装置，其特征在于：所述的布气环(60)为圆环形，布气环(60)内设有气体通道(94)，供气装置(70)与气体通道(94)连通，出气孔(80)与气体通道(94)连通，出气孔(80)朝向固体靶(40)设置。
3.根据权利要求1所述的一种激光离子癌症治疗装置，其特征在于：所述的高压连接管(91)由同轴设置的内管(911)和外管(912)构成，内管(911)和外管(912)径向间隔设置，内管(911)由绝缘材料制成，外管(912)由导电材料制成，内管(911)和外管(912)之间通过绝缘块(913)连接，外管(912)上设有高压接头(914)。
4.根据权利要求2或3所述的一种激光离子癌症治疗装置，其特征在于：所述的激光器(50)设置在靶室(10)的外侧，激光器(50)射出的激光与激光通道(30)平行且与激光通道(30)中的激光方向相反，激光器(50)射出的激光经过反射镜一(95)和反射镜二(96)被导向激光通道(30)，反射镜一(95)设置在靶室(10)外侧位于激光器(50)射出激光的方向上，反射镜二(96)设置于靶室(10)内。
5.根据权利要求4所述的一种激光离子癌症治疗装置，其特征在于：所述的靶室(10)的侧面上连接有真空管道(97)，所述的真空管道(97)的另一端通过匹配管道(98)与真空泵(99)相连。
6.根据权利要求4所述的一种激光离子癌症治疗装置，其特征在于：所述的供气装置(70)内的气体为氦气或氮气或氩气。
7.根据权利要求4所述的一种激光离子癌症治疗装置，其特征在于：激光通道(30)的另一端与布气环(60)之间设有聚光透镜(100)，聚光透镜(100)中间设有供激光穿过的空间。
8.根据权利要求4所述的一种激光离子癌症治疗装置，其特征在于：所述的固体靶(40)通过绝缘座(101)与激光通道(30)连接，绝缘座(101)为环形，固体靶(40)固定设置在绝缘座(101)的中间位置。
9.根据权利要求4所述的一种激光离子癌症治疗装置，其特征在于：所述的线性加速器(93)与取出设备(310)之间还设有偏转电磁铁(312)和凸轨电磁铁(313)，偏转电磁铁(312)的一端与线性加速器(93)连接，偏转电磁铁(312)的另一端与凸轨电磁铁(313)的一端连接，凸轨电磁铁(313)的另一端与取出设备(310)连接，偏转电磁铁(312)用于输送线性加速器(93)的离子束，并使该离子束绕转而加速至规定的能量，凸轨电磁铁(313)用于控制绕转而来的离子束错开其绕转轨道，还包括控制装置，控制所述凸轨电磁铁(313)的励磁量，并且基于所述激光离子源的脉冲定时，控制所述凸轨电磁铁(313)的励磁定时。
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