CN110121791A - 超导线圈构造 - Google Patents

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Abstract

一种示例性粒子治疗系统包括：同步回旋加速器，和机架机架，其上安装有同步回旋加速器以围绕患者位置旋转以将同步回旋加速器相对于患者的治疗区域定位。同步回旋加速器包括具有线圈的磁体，该线圈接收电流并响应于电流产生磁场。磁场使得粒子在腔内进行对应于电流的能量的轨道式移动，并且线圈包括缠绕在一起的多个集成导体。集成导体包括：包含导电或超导材料的芯；缠绕在芯上的至少六个股线，至少六个股线中的每个包含超导材料。同步回旋加速器包括引出通道，以从腔内接收粒子并输出从腔内接收的粒子。

Description

超导线圈构造
技术领域
本公开大体上涉及超导线圈构造。
背景技术
超导磁体通过使电流通过一个或多个超导线圈来产生磁场。已知的超导线圈构造为，在每个集成导体中包括四个由铌-锡(Nb3Sn)制成的超导股线，其缠绕在非超导铜(Cu)中心股线上。在已知的超导线圈构造中，每个超导股线的直径为约0.8毫米(mm)，中心股线的直径约为0.33毫米。图1中示出了已知的四超导股线实施方案5的示例。
一个或多个超导股线中的缺陷会负面地影响临界电流(给定温度和(B)场下的最大超导体电流)。在某些情况下，这会影响磁体本身的操作。这些缺陷可能包括但不限于股线中的断裂或裂缝。股线可能特别容易在股线中的薄点处受损。
更具体地，线圈的每个股线可以从坯料挤出。该坯料包括铜结构，该铜结构由填充有超导细丝(例如Nb3Sn)的孔组成。在已知的构造中，股线中有61根细丝。为了制造超导股线，使用各种工艺纵向拉伸坯料，直到其直径在亚毫米范围内。细丝排列成六边形图案。参照图2，在挤出期间保持细丝11的六边形图案10，导致超导股线12具有如图所示的横截面。
还如图2所示，所得股线的某些部分14，15具有比股线的其他部分18，19更薄的铜结构17。这通常发生在六边形图案中的拐点，例如拐点20，21。与股线的较厚部分18，19相比，股线的那些较薄部分14，15可能更容易破裂。
发明内容
示例性超导线圈包括集成导体。一种集成导体包括：芯和围绕芯成线缆的至少六个股线，所述至少六个股线中的每一股线包括超导材料。示例性超导线圈可以单独或组合地包括以下特征中的一个或多个。
至少六个股线可以是六个股线。超导材料可包括铌-锡(Nb3Sn)。芯可包括由超导材料(例如铌-锡(Nb3Sn))构成的中心股线。芯可以包括导电但不是超导的中心股线，例如铜。芯可包括具有与至少六个股线不同直径的股线。芯可包括具有与至少六个股线相同直径的股线。芯可包括直径小于0.8mm的股线；芯可包括直径小于0.7mm的股线；或芯可包括直径小于0.6mm的股线。每个股线可具有由包含超导材料的细丝组成的横截面。细丝可以在包含多个拐点的几何图案内。在多个拐点中的每一个处可以不存在一个或多个细丝
示例性超导线圈由超导股线组成。超导股线具有包括导电支撑体的结构，所述导电支撑体具有通过导电支撑体纵向延伸的细丝。细丝包括超导材料，在超导股线的横截面中，细丝在由多个拐点组成的几何图案内。在多个拐点中的每一个处不存在一个或多个细丝。示例性超导线圈可以单独或组合地包括以下特征中的一个或多个。
几何图案可包括六边形形状。在六边形的每个拐点处可以不存在细丝。一个或多个细丝的数量可以是54。导电支撑体可以包括铜。超导材料可包括铌-锡(Nb3Sn)。股线可以是集成导体的一部分。集成导体可包括：芯；以及所述超导股线与其它超导股线缠绕在芯上，使得缠绕在芯上的超导股线的总数至少为6。芯可包括由超导材料构成的中心股。芯可包括中心股线，该中心股线由导电但不是超导的股线组成。芯可包括具有与至少六个股线不同直径的中心股线。芯可包括具有与至少六个股线相同直径的中心股线。相同的直径可以是小于0.7mm的直径。
示例性粒子治疗系统包括：同步回旋加速器，和机架，其上安装有同步回旋加速器以围绕患者位置旋转以将同步回旋加速器相对于患者的治疗区域定位。同步回旋加速器包括磁体，该磁体包括线圈以接收电流并响应于电流产生磁场。磁场使得粒子在腔内以对应于电流的能量在轨道上移动，并且线圈包括缠绕在一起的多个集成导体。集成导体包括：包括导电或超导材料的芯；缠绕在芯上的至少六个股线，至少六个股线中的每个包括超导材料。同步回旋加速器包括引出通道，以从腔接收粒子并输出从腔接收的粒子。
本公开中描述的两个或两个以上特征(包括在发明内容中所描述的那些特征)可组合以形成在此未具体描述的实施方案。
可以经由计算机程序产品来实现对在此描述的各种系统或其部分的控制，该计算机程序产品包括存储在一个或多个非暂时性机器可读存储介质上并且可在一个或多个处理设备(例如，微处理器、专用集成电路、诸如现场可编程门阵列的编程逻辑等)上执行的指令。在此描述的系统或其部分可以实现为设备、方法或电子系统，其可以包括一个或多个处理设备和计算机存储器以存储可执行指令以实现对所述功能的控制。
在附图和以下描述中阐述了一个或多个实施方案的细节。从说明书和附图以及权利要求，其他特征、目的和优点将是显而易见的。
附图说明
图1是用于超导线圈中的已知集成导体的横截面图；
图2是用于集成导体中的已知超导股线并因此超导线圈的横截面图；
图3是安装在反向线轴中的示例性超导线圈的横截面图；
图4是用于超导线圈的具有六乘一(6×1)构造的示例性集成导体的横截面图；
图5是用于集成导体中的示例性超导股线并且因此超导线圈的横截面图；
图6是使用在此所述类型的超导线圈的示例性粒子加速器的一部分的剖视图；
图7和8是粒子治疗系统的一部分的透视图，该粒子治疗系统包括使用在此所述类型的超导线圈的粒子加速器。
各附图中的相同附图标记表示相同元件。
具体实施方式
通常，超导体是元件或金属合金，当其冷却到低于阈值温度时，失去大部分(如果不是全部的话)电阻。结果，流过超导体的电流基本上不受阻碍。因此，超导线圈能够传导比相同尺寸的普通线大得多的电流。由于它们能够传导大量电流，超导线圈在电磁应用中是特别有用的。然而，在此描述的超导线圈不限于在电磁应用中使用，并且可以在任何适当的环境中使用。
通过缠绕集成导体以产生具有适当尺寸的线圈来形成示例性超导线圈。图3中示出了由多个缠绕的集成导体组成并且抵靠反向线轴25定位的示例性超导线圈24的横截面。在一些实施方案中，每个集成导体包括导电芯和至少六个围绕所述芯缠绕(拧成缆)或扭绞的股线。缠绕在芯周围的股线在此称为外股线，因为它们在芯外部，在一些实施方案中，芯和外股线都包括超导材料，因此当线圈低于超导材料的阈值温度时可以实现超导性。在一些实施方案中，外股线包括超导材料，并且芯由非超导材料(其可以是导电和导热的)制成。结果，当线圈低于阈值温度时，只有外股线可以实现超导，但芯不能。
股线的超导性也受到通过股线的电流的影响。也就是说，如果电流超过指定的量(称为临界电流)，则股线将不再是超导的。
在适用的情况下，可以在股线和芯中使用任何合适的超导材料。例如，超导材料可包括但不限于以下材料中的一种或多种，单独地或组合地：铌-锡/三铌-锡(Nb3Sn)、铌-钛(NbTi)、钒-镓(V3Ga)、铋锶钙铜氧化物(BSCCO)、钇钡铜氧化物(YBCO)或二硼化镁(MgB2)。在适用的情况下，芯中可包括任何适当的非超导材料。例如，在一些实施方案中，芯可以是铜(CU)导体。
图4示出了示例性集成导体30的横截面。如图所示，在该示例中，集成导体30包含围绕中心股线32(芯)拧成缆(例如，缠绕)的六个外股线31a至31。此构造在此称为6x1结构。6x1结构的特征是每个股线具有相同的直径。也就是说，中心股线32具有与每个外股线31a至31f相同的直径，并且每个外股线31a至31f具有相同的直径。如在此所述的，该构造可有助于用于制造集成导体的拧成缆的超导体的稳定性。在一示例中，每根股线，包括中心股线，具有0.64mm的直径；然而，如在此所示的，该值在其他实施方案中可以是不同的。
集成导体还包括通道34。通道34可以由铜或任何其他合适的例如导电材料制成。如图所示，拧成缆的股线-在该示例中为6×1结构35--紧密地配合在通道34内。然后用焊料36或其他适当的导电材料填充通道以产生集成导体。填充物质(例如焊料)的组成可以增加线圈的热稳定性和结构稳定性。
如上所述，在一些实施方案中，芯是具有与外股线相同的组成和结构的超导股线。因此，在这样的实施方案中，集成导体包括能够超导的七个股线，这可导致线圈的横截面超导区域的整体增加。这可能是有利的，因为它增加了线圈的载流能力。也就是说，中心股线还在超导温度下充当电流载体，从而相对于芯不是超导股线的实施方案和相对于具有图1的构造和与图4的构造相同的横截面区域的集成导体，该设计能增加可以穿过集成导体的电流量。
如上所述，在一些实施方案中，芯是非超导股线，其可具有与外股线相同或近似相同的几何形状，但具有不同的组成。例如，非超导股线可以由铜或铜合金制成，并且不包括超导材料。因此，在这样的实施方案中，超导线圈包括六股能够超导的股线，以及一个不具有超导性的股线。虽然对于相同尺寸的股线，六-超导股线实施方案的载流能力小于七-超导股线实施方案的载流能力(对于具有相同横截面积的两个集成导体)，六-超导股线实施方案可以具有比七-超导股线实施方案更多的结构稳定性和热稳定性。也就是说，由于铜本身不是超导体，铜提供结构稳定性，并且对于大电流的低电阻路径，在淬火的情况下，例如，当线圈的温度升高到超导阈值以上时导致超导性损失或者通过超导线圈的电流超过线圈的临界电流，导致超导性损失。此外，在操作期间，铜芯-是可以导电的和导热的-可以充当热导管以促进冷却并改善淬火期间的热传递。因此，相对于焊料增加通道横截面中的铜量促进了集成导体中的热稳定性。
尽管参照附图描述了6×1实施方案，但是任何适当数量的股线可包括在此所述的超导线圈的集成导体中。例如，超导线圈的实施方案可以包括围绕集成导体中的芯缠绕的五个、六个、七个、八个、九个、十个、十一个、十二个等。在存在多于或少于六个外股线的实施方案中，芯的直径不同于(例如，大于或小于)外股线的直径。芯本身可以是单股线或包括缠绕或扭绞在一起的多股线。如上所述，芯可以包括超导材料或仅由非超导材料构成。
在任何情况下，相对于已知的四-超导股线实施方案，超导股线的数量相对于已知的四超导股线实施方案的增加可以提高可靠性。例如，股线数量的增加导致电流分布在比已知的四-超导股线实施方案中更多的股线上。结果，与已知的四-超导股线实施方案相比，单个股线中的缺陷对电流的总体影响较小。也就是说，因为每个股线承载的总电流较小，所以一个股线的故障可以更容易地被其他股线补偿。
在一些实施方案中，股线数量的增加基本上不会增加具有在此所述构造的集成导体的尺寸。例如，集成导体可包括直径为0.7mm或更小，0.6mm或更小，0.5mm，0.4mm或更小，0.3mm或更小的股线等。因此，尽管可能存在比已知构造更多的股线(具有每个直径为0.8mm的四股)，但是股线更小，因此，集成导体的横截面积可以保持与已知的0.8mm股线构造相同。在图4的特定示例中，集成导体30的总横截面积与图1的已知实施方案的总横截面积相同或大约相同。因为集成导体的横截面积在一些实施方案中没有改变，通过缠绕多个这样的集成导体形成的线圈的尺寸(例如，横截面积)也可以不改变。
下表将已知的四-超导股线实施方案(4-股线设计)的示例线圈参数与六-超导股线实施方案(6-股线设计)的示例和七-超导股线实施方案(7-股线设计)的示例进行比较。六-超导股线实施方案和七-超导股线实施方案的参数仅是示例，并且本公开包括具有这些参数的不同值的其他设计。
如上表所示，已知的四-超导股线实施方案实际上具有比示例六-超导股线实施方案更大的横截面超导区域。因此，已知的四-超导股线实施方案可以具有比示例六-超导股线实施方案更大的载流能力(对于具有大致相同横截面积的线圈)。然而，就稳定性和操作可靠性而言，如在此所述，示例性六-超导股线实施方案具有优势。示例性七超导股线实施方案具有比已知的四超导股线实施方案更大的横截面超导面积，因此可具有比已知的四超导股线实施方案更大的载流能力(对于具有大致相同的横截面面积的导体)。
如上所述的，在此所述的集成导体被缠绕以产生超导线圈。对于不同的集成导体所描述的益处适于由其制造的超导线圈。也就是说，因为通过缠绕多个集成导体形成超导线圈，所以集成导体的增强的稳定性、可靠性、电流容量或其他益处也适用于所得的超导线圈。
在此描述的超导线圈实施方案可用于超导磁体中。例如，对于具有六-股线构造的集成导体，每个超导股线可以构造成在约4.2°K和约11特斯拉(T)磁场的操作条件下支持557安培(A)的临界电流。对于具有2000A的载流能力的六-股线实施方案，每股线承载约333A。对于具有3000A的载流能力的六-股线实施方案，每股线承载约500A。基于在此所述的原因，示例性七超导股线实施方案可以改善磁体的电磁性能。参考上表，磁体淬火期间的较低热点温度意味着六超导股线实施方案热稳定性更高。另一方面，缠绕有采用七超导股线实施方案的线圈的磁体可以在临界电流的较低部分下运行。
图5示出了示例性股线38的横截面，该股线38是集成导体的组件，并且也是在此所述的超导线圈的组件。示例股线38可以是外股线或芯股线。如在此所述，股线38从坯料挤出，该坯料具有与股线的横截面构造相同或基本相同的横截面构造。也就是说，在挤出过程中，原始坯料的横截面构造-在该实例中是由铜包围的超导细丝的六边形排列-保留在所得的挤出股线中。用于生产股线38的坯料包括纵向延伸穿过其的孔。这些孔填充有超导材料以产生图5的细丝39，细丝39纵向延伸通过坯料，并因此通过从其挤出的股线。超导材料可以是任何合适类型的超导材料，包括在此所述的那些。例如，每根细丝可以是或包括Nb3Sn。在一些实施方案中，每个细丝由相同类型的超导材料组成。
如图5所示，细丝39布置成使得它们在几何图案内，在图5的示例中，细丝布置在六边形图案内，其中细丝被六边形42包围(其在股线38的圆形横截面的圆周44内)。然而，在其他实施方案中，细丝可以布置在其他几何图案内，例如，在正方形、五边形、六边形等内。使用的几何图案可以取决于包含在股线中的细丝的数量。在该示例中，54(五十四)个细丝可以包含在六边形边界内的股内。如下所述，具有图5的基本六边形图案(或其他几何图案)的一些股线可包括较少的细丝，这可导致股线构造具有增强的抗开裂或断裂性。
更具体地，如图5所示，几何图案-在这种情况下为六边形图案-包括多个拐点，例如45和46。其他几何图案-多边形或非多边形，例如椭圆形，体育场馆和卵形-可能包含类似的拐点。拐点包括几何图案的点，在该点处发生曲率方向的变化。参照图2，如上所述，在已知的构造中，在大约六边形10的拐点的位置处，股线中的铜的量小于(例如，铜比其更薄)在沿着六边形的其他点处的，例如位置18和19，它们位于拐点之间。因为在拐点处的铜较少，所以在这些点处的结构支撑较少，因此，在这些点处，股线可能更容易破裂或其他损坏。
然而，图5的示例性股线在六边形42的全部或一些拐点处不包括细丝。在图5的示例中，在大约六边形的拐点(例如点45和46)的位置不包括细丝。因此，相对于例如图2所示的实施方案，六边形42的拐点处的铜的厚度增加，其包括在拐点处的细丝，在图5的示例中，在六边形42的每个拐点处都没有细丝；然而，在一些实施方案中，其中细丝在拐点处缺失，一个或多个其他拐点可包含细丝。在任何情况下，在一些实施方案中，在所有或其中一些拐点处没有细丝的股线可能不易于在那些点处开裂或断裂。也就是说，这些点处的额外铜可以增加这些点处的股线的结构稳定性和热稳定性，使得在那些点处不太可能存在断裂或裂缝。
如上所述，在一些实施方案中，至少在拐点处(例如45和46)不包括细丝。此外，也可以六边形的内部或周边处不存在一个或多个附加细丝。在示例性实施方案中，例如图5中所示的，在单独的股线中存在54根细丝，在几何图案(在该示例中为六边形)的拐点处不存在细丝。因此，六边形图案包围(例如，围绕)54个细丝，在一些实施方案中，54个细丝的尺寸和布置可以包括足够的超导材料，使得所得的股线带有足够的电流以支持在此描述的六个超导股线实施方案和七超导股线实施方案。在一些实施方案中，可修改几何形状以增加超导线圈的载流能力。
为了形成股线，例如股线38，将具有填充有超导细丝的孔(在该示例中为54个孔)的坯料挤出(例如，纵向拉伸)直至其具有适当的亚毫米直径，然而，在一些实施方案中，股线的横截面结构在挤出过程中得以保留。结果是，股线保持图5的横截面结构，包括以小于0.8mm的直径，如在此所述。
在一些实施方案中，细丝以股线布置成几何图案，使得相对于常规实施方案，每个细丝与横截面的圆周44之间的导电支撑体(例如，铜)的量变化增加。这可以通过例如在如上所述的几何图案的拐点处排除细丝，或通过股线中的其他细丝排列来实现。例如，细丝可以定位在同心圆上，该同心圆的直径从中心向外扩展。可以使用股线中任何适当的细丝构造来增加导电支撑体的量。
在此描述的示例性超导线圈可以在任何适当的上下文中使用。如上所述，示例性超导线圈可以结合到电磁体中，该电磁体是粒子治疗系统的粒子加速器(例如同步回旋加速器)的组件。
粒子加速器系统的一个示例是质子或离子治疗系统，其包含采用在此所述类型的超导线圈的磁体。示例性粒子治疗系统包括安装在机架上的粒子加速器-在该示例中为同步回旋加速器。机架使得加速器能够围绕患者位置旋转，以允许来自粒子加速器的粒子束击中患者的任何任意治疗区域。同样地，粒子加速器可以产生具有足够能量的粒子束，以从适当的旋转位置到达患者内的任何任意目标。由于机架围绕患者旋转，粒子加速器也围绕患者位置旋转。
在一些实施方案中，示例性同步回旋加速器具有高磁场超导电磁结构。因为给定动能的带电粒子的弯曲半径与施加到其上的磁场的增加成正比地减小，所以高磁场超导磁结构允许加速器相对小而轻。同步回旋加速器使用旋转角度均匀且随着半径的增加强度下降的磁场。在一些实施方案中，无论磁场的大小如何，都可以实现这种场形状。
图6示出了可以采用在此所述的超导线圈的示例性粒子加速器的部件50的横截面。在该示例中，粒子加速器(例如，同步回旋加速器)的部件50在其磁体中包括超导线圈52和53，该超导线圈52和53是具有在此所述的一个或多个特征的线圈，例如，关于图3至5。每个超导线圈52，53用于传导产生磁场(B)的电流。在一示例中，低温恒温器使用液氦(He)将每个线圈保持在超导温度，例如约4°开尔文(K)。磁轭55，56或更小的磁极片(未示出)位于低温恒温器内部，并限定其中粒子被加速的腔57的形状。磁垫片(未示出)可以穿过磁轭或磁极片以改变腔中磁场的形状和/或大小。
在该示例性实施方案中，粒子加速器包括粒子源59(例如，潘宁离子计-PIG源)以向腔提供电离的等离子体柱。氢气被电离以产生等离子体柱。电压源向腔提供射频(RF)电压，以加速粒子从等离子体柱进入腔的脉冲。腔中的磁场被成形为使得粒子在腔内轨道运动。在一些实施方案中，由超导线圈产生的磁场可以在4特斯拉(T)至20T的范围内，如在此所解释的。
如上所述的，在一示例中，粒子加速器是同步回旋加速器。因此，当从等离子体柱加速粒子时，RF电压扫过一系列频率以解决对粒子的相对论影响(例如，增加粒子质量)。通过使电流流过超导线圈产生的磁场，与腔的形状一起，使得从等离子体柱加速的粒子在腔内轨道加速。在其他实施方案中，可以使用除同步回旋加速器之外的粒子加速器。例如，回旋加速器、同步加速器、线性加速器等可以代替在此所述的同步回旋加速器。
在示例性同步回旋加速器中，磁场再生器(“再生器”)定位在腔的外侧附近(例如，在其内边缘处)以调节腔内的现有磁场，从而改变从等离子体柱加速的粒子的连续轨道的位置(例如，间距和角度)，使得最终粒子输出到通过低温恒温器的引出通道。再生器可以增加腔中某点处的磁场(例如，它可以在腔的一区域产生大约2特斯拉左右的磁场“凸起”)，从而使在该点处的粒子的每个连续轨道向外朝向引出通道的进入点进动，直到它到达引出通道。引出通道从腔接收从等离子体柱加速的粒子，并将来自腔的接收粒子作为粒子束输出。例如，引出通道可以包含磁体和其他结构，以将束引导出粒子加速器并朝向扫描或散射系统。
如上所述，超导线圈(主线圈)可以产生相对高的磁场。由主线圈产生的最大磁场可以在4T至20T或更大的范围内。
此外，超导线圈可以用于产生在上面没有具体列出的4T到20T(或更多或更小)范围内的磁场。每个超导线圈可以是在此如图3至5描述的类型的超导线圈。
在一些实施方案中，例如图6中所示的实施方案，相对大的铁磁磁轭55，56用作由超导线圈产生的杂散磁场的返回。在一些系统中，磁屏蔽环绕所述轭。返回磁轭和所述屏蔽在一起起到减少杂散磁场的作用，从而降低了杂散磁场对粒子加速器的操作产生不利影响的可能性。
在一些实施方案中，返回轭和屏蔽可以由有源(active)返回系统替换或增强。示例性有源返回系统包括一个或多个有源返回线圈，其在与通过主超导线圈的电流相反的方向上传导电流。在一些示例性实施方案中，存在用于每个超导线圈的有源返回线圈，例如，两个有源返回线圈-每个主超导线圈一个。每个有源返回线圈也可以是同心地围绕相应的主超导线圈的外部的超导线圈。因此，每个有源返回线圈可以是在此例如关于图3到5所述类型的线圈。
如上所述，电流在与通过主线圈的电流方向相反的方向上通过有源返回线圈。因此，通过有源返回线圈的电流产生的磁场的极性与主线圈产生的磁场极性相反。结果，由有源返回线圈产生的磁场能够至少减少由相应的主线圈产生的相对强的杂散磁场中的一些。
粒子加速器的引出通道的输出可包括一个或多个束整形元件，例如扫描系统或散射系统。扫描系统可用于扫描穿过辐射目标的至少一部分的粒子束。散射系统可用于散射施加到照射目标之前的射束。
通过将线圈安装在反向线轴中来维持线圈的几何形状，以施加恢复力，该恢复力抵抗线圈通电时产生的扭绞力。例如，图3示出了设置在反向线轴25中的超导线圈24。
粒子加速器可以是可变能粒子加速器。在一些实施方案中，粒子加速器被构造成通过改变粒子束加速的磁场来改变输出粒子束的能量。例如，可以将电流设置为多个值中的任何一个以产生相应的磁场。在示例实施方案中，一组或多组超导线圈接收可变电流以在腔中产生可变磁场。在一些示例中，一组线圈接收固定电流，而一组或多组其他线圈接收可变电流，使得由线圈组接收的总电流变化。在一些实施方案中，所有组的线圈都是超导的，在其他实施方案中，一些组的线圈(例如用于固定电流的组)是超导的，而其他组的线圈(例如用于可变电流的一组或多组线)是非超导的。超导线圈可以是在此关于图3至5描述的类型的超导线圈。
通常，磁场的大小与电流的大小是可成比例的。将线圈的总电流调节在预定范围内可以产生在相应的预定范围内变化的磁场，在一些示例中，电流的连续调节可以导致磁场的连续变化和连续的输出束能量的变化。或者，当以非连续的逐步方式调节施加到线圈的电流时，磁场和输出束能量也相应地以非连续(逐步)方式变化。磁场与电流的成比例可以允许相对精确地执行束能量的变化，尽管有时可以执行除输入电流之外的微小调整。
图7和8示出了包含安装在机架上的粒子加速器的粒子治疗系统60的示例的部件-在该示例中，同步回旋加速器包含一个或多个在此所述类型的超导线圈。在一些实施方案中，机架(未示出)是钢并且具有两个腿，所述腿安装成在位于患者的相对侧上的两个相应轴承上旋转。机架可以包括连接到每个腿的钢桁架，其长度足以跨越患者躺在其中的治疗区域并且在两端附连到机架的旋转腿。粒子加速器可以由钢桁架支撑。在题为“ChargedParticle Radiation Therapy”的美国专利No.7,728,311中描述了可以使用的机架构造的示例，其内容通过引用合并于此。
如图7和8所示，患者位置包括治疗床61。内部机架62相对于治疗床移动以引导束的输出64，并在到达患者之前使束成形。如图所示，内部机架是C形的，并且其运动与“外部”机架的运动一致，同步回旋加速器安装在该“外部”机架上。
通过适当的治疗控制电子设备(未示出)实现对外部和内部机架、治疗床、束整形元件和同步回旋加速器的控制以执行治疗过程。在这方面，可以使用硬件或硬件和软件的组合来实现对在此描述的粒子治疗系统及其各种特征的控制。例如，类似于在此描述的系统可以包括位于各个点的各种控制器和/或处理设备。中央计算机可以协调各种控制器或处理设备之间的操作。中央计算机、控制器和处理设备可以执行各种软件程序以实现测试和校准的控制和协调。
可以至少部分地使用一个或多个计算机程序产品来控制系统操作，所述计算机程序产品为例如有形地实施在一个或多个非暂时性机器可读介质中的一个或多个计算机程序，用于由一个或多个数据处理设备(例如，可编程处理器、计算机、多个计算机和/或可编程逻辑组件)执行，或控制其操作。
计算机程序可以用任何形式的编程语言编写，包括编译或解释语言，并且可以以任何形式部署，包括作为独立程序或作为模块、组件、子程序或其他适用于计算环境的单元。可以部署计算机程序以在一个计算机上或在一个站点或者分布在多个站点上并通过网络互连的多个计算机上执行。
与实现在此描述的粒子治疗系统的全部或部分操作相关联的动作可以由执行一个或多个计算机程序的一个或多个可编程处理器执行以执行在此描述的功能。全部或部分操作可以使用专用逻辑电路来实现，例如FPGA(现场可编程门阵列)和/或ASIC(专用集成电路)。
作为示例，适合于执行计算机程序的处理器包括通用和专用微处理器，以及任何类型的数字计算机的任何一个或多个处理器。通常，处理器将从只读存储区域或随机存取存储区域或两者接收指令和数据。计算机(包括服务器)的元件包括用于执行指令的一个或多个处理器和用于存储指令和数据的一个或多个存储区域设备。通常，计算机还将包括或可操作地耦合以从一个或多个机器可读存储介质接收数据或将数据传输到一个或多个机器可读存储介质，例如用于存储数据的大规模PCB，例如磁性、磁光盘或光盘。适用于实现计算机程序指令和数据的非暂时性机器可读存储介质包括所有形式的非易失性存储区域，包括例如半导体存储区域设备，例如EPROM、EEPROM和闪存存储区域设备；磁盘，例如内部硬盘或可移动磁盘；磁光盘；和CD-ROM和DVD-ROM磁盘。
在此使用的任何“电连接”可以暗示直接物理连接或有线或无线连接，其包括中间组件但是仍然允许电信号在连接的组件之间流动。除非另有说明，否则涉及允许信号流动的电路的任何“连接”是电连接，并且不管是否使用“电”字来修改“连接”，都不一定是直接物理连接。
可以在适当的粒子加速器(例如，同步回旋加速器)中以适当的组合再使用任何两个的实施方案。同样地，可以以适当的组合再使用任何两个实现的各个特征。
在此描述的示例性线圈不限于与粒子治疗系统一起使用或与在此所述的示例性粒子治疗系统一起使用。
可以组合在此描述的不同实施方案的元件以形成上面没有具体阐述的其他实施方案。可以将元件排除在此所述的过程、系统、装置等之外，而不会对其操作产生不利影响。各种单独的元件可以组合成一个或多个单独的元件以执行在此所述的功能。
在题为“Charged Particle Radiation Therapy”的美国专利No.7,728,311中描述了其中可以实施在此所述的示例性线圈的粒子治疗系统的另一示例性实施方案，其内容通过援引并入在此。通过援引并入的内容包括但不限于美国专利No.7,728,311中找到的同步回旋加速器和保持同步回旋加速器的机架系统的描述。
在此未具体描述的其他实施方案也在以下权利要求的范围内。

Claims (25)

1.一种超导线圈，包括：
集成导体，该集成导体包括：
芯；和
围绕芯的至少六个股线，该至少六个股线中的每个包括超导材料。
2.如权利要求1所述的超导线圈，其中所述至少六个股线是六个股线。
3.如权利要求1所述的超导线圈，其中所述超导材料包括铌-锡(Nb3Sn)。
4.如权利要求1所述的超导线圈，其中所述芯包括由超导材料组成的中心股线。
5.如权利要求1、权利要求4所述的超导线圈，其中所述中心股线包括铌-锡(Nb3Sn)。
6.如权利要求1所述的超导线圈，其中所述芯包括非超导中心股线。
7.如权利要求6所述的超导线圈，其中所述中心股线包括铜。
8.如权利要求1所述的超导线圈，其中所述芯包括具有与所述至少六个股线不同的直径的股线。
9.如权利要求1所述的超导线圈，其中所述芯包括具有与所述至少六个股线相同直径的股线。
10.如权利要求1所述的超导线圈，其中所述芯包括直径小于0.8mm的股线。
11.如权利要求1所述的超导线圈，其中所述芯包括直径小于0.7mm的股线。
12.如权利要求1所述的超导线圈，其中所述芯包括直径小于0.6mm的股线。
13.如权利要求1所述的超导线圈，其中每个股线具有由包含所述超导材料的细丝组成的横截面，所述细丝在包含多个拐点的几何图案内，并且其中在多个拐点的每处不存在一个或多个细丝。
14.一种由超导股线组成的超导线圈，超导股线具有包括以下的结构：
导电支撑体，具有纵向延伸通过导电支撑体的细丝，该细丝包括超导材料；
其中，在超导股线的横截面中，细丝在由多个拐点组成的几何图案内，并且其中在多个拐点中的每个处不存在一个或多个细丝。
15.如权利要求14所述的超导线圈，其中所述几何图案包括六边形形状，并且其中在所述六边形形状的每个拐点处不存在细丝。
16.如权利要求14所述的超导线圈，其中所述一个或多个细丝的数量是54。
17.如权利要求14所述的超导线圈，其中所述导电支撑体包括铜。
18.如权利要求14所述的超导线圈，其中所述超导材料包括铌-锡(Nb3Sn)。
19.如权利要求14所述的超导线圈，其中所述股线是集成导体的一部分，所述集成导体包括：
芯；和
所述超导股线与其他超导股线一起缠绕在芯上使得缠绕在所述芯上的超导股线的总数至少为6。
20.如权利要求19所述的超导线圈，其中所述芯包括由超导材料组成的中心股线。
21.如权利要求19所述的超导线圈，其中所述芯包括由非超导股线组成的中心股线。
22.如权利要求19所述的超导线圈，其中所述芯包括中心股线，该中心股线具有与所述至少六个股线不同的直径。
23.如权利要求19所述的超导线圈，其中所述芯包括中心股线，该中心股线具有与所述至少六个股线相同的直径。
24.如权利要求23所述的超导线圈，其中相同的直径为小于0.7mm。
25.一种粒子治疗系统，包括：
同步回旋加速器；和
机架，该机架上安装有同步回旋加速器以围绕患者位置旋转，以使同步回旋加速器相对于患者的治疗区域定位；
其中同步回旋加速器包括：
磁体，该磁体包括线圈，以接收电流并响应于该电流产生磁场，该磁场用于使粒子在腔内进行对应于所述电流的能量的轨道式移动，所述线圈包括多个缠绕在一起的集成导体，集成导体包括：
包含导电或超导材料的芯；和
缠绕在芯上的至少六个股线，该至少六个股线的每个包括超导材料；和
引出通道，以从腔内接收粒子并输出从腔内接收的粒子。
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