CN110246736B - 一种多页法拉第杯及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多页法拉第杯及测量方法，其中，多页法拉第杯包括金属层和绝缘层；总金属层的厚度大于质子束流能量的射程；第一厚度由质子束流的能量下限值决定；第k厚度由具有前k‑1厚度的金属层累积厚度对应的束流能量决定；质子束流的能量和能散的测量方法，包括：获取多页法拉第杯上的电荷分布曲线；取电荷分布曲线的峰值所在相邻三层金属层的电荷信号的对数，采用线性拟合方法，获取射程信号与射程、射程岐离信号与射程岐离间的关系；获取质子束流的能量与能散。本发明采用对数处理多路电荷信号，且多路电荷信号为各层金属层内的电荷积分，与高斯拟合法相比，获取的能量和能散精度更高；并且多页法拉第杯结构更紧凑。

Description

一种多页法拉第杯及测量方法

技术领域

本发明属于质子束流测量领域，更具体地，涉及一种多页法拉第杯及测量方法。

背景技术

在质子放疗加速器中，质子束的能量和能散决定了投递剂量的深度和形状，因此需要对束流的能量和能散进行精确测量。多页法拉第杯可以通过分析质子束流在多页法拉第杯内部的电荷分布曲线来获取能量与能散信息。因此，利用多页法拉第杯测量质子束能量与能散很方便。因此国外广泛采用多页法拉第杯对放疗加速器的质子束进行测量。

能量测量范围和多页法拉第杯金属板的层数是多页法拉第杯的两个核心参数。能量测量范围确定了一个多页法拉第杯的测量能力。对于用于治疗的质子放疗装备而言，质子束的能量范围通常为70MeV～250MeV，限制了多页法拉第杯的测量范围。常规的多页法拉第杯采用的金属层每一层厚度相等，多页法拉第杯的总厚度随能量上限的增加成指数增加。如果层厚设置较小以满足低能情况下的测量，则总层数将会很大(例如超过128层)。如果采用较厚的金属层，则低能情况下的分辨率就无法保证。因此一般情况下，一套多页法拉第杯的能量测量范围无法满足70MeV～250MeV。

通常的解决办法是在多页法拉第杯前放置不同厚度的预吸收体，质子束的能量降低到多页法拉第杯的测量范围之内，相当于将多页法拉第杯的能量测量范围拓展进行较宽。采用预吸收体的系统主要有两个缺点。1)测量系统占据较大空间。测量不同能量的束流时需要使用不同厚度的预吸收体。因此，系统要配备多个厚度的预吸收体以及相应的电动平移台。2)测量系统便携性差。由于附加了预吸收体及电动平移台，降低了测量系统的便携性。

在信号处理方面，常规的多页法拉第杯通常采用多路信号高斯拟合获取束流能量和能散。由于多路信号并非是高斯分布函数在各点的取值，而是高斯分布函数在相应金属层内的积分，因此在高斯拟合获得的结果误差很大，只有信号点数较多时拟合误差才可以忽略，但是点数较多意味着金属层厚度较薄、金属层总层数较多。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种多页法拉第杯及测量方法，旨在解决现有技术在可用信号通道数量较少时，高斯拟合误差较大导致对质子束能量和能散的测量准确性较差的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种多页法拉第杯，包括金属层和绝缘层；

绝缘层的尺寸大于等于金属层的尺寸大小；绝缘层的厚度使相邻金属层间具有绝缘性；

金属层的总层数小于预设的电子学通道数，且所有金属层的累积厚度大于待测质子束流能量的射程；

第一厚度对应第一金属层；第k厚度对应的金属层的层数大于1；

第一厚度为质子束流的能量下限值对应的质子束流能量的射程；

第二厚度为根据质子束流的能量下限值及能散获取的总射程岐离。

第n厚度为根据具有前n-1厚度的金属层累积厚度对应的束流能量以及能散获取的总射程岐离；从第一金属层开始，按照n从小到大的顺序，各金属层依次与绝缘层交错放置；

其中，n为大于2的整数。

优选地，金属层为铜箔；绝缘层为聚酰亚胺薄膜；

优选地，铜箔的尺寸为70mm×70mm；聚酰亚胺薄膜的尺寸为70mm×70mm；

本发明提供了一种多页法拉第杯的金属层的层数和厚度的测量方法，包括：

S1：根据质子束流在金属层的射程数据，获取质子束流的能量-射程模型；

S2：将待测第一质子束流的能量E₁作为质子束流的能量-射程模型的输入，获取第一质子束流的射程作为第一厚度；

其中，第一金属层的厚度为第一厚度；

S3：根据第k-1质子束流的能量，通过蒙特卡罗方法，获取第k-1质子束流对应的总射程岐离作为第k厚度；

第k-1质子束流的总射程岐离为能量引入的射程岐离和能散引起的射程岐离的方和根；

S4：根据电子学通道数，第t次更新具有第k厚度的金属层的层数为m_k，并计算具有前k厚度的金属层的累积厚度W_k；

S5：测量累积厚度W_k对应的第k质子束流的能量E_k；

S6：判断第k质子束流的能量E_k是否大于待测质子束流的能量上限值E_max；若是，转至步骤S7；否则，k＝k+1，t＝t+1；转至步骤S3；

S7：计算多页法拉第杯的金属层的层数，判断金属层的层数是否小于电子学通道数，如是，则具有k厚度的金属层的累积厚度W_k为多页法拉第杯的金属层的厚度，转至步骤S8；否则，t＝t+1；k＝2；转至步骤S4；

S8：记录第k质子束流的能量E_k和累积厚度W_k，并采用插值法，获取质子束流的能量-厚度模型；

其中，k≥2，t的初始值为1。

优选地，质子束流的能量-射程模型为：

R＝αE^p

其中，R为质子束流能量的射程；E为质子束流的能量；α，p为参数；

优选地，第k-1质子束流的能量与其对应的总射程岐离之间的关系为：

其中，σ为第k-1质子束流的总射程岐离；σ_k-1为第k-1质子束流的能量部分引入的射程岐离；E_k-1为第k-1质子束流的能量；δ_E为第k-1质子束流的能散；α，p为参数。

本发明提供了一种质子束流的能量和能散的测量方法，包括：

S1：将待测质子束流注入多页法拉第杯，根据多页法拉第杯各金属层上的电荷量，获取电荷分布曲线；

S2：获取电荷分布曲线的峰值所在金属层以及其相邻的两金属层的电荷信号Q_i，i＝1,2,3；

S3：对相邻三层金属层的电荷信号Q_i取对数，获取射程信号和射程岐离信号；

S4：采用线性拟合方法，获取射程信号与射程的关系、射程岐离信号与射程岐离的关系；

S5：根据射程获取质子束流的能量，且根据射程岐离获取质子束流的能散。

优选地，射程信号为：

射程岐离信号为：

其中，R_ln(σ,δ)为射程信号；S_ln(σ,δ)为射程岐离信号；σ为总射程岐离；δ为射程位置相对峰值所在金属层中心位置的偏移；Q₂为电荷分布曲线的峰值所在金属层的电荷信号，Q₁和Q₃分别为峰值所在金属层的相邻金属层的电荷信号。

优选地，质子束流的能量与射程的关系为：

R＝αE^p

其中，R为质子束流能量的射程；E为质子束流的能量；α，p为参数。

优选地，质子束流的能散为：

其中，R为质子束流的射程；σ₀为能散引起的射程岐离；p为参数。

通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下

有益效果：

1、本发明提出一种多页法拉第杯及测量方法，在低能时采用较薄的金属层，在高能时采用较厚的金属层，因此降低多页法拉第杯的总层数，同时在不同能量范围内均能满足测量分辨率相比高斯拟合法，本发明采用对数处理技术获取质子束流的能量和能散，其中，对数处理技术为将多页法拉第杯测量待测质子束流时所获取的多路电荷信号值分别取自然对数，然后对其进行代数运算获取待测质子束流的能量和能散；常规的高斯拟合法是对多路电荷信号值进行高斯拟合获取质子束流的能量和能散，由于多路电荷信号值并非是高斯分布函数在各点的取值，而是高斯分布函数在相应金属层内的积分，因此，高斯拟合获取的结果误差较大，本发明采用对数处理技术利用多路电荷信号值是高斯分布在各层金属层内的积分，与高斯拟合法相比获取的能量和能散精度更高。

2、本发明提出的变厚度多页法拉第杯装置，与采用预吸收体结构的多页法拉第杯相比，结构更加紧凑，使用更加方便。与常规的采用预吸收体结构的多页法拉第杯不同，普通的多页法拉第杯由于能量测量范围小，必须结合不同厚度的预吸收体以便将多页法拉第杯的能量测量范围拓宽到较大范围。本发明在低能时采用较薄的金属层，在高能时采用较厚的金属层，因此在满足较高测量分辨率的同时多页法拉第杯的总层数也得到了限制，不再需要预吸收体，因此，其结构更加紧凑。采用预吸收体的装置需要使用一套电动平移台，而本发明提出的变厚度多页法拉第杯不需要预吸收体。因此本发明提出的装置不需要电动平移台，使用更加方便。

附图说明

图1是本发明提供的多页法拉第杯的金属层的层数和厚度的测量方法示意图；

图2是本发明提供的一种质子束流的能量和能散的测量方法示意图；

图3是本发明提供的多页法拉第工作原理示意图；

图4是本发明提供的电荷沉积分布曲线峰值与金属层的位置示意图；

图5是本发明提供的射程为0时，射程岐离信号与射程岐离的变化及线性拟合；

图6是本发明提供的不同射程岐离时，归一化射程岐离信号随位置的变化；

图7是本发明提供的不同射程岐离时，射程信号随射程的变化；

图8是本发明提供的射程信号灵敏度随射程岐离的变化。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供了一种多页法拉第杯，包括金属层和绝缘层；

绝缘层的尺寸大于等于金属层的尺寸大小；绝缘层的厚度使相邻金属层间具有绝缘性；

金属层的总层数小于预设的电子学通道数，且所有金属层的累积厚度大于待测质子束流能量的射程；

第一厚度对应第一金属层；第n厚度对应的金属层的层数大于1；

第一厚度为质子束流的能量下限值对应的质子束流能量的射程；

第二厚度为根据质子束流的能量下限值获取的总射程岐离。

第n厚度为根据具有前n-1厚度的金属层累积厚度对应的束流能量获取的总射程岐离；第三厚度为根据具有第一厚度的金属层和具有第二厚度的金属层累积厚度对应的束流能量获取的总射程岐离；以此类推，

第n厚度为根据具有前n-1厚度的金属层累积厚度对应的束流能量获取的总射程岐离；

从第一金属层开始，按照n从小到大的顺序，各金属层依次与绝缘层交错放置；

其中，n为大于2的整数；

总射程岐离包括束流能量引入的射程岐离以及能散引入的射程岐离；

优选地，金属层为铜箔；绝缘层为聚酰亚胺薄膜；

优选地，铜箔的尺寸为70mm×70mm；聚酰亚胺薄膜的尺寸为70mm×70mm；

质子束流能量的射程与质子束流的能量之间的关系为：

R＝αE^p

其中，R为质子束流能量的射程；E为质子束流的能量；α，p为参数；

具体地，第一厚度为质子束流的能量下限值对应的质子束流能量的射程；

具体地，第二厚度为根据质子束流的能量下限值获取的质子束流的总射程岐离；

总射程岐离与质子束流的能量下限值的关系为：

其中，σ为质子束流的总射程岐离；σ₀为质子束流的能量下限值对应的质子束流的射程岐离；E₀为质子束流的能量下限值；δ_E为质子束流的能量下限值对应的能散；α，p为参数。

如图1所示，本发明提供了一种多页法拉第杯的金属层的层数和厚度的测量方法，包括：

S1：根据质子束流在金属层的射程数据，获取质子束流的能量-射程模型；

S2：将待测第一质子束流的能量E₁作为质子束流的能量-射程模型的输入，获取第一质子束流的射程作为第一厚度；其中，第一金属层的厚度为第一厚度；

S3：根据第k-1质子束流的能量，通过蒙特卡罗方法，获取第k-1质子束流对应的总射程岐离作为第k厚度；

第k-1质子束流的总射程岐离为能量引入的射程岐离和能散引起的射程岐离的方和根；

S4：根据电子学通道数，第t次更新具有第k厚度的金属层的层数为m_k，并计算具有前k厚度的金属层的累积厚度W_k；

S5：测量累积厚度W_k对应的第k质子束流的能量E_k；

S6：判断第k质子束流的能量E_k是否大于待测质子束流的能量上限值E_max；若是，转至步骤S7；否则，k＝k+1，t＝t+1；转至步骤S3；

S7：计算多页法拉第杯的金属层的层数，判断金属层的层数是否小于电子学通道数，如是，则具有前k厚度的金属层的累积厚度W_k为多页法拉第杯的金属层的厚度，转至步骤S8；否则，t＝t+1；k＝2；转至S4；

S8：记录第k质子束流的能量E_k和累积厚度W_k，并采用插值法，获取质子束流的能量-厚度模型；

其中，k≥2，t的初始值为1。

实施例1

本实施例能够测量的质子束流的能量为70MeV～250MeV，动量散度大于0.3％的质子束流的能量和能散的多页法拉第杯结构。

优选地，多页法拉第杯的金属层材料为铜箔；

铜箔的层数和铜箔的厚度测量方法如下：

S1：根据表1所示的质子束流的能量与在铜箔的射程数据，拟合质子束流的能量-射程模型的参数；

质子束流的能量-射程模型为：

R＝αE^p

其中，R为质子束流能量的射程；E为质子束流的能量；α，p为参数；

表1

S2：将待测质子束流的能量下限值70MeV作为质子束流的能量-射程模型的输入，获取质子束流的射程作为第一厚度6.7mm，对应68MeV以下的能量的质子束流不会进入第二层铜箔；

根据σ₁＝0.0116R₁ ^0.907、R₁＝αE₁ ^p、

计算待测质子束流的能量下限值对应的射程岐离σ₁，以及动量散度为0.3％质子束流的总射程岐离σ，利用d₂＝2σ计算对应深度处铜箔的第二厚度上限；

表1列出了能量间隔为10MeV，共19个点的计算结果示例；其中，σ₁为待测质子束流的能量下限值对应的射程岐离；R₁为待测质子束流的能量下限值70MeV对应的射程；σ_E为质子束流的能量标准差，满足

γ为质子束流的相对能量；δ_P为质子束流的动量散度；E₁为待测质子束流的能量下限值70MeV；

S3：设置具有第二厚度的铜箔的层数为m₂，以第二层铜箔为例，70MeV对应的第二厚度d₂为0.22mm；本实施例取d₂为0.2mm，m₂设置为20，m₂的值可以设置为其他值，例如10；

计算具有第一厚度的金属层和具有第二厚度的铜箔的累积厚度W₂，例如采用20层0.2mm铜箔后，W₂＝6.7+0.2×20＝10.7mm；

S4：测量累积厚度W₂＝10.7mm对应的第二质子束流的能量E₂＝88.5MeV；

S5：如表2所示，判断第二质子束流的能量E₂＝88.5MeV小于待测质子束流的量上限值E_max＝250MeV；根据第二质子束流的能量，通过蒙特卡罗方法，获取待测质子束流的总射程岐离作为第三厚度，相同的原理，重复S3～S6，直至第k质子束流的能量E_k大于待测质子束流的能量上限值E_max，计算多页法拉第杯的铜箔层数，本实施例中，总层数为101层；

表2

判断总层数101是否超过了电子学通道数，如超过，则重新设置具有第二厚度、第三厚度等的铜箔数；

记录第k质子束流的能量E_k和累积厚度W_k，并采用插值法，获取质子束流的能量-厚度模型；

本发明提出的变厚度多页法拉第杯装置，与采用预吸收体结构的多页法拉第杯相比，结构更加紧凑，使用更加方便。与常规的采用预吸收体结构的多页法拉第杯不同，普通的多页法拉第杯由于能量测量范围小，必须结合不同厚度的预吸收体以便将多页法拉第杯的能量测量范围拓宽到较大范围。本发明在低能时采用较薄的金属层，在高能时采用较厚的金属层，因此在满足较高测量分辨率的同时多页法拉第杯的总层数也得到了限制，不再需要预吸收体。因此，其结构更加紧凑。采用预吸收体的装置需要使用一套电动平移台，而本发明提出的变厚度多页法拉第杯不需要预吸收体。因此本发明提出的装置不需要电动平移台，使用更加方便。

如图2所示，本发明提供了一种质子束流的能量和能散的测量方法，包括：

S1：将待测质子束流注入多页法拉第杯，根据多页法拉第杯各金属层上的电荷量，获取电荷分布曲线；

S2：取电荷分布曲线的峰值所在金属层相邻的两层金属，获取相邻三层金属层的电荷信号Q_i，i＝1,2,3；

S3：对相邻三层金属层的电荷信号取对数，获取射程信号和射程岐离信号；

S4：采用线性拟合方法，获取射程信号与射程的关系、射程岐离信号与射程岐离的关系；

S5：根据射程获取质子束流的能量，且根据射程岐离获取质子束流的能散。

优选地，射程信号为：

射程岐离信号为：

其中，R_ln(σ,δ)为射程信号；S_ln(σ,δ)为射程岐离信号；σ为总射程岐离；δ为射程位置相对峰值所在金属层中心位置的偏移；Q₂为所述的电荷分布曲线的峰值所在金属层的电荷信号，Q₁和Q₃分别为峰值所在金属层的相邻金属层的电荷信号；

优选地，射程岐离信号S_ln(σ,δ)与总射程岐离σ间的关系为：

S_ln＝0.9447σ+0.1052

优选地，以多页法拉第杯起始位置为坐标原点，质子束流的射程为：

其中，x₀为电荷分布曲线的峰值所在金属层的中心位置；K_δ为射程信号灵敏度，R为质子束流能量的射程；

优选地，质子束的能量与射程的关系为：

R＝αE^p

其中，R为质子束流能量的射程；E为质子束流的能量；α，p为参数。

优选地，质子束流的能散为：

其中，R为质子束流的射程；σ₀为能散引起的射程岐离；p为参数。

实施例2

S1：将待测质子束流注入多页法拉第杯，根据多页法拉第杯各金属层上的电荷量，获取电荷分布曲线；

图3是多页法拉第杯测量质子束流的能量和能散的原理示意图，当质子束流进入多页法拉第杯后，多路电流计采集金属层上沉积的电荷量，获取电荷分布曲线；

以电荷分布曲线中峰值所在金属层的中心为坐标原点，x代表距坐标点的水平距离，y轴代表金属层中的电荷量，由于电荷分布曲线服从高斯分布，记为：

其中，Q(x)为电荷分布曲线；q₀为待测质子束流注入多页法拉第杯的总电荷量；δ为射程位置相对峰值所在金属层中心位置的偏移；σ为待测质子束流的射程岐离；

S2：取电荷分布曲线的峰值所在金属层相邻的两层金属，获取相邻三层金属层的电荷信号Q_i，i＝1,2,3；

如图4所示，在电荷分布曲线的峰值所在金属层的相邻左右两边各一金属层，总共三层金属层作为研究对象，三层金属层的电荷强度分别为Q₁、Q₂和Q₃，为了便于研究，图中取金属层的厚度为1mm，绝缘层的等效铜厚度为1μm(相比于金属层的厚度可忽略不计)，因此，可认为金属层是连接在一起的；

则三层金属层的信号强度分别为：

其中，erf(x)为误差函数，

其中，δ∈[-0.5，0.5]

S3：本实施例通过对数处理技术，获取射程信号和射程岐离信号；

其中，R_ln(σ,δ)为射程信号；S_ln(σ,δ)为射程岐离信号；

S4：采用线性拟合方法，获取射程信号与射程的关系、射程岐离信号与射程岐离的关系；

如图5所示，取质子束流的总射程岐离σ＝0.4mm～1.6mm，间隔0.1共13个点，利用

计算S_ln(σ,δ)，由结果可知，射程岐离信号S_ln(σ,δ)与总射程岐离σ之间满足线性关系，采用线性拟合，可得：

S_ln＝0.9447σ+0.1052

如图6所示，取质子束流的总射程岐离σ＝0.4mm～1.6mm，间隔0.1共13个点，利用δ对归一化射程岐离信号的影响，即：不同δ的射程岐离信号与δ＝0时的射程岐离信号之比，由结果可知，当σ≥0.5mm时，δ对射程岐离信号的影响不超过2％，因此，采用S_ln(σ,0)代替S_ln(σ,δ)引入的S_ln(σ,δ)误差不超过2％；

如图7所示，取δ∈(-0.5，0.5)，间隔0.05，共21个点，在σ＝0.4mm、0.8mm、1.2mm和1.6mm情况下，按照

计算射程信号R_ln(σ,δ)，由结果可知，射程信号R_ln(σ,δ)与δ之间满足正比例关系：R_ln＝K_δ×δ；其中，K_δ为射程信号灵敏度；

图8是射程信号灵敏度K_δ与σ的关系，从图8可知，K_δ的理想值为2，当σ≥0.5mm，K_δ的误差小于1％，为进一步减小K_δ的误差，利用

获取质子束流的总射程岐离σ：

σ＝1.0583S_In+0.1113

再利用图8的数据插值获取K_δ；

以多页法拉第杯起始位置为坐标原点，质子束流的射程为：

其中，x₀为电荷分布曲线的峰值所在金属层的中心位置；K_δ为射程信号灵敏度，R为质子束流能量的射程；插值得到的K_δ精度较高，因此射程R的精度主要取决于铜箔的厚度误差；

S5：根据射程和射程岐离获取质子束流的能量与能散；

利用插值法，根据公式R₁＝αE₁ ^p，获取质子束流的射程R₁与单能质子束流的能量E₁；

获取质子束流的射程与单能质子束射程岐离之间的关系：

σ₁＝0.0116R₁ ^0.907

根据公式σ＝1.0583S_In+0.1113获取σ，得到能散引起的射程岐离σ₀：

根据上面获取的能散引起的射程岐离σ₀以及单能质子束流的能量E₁，获取质子束流的能散δ_E为：

相比高斯拟合法，本发明采用对数处理技术获得的能量和能散精度更高。对数处理技术是将多页法拉第杯测量待测质子束流时所获得的多路电荷信号值分别取自然对数，然后对其进行代数运算获得待测质子束流的能量和能散。常规的高斯拟合法是对多路电荷信号值进行高斯拟合获得质子束流的能量和能散。由于本发明中的多路电荷信号并非是高斯分布函数在各点的取值，而是高斯分布函数在相应金属层内的积分，因此高斯拟合获得的结果误差很大。对数处理技术利用了多路电荷信号值是高斯分布在各层金属层内的积分特征，因此与高斯拟合法相比获得的能量和能散精度更高。另外，对数处理技术仅需3路较强信号即可，相比高斯拟合法，可以采用更厚的金属层，从而可以降低多页法拉第杯的总层数。

本领域的技术人员容易理解，以上所述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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种多页法拉第杯，其特征在于，包括金属层和绝缘层；

所述绝缘层的尺寸大于等于金属层的尺寸大小；所述绝缘层的厚度使相邻金属层间具有绝缘性；

金属层的总层数小于预设的电子学通道数，且所有金属层的累积厚度大于待测质子束流能量的射程；

第一厚度对应第一金属层；第n厚度对应的金属层的层数大于1；

所述第一厚度为质子束流的能量下限值对应的质子束流能量的射程；

第二厚度为根据质子束流的能量下限值以及能散获取的总射程岐离；

第n厚度为根据具有前n-1厚度的金属层累积厚度对应的束流能量以及能散获取的总射程岐离；

从第一金属层开始，按照n从小到大的顺序，各金属层依次与绝缘层交错放置；其中，n为大于2的整数。

2.根据权利要求1所述的多页法拉第杯，其特征在于，所述金属层为铜箔；所述绝缘层为聚酰亚胺薄膜。

3.基于权利要求1所述的多页法拉第杯的金属层的层数和厚度的测量方法，其特征在于，包括：

(1)根据质子束流在金属层的射程数据，获取质子束流的能量-射程模型；

(2)将待测第一质子束流的能量E₁作为所述质子束流的能量-射程模型的输入，获取第一质子束流的射程作为第一厚度；

其中，第一金属层的厚度为第一厚度；

(3)根据第k-1质子束流的能量，通过蒙特卡罗方法，获取第k-1质子束流对应的总射程岐离作为第k厚度；

(4)根据电子学通道数，第t次更新具有第k厚度的金属层的层数为m_k，并计算具有前k厚度的金属层的累积厚度W_k；

(5)测量累积厚度W_k对应的第k质子束流的能量E_k；

(6)判断第k质子束流的能量E_k是否大于待测质子束流的能量上限值E_max；若是，转至步骤(7)；否则，k＝k+1，t＝t+1；转至步骤(3)；

(7)计算多页法拉第杯的金属层的层数，判断金属层的层数是否小于电子学通道数，如是，则具有k厚度的金属层的累积厚度W_k为多页法拉第杯的金属层的厚度，转至步骤(8)；否则，t＝t+1；k＝2；转至步骤(4)；

(8)记录第k质子束流的能量E_k和累积厚度W_k，并采用插值法，获取质子束流的能量-厚度模型；

其中，k≥2，t的初始值为1。

4.根据权利要求3所述的测量方法，其特征在于，所述质子束流的能量-射程模型为：

R＝αE^p

其中，R为质子束流能量的射程；E为质子束流的能量；α，p为参数。

5.根据权利要求3或4所述的测量方法，其特征在于，所述第k-1质子束流的能量与其对应的总射程岐离之间的关系为：

其中，σ为第k-1质子束流的总射程岐离；σ_k-1为第k-1质子束流的能量部分引入的射程岐离；E_k-1为第k-1质子束流的能量；δ_E为第k-1质子束流的能散；α，p为参数。

6.基于权利要求1所述的多页法拉第杯的一种质子束流的能量和能散的测量方法，其特征在于，包括：

S1：将待测质子束流注入多页法拉第杯，根据多页法拉第杯各金属层上的电荷量，获取电荷分布曲线；

S2：获取电荷分布曲线的峰值所在金属层以及其相邻的两金属层的电荷信号Q_i，i＝1,2,3；

S3：对相邻三层金属层的电荷信号Q_i取对数，获取射程信号和射程岐离信号；

S4：采用线性拟合方法，获取射程信号与射程的关系、射程岐离信号与总射程岐离的关系；

S5：根据射程获取质子束流的能量，且根据总射程岐离获取质子束流的能散；

其中，所述质子束流的能量为高斯分布。

7.根据权利要求6所述的测量方法，其特征在于，所述射程信号为：

所述射程岐离信号为：

其中，R_ln(σ,δ)为射程信号；S_ln(σ,δ)为射程岐离信号；σ为总射程岐离；δ为射程位置相对峰值所在金属层中心位置的偏移；Q₂为电荷分布曲线的峰值所在金属层的电荷信号，Q₁和Q₃分别为峰值所在金属层的相邻金属层的电荷信号。

8.根据权利要求6或7所述的测量方法，其特征在于，所述质子束流的能量与射程的关系为：

R＝αE^p

其中，R为质子束流能量的射程；E为质子束流的能量；α，p为参数。

9.根据权利要求6或7所述的测量方法，其特征在于，所述质子束流的能散为：

其中，R为质子束流的射程；σ₀为能散引起的射程岐离；p为参数。

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