CN116017836A - 一种医用小型回旋加速器真空室结构 - Google Patents

一种医用小型回旋加速器真空室结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种医用小型回旋加速器真空室结构,包括:上盖板、下盖板、上磁极、下磁极和真空盒;所述上盖板和下盖板呈碗状,所述上盖板设置于下盖板上,内部形成柱状空间;所述上磁极设置于上盖板内壁中心处;所述下磁极设置于下盖板内壁中心处;所述真空盒顶端设置于上磁极外侧;所述真空盒底端设置于下磁极外侧。本发明中上部分真空盒环和下部分真空盒环分别与上磁极和下磁极加工成一体,作为磁极的一部分,且不需要进行额外的密封设计。上述设计,不仅在不增加磁极半径和线圈电流的情况下,减缓了平均磁场的下降,提高了加速器的引出束流能量,而且大大缩小了真空盒整体铝材环的高度,很大程度上降低加工成本。

Description

一种医用小型回旋加速器真空室结构
技术领域
本申请涉及医用小型回旋加速器技术领域,例如涉及一种医用小型回旋加速器真空室结构。
背景技术
市场上现在大量医用小型回旋加速器产品,主要用于生产PET或SPECT医用放射性核素。作为商品机,建造和运行成本的控制是医用小型回旋加速器研发的重要考量因素。
医用小型回旋加速器是一种质子加速的装置,主要作用是把低能质子加速到10~20MeV能量后引出加速器外。医用小型回旋加速器主要由磁铁、高频腔、真空盒、线圈组成;磁铁在线圈励磁作用下产生磁场,质子在磁场中作旋转运动,每次通过高频腔获得能量,因而质子随着能量(或动量)的增加旋转运动的半径越来越大,根据基本的电动力学知识有:
P=q×B×r
其中,P为粒子的动量,q为粒子所带电荷量,B磁铁在加速器中心平面产生的磁场,r为粒子旋转的半径。因而,质子在磁铁中的运动整体上呈螺旋运动,加速器最大的加速能量由大半径的最大磁场决定。粒子到达磁极边缘后,因磁场下降过快而不能继续保持稳定运动而必须被引出。显然,为了避免加速过程中的粒子与气体分子碰撞带来粒子在加速过程中的损失,整个加速环境必须为真空环境,真空盒发挥了隔绝真空和大气环境的作用。真空盒一般为一圆柱环,装在磁极外的上下盖板间,与上下盖板间以O圈密封。
常规的医用小型回旋加速器中,真空盒为一纯铝环,磁极高度较高,存在磁极边缘场下降过快的问题,为了提高引出质子能量,要么提升磁极半径、要么增加线圈电流,两者均会带来建造和运行成本的增加,而成本控制是小型回旋加速器非常关注的问题。
发明内容
为了对披露的实施例的一些方面有基本的理解,下面给出了简单的概括。所述概括不是泛泛评述,也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围,而是作为后面的详细说明的序言。
本公开实施例提供一种医用小型回旋加速器真空室结构,包括:上盖板、下盖板、上磁极、下磁极和真空盒;
所述上盖板和下盖板呈碗状,所述上盖板设置于下盖板上,内部形成柱状空间;
所述上磁极设置于上盖板内壁中心处;
所述下磁极设置于下盖板内壁中心处;
所述真空盒顶端设置于上磁极外侧;
所述真空盒底端设置于下磁极外侧。
更进一步地,所述真空盒包括中间部分真空盒环、上部分真空盒环和下部分真空盒环;
所述上部分真空盒环固定在上磁极的外侧,所述下部分真空盒环固定在下磁极的外侧,所述上部分真空盒环的底端和下部分真空盒环的顶端与中间部分真空盒环抵接。
更进一步地,所述中间部分真空盒环与上部分真空盒环的连接处设置有上O型密封圈,所述中间部分真空盒环与下部分真空盒环的连接处设置有下O型密封圈。
更进一步地,所述上部分真空盒环和下部分真空盒环为电工纯铁材料,所述中间部分真空盒环为铝材料。
更进一步地,所述上部分真空盒环与上磁极一体加工成型,所述下部分真空盒环与下磁极一体加工成型。
更进一步地,所述中间部分真空盒环、上磁极和下磁极之间形成高频腔。
更进一步地,所述中间部分真空盒环上设置有引出口。
更进一步地,所述上部分真空盒环和下部分真空盒环的外侧均设置有线圈。
更进一步地,所述上磁极和下磁极为圆形。
更进一步地,所述中间部分真空盒环为圆筒状。
本公开实施例提供的一种医用小型回旋加速器真空室结构,可以实现以下技术效果:
上部分真空盒环和下部分真空盒环分别与上磁极和下磁极加工成一体,作为磁极的一部分,不需要进行密封,上述设计,不仅减缓了平均磁场的下降,而且在不增加加速器规模的情况下提高了加速器的引出束流能量,同时也减小了真空盒铝材环的高度,降低加工成本。
以上的总体描述和下文中的描述仅是示例性和解释性的,不用于限制本申请。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说明,这些示例性说明和附图并不构成对实施例的限定,附图中具有相同参考数字标号的元件示为类似的元件,附图不构成比例限制,并且其中:
图1是本公开实施例提供的一种医用小型回旋加速器真空室结构的整体剖视结构示意图;
图2是本公开实施例提供的一种医用小型回旋加速器真空室结构的束流在加速器高频腔螺旋运动结构示意图;
图3是本公开实施例提供的一种医用小型回旋加速器真空室结构的磁场随半径的变化曲线图。
图中:1、真空盒,2、高频腔,3、引出口,4、束流,5、上盖板,6、下盖板,7、上磁极,8、下磁极,9、线圈,10、中间部分真空盒环,11、上部分真空盒环,12、下部分真空盒环,13、上O型密封圈,14、下O型密封圈。
具体实施方式
为了能够更加详尽地了解本公开实施例的特点与技术内容,下面结合附图对本公开实施例的实现进行详细阐述,所附附图仅供参考说明之用,并非用来限定本公开实施例。在以下的技术描述中,为方便解释起见,通过多个细节以提供对所披露实施例的充分理解。然而,在没有这些细节的情况下,一个或多个实施例仍然可以实施。在其它情况下,为简化附图,熟知的结构和装置可以简化展示。
结合图1和图2所示,本公开实施例提供一种医用小型回旋加速器真空室结构,包括:上盖板5、上磁极7、下盖板6、下磁极8和真空盒1;
所述上盖板5和下盖板6呈碗状,所述上盖板5倒扣于下盖板6上,内部形成柱状空间;
所述上磁极7设置于上盖板5内壁中心处;
所述下磁极8设置于下盖板6内壁中心处;
所述真空盒1顶端设置于上磁极7外侧;
所述真空盒1底端设置于下磁极8外侧。
在一些实施例中,所述真空盒1包括中间部分真空盒环10、上部分真空盒环11和下部分真空盒环12;
所述上部分真空盒环11固定在上磁极7的外侧,所述下部分真空盒环12固定在下磁极8的外侧,所述上部分真空盒环11的底端和下部分真空盒环12的顶端与中间部分真空盒环10抵接。真空盒1为三段式结构。
所述上部分真空盒环11和下部分真空盒环12之间通过中间部分真空盒环10连接,上部分真空盒环11和下部分真空盒环12分别与上磁极7和下磁极8加工成一体,作为磁极的一部分,不需要进行密封,上述设计,在不增加磁极半径和线圈电流加速器规模的情况下,减缓了平均磁场的下降,提高了加速器的引出束流能量,而且大大缩减小了真空盒整体铝材环的高度,很大程度上降低加工成本。
在本发明的一些实施例中,所述中间部分真空盒环10与上部分真空盒环11的连接处设置有上O型密封圈13,所述中间部分真空盒环10与下部分真空盒环12的连接处设置有下O型密封圈14,上O型密封圈13和下O型密封圈14的设计,提升中间部分真空盒环10的两端与上部分真空盒环11和下部分真空盒环12连接的密封性能。
在本发明的一些实施例中,所述上部分真空盒环11和下部分真空盒环12为电工纯铁材料,所述中间部分真空盒环10为铝材料,减小了真空盒铝材环的高度,降低加工成本。
在本发明的一些实施例中,所述上部分真空盒环11与上磁极7一体加工成型,所述下部分真空盒环12与下磁极8一体加工成型,使上部分真空盒环11和下部分真空盒环12做为磁极的一部分,且不需要进行密封。
在本发明的一些实施例中,中间部分真空盒环10、上磁极7和下磁极8之间形成高频腔2。
在本发明的一些实施例中,中间部分真空盒环10上设置有引出口3,用于引出加速后的束流4。
在本发明的一些实施例中,上部分真空盒环11和下部分真空盒环12的外侧均设置有线圈9。
在本发明的一些实施例中,上磁极7和下磁极8为圆形。
在本发明的一些实施例中,中间部分真空盒环10为圆筒状。
中间部分真空盒环10为铝材料,分别用上O型密封圈13和下O型密封圈14与上部分真空盒环11和下部分真空盒环12进行密封,上部分真空盒环11和下部分真空盒环12分别与上磁极7和下磁极8加工成一体,作为磁极的一部分,不需要进行密封,上述设计,不仅在不增加磁极半径和线圈电流的情况下,减缓了平均磁场的下降,提高了加速器的引出束流能量,而且大大缩减小了真空盒整体铝材环的高度,很大程度上降低加工成本。
如图1和图2所示,加速器由真空盒1、高频腔2、引出口3、上盖板5、上磁极7、下盖板6、下磁极8和线圈9组成,束流4在真空盒1内运动,由高频腔2产生的电场加速后,能量不断增加,最终达到磁极边缘,通过引出口3引出,通过线圈9励磁后,在加速器的高频腔2产生磁场,使粒子在加速器高频腔2作旋转运动,在磁场和高频电场的双重作用下,束流4在加速器中心平面的高频腔2做螺旋运动,并且真空盒1为三段式结构,上部分真空盒环11为电工纯铁材料,和上磁极7加工成一体,下部分真空盒环12也为电工纯铁材料,和下磁极8加工成一体,中间部分真空盒环10为铝材料,分别用上O型密封圈13和下O型密封圈14与上部分真空盒环11和下部分真空盒环12进行密封。
根据基本的电动力学知识有:
P=q×B×r
其中,P为粒子的动量,q为粒子所带电荷量,B磁铁在加速器中心平面高频腔2产生的磁场,r为粒子旋转的半径。由些,加速器引出束流4的最大能量由引出位置的磁场和半径决定。
在常规医用小型回旋加速器的,上部分真空盒环11、下部分真空盒环12和中间部分真空盒环10做为一体式结构,均为铝材料,因而真空盒并不提供磁场,采用该真空盒结构下得到的磁场随半径的变化曲线15如图3所示,最大磁场的大小约为1.3T,所在半径为46cm,对应的束流4最大能量约为17.1MeV。
采用本发明中的三段式真空盒结构,上部分真空盒环11为电工纯铁材料,和上磁极7加工成一体,下部分真空盒环12也为电工纯铁材料,和下磁极8加工成一体,可提供部分磁场,得到磁场随半径的变化曲线16如图3所示,最大磁场的大小约为1.31T,所在半径为47cm,对应的束流4最大能量约为18MeV。两种真空室结构下的磁铁规模是一样的,采用三段式真空盒结构有利于延缓磁场下降的速度,并在一定程度上提高磁场强度,从而提高束流能量,且中间部分真空盒环10高度减小,可降低加工成本。
通过本发明达到了:上部分真空盒环11和下部分真空盒环12分别与上磁极7和下磁极8加工成一体,作为磁极的一部分,不需要进行密封,上述设计,在不增加磁极半径和线圈电流的情况下,减缓了平均磁场的下降,提高了加速器的引出束流能量,而且大大缩减小了真空盒整体铝材环的高度,很大程度上降低加工成本。
以上描述和附图充分地示出了本公开的实施例,以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施例可以包括结构的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求,否则单独的部件和功能是可选的,并且操作的顺序可以变化。一些实施例的部分和特征可以被包括在或替换其他实施例的部分和特征。本公开的实施例并不局限于上面已经描述并在附图中示出的结构,并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种医用小型回旋加速器真空室结构,其特征在于,包括:上盖板(5)、下盖板(6)、上磁极(7)、下磁极(8)和真空盒(1);
所述上盖板(5)和下盖板(6)呈碗状,所述上盖板(5)设置于下盖板(6)上,内部形成柱状空间;
所述上磁极(7)设置于上盖板(5)内壁中心处;
所述下磁极(8)设置于下盖板(6)内壁中心处;
所述真空盒(1)顶端设置于上磁极(7)外侧;
所述真空盒(1)底端设置于下磁极(8)外侧。
2.根据权利要求1所述的一种医用小型回旋加速器真空室结构,其特征在于,所述真空盒(1)包括中间部分真空盒环(10)、上部分真空盒环(11)和下部分真空盒环(12);
所述上部分真空盒环(11)固定在上磁极(7)的外侧,所述下部分真空盒环(12)固定在下磁极(8)的外侧,所述上部分真空盒环(11)的底端和下部分真空盒环(12)的顶端与中间部分真空盒环(10)抵接。
3.根据权利要求2所述的一种医用小型回旋加速器真空室结构,其特征在于,所述中间部分真空盒环(10)与上部分真空盒环(11)的连接处设置有上O型密封圈(13),所述中间部分真空盒环(10)与下部分真空盒环(12)的连接处设置有下O型密封圈(14)。
4.根据权利要求3所述的一种医用小型回旋加速器真空室结构,其特征在于,所述上部分真空盒环(11)和下部分真空盒环(12)为电工纯铁材料,所述中间部分真空盒环(10)为铝材料。
5.根据权利要求4所述的一种医用小型回旋加速器真空室结构,其特征在于,所述上部分真空盒环(11)与上磁极(7)一体加工成型,所述下部分真空盒环(12)与下磁极(8)一体加工成型。
6.根据权利要求5所述的一种医用小型回旋加速器真空室结构,其特征在于,所述中间部分真空盒环(10)、上磁极(7)和下磁极(8)之间形成高频腔(2)。
7.根据权利要求6所述的一种医用小型回旋加速器真空室结构,其特征在于,所述中间部分真空盒环(10)上设置有引出口(3)。
8.根据权利要求2或7所述的一种医用小型回旋加速器真空室结构,其特征在于,所述上部分真空盒环(11)和下部分真空盒环(12)的外侧均设置有线圈(9)。
9.根据权利要求1所述的一种医用小型回旋加速器真空室结构,其特征在于,所述上磁极(7)和下磁极(8)为圆形。
10.根据权利要求2所述的一种医用小型回旋加速器真空室结构,其特征在于,所述中间部分真空盒环(10)为圆筒状。
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