CN116058078A - 用于束失准检测的系统、装置和方法 - Google Patents

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Abstract

系统、装置和方法的实施例涉及一种束系统。检测束系统中的束失准的示例性方法包括检测所述束系统的注入器系统中的束失准。该示例性方法进一步包括检测所述束系统的加速器系统中的束失准。

Description

用于束失准检测的系统、装置和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2020年8月26日提交的题为“SYSTEMS,DEVICES,AND METHODS FORBEAM MISALIGNMENT DETECTION(用于束失准检测的系统、装置和方法)”的美国临时申请序号63/070,799和2020年8月27日提交的题为“SYSTEMS,DEVICES,AND METHODS FOR BEAMMISALIGNMENT DETECTION(用于束失准检测的系统、装置和方法)”的美国临时申请序号63/071,185的优先权，出于所有目的将这两个申请的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本文中所描述的主题一般涉及检测、调节和安全地中断加速器系统中的失准束的系统、装置和方法。
背景技术
硼中子俘获疗法(BNCT)是一种治疗多种类型癌症——包括一些最难治的癌症类型——的物理疗法。BNCT是一种选择性地旨在治疗肿瘤细胞同时使用硼化合物保护正常细胞的技术。一种含有硼的物质被注入血管，并且硼会聚集在肿瘤细胞中。然后患者接受中子放射治疗(例如，形式为中子束)。中子与硼发生反应，以杀死肿瘤细胞，同时减少对周围的正常细胞的伤害。长期的临床研究证明，能谱在3-30千电子伏(keV)范围内的中子束更适合实现更有效的癌症治疗，同时降低患者的辐射负荷。该能谱或能量范围通常称为超热能。
大多数用于产生超热中子(例如，超热中子束)的常规方法基于质子与铍或锂(例如，铍靶或锂靶)的核反应。
对于基于静电加速器的解决方案，束诊断装置是带电粒子束线设计的固有部分。束输送中的一项关键任务是确保束正确定位在束线内(例如，束与束线部件和壁没有直接相互作用)。放置或使用此类束诊断装置的任何影响都可能与束能量成比例，因为束破坏力随束能量上升。对于直流(DC)束的输送尤其如此，其中可能在毫秒时间尺度内对束线部件以及接受基于束的治疗的患者造成不可逆的损伤。因此，连续监测束位置是基于加速器的解决方案中束输送成功的关键，因为它能够快速中断或调节已被检测为失准的束。
出于这些和其他原因，需要安全地监测并且能够中断在基于加速器的解决方案中输送的失准束的改进的、高效的和紧凑的系统、装置和方法。
发明内容
系统、装置和方法的示例性实施例在本文中被描述为用于中子束系统的注入器系统以及中子束系统的加速器系统中的束失准检测。示例性实施例涉及束系统中束失准的检测。
在各种实施例中，基于从束注入器的磁性元件获得电流测量结果或获得束注入器的被偏置部件的电压测量结果，可在束系统的束注入器或注入器系统中检测束失准。当电流测量结果偏离标称条件或电压测量结果偏离标称条件时，可以确定束是失准的。
在各种实施例中，基于获得加速器系统的输入束电流和输出束电流以及与加速器系统的电荷交换装置相关联的各种参数以评估束损失，可在束系统的加速器系统中检测束失准。当检测到的束损失超过束损失阈值时，可以确定束失准。
在查阅以下附图和详细描述后，本文中所描述的主题的其他系统、装置、方法、特征和优点对于本领域技术人员将是显而易见的或将变得显而易见。意图是所有这种附加的系统、方法、特征和优点都被包括在此描述内、在本文中所描述的主题的范围内并且受所附权利要求的保护。示例性实施例的特征绝不应被解释为限制所附权利要求，权利要求中没有对那些特征的明确叙述。
附图说明
本文中所阐述的主题的细节，无论是其结构还是操作，都可以通过研究附图而显而易见，在附图中相同的附图标记表示相同的部分。图中的部件不一定按比例绘制，而是着重于图示主题的原理上。此外，所有图示均旨在传达概念，其中相对尺寸、形状和其他详细属性可能被示意性地示出而非字面或精确地示出。
图1A是用于与本公开的实施例一起使用的中子束系统的一个示例性实施例的示意图。
图1B是用于硼中子俘获疗法(BNCT)中的中子束系统的一个示例性实施例的示意图。
图2图示了用于与本公开的实施例一起使用的示例性预加速器系统或离子束注入器。
图3是图2所示的离子束注入器系统的束位置监测仪(BPM)的一个示例性实施例的透视图。
图4A是图2所示的离子源和离子源真空盒的透视图。
图4B是描绘了图4A所示的单透镜的一个示例性实施例的分解透视图。
图5图示了用于与本公开的实施例一起使用的示例性预加速器管。
图6图示了本公开的一个示例性实施例的示例性操作。
图7图示了本公开的实施例可以在其中操作的系统的框图。
图8图示了可根据本公开的实施例专门配置的示例性计算装置。
具体实施方式
在详细描述本主题之前，将理解，本公开不限于所描述的特定实施例，因为这些当然可变化。还将理解，本文中所使用的术语仅用于描述特定实施例的目的且并不旨在为限制性的，因为本公开的范围将仅由所附权利要求限制。
术语“粒子”在本文中被广泛使用，除非另有限制，可用于描述电子、质子(或H+离子)或中子，以及具有一个以上电子、质子和/或中子(例如，其他离子、原子和分子)的物质。
硼中子俘获疗法(BNCT)涉及部署高能量(例如，2-3兆电子伏特(MeV))和高电流(例如，高达20毫安(mA))直流质子束用于癌症治疗。如此强大的束可能会导致有害事件的产生，这些有害事件由束失准、中断、束线部件故障或束不稳定的发展引发。例如，束与束线壁的直接相互作用会在几毫秒内导致不可逆的损坏。
本公开的实施例能够通过使用束诊断装置和配置为采用检测束失准和调节或中断失准束的方法的控制系统在系统操作期间监测和预防此类非期望的事件。
通常执行束输送模拟以确定各种束特性的“安全走廊”，束特性包括但不限于：束与空间和相位坐标中的最佳路径的偏差、束尺寸限制、束能量变化等。这些模拟很复杂，有时由于初始条件的不确定性和应用方法的内在不准确性而导致不够准确，但可将模拟与实验进行基准测试，以提高对结果的信心。模拟结果的基准测试取决于在机器或系统调试和操作期间可通过非侵入式诊断工具实现的准确束表征和监测。
束特性的非侵入式测量很难执行，尤其是对于高功率直流束(侵入式诊断不适用)。考虑到沿着束线的空间限制和其他制约，实际的束诊断装置组件只能提供有关束的部分信息。本公开的示例性实施例通过使可靠的互锁系统和方法能够证明束输送的安全性和可靠性来克服束的这种点状覆盖。本文中所描述的实施例能够及时和可靠地解释来自束诊断装置的相关信号，随后如果需要则启动束中断。
本文中所描述的实施例可包括专用的非侵入性或微创束诊断装置，其在测量期间导致最小的束扰动或干扰。亦即，使用拦截式或侵入式束诊断装置的束测量经由束-探针相互作用影响束特性。例如，束空间和相位分布通常受到束特性和束能量的影响。因此，拦截式或侵入式束诊断装置一般只适合在机器调试阶段或机器维护或维修期间使用。
本文中所描述的实施例可进一步实现各种束特性或参数的冗余测量。在某些示例性实施例中，通过比较来自不同测量的两个或更多个信号以便确定结果信号，可实现冗余。在某些示例性实施例中，通过基于各种动态或固定计算来判断不同的测量结果是否指示束失准，可进一步实现冗余。此处可通过使用硬件、软件或两者的组合来实现冗余。
束参数的时间分辨测量结果会受到不同现象的影响，这些现象可基于测量的准确性来解释。例如，在电探针表面上收集束粒子，从而能够估算束电流，伴随着称为二次粒子发射的现象。二次粒子发射通常会导致对束电流的错误估计，并且对于负离子束，由于此类发射的二次电子，束电流可能会被低估。电探针的偏置和/或特定配置的外部磁场的应用可减轻二次粒子发射的影响。然而，其他带电粒子可从附近产生的等离子体被电探针吸引，从而限制电探针产生的信号的准确性。
由于束微粒可仅由离子源(例如，12)产生，所以当束通过束系统(例如，10)向下游传播时，束电流优选地不增加。此处可采用这样的条件来检测束诊断装置的不正确读数。例如，对于j≥i，Ii≥Ij，其中i,j是从离子源(例如，12)递增的束线(例如，束系统10)中的束诊断装置的指数，而Ii(或Ij)是测定的束参数。例如，在离子源(例如，12)的出口处测得的束总电流不应小于在加速器系统(例如，16)的入口处测得的注入到加速器系统(例如，16)中的束总电流。
本文中所描述的系统、装置和方法的示例性实施例可包括与粒子加速器一起使用的预加速器系统。粒子加速器是一个常见的例子，并且本文中所描述的实施例可与任何类型的粒子加速器一起使用，或者用在涉及以指定能量产生带电粒子束以供应给粒子加速器的任何粒子加速器应用中。本预加速器系统或离子束注入器的实施例适于向串列式加速器提供负粒子束，但这只是加速器的示例性类型。本文中所描述的预加速器实施例可在以下加速器中实施：用作科学工具的粒子加速器，例如用于核物理研究；工业或制造工艺中使用的粒子加速器，例如半导体芯片的制造；用于改变材料特性(例如表面处理)的加速器；用于食品辐照的粒子加速器；和用于医疗灭菌中病原体破坏的粒子加速器。这些实施例还可用于成像应用，例如货物或集装箱检查。并且通过另一个非详尽的示例，这些实施例可在用于医学应用如医学诊断系统、医学成像系统或放射治疗系统的粒子加速器中使用。
一种这样的放射系统是BNCT系统。为了便于描述，本文中所描述的许多实施例将在用于BNCT的中子束系统的背景下进行，尽管这些实施例不仅限于中子束或BNCT应用。本公开的实施例能够配置用于产生具有适合中子源的参数的质子束的加速器系统(在本文中也称为预加速器系统)，所述中子源用于具有中子生成靶如锂(Li)或铍(BE)的BNCT。
为了在锂靶上有效产生超热中子，可能需要能量为1.9-3.0MeV的质子束。在此类应用中，对于相当短的处理时间，形成具有优选通量密度的中子束也可以涉及高于5mA的质子束电流。为了在此类应用中使用串列式加速器系统，负氢离子源可能是优选的。
本公开的实施例可用于束电流高于几毫安的的任何类型的负离子静电加速器。根据特定应用的需要，本文公开的实施例可具有任何附加元件，包括在预加速器系统之前、之内或之后的离子光学器件和束诊断装置。
本公开的实施例可与提供连续的或经调制的质子束的中子束系统(NBS)一起使用。质子束可具有宽范围的能量和电流。例如，在一些实施例中，质子束具有在1.9-3.0MeV的范围内的粒子能量和5-15mA的束电流。在另一些实施例中，质子束具有在这些范围之外的能量和/或电流。束可以被引导到锂靶以产生中子束，或者NBS可与具有其他用于产生中子的材料(例如铍而不是锂)的靶一起使用。
在一些实施例中，离子源产生电流高达15mA(或更高)的负氢离子束。束粒子可在离子源中加速到30keV(或更高)的能量。离子源可连接到预加速器系统(使用一个或多个中介部件)，该预加速器系统提供负离子束粒子额外加速到120-150keV(或更高)的能量。束也可在预加速器系统中聚焦，该预加速器系统的焦距对应于距串列式加速器输入室的输入孔径的距离，例如小于一米(m)的距离。预加速器系统可包括静电透镜(例如，单透镜)、预加速器装置(例如，具有多个端子的预加速器管)和/或磁性元件(例如，一个或多个螺线管)，用于在离子束进入串列式加速器之前将其整形并加速到更高的能量。
预加速器系统的静电透镜可定位在离子源与预加速器管之间，使得静电透镜在离子源的接地透镜的下游。静电透镜可减小来自离子源的离子束的发散，并且也可转移和收集电离的回流粒子。
预加速器系统的磁性元件(或磁聚焦装置)可定位在预加速器管与串列式加速器之间，并且可将束朝向焦点微调。磁性元件可为例如螺线管。
本文中所描述的系统、装置和方法的示例性实施例还有利于快速束位置监测以检测束系统10的束线中的束失准。在某些示例性实施例中，束位置监测仪(BPM)可包括延伸到中子束系统(NBS)的束线的内部空间中的多个电极。在这些实施例中，束位置监测仪(BPM)可通过电极收集束晕电流来操作。电极可与BPM的壁电隔离，并使用外部电源进行偏置。相对于BPM壁的偏置可减少二次电子发射(SEE)电流对信号的贡献，并且可增加从束产生的等离子体中收集的束晕电流。
在示例性实施例中，束位置监测仪(BPM)被配置成在前进通过束线的束偏离轴线时向控制系统发出信号或指示。
束位置监测仪(BPM)可包括与减少或消除束引起的对束线部件的损坏同时最小化对行进通过束线的束的干扰相关联的检测灵敏度级别。亦即，作为通过电极集电的结果，能够将通过束线部件的束的束电流减小到最低限度。BPM的示例性实施例可有利地使用直流(DC)束进行操作，具有毫秒级(或更快的)响应时间，和/或接受每核2.5MeV(或更高)的束功率。
在一些示例性实施例中，BPM可是配置用于从离子束产生中子束的束系统的一部分。束系统可包括用作离子束注入器系统的LEBL、耦合到离子束注入器系统的高压(HV)串列式加速器以及从串列式加速器延伸到收纳中子产生靶的中子靶组件的HEBL。在这些示例性实施例中，离子束注入器可包括离子源、结合到从离子源延伸的低能束线中的束光学器件、预加速器管、束诊断装置和耦合到串列式加速器的泵送室。离子源可在等离子体体积中产生带电粒子，该带电粒子可被提取、加速、调节并最终用于在传送到中子产生靶时产生中子。监测束位置的这种改进的、高效的和紧凑的系统、装置和方法能够在维持操作功效的同时保护中子束系统设备。
图1A是用于与本公开的实施例一起使用的束系统10的一个示例性实施例的示意图。这里，束系统10包括源12、低能束线(LEBL)14、耦合到低能束线(LEBL)14的加速器16和从加速器16延伸到靶100的高能束线(HEBL)18。LEBL 14被配置为将束从源12输送到加速器16的输入端，加速器16又被配置为通过加速由LEBL 14输送的束来产生束。HEBL 18将束从加速器16的输出端转移到靶100。靶100可以是被配置为响应于入束所施加的刺激而产生期望结果的结构，或者可改变束的性质。靶100可以是系统10的部件或者可以是至少部分地由系统10调节或制造的工件。
图1B是示出了用于硼中子俘获疗法(BNCT)的中子束系统10的另一示例性实施例的示意图。这里，源12是离子源并且加速器16是串列式加速器。中子束系统10包括用作带电粒子束注入器的预加速器系统20、耦合到预加速器系统20的高电压(HV)串列式加速器16和从串列式加速器16延伸到收纳靶100(未显示)的中子靶组件200的HEBL 18。在该实施例中，靶100被配置为响应于具有足够能量的质子的冲击而产生中子，并且可被称为中子发生靶。中子束系统10以及预加速器系统20也可用于其他应用，例如本文中所描述的那些其他示例，并且不限于BNCT。
预加速器系统20被配置为将离子束从离子源12输送到串列式加速器16的输入端(例如，输入孔径)，因此也充当LEBL 14。由与其耦合的高电压电源42供电的串列式加速器16可产生能量通常等于施加到定位在加速器16内的加速电极的电压的两倍的质子束。质子束的能量水平可通过以下方式实现：将来自加速器16的输入端的负氢离子束加速度最里面的高电位电极，从每个离子中剥离两个电子，然后用相同的施加电压向下游加速得到的质子。
HEBL 18可将质子束从加速器16的输出端输送到中子靶组件200内的靶，中子靶组件200定位在延伸到患者治疗室中的束线的分支70的端部处。系统10可被配置为将质子束引导至一个或多个靶中任意数量的靶和相关联的治疗区域。在该实施例中，HEBL 18包括三个分支70、80和90，它们可以延伸到三个不同的患者治疗室中，其中每个分支都可终止于靶组件200和下游束整形设备(未示出)中。HEBL 18可包括泵室51、用以防止束散焦的四极磁体52和72、用以将束引导到治疗室的偶极或弯曲用磁体56和58、束校正器53、诸如电流监测仪54和76的诊断装置、快速束位置监测仪55部分以及扫描磁体74。
HEBL 18的设计取决于处理设施的构造(例如，处理设施的单层构造、处理设施的两层构造等)。可使用弯曲用磁体56将束传送到靶组件(例如，定位在治疗室附近)200。可包括四极磁体72以随后将束聚焦到靶处的特定尺寸。然后，束通过一个或多个扫描磁体74，这使得束以期望的图案(例如，螺旋、弯曲、成行和列的阶梯、它们的组合等)横向移动到靶表面上。束横向移动可有助于实现质子束在锂靶上的平滑且均匀的时间平均分布，从而防止过热并使锂层内的中子发生尽可能均匀。
在进入扫描磁体74之后，束可被传送到测量束电流的电流监测仪76中。可用闸阀77将靶组件200与HEBL体积物理地分离。闸阀的主要功能是在加载靶和/或将用过的靶更换为新靶时将束线的真空体积与靶分离。在实施例中，束不会被弯曲用磁体56弯曲90度，而是直接向图1B的右侧行进，然后进入位于水平束线中的四极磁体52。束随后可以由另一弯曲用磁体58弯曲到所需的角度，这取决于建筑物和房间构造。否则，弯曲用磁体58可以用Y形磁体代替，以便为位于同一楼层的两个不同治疗室将束线分成两个方向。
图2示出了与本公开的实施例一起使用的预加速器系统或离子束注入器的一个示例。在该示例中，预加速器系统20(例如，LEBL 14)包括单透镜30(未显示)、预加速器管26和螺线管510，并且被配置为使从离子源12注入的负离子束加速。预加速器系统20被配置为提供束粒子加速至串列式加速器16所需的能量，并且提供负离子束的整体会聚以匹配串列式加速器16的输入孔径或入口处的输入孔径面积。预加速器系统20还被配置为在回流从串列式加速器16通过预加速器系统时最小化回流或散焦回流，以便降低损坏离子源12和/或回流到达离子源的灯丝的可能性。
在实施例中，离子源12可被配置为在单透镜30的上游提供负离子束，并且该负离子束继续穿过预加速器管26和磁聚焦装置(例如，螺线管)510。螺线管510可定位在预加速器管26和串列式加速器16之间并且可与电源电联接。负离子束通过螺线管510到达串列式加速器16。
预加速器系统20还可包括用于去除气体的离子源真空盒24和泵室28，泵室28与预加速器管26以及上述其他元件是通向串列式加速器16的相对低能量束线的一部分。单透镜30可定位在其内的离子源真空盒24从离子源12延伸。预加速器管26可耦合到离子源真空盒24和螺线管510。用于去除气体的真空泵室28可耦合到螺线管510和串列式加速器16。离子源12用作当被传送到中子发生装置时可被加速、调整并最终用于产生中子靶的带电粒子源。文中将参考产生负氢离子束的离子源来描述示例性实施例，但实施例不限于此，并且该源可产生其他正或负粒子。
预加速器系统20可具有零个、一个或多个磁性元件，用于诸如聚焦和/或调节束对准等目的。例如，可使用任何这样的磁性元件来使束与束线轴和串列式加速器16的接收角相匹配。离子真空盒24可具有定位在其中的离子光学器件。
负离子源12根据产生负离子的机理不同通常有两种：表面型和体积型。表面型通常需要在特定的内表面上存在铯(Cs)。体积型依赖于在高电流放电等离子体的体积中负形成离子。虽然两种类型的离子源都可为与串列式加速器相关联的应用递送所需的负离子电流，但表面型负离子源不适合调制。亦即，对于本文中所描述的实施例中的负离子束的调制，体积型负离子源(例如，不采用铯(Cs))是优选的。
注入器系统(例如，预加速器系统20；例如，LEBL 14)可实现束粒子的产生、束形成、束输送和束与加速器系统(例如，16)的匹配。注入器系统(例如，预加速器系统20；例如，LEBL 14)中的束能量可相对较小(例如，50-200千电子伏(keV))，这可降低束失准时不可逆的注入器系统损坏的可能性(例如，束-壁直接相互作用)。然而，注入器系统(例如，20、14)中的束失准会导致与注入器系统下游(例如，加速器16中和HEBL 18的下游)的束输送相关的严重后果。失准(例如，不匹配)的束可能是机器性能下降甚至故障和损坏的根本原因。
在实施例中，可基于从束注入器系统(例如，20、14)的一个或多个磁性元件获得电流测量结果来检测注入器系统(例如，预加速器系统20；例如，LEBL 14)中的束失准。亦即，可经由时间分辨的电流数值读数来监测磁力型离子光学器件、方向控制磁体移位器、磁性元件或螺线管的性能。从这些部件获得的电流测量结果与标称条件或与对准电流范围的偏差可表示通过注入器系统的束失准。
在实施例中，可通过从束注入器系统(例如，20、14)的至少一个偏置部件获得电压测量结果来检测注入器系统(例如，预加速器系统20；例如，LEBL 14)中的束失准。亦即，可经由与每个部件相关的施加电压数值的时间分辨读数来评估或监测一个或多个偏置组件的性能，例如离子源(例如12)、预加速器管(例如26)或静电透镜(例如30)。从这些部件获得的电压测量结果与标称条件或与对准电压范围的偏差可表示通过注入器系统的束失准。
例如，当从束注入器的至少一个磁性元件获得的至少一个电流测量结果偏离对准电流范围时，本文中所描述的实施例可判定为传播通过束注入器的束失准。替代地或附加地，当从束注入器的至少一个偏置部件获得的至少一个电压测量结果偏离对准电压范围时，本文的实施例可判定为传播通过束注入器的束失准。
本文中所描述的实施例可通过沿着束注入器系统使用一个或多个束位置监测仪(图2中未显示)来进一步实现束注入器系统中束失准检测的冗余。本文中所描述的实施例可通过沿着束注入器系统使用一个或多个刮束器构件(图2中未显示)来进一步实现束注入器系统中束失准检测的冗余。每个刮束器构件都可被配置为延伸到与束非常接近处的板、面板或支柱。该板、面板或支柱可构造成围绕束，例如，可具有供束穿过的孔径。环形构件也是合适的。束偏离最佳轴线会导致束或束晕撞击刮束器构件。
可基于从束注入器的磁性元件获得的违背指示束失准的条件(例如，偏离标称条件的阈值，或偏离对准电流范围)的信号(例如，电流测量结果)的存在来确定束注入器系统中束失准的检测。可基于从束注入器的偏置组件获得的违背指示束失准的条件(例如，偏离标称条件的阈值，或偏离对准电压范围)的信号(例如，电压测量结果)的存在来确定束注入器系统中束失准的检测。可基于从束位置监测仪接收到的指示束偏离轴线的信号来确定束注入器系统中束失准的检测。可基于来自一个或多个刮束器构件的测量信号来确定束注入器系统中束失准的检测。可进一步基于前述条件中的两个或更多个的组合来确定束注入器系统中束失准的检测，并且在一些实施例中，只有满足两个或更多个失准条件才能确定束失准。
控制系统(参考图7描述)可被配置为基于任何上述确定或检测来调节束参数或中断束传播或系统操作。
转向图3，示例性束位置监测仪(BPM)(例如，或快速束位置监测仪)300包括在一对凸缘304之间延伸的圆柱形壁302，所述一对凸缘304适于沿着束线(例如，低能束线(LEBL)14(例如，预加速器或注入器系统20)、加速器16、高能束线(HEBL)100)安装束位置监测仪(BPM)300。在束位置监测仪(BPM)300沿着低能束线(LEBL)安装的示例中，束位置监测仪(BPM)300可安装在预加速器管26与泵室28之间。束位置监测仪(BPM)300可通过一个或多个电线连接器(310)电联接。束位置监测仪(BPM)300的操作可基于从壁302突出并延伸到束线内部空间中的电极306对束晕电流的收集。在示例性实施例中，电极306可通过一个或多个冷却装置来冷却。在示例性实施例中，一个或多个冷却装置可包括水冷装置(例如，水冷管308)。
在图3中，束位置监测仪(BPM)300被示为包括四个电极306，但实施例不限于四个电极(例如，在本公开的范围内可采用任何数量的电极)。电极306优选地成形为圆柱体并由钽(Ta)或钨(W)中的一种或多种制成以增加对热通量的抵抗。电极306也可由能够承受束产生的热负荷的不同形状的复合材料制成。电极306的插入长度(例如，电极延伸到束线内部空间中的距离)可针对每个电极306单独调接(例如，使用图3中未显示的控制系统)，从而允许用户针对任意尺寸的束适配束位置监测仪(BPM)300。电极306旨在暴露于束晕电流，因此预期收集的功率通量低得多。此外，在束-残余气体相互作用区域附近形成的等离子体扩展到束外边界，从而为束位置监测仪(BPM)300形成另外的信号。
电极306可与BPM壁302电流隔离，并使用外部电源进行偏置。相对于BPM壁302的偏置a)可减少二次电子发射(SEE)电流对信号的贡献并且b)可增加从束产生的等离子体收集的束晕电流。
当束系统正在运行并且束正在从源(例如，12)被提取并传播通过示例性束系统(例如，10)的部件(例如，20(14)、16、18、100)时，束位置监测仪(BPM)300使控制系统能够主动监测束位置。每个电极306都可具有与其相关联的电流阈值(例如，信号阈值)。当由给定电极收集的电流(例如，或信号)超过其电流阈值时，束可被认为已经向该电极偏转太远并且因此偏离轴线。束位置监测仪(300)可向控制系统提供电极收集的电流已经超过其电流阈值的指示，并且控制系统可调节整个束系统(例如，10)的一个或多个部件的参数以将束移回轴线上。可调节的参数的示例可包括提供给束方向控制磁体的输入，使得束方向控制磁体的位置被改变以将束移回到期望的轴线上。以这种方式，束位置监测仪(BPM)300连同控制系统连续地/重复地并且实时地向束方向控制磁体和/或束系统的其他部件提供反馈。
在实施例中，与给定电极相关联的电流阈值可不同于与束位置监测仪(300)的另一电极相关联的电流阈值。此外，给定的电极可具有与其相关联的多个电流阈值以用于更精细地检测束位置。亦即，多个电流阈值可与束位置监测仪(300)的电极一起使用。可基于与相邻电极相关联的多个电流阈值来检测束在电极之间的方向上偏离轴线的运动。
例如，一对相邻的电极均可记录信号电平(例如，收集的电流)的增加，然而信号电平的增加可超过与该对相邻电极中的每个电极相关联的第二较低电流阈值。在这样的示例中，超过与一对相邻电极中的每个电极相关联的第二较低电流阈值的信号电平可指示束在电极之间的离轴方向上。
因此，控制系统可基于信号电平超过束位置监测仪(BPM)300的单个电极的单个阈值的指示或基于信号电平超过相邻电极的两个较低阈值的指示来调节束方向控制磁体。
此外，控制系统可监测每个电极上的信号数值，并基于信号数值(例如，独立于与电极相关联的一个或多个电流阈值或与该电流阈值组合)外推特定方向上的束偏转度数。然后，控制系统可基于束偏转的外推度数来调节束方向控制磁体或其他参数，以补偿束偏转并将束带回其所需的轴线。在此类示例中，控制系统可基于检测到的最小偏转量(例如，偏转阈值)连续且实时地调节束线参数，例如束方向控制磁体的位置。
转向图4A，离子束注入器20(14)的离子源真空盒24包括定位其中的单透镜30。如图4B详细所示，安装在真空盒24内的离子源12的接地透镜25下游的单透镜30包括安装板32、安装到安装板32上并与安装杆35成间隔开的关系的彼此耦合的两个接地电极34以及定位在两个接地电极34之间的通电(偏置)电极38。电极34和38被构造为圆柱形孔径并组装成具有与束路径重合的轴向轴线。通电电极38由在接地电极或孔径34之间延伸的隔离体(或绝缘体)36支承。
支座隔离器36可以具有被配置为阻止电子雪崩的发展并抑制会引起闪络形成的流光形成和传播的几何设计。支座隔离器36的几何设计可部分地屏蔽驱动电子雪崩的绝缘体表面上的外部电场并有效地增加路径长度。另外，绝缘体/隔离体36的材料往往会减少溅射效应、表面上的负离子损失、体积污染以及在绝缘体或隔离体表面上形成导致电气强度降低的导电涂层。
在功能上，单透镜30对从离子源12前进的带电粒子束的作用类似于光学聚焦透镜对束的作用。即，单透镜30将入射的发散束聚焦到焦平面上的一个点。然而，这里形成在成对的通电电极38与两个接地电极34之间的电场决定了单透镜的聚焦强度(焦距距离)。通过将单透镜30安装在离子源接地透镜25的下游，它减少了束自由空间输送，其中束由于固有空间电荷而发散。单透镜30的轴对称或大致轴对称设计的尺寸被优化以避免提取的离子与单透镜30的暴露表面直接相互作用。
图5图示了与本公开的实施例一起使用的示例性预加速器管26。示例性预加速器管26可以是圆柱形的并且包括第一预加速器管端部26A和第二预加速器管端部26B。在实施例中，第一预加速器管端部26A包括从预加速器管的内部圆柱形结构向外突出的固定件(例如，端子或电极)。在实施例中，第二预加速器管端26B包括从预加速器管的内部圆柱形结构向外突出的固定件(例如，端子或电极)。亦即，从预加速器管的内部圆柱形结构向外突出的固定件是圆柱形的，但可具有比内部圆柱形结构的直径大的直径。在实施例中，预加速器管26包括多个预加速器管端子27-1、27-2、27-3、27-4、27-5、27-6，它们从第一预加速器管端部26A到第二预加速器管端部26B均匀间隔开。第一预加速器管端部26A在一些实施方案中可被称为近侧预加速器管端部26A，而第二预加速器管26B是远侧预加速器管端部26B。每对相邻的预加速器管端子(例如，预加速器管端子27-1、27-2、27-3、27-4、27-5、27-6)之间可连接有一个或多个电阻器，并且各电阻器可具有相同(优选)或不同的电阻值。在实施例中，第一预加速器管端部26A处的第一端子27-1可与第一电源电联接，而第二预加速器管端部26B处的第二端子27-2可电接地。因此，电压可均匀地分布在预加速器管26上。
图6图示了与本公开的示例性实施例相关联的示例性操作。转到加速器系统中束失准的检测，加速器系统(例如，16)是束的带电粒子被加速到期望能量的地方。加速器系统(例如，16)的该实施例依赖于在电荷交换过程中从每个负离子剥离两个电子以产生从施加的电压加倍的能量束。针对束高效传输、加速和电子剥离优化后，示例性加速器系统可具有阻止使用直接束诊断装置的条件(强电场、空间限制、高电位)。此类条件会使加速器系统(例如16)内的束监测成为一项非常困难的任务。
由于施加到加速电极(例如，601A、601B、601C、601D)的高电压，加速器系统(例如，16)的特征在于即使没有束输送也存在暗电流。与其他粒子加速器相比，串列式加速器依靠电荷剥离来实现粒子的串式加速。因此，串内的真空条件促进了束与电荷交换介质(例如氩)的相互作用，从而导致暗电流的发展。该过程会导致影响束能量的不完全电压击穿事件。虽然串列式加速器仍可继续运行，但加速后的束对于下游束线部件不再安全并且应当中断。
本文的实施例能够实现加速器系统(例如，16)内的多个束损失检测点，从而检测束-壁相互作用并将其限制在亚毫秒持续时间。控制系统可考虑多个检测点中的一个或多个，以判断束是否失准(例如，存在束-壁相互作用)，判断是否向一个或多个束线部件发送信号以调节束参数，或判断是否向一个或多个束线部件发送信号以中断束或束系统操作。
如图6所示，可分别使用束电流监测仪603A、603B(例如，非侵入式诊断装置)来监测加速器系统16上游和下游的总束电流。通过束电流监测仪603A和603B获得的测量电流的差异可指示加速器系统16内部经历的束损失。
例如，输入束电流和输出束电流的比较可表示加速器系统中的束损失。
Figure BDA0004113404040000161
其中CM代表电流监测仪(例如，603A、603B)，SM代表刮束器构件(例如，610A、610B)，LEBL代表低能量束线，HEBL代表高能量束线。例如，
Figure BDA0004113404040000167
可为在定位于LEBL与加速器系统(例如，在本例中，603A)之间的电流监测仪处测得的电流，而
Figure BDA0004113404040000162
可为在定位于HEBL与加速器系统(例如，在本例中，603B)之间的电流监测仪处测得的电流。继续该示例，
Figure BDA0004113404040000163
可为在定位于LEBL与加速器系统(例如，在该示例中，610A)之间的刮束器构件处测得的电流，而
Figure BDA0004113404040000164
可为在定位于LEBL与加速器系统(例如，在本例中，610B)之间的刮束器构件处测得的电流。电流监测仪或监测仪612A、612B可用于分别测量刮束器构件610A、610B处的电流。为了使描述简单，电荷交换过程(剥离)效率可假定为100％，但是，它可计入
Figure BDA0004113404040000165
项中。阈值或对准范围可与
Figure BDA0004113404040000166
相关联，使得给定范围内的偏差可被认为是可容忍的。超出给定阈值或对准范围的偏差可被认为是束失准的信号。
第一刮束器构件610A可定位在加速器系统16的入口或输入孔径处，第二刮束器构件610B可定位在加速器系统16的出口或输出孔径处。在示例性实施例中，刮束器构件610A和610B可构造成切断或减少束晕电流并用作限位器。定位在入口或输入孔径处的第一刮束器构件610A可构造成吸收大部分束电流。刮束器构件610A和610B优选地构造成测量带电粒子的进入通量(例如，电流)。两个构件610A、610B都可被偏置以抑制二次发射并且构造成成用信号通知或向控制系统提供所收集电流的指示。
加速器系统16的电源输出电压和电流也可作为束失准检测的一部分被测量和监测。测量包括剥离电子的加速器(例如，串)电流：
Figure BDA0004113404040000171
如果在加速器系统内部产生寄生放电，则以上等式将不成立。因此，可将条件Itandem≥α(Iin+Iout)指定为中断束的互锁诱因(例如，束失准的信号)，因为很可能发生加速器系统的不完全击穿。在此，可基于加速器系统供电特性、束电流、束电流能量等来调节或配置α，以确保安全的束电流输送。或者，可将束损失表示为：
Figure BDA0004113404040000172
或
Figure BDA0004113404040000173
这使得能够经由加速器电流测量对束损失进行冗余估算。
还可在加速器系统16内的入口和出口处测量电荷交换装置冷却剂的流速和温度。在加速器系统16的长时间操作期间，也可经由示例性热平衡方程来估算具有或包括电荷交换介质的电荷交换(CEX)装置605内的束损失：
Figure BDA0004113404040000174
其中
Figure BDA0004113404040000175
且Pcool＝q·cp·ρ·dT，
因此
Figure BDA0004113404040000176
这里q是冷却剂(油)的流速，cp和ρ是油的比热和密度，dT是冷却剂在入口(例如，IN)和出口(例如，OUT)之间的温差，Ebeam是撞击CEX装置605的粒子的能量。电荷交换装置605上的这些间接测量的束损耗可用于将互锁(例如，失准信号或阈值，或用于中断束传播的阈值)设置为
Figure BDA0004113404040000181
且
Figure BDA0004113404040000182
其中δ、β和γ是可调节的参数。CEX装置605在图6中被配置为管状构件，电荷交换介质在逃逸到加速器的真空环境之前被引入并暂时保持在该管状构件中。CEX装置605可以其他方式配置，诸如具有足以至少暂时保持电荷交换介质或引导其流动的内部容积的任何结构。
图7是描绘本公开的实施例可用以操作的控制系统的一个示例性实施例的框图。例如，所示的示例性系统包括束系统10和一个或多个计算装置3002。在实施例中，束系统10可为示例性中子束系统(例如，上述系统10)的一部分。在此类实施例中，束系统10可采用一个或多个控制系统3001A，一个或多个计算装置3002可与之通信以便与束系统10(例如，中子束系统10)的系统和部件交互。这些装置和/或系统中的每一个都被配置为彼此直接通信或经由本地网络(例如网络3004)通信。
计算装置3002可由各种用户装置、系统、计算设备等体现。例如，第一计算装置3002可为与特定用户相关联的台式计算机，而另一计算装置3002可为与特定用户相关联的膝上型计算机，而又一计算装置3002可为移动装置(例如，平板电脑或智能装置)。计算装置3002中的每一个都可被配置为例如通过可经由计算装置访问的用户界面与束系统10通信。例如，用户可在计算装置3002上执行桌面应用程序，其被配置为与束系统10通信。
通过使用计算装置3002与束系统10通信，用户可为根据本文中所描述的实施例的束系统10提供操作参数(例如，工作电压等)。
控制系统3001A可被配置为从束系统10的部件接收测量结果、信号或其他数据。例如，控制系统3001A可从示例性失准检测系统3010接收指示通过束系统10的束失的准的信号。根据失准的程度或信号，控制系统3001A可提供对一个或多个束线部件3020输入的调节以根据本文中所描述的方法来改变束的位置。控制系统3001A还可或替代地使束系统停止或中断束的传播，例如，通过不偏置离子源上的提取电极。控制系统3001A还可向计算装置3002(和用户)输出束失准或束失准程度的指示。类似地，控制系统3001A可直接或经由通信网络3004向计算装置3002提供从束系统10的任何部件收集的信息，包括失准检测系统3010。
通信网络3004可包括任何有线或无线通信网络，该通信网络包括例如有线或无线局域网(LAN)、个域网(PAN)、城域网(MAN)、广域网(WAN)等，以及实现它所需的任何硬件、软件和/或固件(例如，网络路由器等)。例如，通信网络3004可以包括802.11、802.16、802.20和/或WiMax网络。此外，通信网络3004可包括诸如因特网的公共网络、诸如内联网的私有网络或它们的组合，并且可利用现在可获得的或今后开发的各种联网协议，包括但不限于基于联网协议的TCP/IP。
计算装置3002、失准检测系统3010和控制系统3001A可由一个或多个计算系统体现，例如图8所示的设备3100。如图8所示，设备3100可包括处理器3102、存储器3104、输入和/或输出电路3106以及通信装置或电路3108。还应当理解，这些部件3102-3108中的某些部件可包括类似的硬件。例如，两个部件均可杠杆使用同一处理器、网络接口、存储介质等来执行它们相关联的功能，这样就不会每个装置都需要重复的硬件。因此，如本文中关于设备的部件所使用的术语“装置”和/或“电路”的使用可涵盖配置有软件以执行与该特定装置相关联的功能的特定硬件，如文中所述。
术语“装置”和/或“电路”应当被广义地理解为包括硬件，在一些实施例中，装置和/或电路还可包括用于配置硬件的软件。例如，在一些实施例中，装置和/或电路可包括处理电路、存储介质、网络接口、输入/输出装置等。在一些实施例中，设备3100的其他元件可提供或补充特定装置的功能。例如，处理器3102可提供处理功能，存储器3104可提供存储功能，通信装置或电路3108可提供网络接口功能，等等。
在一些实施例中，处理器3102(和/或协处理器或辅助处理器或以其他方式与处理器相关联的任何其他处理电路)可经由总线与存储器3104通信以在设备的部件之间传递信息。存储器3104可为非暂时性的并且可包括例如一个或多个易失性和/或非易失性存储器。换言之，例如，存储器可为电子存储装置(例如，计算机可读存储介质)。存储器3104可被配置为存储信息、数据、内容、应用程序、指令等，以使设备能够执行根据本公开的示例性实施例的各种功能。
处理器3102可采用多种不同的方式体现，并且例如可以包括被配置为独立地工作的一个或多个处理装置。附加地或替代地，该处理器可包括一个或多个处理器，其经由总线串联配置以实现指令、流水化和/或多线程的独立执行。术语“处理装置”和/或“处理电路”的使用可被理解为包括单核处理器、多核处理器、设备内部的多个处理器和/或远程或“云”处理器。
在一个示例性实施例中，处理器3102可被配置为执行存储在存储器3104中或处理器可访问的指令。替代地或附加地，处理器可被配置为执行硬编码功能。因此，无论是通过硬件或软件方法配置，还是通过硬件与软件的组合配置，处理器都可表示能够在相应配置的同时执行根据本公开的实施例的操作的实体(例如，物理地体现在电路中)。或者，作为另一示例，当处理器被体现为软件指令的执行器时，指令可具体配置处理器以在指令被执行时执行本文中所描述的算法和/或操作。
在一些实施例中，设备3100可包括输入/输出装置3106，输入/输出装置3106又可与处理器3102通信以向用户提供输出并且在一些实施例中接收来自用户的输入。输入/输出装置3106可包括用户界面并且可包括装置显示器，例如可包括网络用户界面、移动应用程序、客户端装置等的用户装置显示器。在一些实施例中，输入/输出装置3106还可包括键盘、鼠标、操纵杆、触摸屏、触摸区域、软键、麦克风、扬声器或其他输入/输出机构。处理器和/或包括处理器的用户界面电路可被配置为通过存储在处理器可访问的存储器(例如，存储器3104等)上的计算机程序指令(例如，软件和/或固件)来控制一个或多个用户界面元件的一个或多个功能。
通信装置或电路3108可为任何器件，例如体现在硬件或硬件与软件的组合中的装置电路，其被配置为从/向网络和/或与设备3100通信的任何其他装置或电路接收和/或发送数据。在这方面，通信装置或电路3108可包括例如用于实现与有线或无线通信网络的通信的网络接口。例如，通信装置或电路3108可包括一个或多个网络接口卡、天线、总线、开关、路由器、调制解调器以及支持硬件和/或软件，或任何其他适合经由网络实现通信的装置。附加地或替代地，通信接口可包括用于与天线交互以引起信号经由天线发送或处理经由天线接收的信号的接收的电路。这些信号可由设备3100使用多种无线个域网(PAN)技术中的任何一种来发送，例如当前和未来的蓝牙标准(包括蓝牙和蓝牙低功耗(BLE))、红外无线(例如，IrDA)、FREC、超宽带(UWB)、感应无线发生等。另外，应当理解，这些信号可使用Wi-Fi、近场通信(NFC)、全球微波接入互操作性(WiMAX)或其他基于近程的通信协议来发送。
任何这样的计算机程序指令和/或其他类型的代码都可被加载到计算机、处理器或其他可编程设备的电路上以产生机器，使得执行机器上的代码的计算机、处理器或其他可编程电路创建了实现各种功能——包括本文中所描述的功能——的手段。
如上所述，本公开的实施例可被配置为系统、方法、移动装置、后端网络装置等。因此，实施例可包括各种结构，包括完全硬件或软件与硬件的任何组合。此外，实施例可采取在至少一个非暂时性计算机可读存储介质上的计算机程序产品的形式，该程序产品具有在存储介质中体现的计算机可读程序指令(例如，计算机软件)。可采用任何合适的计算机可读存储介质，包括非暂时性硬盘、CD-ROM、闪存、光存储装置或磁存储装置。
用于与本公开的实施例一起使用的处理电路可包括一个或多个处理器、微处理器、控制器和/或微控制器，它们中的每一者都可为分立芯片或分布在多个不同芯片(和其一部分)之中。用于与本公开的实施例一起使用的处理电路可包括数字信号处理器，其可在用于与本公开的实施例一起使用的处理电路的硬件和/或软件中实现。用于与本公开的实施例一起使用的处理电路可与本文的附图的其他部件通信耦合。用于与本公开的实施例一起使用的处理电路可执行存储在存储器上的软件指令，这些指令使处理电路采取许多不同的动作并控制本文的附图中的其他部件。
用于与本公开的实施例一起使用的存储器可由各种功能单元中的一个或多个共用，或者可分布在它们中的两个或多个之中(例如，作为存在于不同芯片内的单独存储器)。存储器本身也可为单独的芯片。存储器可以是非暂时性的，并且可为易失性存储器(例如，RAM等)和/或非易失性存储器(例如，ROM、闪存、F-RAM等)。
根据所描述的主题执行操作的计算机程序指令可用一种或多种编程语言的任意组合编写，包括面向对象的编程语言，例如Java、JavaScript、Smalltalk、C++、C#、Transact-SQL、XML、PHP等，以及传统的过程编程语言，例如“C”编程语言或类似的编程语言。
下面回顾和/或补充迄今为止描述的实施例阐述本主题的各个方面，这里强调以下实施例的相互关系和互换性。换言之，着重于实施例的每个特征都可与每一个其他特征组合的事实，除非另有明确说明或逻辑上不可信。
在一些实施例中，一种检测束注入器中的束失准的方法包括从所述束注入器的至少一个磁性元件获得至少一个电流测量结果和从所述束注入器的至少一个偏置部件获得至少一个电压测量结果。在这些实施例中的一些实施例中，该方法进一步包括当从所述束注入器的至少一个磁性元件获得的所述至少一个电流测量结果中的一个或多个偏离对准电流范围或从所述束注入器的至少一个偏置部件获得的至少一个电压测量结果偏离对准电压范围时判定为传播通过所述束注入器的束失准。
在这些实施例中的一些实施例中，所述束注入器包括束位置监测仪。在这些实施例中的一些实施例中，所述方法进一步包括当来自所述束位置监测仪的输出信号指示所述束位置监测仪的一个或多个单独电极处的信号违背一个条件时判定为传播通过所述束注入器的束失准。在这些实施例中的一些实施例中，所述方法进一步包括当来自所述束位置监测仪的输出信号指示所述束位置监测仪的一个或多个单独电极处的电流的第一数值超过或低于第一电流阈值时判定为传播通过所述束注入器的束失准。
在这些实施例中的一些实施例中，所述束注入器包括一个或多个刮束器构件。在这些实施例中的一些中，所述方法进一步包括从所述一个或多个刮束器构件中的至少一个刮束器构件获得一个或多个测量结果并且当从至少一个刮束器构件获得的所述一个或多个测量结果偏离对准阈值时判定为传播通过所述束注入器的束失准。
在这些实施例中的一些实施例中，所述至少一个磁性元件包括束方向控制磁体或螺线管。
在这些实施例中的一些实施例中，所述至少一个偏置部件包括离子源、预加速器管或静电透镜。
在这些实施例中的一些实施例中，所述束注入器将束注入到加速器系统。
在这些实施例中的一些实施例中，所述方法进一步包括在判定为束失准时停止束传播通过所述束注入器。
在这些实施例中的一些实施例中，所述方法进一步包括在判定为束失准时向控制系统或计算装置发送束失准信号。
在一些实施例中，一种用于检测束注入器中的束失准的系统包括束注入器和控制系统，该控制系统包括至少一个处理器和至少一个存储指令的存储器，所述指令与所述至少一个处理器一起将所述控制系统配置成获得来自所述束注入器的至少一个磁性元件的至少一个电流测量结果和来自所述束注入器的至少一个偏置部件的至少一个电压测量结果。在这些实施例中的一些实施例中，所述至少一个存储器存储指令，这些指令与所述至少一个处理器一起将所述控制系统进一步配置成当从所述束注入器的至少一个磁性元件获得的所述至少一个电流测量结果中的一个或多个偏离对准电流范围或从所述束注入器的至少一个偏置部件获得的至少一个电压测量结果偏离对准电压范围时判定为传播通过所述束注入器的束失准。
在这些实施例中的一些实施例中，所述束注入器包括束位置监测仪。
在这些实施例中的一些实施例中，所述至少一个存储器存储指令，这些指令与所述至少一个处理器一起将所述控制系统进一步配置成当来自所述束位置监测仪的输出信号指示所述束位置监测仪的一个或多个单独电极处的信号违背一个条件时判定为传播通过所述束注入器的束失准。
在这些实施例中的一些实施例中，所述至少一个存储器存储指令，这些指令与所述至少一个处理器一起将所述控制系统进一步配置成当来自所述束位置监测仪的输出信号指示所述束位置监测仪的一个或多个单独电极处的第一电流量数值超过或低于第一电流阈值时判定为传播通过所述束注入器的束失准。
在这些实施例中的一些实施例中，所述束注入器包括一个或多个刮束器构件。
在这些实施例中的一些实施例中，所述至少一个存储器存储指令，这些指令与所述至少一个处理器一起将所述控制系统进一步配置成从所述一个或多个刮束器构件中的至少一个刮束器构件获得一个或多个测量结果，并且当从至少一个刮束器构件获得的所述一个或多个测量结果偏离对准阈值时判定为传播通过所述束注入器的束失准。
在这些实施例中的一些实施例中，所述至少一个磁性元件包括束方向控制磁体或螺线管。
在这些实施例中的一些实施例中，所述至少一个偏置部件包括离子源、预加速器管或静电透镜。
在这些实施例中的一些实施例中，所述束注入器构造成将束注入到加速器系统。
在这些实施例中的一些实施例中，所述至少一个存储器存储指令，这些指令与所述至少一个处理器一起将所述控制系统进一步配置成在判定为束失准时停止束传播通过所述束注入器。
在这些实施例中的一些实施例中，所述至少一个存储器存储指令，这些指令与所述至少一个处理器一起将所述控制系统进一步配置成在判定为束失准时向计算装置发送束失准信号。
在一些实施例中，一种检测加速器系统中束失准的方法包括：获得所述加速器系统的输入孔径处的输入束电流，获得所述加速器系统的输出孔径处的输出束电流，以及当所述输出束电流与所述输入束电流之间的差异指示束损失超过束损失阈值时判定为传播通过所述加速器系统的束失准。
在这些实施例中的一些实施例中，由第一电流监测仪测量结果和第一刮束器构件测量结果确定所述输入束电流。
在这些实施例中的一些实施例中，由第二电流监测仪测量结果和第二刮束器构件测量结果确定所述输出束电流。
在这些实施例中的一些中，所述方法进一步包括向控制系统或计算装置发送束失准信号。
在这些实施例中的一些中，所述方法进一步包括向控制系统或计算装置发送所述输出束电流与所述输入束电流之间的差异的信号。
在这些实施例中的一些实施例中，所述方法进一步包括在判定为束失准时中断束传播。
在一些实施例中，一种检测加速器系统中束失准的方法包括：获得所述加速器系统的输入孔径处的输入束电流，获得所述加速器系统的输出孔径处的输出束电流，以及当所述加速器系统的电流与所述输出束电流和所述输入束电流之和之间的差异大于零时判定为传播通过所述加速器系统的束失准。
在这些实施例中的一些实施例中，所述输入束电流由第一电流监测仪测量结果和第一刮束器构件测量结果组成。
在这些实施例中的一些实施例中，所述输出束电流由第二电流监测仪测量结果和第二刮束器构件测量结果组成。
在这些实施例中的一些实施例中，所述方法进一步包括向控制系统或计算装置发送束失准的信号。
在这些实施例中的一些实施例中，所述方法进一步包括向控制系统或计算装置发送所述输出束电流与所述输入束电流之间的差异的信号。
在这些实施例中的一些实施例中，所述方法进一步包括在判定为束失准时中断束传播。
在一些实施例中，一种检测加速器系统中束失准的方法包括获得所述加速器系统的靶交换冷却装置的冷却剂的流速、撞击所述加速器系统的电荷交换装置的粒子的能量以及冷却剂在所述电荷交换冷却装置的入口和出口之间的温度差。在这些实施例中的一些实施例中，所述方法进一步包括当基于所述流速、能量和温度差计算出的束损失超过束损失阈值时判定为传播通过所述加速器系统的束失准。
在这些实施例中的一些实施例中，所述方法进一步包括向控制系统或计算装置发送束失准的信号。
在这些实施例中的一些实施例中，所述方法进一步包括向控制系统或计算装置发送流速、能量和温度差的信号。
在这些实施例中的一些实施例中，所述方法进一步包括在判定为束失准时中断束传播。
在一些实施例中，一种检测加速器系统中束失准的方法包括：获得所述加速器系统的输入孔径处的输入束电流，获得所述加速器系统的输出孔径处的输出束电流，或者获得所述加速器系统的电荷交换冷却装置的冷却剂的流速、撞击所述加速器系统的电荷交换装置的粒子的能量以及冷却剂在所述电荷交换冷却装置的入口和出口之间的温度差。在这些实施例中的一些实施例中，所述方法进一步包括以下一项或多项：当所述输出束电流与所述输入束电流之间的差异指示束损失超过束损失阈值时判定为传播通过所述加速器系统的束失准，或者当所述加速器系统的电流与所述输出束电流和输入束电流之和之间的差异大于零时判定为传播通过所述加速器系统的束失准，或者当基于所述流速、能量和温度差计算出的束损失超过束损失阈值时判定为传播通过所述加速器系统的束失准。
在一些实施例中，一种用于检测加速器系统中的束失准的系统包括加速器系统和控制系统，该控制系统包括至少一个处理器和至少一个存储指令的存储器，所述指令与所述至少一个处理器一起将所述控制系统配置成执行方法根据前述实施例中的任一个所述的方法。
在这些实施例中的一些实施例中，所述系统进一步包括定位在所述加速器系统的输入孔径处的第一电流监测仪和定位在所述加速器系统的输出孔径处的第二电流监测仪。在这些实施例中的一些实施例中，所述系统进一步包括定位在所述加速器系统的输入孔径处的第一刮束器构件和定位在所述加速器系统的输出孔径处的第二刮束器构件。
在这些实施例中的一些实施例中，所述系统进一步包括电荷交换装置和电荷交换冷却装置。
在一些实施例中，一种束系统包括根据前述实施例中任一个所述的用于检测束注入器中的束失准的系统。在这些实施例中的一些实施例中，所述束系统进一步包括根据前述实施例中任一个所述的用于检测加速器系统中的束失准的系统。
在一些实施例中，一种用于检测束系统中的束失准的方法包括根据前述实施例中任一个所述的方法来检测束系统的束注入器中的束失准中的一个或多个。在这些实施例中的一些实施例中，所述方法进一步包括根据前述实施例中任一个所述的方法来检测所述束系统的加速器系统中的束失准。
应当注意，关于本文提供的任何实施例描述的所有特征、元件、部件、功能和步骤旨在能够与来自任何其它实施例的特征、元件、部件、功能和步骤自由组合和替换。如果某个特征、元件、部件、功能或步骤仅关于一个实施例进行描述，则应当理解，该特征、元件、部件、功能或步骤可与本文中所描述的每个其它实施例一起使用，除非另有明确说明。因此，该段落在任何时候都用作权利要求书的介绍的引用基础和书面支持，权利要求书组合了来自不同实施例的特征、元件、部件、功能和步骤，或者用来自一个实施例的特征、元件、部件、功能和步骤替换来自另一个实施例的特征、元件、部件、功能和步骤，即使以下描述在特定情况下没有明确说明这种组合或替换是可能的。明确承认，对每一种可能的组合和替换的明确叙述是过于繁琐的，尤其是考虑到每一种这样的组合和替换的允许性将容易被本领域普通技术人员认识到。
在本文公开的实施例包括存储器、存储装置和/或计算机可读介质或结合它们操作的意义上，则该存储器、存储装置和/或计算机可读介质是非暂时性的。因此，在存储器、存储装置和/或计算机可读介质由一项或多项权利要求覆盖的意义上，则该存储器、存储装置和/或计算机可读介质仅仅是非暂时性的。
如本文和所附权利要求书中所使用的，单数形式“一”、“一种”和“该”包括复数指代物，除非上下文另有明确规定。
虽然实施例易于具有各种修改和备选形式，但是其具体示例已经在附图中被示出并在本文中被详细描述。然而，应当理解，这些实施例不限于所公开的特定形式，而是相反，这些实施例将覆盖落入本公开的精神内的所有修改、等同方案和备选方案。此外，实施例的任何特征、功能、步骤或元素可在权利要求书以及通过不在权利要求书的发明范围内的特征、功能、步骤或元素来限定该发明范围的负面限制中被叙述或添加到权利要求书或该负面限制。

Claims (45)

1.一种检测束注入器中束失准的方法，所述方法包括：
从所述束注入器的至少一个磁性元件获得至少一个电流测量结果和从所述束注入器的至少一个偏置部件获得至少一个电压测量结果；并且
当从所述束注入器的至少一个磁性元件获得的所述至少一个电流测量结果中的一个或多个偏离对准电流范围或从所述束注入器的至少一个偏置部件获得的至少一个电压测量结果偏离对准电压范围时，判定为传播通过所述束注入器的束失准。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述束注入器包括束位置监测仪。
3.根据权利要求2所述的方法，进一步包括：
当来自所述束位置监测仪的输出信号指示所述束位置监测仪的一个或多个单独电极处的信号违背一个条件时，判定为传播通过所述束注入器的束失准。
4.根据权利要求2所述的方法，进一步包括：
当来自所述束位置监测仪的输出信号指示所述束位置监测仪的一个或多个单独电极处的电流的第一数值超过或低于第一电流阈值时，判定为传播通过所述束注入器的束失准。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述束注入器包括一个或多个刮束器构件。
6.根据权利要求5所述的方法，进一步包括：
从所述一个或多个刮束器构件中的至少一个刮束器构件获得一个或多个测量结果；并且
当从至少一个刮束器构件获得的所述一个或多个测量结果偏离对准阈值时，判定为传播通过所述束注入器的束失准。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中，所述至少一个磁性元件包括束方向控制磁体或螺线管。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其中，所述至少一个偏置部件包括离子源、预加速器管或静电透镜。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其中，所述束注入器将束注入到加速器系统。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的方法，进一步包括：
在判定为束失准时，停止束传播通过所述束注入器。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的方法，进一步包括：
在判定为束失准时，向控制系统或计算装置发送束失准信号。。
12.一种用于检测束注入器中的束失准的系统，该系统包括：
束注入器；和
控制系统，该控制系统包括至少一个处理器和存储指令的至少一个存储器，所述指令与所述至少一个处理器一起将所述控制系统配置成：
获得来自所述束注入器的至少一个磁性元件的至少一个电流测量结果和来自所述束注入器的至少一个偏置部件的至少一个电压测量结果；并且
当从所述束注入器的至少一个磁性元件获得的所述至少一个电流测量结果中的一个或多个偏离对准电流范围或从所述束注入器的至少一个偏置部件获得的至少一个电压测量结果偏离对准电压范围时，判定为传播通过所述束注入器的束失准。
13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述束注入器包括束位置监测仪。
14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述至少一个存储器存储指令，所述指令与所述至少一个处理器一起将所述控制系统进一步配置成：
当来自所述束位置监测仪的输出信号指示所述束位置监测仪的一个或多个单独电极处的信号违背一个条件时，判定为传播通过所述束注入器的束失准。
15.根据权利要求13所述的系统，其中，所述至少一个存储器存储指令，所述指令与所述至少一个处理器一起将所述控制系统进一步配置成：
当来自所述束位置监测仪的输出信号指示所述束位置监测仪的一个或多个单独电极处的电流的第一数值超过或低于第一电流阈值时，判定为传播通过所述束注入器的束失准。
16.根据权利要求12所述的系统，其中，所述束注入器包括一个或多个刮束器构件。
17.根据权利要求16所述的系统，其中，所述至少一个存储器存储指令，所述指令与所述至少一个处理器一起将所述控制系统进一步配置成：
从所述一个或多个刮束器构件中的至少一个刮束器构件获得一个或多个测量结果；并且
当从至少一个刮束器构件获得的所述一个或多个测量结果偏离对准阈值时，判定为传播通过所述束注入器的束失准。
18.根据权利要求12-17中任一项所述的系统，其中，所述至少一个磁性元件包括束方向控制磁体或螺线管。
19.根据权利要求12-18中任一项所述的系统，其中，所述至少一个偏置部件包括离子源、预加速器管或静电透镜。
20.根据权利要求12-19中任一项所述的系统，其中，所述束注入器构造成将束注入到加速器系统。
21.根据权利要求12-20中任一项所述的系统，其中，所述至少一个存储器存储指令，所述指令与所述至少一个处理器一起将所述控制系统进一步配置成：
在判定为束失准时，停止束传播通过所述束注入器。
22.根据权利要求12-21中任一项所述的系统，其中，所述至少一个存储器存储指令，所述指令与所述至少一个处理器一起将所述控制系统进一步配置成：
在判定为束失准时，向计算装置发送束失准信号。
23.一种检测加速器系统中束失准的方法，该方法包括：
获得所述加速器系统的输入孔径处的输入束电流；
获得所述加速器系统的输出孔径处的输出束电流；以及
当所述输出束电流与所述输入束电流之间的差异指示束损失超过束损失阈值时，判定为传播通过所述加速器系统的束失准。
24.根据权利要求23所述的方法，其中，由第一电流监测仪测量结果和第一刮束器构件测量结果确定所述输入束电流。
25.根据权利要求23所述的方法，其中，由第二电流监测仪测量结果和第二刮束器构件测量结果确定所述输出束电流。
26.根据权利要求23-25中任一项所述的方法，进一步包括向控制系统或计算装置发送束失准信号。
27.根据权利要求23-25中任一项所述的方法，进一步包括向控制系统或计算装置发送所述输出束电流与所述输入束电流之间的差异的信号
28.根据权利要求23-27中任一项所述的方法，进一步包括在判定为束失准时中断束传播。
29.一种检测加速器系统中束失准的方法，该方法包括：
获得所述加速器系统的输入孔径处的输入束电流；
获得所述加速器系统的输出孔径处的输出束电流；以及
当所述加速器系统的电流与所述输出束电流和所述输入束电流之和之间的差异大于零时，判定为传播通过所述加速器系统的束失准。
30.根据权利要求29所述的方法，其中，所述输入束电流由第一电流监测仪测量结果和第一刮束器构件测量结果组成。
31.根据权利要求29所述的方法，其中，所述输出束电流由第二电流监测仪测量结果和第二刮束器构件测量结果组成。
32.根据权利要求29-31中任一项所述的方法，进一步包括向控制系统或计算装置发送束失准的信号。
33.根据权利要求29-31中任一项所述的方法，进一步包括向控制系统或计算装置发送所述输出束电流与所述输入束电流之间的差异的信号。
34.根据权利要求29-31中任一项所述的方法，进一步包括在判定为束失准时中断束传播。
35.一种检测加速器系统中束失准的方法，所述方法包括：
获得所述加速器系统的靶交换冷却装置的冷却剂的流速、撞击所述加速器系统的电荷交换装置的粒子的能量以及冷却剂在所述电荷交换冷却装置的入口和出口之间的温度差；以及
当基于所述流速、能量和温度差计算出的束损失超过束损失阈值时，判定为传播通过所述加速器系统的束失准。
36.根据权利要求35所述的方法，进一步包括向控制系统或计算装置发送束失准的信号。
37.根据权利要求35-36中任一项所述的方法，进一步包括向控制系统或计算装置发送流速、能量和温度差的信号。
38.根据权利要求35-37中任一项所述的方法，进一步包括在判定为束失准时中断束传播。
39.一种检测加速器系统中束失准的方法，该方法包括：
获得所述加速器系统的输入孔径处的输入束电流；
获得所述加速器系统的输出孔径处的输出束电流；或者
获得所述加速器系统的电荷交换冷却装置的冷却剂的流速、撞击所述加速器系统的电荷交换装置的粒子的能量以及冷却剂在所述电荷交换冷却装置的入口和出口之间的温度差；以及
以下一项或多项：
当所述输出束电流与所述输入束电流之间的差异指示束损失超过束损失阈值时，判定为传播通过所述加速器系统的束失准；或者
当所述加速器系统的电流与所述输出束电流和输入束电流之和之间的差异大于零时，判定为传播通过所述加速器系统的束失准；或者
当基于所述流速、能量和温度差计算出的束损失超过束损失阈值时，判定为传播通过所述加速器系统的束失准。
40.一种用于检测加速器系统中的束失准的系统，该系统包括：
加速器系统；和
控制系统，该控制系统包括至少一个处理器和存储指令的至少一个存储器，所述指令与所述至少一个处理器一起将所述控制系统配置成执行根据权利要求23-39中任一项所述的方法。
41.根据权利要求40所述的系统，进一步包括：
定位在所述加速器系统的输入孔径处的第一电流监测仪和定位在所述加速器系统的输出孔径处的第二电流监测仪。
42.根据权利要求40所述的系统，进一步包括：
定位在所述加速器系统的输入孔径处的第一刮束器构件和定位在所述加速器系统的输出孔径处的第二刮束器构件。
43.根据权利要求40所述的系统，进一步包括：
电荷交换装置和电荷交换冷却装置。
44.一种束系统，包括：
根据权利要求12-22中任一项所述的用于检测束注入器中的束失准的系统；和
根据权利要求40-43中任一项所述的用于检测加速器系统中的束失准的系统。
45.一种用于检测束系统中的束失准的方法，所述方法包括以下的一个或多个：
根据权利要求1-11中任一项所述的方法检测所述束系统的束注入器中的束失准；或
根据权利要求23-39中任一项所述的方法检测所述束系统的加速器系统中的束失准。
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