CN116234145A - 紧凑型强流h2+离子束产生装置 - Google Patents
紧凑型强流h2+离子束产生装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116234145A CN116234145A CN202310026598.0A CN202310026598A CN116234145A CN 116234145 A CN116234145 A CN 116234145A CN 202310026598 A CN202310026598 A CN 202310026598A CN 116234145 A CN116234145 A CN 116234145A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ion beam
- velocity
- deflection plate
- electrostatic deflection
- selector
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H13/00—Magnetic resonance accelerators; Cyclotrons
- H05H13/005—Cyclotrons
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H3/00—Production or acceleration of neutral particle beams, e.g. molecular or atomic beams
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Particle Accelerators (AREA)
Abstract
本发明涉及一种紧凑型强流H2 +离子束产生装置，包括离子源、速度选择器和至少一个螺线管。所述离子源用于产生离子束流。所述离子束流进入至所述速度选择器中，所述速度选择器对速度v满足件条件v＝E/B的粒子通过所述速度选择器，而对于速度v不能满足所述条件的粒子则进行阻挡，所述条件中E为速度选择器的电压，B为速度选择器的磁场。所述螺线管用于对通过所述速度选择器的离子束流进行聚焦。由离子源引出的离子束经过速度选择器的选择后得到加速器所需的目标离子，经过螺线管的聚焦后完成束流twiss参数的匹配，随后注入RFQ加速器完成束流聚束。
Description
技术领域
本发明涉及回旋加速器领域，尤其涉及一种紧凑型强流H2 +离子束产生装置。
背景技术
相较于传统的射频直线加速器，回旋加速器由于体积小，造价低的优势在放射性医用同位素生产领域得到了普遍应用。为了提高束流利用效率以及注入流强，一般采用外部离子束注入方案，位于回旋加速器外部的离子源产生的离子束经过低能传输线的传输注入回旋加速器中。传统的低能传输线主要包括偏转磁铁，螺线管，四极透镜，斩波器等束流光学元件，同时为了避免偏转磁铁的磁场受到回旋加速器外部杂散磁场的影响，偏转磁铁距离回旋加速器的位置较远，以上两点导致了采用外部注入方案时回旋加速器的低能传输线体积较大，不利于设备的小型化。
为了减小设计的回旋加速器系统的体积，同时有效提高回旋加速器的注入流强，本发明提出了一种采用速度选择器的低能传输线设计方案，利用速度选择器代替偏转磁铁与斩波器实现束流的质量选择与结构性时序的实现，可以有效减小回旋加速器低能传输线的尺寸，离子源引出的束流经过低能传输线的选择与匹配后注入RFQ加速器，经过RFQ聚束后注入回旋加速器中。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种紧凑型强流氢离子束(H2 +离子束)产生装置，所述离子束装置结构紧凑，能够减小占用空间。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
本发明提供一种紧凑型强流H2 +离子束产生装置，包括：
离子源，所述离子源用于产生离子束流；
速度选择器，所述离子束流进入至所述速度选择器中，所述速度选择器对速度v满足件条件v＝E/B的粒子选择通过所述速度选择器，而对于速度v不能满足所述条件的粒子则进行阻挡，所述条件中E为速度选择器的电压，B为速度选择器的磁场；
至少一个螺线管，所述螺线管用于对通过所述速度选择器的离子束流进行聚焦，所述离子源、速度选择器和螺线管依次连接。
进一步的，所述速度选择器包括：
屏蔽壳体，所述屏蔽壳体的一端与所述离子源连接，另一端与所述螺线管连接；
第一静电偏转板和第二静电偏转板，第一静电偏转板和第二静电偏转板安装在所述屏蔽壳体内，所述第一静电偏转板和第二静电偏转板相对且间隔设置，所述第一静电偏转板和第二静电偏转板之间形成电场，所述电场的电压为所述E，粒子束进入至所述电场内速度的方向与所述电场的方向垂直；
第一磁极头和第二磁极头，所述第一磁极头和第二磁极头安装在所述屏蔽壳体内，所述第一磁极头和第二磁极头相对且间隔设置，所述第一磁极头和第二磁极头之间形成磁场，所述磁场的强度为所述B，所述磁场与所述电场垂直，所述粒子束流从所述屏蔽壳体的一端进入至所述电场和磁场内进行选择后从所述屏蔽壳体的另一端出去。
进一步的，所述速度选择器还包括若干根绝缘撑杆，所述绝缘撑杆的一端与所述屏蔽壳体的内壁连接，另一端与所述第一静电偏转板或第二静电偏转板连接，所述绝缘撑杆用于将所述第一静电偏转板和第二静电偏转板固定支撑在所述屏蔽壳体内。
进一步的，所述螺线管包括两个，两个所述螺线管分别为第一螺线管和第二螺线管，设置两个螺线管的作用为调节所述离子束流的twiss参数，使所述离子束流的twiss参数与后端加速器入口要求匹配。
进一步的，还包括法拉第筒和分子泵，所述法拉第筒用于测量离子源引出的离子束流的强度，所述分子泵用于获取束线内部所需真空。
进一步的，所述屏蔽壳体为采用高磁导率的纯铁材料制成，所述纯铁材料的相对磁导率为1000。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
本发明使用速度选择器代替偏转磁铁与斩波器通过合理的设计速度选择器的高磁导率外壳，可以有效的屏蔽回旋加速器外部磁场对偏转磁铁与斩波器的干扰，因此速度选择器可以安置在距离回旋加速器较近的位置，有效的减小了低能传输线的尺寸。并且利用速度选择器同时代替了低能传输线中需要的偏转磁铁与斩波器，同时完成了束流粒子种类的选择与注入束流结构性时序的实现。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。
在附图中：
图1是紧凑型强流H2 +离子束产生装置的结构示意图；
图2是速度选择器的结构示意图；
附图中各标记表示如下：
1-离子源、2-速度选择器、3-第一螺线管、4-第二螺线管、5-法拉第筒、6-分子泵、21-屏蔽壳体、22-第一静电偏转板、23-第二静电偏转板、24-第一磁极头、25-二极磁铁线包、26-绝缘杆。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施方式。虽然附图中显示了本发明的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本发明的实施例提供了一种紧凑型强流H2 +离子束产生装置，包括离子源、速度选择器和至少一个螺线管。所述离子源用于产生离子束流。所述离子束流进入至所述速度选择器中，所述速度选择器对速度v满足件条件v＝E/B的粒子通过所述速度选择器，而对于速度v不能满足所述条件的粒子则进行阻挡，所述条件中E为速度选择器的电压，B为速度选择器的磁场。所述螺线管用于对通过所述速度选择器的离子束流进行聚焦，所述离子源、速度选择器和螺线管依次连接。由离子源引出的离子束经过速度选择器的选择后得到加速器所需的目标离子，经过螺线管的聚焦后完成束流twiss参数的匹配，随后注入RFQ加速器完成束流聚束。
实施例1
如图1和图2所示，所述紧凑型强流H2 +离子束产生装置，包括离子源1、速度选择器2和至少一个螺线管。所述离子源1用于产生离子束流。所述离子束流进入至所述速度选择器2中，所述速度选择器2对速度v满足件条件v＝E/B的粒子通过所述速度选择器2，而对于速度v不能满足所述条件的粒子则进行阻挡，所述条件中E为速度选择器2的电压，B为速度选择器2的磁场。所述螺线管用于对通过所述速度选择器2的离子束流进行聚焦，所述离子源、速度选择器和螺线管依次连接。由离子源1引出的离子束经过速度选择器2的选择后得到加速器所需的目标离子，经过螺线管的聚焦后完成束流twiss参数的匹配，随后注入RFQ加速器完成束流聚束。
所述速度选择器2包括屏蔽壳体21、第一静电偏转板22和第二静电偏转板23和第一磁极头24和第二磁极头。所述屏蔽壳体21的一端与所述离子源1连接，另一端与所述螺线管连接。第一静电偏转板22和第二静电偏转板23，第一静电偏转板22和第二静电偏转板23安装在所述屏蔽壳体21内，所述第一静电偏转板22和第二静电偏转板23相对且间隔设置，所述第一静电偏转板22和第二静电偏转板23之间形成电场，所述电场的电压为所述E,粒子束进入至所述电场内速度的方向与所述电场的方向垂直。所述第一磁极头24和第二磁极头安装在所述屏蔽壳体21内，所述第一磁极头24和第二磁极头相对且间隔设置，所述第一磁极头24和第二磁极头之间形成磁场，所述磁场的强度为所述B，所述磁场与所述电场垂直，所述离子束流从所述屏蔽壳体21的一端进入至所述电场和磁场内进行选择后从所述屏蔽壳体21的另一端出去。
本发明中利用速度选择器代替偏转磁铁，完成束流种类的选择。对于速度选择器2而言，当粒子的速度v满足条件v＝E/B时，即可通过速度选择器2，而速度不满足这一条件的粒子则会被阻挡，其中E为速度选择器2极板之间的电压，B为速度选择器极头之间的磁场。
所述离子源1引出电压为U时，质量为m，电荷量为q的粒子的速度v可以表示为v＝(2qU/m)1/2，因此对于同一电荷态不同质量的粒子，可以通过调节速度选择器2的磁场B与电场E实现粒子种类的选择，代替偏转磁铁。速度选择器2外部的屏蔽壳体21，在距离回旋加速器一定距离时可以有效地屏蔽回旋加速器的杂散场，防止内部磁场B与电场E受到干扰。
本发明同时利用速度选择器代替斩波器，实现结构性时序的注入束流。由于粒子的速度v满足条件v＝E/B时才可通过速度选择器2，因此在需要粒子通过时将静电偏转极板22,23之间的电压设置为V1，使得极板间电压恰好为E，而在需要阻挡束流时将静电偏转极板22,23之间的电压提高至V2，此时束流被阻挡。通过周期性的调节静电偏转板间电压V1与V2的变化，可以实现引出束流在时间上的周期性变化，从而实现注入束流以需要的结构性时序注入射频四极加速器RFQ中。
优选的，所述速度选择器2外部的屏蔽壳体21为高磁导率的纯铁材料制成，在距离回旋加速器一定距离时可以有效地屏蔽回旋加速器的杂散场，防止内部磁场B与电场E受到干扰。所述屏蔽壳体21的相对磁导率优选为1000左右。
所述速度选择器还包括若干根绝缘撑杆26用以支撑静电偏转板，并与速度选择器外壳21之间绝缘，所述绝缘撑杆26的一端与所述外壳21的内壁连接，另一端与所述第一静电偏转板22或第二静电偏转板23连接，所述绝缘撑杆26用于将所述第一静电偏转板22和第二静电偏转板23固定支撑在所述屏蔽壳体21内。
所述速度选择器2还包括二级磁铁线包25，所述二级磁铁24固定嵌设在所述二级磁铁线包25内，通过调整二级磁铁线包25的加载电流大小，可以对磁场B的大小进行调节。
进一步的，所述螺线管包括两个，两个所述螺线管分别为第一螺线管3和第二螺线管6，设置两个螺线管的作用为调节束流twiss参数，使之与后端加速器入口要求匹配。
进一步的，所述离子束产生装置还包括法拉第筒5和分子泵6，所述法拉第筒的作用为测量离子源引出离子束流强度，所述分子泵用于获取所述束线内部所需真空。
本发明使用速度选择器代替偏转磁铁与斩波器，通过合理的设计速度选择器2的高磁导率外壳21，可以有效的屏蔽回旋加速器外部磁场对偏转磁铁与斩波器的干扰，因此速度选择器2可以安置在距离回旋加速器较近的位置，有效的减小了低能传输线的尺寸。并且利用速度选择器2同时代替了低能传输线中需要的偏转磁铁与斩波器，同时完成了束流粒子种类的选择与注入束流结构性时序的实现。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种紧凑型强流H2 +离子束产生装置，其特征在于，包括：
离子源，所述离子源用于产生离子束流；
速度选择器，所述离子束流进入至所述速度选择器中，所述速度选择器对速度v满足件条件v＝E/B的粒子选择通过所述速度选择器，而对于速度v不能满足所述条件的粒子则进行阻挡，所述条件中E为速度选择器的电压，B为速度选择器的磁场；
至少一个螺线管，所述螺线管用于对通过所述速度选择器的离子束流进行聚焦，所述离子源、速度选择器和螺线管依次连接。
2.根据权利要求1所述的紧凑型强流H2 +离子束产生装置，其特征在于，所述速度选择器包括：
屏蔽壳体，所述屏蔽壳体的一端与所述离子源连接，另一端与所述螺线管连接；
第一静电偏转板和第二静电偏转板，第一静电偏转板和第二静电偏转板安装在所述屏蔽壳体内，所述第一静电偏转板和第二静电偏转板相对且间隔设置，所述第一静电偏转板和第二静电偏转板之间形成电场，所述电场的电压为所述E，粒子束进入至所述电场内速度的方向与所述电场的方向垂直；
第一磁极头和第二磁极头，所述第一磁极头和第二磁极头安装在所述屏蔽壳体内，所述第一磁极头和第二磁极头相对且间隔设置，所述第一磁极头和第二磁极头之间形成磁场，所述磁场的强度为所述B，所述磁场与所述电场垂直，所述粒子束流从所述屏蔽壳体的一端进入至所述电场和磁场内进行选择后从所述屏蔽壳体的另一端出去。
3.根据权利要求2所述的紧凑型强流H2 +离子束产生装置，其特征在于，所述速度选择器还包括若干根绝缘撑杆，所述绝缘撑杆的一端与所述屏蔽壳体的内壁连接，另一端与所述第一静电偏转板或第二静电偏转板连接，所述绝缘撑杆用于将所述第一静电偏转板和第二静电偏转板固定支撑在所述屏蔽壳体内。
4.根据权利要求1所述的紧凑型强流H2 +离子束产生装置，其特征在于，所述螺线管包括两个，两个所述螺线管分别为第一螺线管和第二螺线管，设置两个螺线管的作用为调节所述离子束流的twiss参数，使所述离子束流的twiss参数与后端加速器入口要求匹配。
5.根据权利要求1所述的紧凑型强流H2 +离子束产生装置，其特征在于，还包括法拉第筒和分子泵，所述法拉第筒用于测量离子源引出的离子束流的强度，所述分子泵用于获取束线内部所需真空。
6.根据权利要求2所述的紧凑型强流H2 +离子束产生装置，其特征在于，所述屏蔽壳体为采用高磁导率的纯铁材料制成，所述纯铁材料的相对磁导率为1000。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310026598.0A CN116234145A (zh) | 2023-01-09 | 2023-01-09 | 紧凑型强流h2+离子束产生装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310026598.0A CN116234145A (zh) | 2023-01-09 | 2023-01-09 | 紧凑型强流h2+离子束产生装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116234145A true CN116234145A (zh) | 2023-06-06 |
Family
ID=86588457
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310026598.0A Pending CN116234145A (zh) | 2023-01-09 | 2023-01-09 | 紧凑型强流h2+离子束产生装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116234145A (zh) |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020088940A1 (en) * | 2001-01-10 | 2002-07-11 | Kenji Watanabe | Electron beam inspection system and inspection method and method of manufacturing devices using the system |
| CN2503687Y (zh) * | 2001-09-14 | 2002-07-31 | 陕西百纳科技发展有限责任公司 | 制备超硬薄膜的离子源装置的滤质器 |
| JP2011258573A (ja) * | 2011-08-26 | 2011-12-22 | Hitachi High-Technologies Corp | 荷電粒子線装置 |
| JP2012142139A (ja) * | 2010-12-28 | 2012-07-26 | Japan Atomic Energy Agency | イオンビーム生成方法及びイオンビーム生成装置 |
| US8421029B1 (en) * | 2011-11-17 | 2013-04-16 | Hermes-Microvision, Inc. | Wien filter with reduced field leakage |
| KR20150049390A (ko) * | 2013-10-30 | 2015-05-08 | 한국과학기술원 | ExB 필터부와 전위지연탐침부를 구비한 이온특성분석장치 및 그 방법 |
| JP2018156846A (ja) * | 2017-03-17 | 2018-10-04 | 株式会社東芝 | イオン源及びイオンビーム発生方法 |
| US20190250361A1 (en) * | 2018-02-14 | 2019-08-15 | Ebara Corporation | Wien filter and electron-optics apparatus |
| CN111739776A (zh) * | 2020-06-15 | 2020-10-02 | 上海琳鼎光学科技有限公司 | 一种回旋离子束加工装置 |
| US20210013017A1 (en) * | 2018-03-19 | 2021-01-14 | Thermo Fisher Scientific (Bremen) Gmbh | Mass Spectrometer |
| CN114071855A (zh) * | 2021-12-16 | 2022-02-18 | 南京大学 | 一种低能质子束流传输装置 |
-
2023
- 2023-01-09 CN CN202310026598.0A patent/CN116234145A/zh active Pending
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020088940A1 (en) * | 2001-01-10 | 2002-07-11 | Kenji Watanabe | Electron beam inspection system and inspection method and method of manufacturing devices using the system |
| CN2503687Y (zh) * | 2001-09-14 | 2002-07-31 | 陕西百纳科技发展有限责任公司 | 制备超硬薄膜的离子源装置的滤质器 |
| JP2012142139A (ja) * | 2010-12-28 | 2012-07-26 | Japan Atomic Energy Agency | イオンビーム生成方法及びイオンビーム生成装置 |
| JP2011258573A (ja) * | 2011-08-26 | 2011-12-22 | Hitachi High-Technologies Corp | 荷電粒子線装置 |
| US8421029B1 (en) * | 2011-11-17 | 2013-04-16 | Hermes-Microvision, Inc. | Wien filter with reduced field leakage |
| KR20150049390A (ko) * | 2013-10-30 | 2015-05-08 | 한국과학기술원 | ExB 필터부와 전위지연탐침부를 구비한 이온특성분석장치 및 그 방법 |
| JP2018156846A (ja) * | 2017-03-17 | 2018-10-04 | 株式会社東芝 | イオン源及びイオンビーム発生方法 |
| US20190250361A1 (en) * | 2018-02-14 | 2019-08-15 | Ebara Corporation | Wien filter and electron-optics apparatus |
| US20210013017A1 (en) * | 2018-03-19 | 2021-01-14 | Thermo Fisher Scientific (Bremen) Gmbh | Mass Spectrometer |
| CN111739776A (zh) * | 2020-06-15 | 2020-10-02 | 上海琳鼎光学科技有限公司 | 一种回旋离子束加工装置 |
| CN114071855A (zh) * | 2021-12-16 | 2022-02-18 | 南京大学 | 一种低能质子束流传输装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN113301705B (zh) | 直线注入器系统及其运转方法以及质子重离子治癌装置 | |
| CN106163073B (zh) | 一种中能超导质子回旋加速器的束流引出方法 | |
| CN101103432B (zh) | 离子注入机磁铁中的电子注入 | |
| CN101015034A (zh) | 基于等离子体的离子注入的法拉第剂量和均匀度监测器 | |
| CN102119584A (zh) | 强流直流质子加速器 | |
| CN108566721B (zh) | 直线加速器和同步加速器 | |
| WO2022119674A1 (en) | Resonator, linear accelerator configuration and ion implantation system having toroidal resonator | |
| US6445146B1 (en) | Method of reducing axial beam focusing | |
| CN112822830B (zh) | 质子和轻离子同步加速器、含该加速器的治疗系统及应用 | |
| US3883761A (en) | Electrostatic extraction method and apparatus for cyclotrons | |
| CN116234145A (zh) | 紧凑型强流h2+离子束产生装置 | |
| Naylor | A folded tandem accelerator | |
| US5247263A (en) | Injection system for tandem accelerators | |
| CN115279008A (zh) | 一种医用离子直线加速器 | |
| WO2018096648A1 (ja) | 加速器および粒子線照射装置 | |
| Goto et al. | Injector AVF cyclotron at RIKEN | |
| JP2012142139A (ja) | イオンビーム生成方法及びイオンビーム生成装置 | |
| Schreuder | Recent developments in superconducting cyclotrons | |
| CN111741590A (zh) | 偏转磁铁及具有其的偏转装置 | |
| US20240098871A1 (en) | Drift tube electrode arrangement having direct current optics | |
| CN117080039B (zh) | 分析磁场装置及离子注入机 | |
| CN111133551B (zh) | 离子源装置 | |
| SU1011032A1 (ru) | Ионна ускорительна трубка | |
| Anicich et al. | Miniature cyclotron resonance ion source using small permanent magnet | |
| Clark et al. | Beam acceleration in the LBL 88-inch cyclotron with injection from the AECR source |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |