CN116491226A - 用于在束系统中启动束输送的系统、装置和方法 - Google Patents

Abstract

系统、装置和方法的实施例涉及启动加速器系统的束输送。一种示例性方法包括将加速器系统的一个或多个电极的偏置电压升高到第一电压水平，以及从束源提取带电粒子束，使得该束被输送通过加速器系统。该束具有束电流，其引起在阈值以内的第一瞬态电压降。该方法可进一步包括以引起一个或多个后续瞬态电压降的速率增加束电流，直到加速器系统已经达到标称条件。另一示例性方法包括偏置加速器系统的一个或多个电极并根据占空比函数从束源选择性地提取带电粒子束，使得带电粒子束被输送通过加速器系统。

Description

用于在束系统中启动束输送的系统、装置和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2021年6月22日提交的题为“用于在束系统中调制启动束输送的系统、装置和方法”的美国临时申请系列号63/213,618和2020年8月13日提交的题为“用于在束系统中启动束输送的系统、装置和方法”的美国临时申请系列号63/065,436的优先权，出于所有目的将两个申请的内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本文描述的主题一般涉及在束系统中启动束输送的系统、装置和方法，以及在束系统中调制启动束输送的系统、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，同时与替代疗法相比减少对正常细胞造成的伤害。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(例如，质子束)与铍或锂(例如，铍靶或锂靶)的核反应。

串列式加速器是一种静电加速器，其可使用单个高电压端子对带电粒子进行两步加速。高电压用于产生电场，该电场施加到带负电离子的入射束以使其朝向加速器的中心加速。此时，束在电荷交换过程中被转换成相反极性的带电粒子(例如，正离子)束。带电束微粒的进一步传播和与反向电场的相互作用再次导致加速和能量提升。因此，只需1.5MV的加速电压，这在现代电绝缘技术所能达到的范围内，就可以产生能量为3MeV的带电粒子束。这种串列的束加速方法是有益的，因为串列式加速器的离子源可被放置在地电位，这使得更容易控制和维护离子源。

由用于硼中子俘获疗法(BNCT)的串列式加速器提供的质子束具有对下游设备的中子产生或生成(例如，用于在锂(Li)靶上有效产生中子)而言优选的能量水平。对于合理地短的治疗时间，需要特定的中子通量密度阈值，并且随着这种必要的阈值出现最小质子束电流。与此类质子束相关联的功率密度大大超过了中子束系统部件中所用材料的安全极限。

在非常高的电压水平(例如，兆伏)下通过串列式加速器进行束输送的开始伴随着各种效应，这些效应就等效电路而言可表示为串列式电源的瞬时负荷。如果与带电粒子束相关联的束电流太高，例如，如果电源不能输出所需幅度的电流，则负荷变化可能无法适当补偿。在这种情况下，负责维持串列式加速器电压的电源会降低供应给加速器的电压。供应给加速器的电压降低会导致束能量降低，这是不希望出现的现象，会增加加速器下游束线部件损坏的概率。取决于监测束能量的联锁装置的可用性和设置，束终止是可能的。因此，应当谨慎处理在由整个中子束系统内的其他现象引起的束终止之后束输送的启动和恢复。复杂且低效的恢复或启动时间会导致不希望的系统停机时间。

此外，束能量依赖于时间(与基于其他变量进行控制相反)的恢复或启动程序是有问题的，因为束光学性能可能取决于束能量。在束启动或恢复期间添加用于吸收束的束捕集器会导致对束线尺寸(长度)、复杂性等的限制。此外，串列式加速器内的内部束损失会导致二次粒子发射(例如，X射线)，对串列式加速器的性能和寿命产生负面影响。

出于这些和其他原因，需要改进的、有效的和紧凑的系统、装置和方法来提供束系统的束输送操作的安全恢复或启动。

发明内容

系统、装置和方法的实施例涉及束系统的束输送操作的安全恢复或启动。一种示例性方法包括将加速器系统的一个或多个电极的偏置电压升高到第一电压水平。该方法可进一步包括从束源提取带电粒子束，使得该束被输送通过加速器系统。该束可具有第一束电流水平的束电流，其引起加速器系统在阈值以内的第一瞬态电压降。该方法可进一步包括以引起加速器系统的一个或多个后续瞬态电压降的速率增加束电流，直到加速器系统已经达到标称条件。一个或多个后续瞬态电压降可在阈值以内。

系统、装置和方法的实施例进一步涉及束系统的束输送操作的调制启动。一种示例性方法包括将加速器系统的一个或多个电极偏置到一定电压水平。该示例性方法进一步包括根据占空比函数从束源选择性地提取带电粒子束，使得带电粒子束被输送通过加速器系统。占空比函数可以是线性的或非线性的，并且可包括频率f，其可以是固定的(恒定的)或可变的频率。占空比函数可包括可变脉冲持续时间，使得随着带电粒子束的每次选择性提取，可变脉冲持续时间随时间增加。

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是中子束系统的一个示例的示意图。

图1B是中子束系统的另一个示例的示意图。

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3A是图2所示的离子源和离子源真空盒的透视图。

图3B是描绘图3A中所示的单透镜的一个示例性实施例的分解透视图。

图4A图示了用于与本公开的实施例一起使用的示例性离子束源系统。

图4B图示了图4A中所描绘的示例性离子源。

图5A-5D图示了与本公开的实施例相关联的示例性时序图。

图6A-6D图示了与本公开的实施例相关联的示例性时序图。

图7图示了用于在束系统中启动束输送的示例性操作，用于与本公开的实施例一起使用。

图8A-8B是描绘用于束提取的脉冲序列的示例性实施例的时序图。

图9是描绘与本公开的实施例一起使用的占空比函数的一个示例性实施例的曲线图。

图10是描绘本公开的实施例可在其中操作的系统的框图。

图11是描绘了可根据本公开的实施例专门配置的计算设备的一个示例性实施例的框图。

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。

系统、装置和方法的示例性实施例在本文中被描述用于束系统(例如，包括粒子加速器)的操作恢复。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，或者用于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。本文中的实施例可用于许多应用中，其一个示例是作为用于产生用于硼中子俘获疗法(BNCT)的中子束的中子束系统。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完成，尽管这些实施例不仅限于中子束或BNCT应用。

电压性能是静电粒子加速器的一个重要指标或目标。电压性能广泛地指输出电压能力和稳定性，因为施加到粒子加速器内的带电粒子束的加速电压优选地是已知的和可控的。在加速器容积内，加速电压V(和因此束能量)的稳定性通常受电源输出电流(充电电流)I_CH、带电粒子束电流I_B以及放电电流I_dis波动的限制影响。在稳态条件下，电流平衡可表示如下：

其中Z是加速器电源的总负荷。I_dis包括暗电流(例如，沿绝缘体的漏电流)、电晕和火花放电等。

在火花发展伴随着相对高的放电电流幅度的情况下，由于功率限制，现有稳压电路不能很好地处理感应电压波动。取决于放电电流的大小，加速器可能会经历部分或完全电压击穿。加速器电压降可能超过阈值，超过该阈值带电粒子束输送变得不安全并因此被控制系统终止。这样的动作可以防止束线部件(包括加速器下游)的损坏。

在加速器发生电压击穿事件后，重新启动束输送对于电流相对较高的束来说是一项重要的任务。实际上，根据上式(1)，如果带电粒子束电流I_B超过充电电流I_CH，则束的突然开启会导致非期望的加速器电压降或击穿。反过来，由于安全程序，这可能会再次终止束。因此，击穿恢复对于具有相对高电流的束是具有挑战性的，因为稳态I_B可能会超过I_CH并且系统可能无法有效地恢复。

由于本公开的实施例通过离子源工作状态的微调，实现了从离子源提取的负离子束电流的渐变，因此提取的负离子束的束电流可平滑变化并逐渐增大。提取的束电流的平滑变化和逐渐增大使中子束系统内的束输送能够安全恢复和启动。

如本文所提及的调整离子源的方法促进离子提取区域附近的等离子体参数、离子源部件偏置和电流、离子提取和束输送光学器件的匹配，以便在离子源下游产生具有期望电流幅度的离子束。调整离子源可包括预先设置所涉及部件的参数或使用更复杂的控制逻辑来适应束电流与期望值的非期望偏差。例如，在体积型离子源中，这种调整可通过控制电弧放电电流、灯丝电流、等离子体和提取电极电压、氢气供给到离子源中的速率等来实现。

有利地，本公开的实施例能够在保留束能量的同时有效且安全地恢复束系统内的束输送的操作。在某些实施例中，在所提出的束恢复方法期间仅调节束电流。

虽然在执行本文描述的操作之前可以存在中子束系统的多个初始状态，但是中子束系统的初始状态的示例包括：a)当前没有束被提取(例如，待命或预启动)，或b)没有电压施加到串列式加速器(例如，击穿，因此需要恢复)。虽然在此描述的实施例可指束输送的“恢复”，但是应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，在此描述的操作可应用于束输送的启动。

束输送的启动可涉及加速器和束线组件上的联锁装置(例如，上述用于终止束输送的诱因)以确保适当和安全的束输送。在DC束生成的稳定状态下，这些联锁装置可设置为对与特定测量量的安全走廊值的偏差(例如，给定MV间隔之外的电压读数，例如2:2.1)或超过给定阈值(例如40℃)的温度做出反应。可以根据作为束和束线组件(例如，加速器)参数的函数的值来定义特定测量量的这种安全区间。安全区间的函数依赖性可能不是线性的并且可能非常复杂。因此，改变束线的操作参数可能会导致联锁装置的调节以保持束线部件或其他相关设备的安全标准。这种方法会导致复杂的控制系统，并且需要非常复杂的实施、测试、更长的调试时间以及专用硬件和诊断。

本公开的实施例通过在对控制和联锁系统进行最低限度(或没有)改造并且没有额外的硬件或诊断的情况下启动DC束输送来克服上述缺点和更多缺点。本实施例进一步减少了以全性能启动束输送所需的总时间(例如，束恢复的关键过程)。

本公开的实施例使得能够经由可变占空比函数通过以全电流幅度提取的束加载加速器。可变占空比函数可包括周期1/f和可随时间变化的束提取的脉冲持续时间。例如，在实施例中，在具有第一脉冲持续时间的第一脉冲之后的第二脉冲的第二脉冲持续时间可以增加高达第一脉冲持续时间的特定百分比，而不会触发束终止或其他非期望的部件状态(例如，加速器电压降超过可容忍的电压降阈值)。亦即，在某些实施例中，随后的脉冲持续时间可以比之前的脉冲持续时间增加多达10％。在各种实施例中，后续脉冲持续时间可增加的百分比可以在25％或更小、20％或更小、15％或更小或10％或更小的范围内。该百分比可以取决于束线部件或应用程序的特定要求。在一些实施例中，每个相继的脉冲的持续时间可以增加，而在另一些实施例中，具有增加的持续时间的脉冲可以以该增加的持续时间相继的重复，然后脉冲持续时间可发生另一次增加。脉冲可以重复预定次数，或重复预定持续时间，或直到系统已经稳定或足量恢复(例如，基于电压传感器反馈)。例如，各自都具有第一持续时间的第一组脉冲可重复第一时间，然后各自都具有相同第二持续时间(长于第一持续时间)的第二组脉冲可以重复第二时间(与第一时间相同或不同)，依此类推，直到束完全恢复。本文描述的实施例能够实现更快的束恢复，因为束输送可以在任意电流幅度下启动(例如，甚至在对应于标称性能的束电流下启动)。

详细来看附图，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。在图1A中，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射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、诸如电流监测器54和76的诊断装置、快速束位置监视器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器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，束不可能被弯曲用磁体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(在图2中不可见，但在图3A-3B中被描绘)、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。

转向图3A，离子束注入器20(例如，或LEBL 14)的离子源真空盒24包括定位其中的单透镜30。如图3B详细所示，可安装在真空盒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以圆柱形孔径的形式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/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将入射的平行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。

在操作中，单透镜30的负极性偏置导致比正偏置极性高的聚焦能力。同样在操作中，向单透镜30供电的方法提供了逐渐的电压升高而不是瞬时电压应用，这降低了单透镜30的表面上存在的用于通过经由例如爆炸性发射机制形成等离子体的微凸起处的电场生长率(dE/dt)。阻止这种等离子体的形成提高了电气强度。

由于电击穿，单透镜在高背景压力下的负偏置电位通常是不可能的。本文中所提供的单透镜的示例性实施例的构型使得能够施加足够高的负偏置电压以实现100％的电流利用而没有电击穿。

图4A示出了用于与本公开的实施例一起使用的示例性离子束源系统。在图4A中，离子源12任选地被收纳在离子源封壳中。离子源12包括多个电极，例如等离子体电极320、接地透镜310和提取电极330。任选地，离子源12与单透镜30耦合，并且负离子束从离子源12通过单透镜30、预加速器管26和螺线管510注入或传播到串列式加速器16的输入孔径。

参照图4B，离子源12可在接地透镜310处与电源PS3的第一(接地)端子电耦合，电源PS3又在第二端子处电耦合到离子源12。离子源12相对于接地透镜310的偏置允许提取和传输离子源下游的高电流负离子束。在一些实施例中，电源PS3可提供-30kV的电压。通过在预加速器管26中加速离子束来进一步抑制由于自空间电荷引起的高电流负离子束的发散，而螺线管510用于使注入的离子束与串列式加速器16的输入孔径精确匹配。

离子源12的等离子体电极320可电耦合到电源PS5，并且离子源12的提取电极330可电耦合到调制器350，调制器350又电耦合到电源PS4。等离子体电极320的偏置使离子源12能够维持期望的电子能量分布，从而有利于使用提取电极330从离子源12内的等离子体边界更有效地提取负离子。

当提取电极330被偏置时，负离子束从离子源12被提取并被接地透镜310朝向离子源12下游的注入器部件加速。当提取电极330未被偏置时，负离子束不被提取。

如上所述，串列式加速器16由与其耦合的高电压电源PS6供电，并且可产生能量大体上等于施加到定位在串列式加速器16内的加速电极的电压的两倍的质子束。电源PS6可由反馈回路控制，从而维持串列式加速器16内的电压稳定性。亦即，测量或控制装置360(例如电压表)可监测串列式加速器16的多个串列电极(G)两端的电压。

为加速器16供电的电源(例如PS6)可能对其输出电压和电流具有物理和设计相关的限制。控制电路(例如，测量或控制装置360)在信号采集和处理方面也可以具有有限的带宽，并且能以用于输出电压稳定的比例-积分-微分(PID)回路为特征。与电源(例如，PS6)相关联的这些和其他因素可引起用于加速器16的电源(例如，PS6)在触发事件下的响应时间的有效增加。因此，加速器16可以很容易地加载持续时间小于(或近似为)1毫秒(ms)、频率为10Hz(例如，占空比为1％)的束脉冲，而束电流可大到10毫安(mA)。相比之下，启动10mADC束输送会导致加速器电压下降近50％并触发束终止。

本文的实施例解决了与电源(例如PS6)为加速器16供电以及控制电路通过以具有随时间逐渐增加的变化的束占空比利用全部性能下的束电流推进加速器16的加载来监测加速器16的电源和参数相关联的物理和设计相关的限制。加速器的全部性能可由应用特有要求(例如，用于患者治疗)决定。在一些实施例中，束电流在2.7MeV时为15mA。

图5A-5C是描绘了束系统10的操作的一个示例性实施例的曲线图。图5A是加速器电源(用于向电极供电)的电压与时间的关系的曲线图。图5B是示出了在输入到加速器40之前LEBL 190中的束电流的曲线图，图5C是示出了束源22的电流的设定点的曲线图。在时刻t0之前，加速器40正常操作用于医疗，其中加速器电压处于正常电压V_N。束电流稳定在标称束电流水平I_LD。在时刻t0发生导致加速器电压下降的事件。这可以是系统10的有意关停、击穿事件(例如，在使用极高电压的情况下来自加速器40内的电弧)等。响应于检测到该事件，系统10的控制系统3001A(图8)终止束的提取并且电流下降到零(图5B)。

控制系统3001A还例如在t0对束源22发出命令，以将束源的设定点从I_LN改变或调整到适合于启动或重启束的较低电流水平I_LI。束源22调整到新设定点的速度取决于束源的设计和实施，这将随实施例而变化。在该实施例中，束源22的动力学需要时间来修改到新的设定点，并且束源22在时刻t2或之前达到新的设定点。调整束源22可在将加速器电压升高到V_N之前、期间(与之同时)或之后发生。

调整束源22的过程可包括匹配源22的束或离子提取区域附近的等离子体参数如等离子体密度的任务，使得等离子体足以有利于以请求的电流可靠地提取离子束。调整可进一步包括将提取的离子束的参数(例如，能量、对准、焦距)与下游束输送光学器件相匹配以使损耗最小化的任务。可以通过调节离子源部件的可控设置来执行调整。例如，调整可包括控制或调节源的电弧放电电流、调节源的灯丝电流、调节等离子电极电压、调节提取电极电压和/或调节氢气供给到源22中的速率。

在判定重启系统10之后，控制系统3001A在时刻tR使偏置电压被施加到加速器40的电极，并且加速器电压朝向V_N升高，在时刻t1达到该水平。在时刻t2，控制系统3001A可使束提取在I_LI设定点处开始(例如，通过偏置源22的提取电极)，并且束电流上升到I_LI。束通过加速器40的直接传播引起具有幅度V_D的瞬态加速器电压降501。I_LI和V_D的幅度之间存在直接关系，因此I_LI水平越高，V_D越高。

加速器电压的变化转化为束能量的变化，这又转化为偏离最佳轴线。虽然束光学器件存在于系统10内以在偏离轴线时重新调整束，但这些光学器件通常耗费很短的时间来检测偏离并做出响应。在相对较高的束电流下，即使是短暂的偏离也会导致束系统部件损坏。因此，I_LO优选地维持在相对低的水平以避免束偏离时的损坏。

在这些示例性实施例中，可以选择I_LI的幅度以确保瞬态电压降V_D(和因此偏转的程度)保持在阈值V_T内。换句话说，I_LI的幅度可以使得加速器电压下降到高于允许的最小电压(V_M)以上的水平以避免在特定的I_LI水平下损坏系统10。对于选定的I_LI，阈值对应于束偏离束轴线的最大允许偏转时间。这考虑了束光学元件(例如，磁性元件)检测和补偿束轴线偏转所需的时间，以及束电流的幅度(较弱的束在造成损坏之前可以偏离轴线相对较长的时间)。该阈值可以对应于束系统的各种部件的调节响应时间。取决于串列式加速器下游的束线参数，束能量的某些小变化要么由于束与轴线的偏差小而不足以导致束线损坏，要么可通过使用基于反馈信号的主动离子光学器件进行补偿。

在时刻t3，加速器电压已经返回到标称水平V_N，并且控制系统3001A发出将束源22调整到标称束电流水平I_LN(图5C)的命令。在该实施例中，束源22通过从时刻t3到t4逐渐将束电流增大到I_LN来进行响应。这种逐渐增大对应于保持在阈值V_T内的另一个瞬态电压降502。在一些实施例中，可以发出用于在不断增加的水平上调节设定点的多个顺序命令，以使源22逐渐增加或以阶跃函数方式增加。在时刻t4，加速器电压和束电流均已返回到用于治疗的标称水平，并且系统10已完全恢复或启动。在一些实施例中，系统10可以将束电流以受控且相对较慢的速率从零增加到I_LN，使得瞬态电压降保持在V_T内。

图5D描绘了另一个示例性实施例的加速器电压，其中斜升过程tR'的启动比图5A的实施例的tR早。此处，tR'在自t0处的初始事件起的电压降仍在继续并且尚未达到零时出现。因此，将加速器电压斜升至V_N的时间减少，并且系统10可以在比图5A的t4快得多的t4处返回到标称条件。换句话说，tR的变化可以对应于在t4的更加大的变化，因此系统10可更快地返回到标称治疗条件。

图6A-6D是针对束输送恢复和/或启动描绘了代表图5A-5D的示例性实施例的实施的数据的曲线图，用于与本公开的实施例一起使用。图6A描绘了由电源供应的加速器的电极上的电压，图6B描绘了加速器电源的充电电流(I_CH)，图6C描绘了在输入到加速器40之前LEBL 190中的负离子束电流，图6D描绘了在从加速器40输出后HEBL 50中的质子束电流。时刻t2、t3和t4在图6A-6D中被标记并且对应于参考图5A-5C描述的那些时刻。

此处，在时刻t2之前，加速器电压处于标称水平V_N并且束关闭。在时刻t2之前，束源22被调整到I_LI，其在本实施例中近似为一毫安(mA)。在时刻t2，束在I_LI处被提取并且加速器40经历瞬态电压降501，并且电源电流在上升到大于I_LI的近似为2mA的稳态水平(I_SS)之前短暂下降。在时刻t3，加速器已经达到V_N并且束源22的设定点被修改为I_LN，此时束电流逐渐增大，直到达到I_LN，其近似为10mA(图6C)。同时，加速器电压经历第二次瞬时下降502。下降501和502都不会导致加速器电压下降到V_M以下。在加速并转换成质子束之后，束电流变成近似7mA(图6D)。

图7是描绘了在束系统中启动束输送的方法700的一个示例性实施例的流程图。在701，加速器系统的一个或多个电极的偏置电压升高到第一电压水平(例如，标称电压V_N)。在702，以第一束电流水平(例如，I_LI)从束源提取(或以其他方式传播)带电粒子束。第一束电流水平导致加速器系统的第一瞬态电压降(V_D)，其中第一瞬态电压降在阈值(V_T)内。加速器电压不会下降到第一束电流水平的最小允许电压(V_M)以下。在703，束电流以引起加速器系统的一个或多个后续瞬态电压降的速率增大，直到加速器系统达到第二束电流水平(例如，I_LN)，其中一个或多个后续瞬态电压下降在阈值以内。

在图6A的示例性实施例中，对于大约1mA的束电流，阈值(V_N–V_M)为大约70千伏(kV)。该阈值可以并且将基于束电流的幅度、系统10在偏离轴线时对束冲击的弹性、可检测束偏离的速度以及可校正偏离的速度而变化。

I_LI的幅度可以是低于I_LN和满足特定应用需求的稳态充电电流I_SS的任何电流值。例如，在图6C的实施例中，I_LI是一毫安(mA)，I_SS是两毫安，而I_LN大约是十毫安，但是两个值都可以变化。在一些实施例中，I_LI的幅度在I_SS的值的0.01％与75％之间。

图8A和8B是描绘了示例性束系统10内用于束提取的脉冲序列的示例性实施例的曲线图。示例性束操作包括根据束提取触发序列和给定的占空比函数提取束。束提取触发序列可包括控制系统(例如，3001A)发出将束源的设定点改变为期望的电流水平以使得源12准备好输出具有期望的电流幅度的束的第一命令。控制系统(例如，3001A)然后可致使(例如，通过发出第二命令)偏置电压被施加到加速器16的电极，并且加速器电压朝向V_N(例如，加速器的标称电压或期望的工作电压)升高。控制系统3001A然后可使(例如，通过发出第三命令)束提取开始(例如，通过偏置源12的提取电极)。图8A和8B涉及束提取触发，并且束提取诱触发可包括上述命令序列以便根据本文的实施例启动和/或引发束提取。

束提取触发序列可遵循给定的占空比函数。占空比函数可包括周期1/f(例如，可根据其提取束或脉冲)、随时间增加的脉冲持续时间(例如，提取束脉冲的持续时间)或两者。亦即，控制系统(例如，3001A，图8A-8B中未示出)可以被配置(例如，编程)成发出一个或多个命令，从而引起在特定时刻提取束。在图8A的示例性实施例中，在时刻0提取第一脉冲501。例如，作为控制系统3001A发出的一个或多个命令的结果，束提取可以在束提取中断或停止之前持续第一脉冲持续时间。控制系统3001A然后可发出一个或多个命令，从而引起在时刻1/f以比第一脉冲持续时间长的第二脉冲持续时间进行束提取。第二脉冲持续时间可由于控制系统3001A发出一个或多个中断束提取的命令而结束。控制系统3001A然后可发出一个或多个命令，从而在时刻2/f以比第二脉冲持续时间和第一脉冲持续时间长的第三脉冲持续时间进行束提取。第三脉冲持续时间可由于控制系统3001A发出一个或多个中断束提取的命令而结束。控制系统3001A然后可发出一个或多个命令，从而引起在时刻3/f以第四脉冲持续时间进行束提取，该第四脉冲持续时间长于第三脉冲持续时间、第二脉冲持续时间和第一脉冲持续时间中的每一者。第四脉冲持续时间可由于控制系统3001A发出一个或多个中断束提取的命令而结束。控制系统3001A然后可发出一个或多个命令，从而引起在时刻4/f以第五脉冲持续时间进行束提取，该第五脉冲持续时间长于第四脉冲持续时间、第三脉冲持续时间、第二脉冲持续时间和第一脉冲中的每一个。示例性操作可以继续，直到第N个提取信号被启动以形成DC束510，其中N是一个数字并且可根据特定实施例来设置(例如，N可以是5、50、500、5000等)。

图8A描绘了其中脉冲持续时间随着每个相继的脉冲而增加的实施例。其他实施例可以变化。图8B描绘了一个示例性实施例，其中脉冲在下一次增加之前以特定的持续时间重复。这里，提取第一组551脉冲501-1到501-3，其中每个脉冲都具有相同的持续时间。然后提取第二组552脉冲501-4到501-6，其中每个脉冲再次具有相同的持续时间，但持续时间比第一组551的脉冲持续时间长。然后提取持续时间更长的第三组553脉冲501-7到501-9，接着提取持续时间更长的第四组554脉冲501-10到501-12。该过程可以以多组相继的增加的脉冲持续时间继续，直到出现DC束形成。在该实施例中，每组都包括三个脉冲，然而这些组可以具有彼此相同或不同的其他脉冲计数。一组的时长可以基于脉冲计数(例如，一组继续到达到预定的脉冲计数为止)或经过的时间(例如，一组继续到预定时间已经过去为止)来预先确定(例如，预编程)。一组可以基于来自系统的反馈动态地终止，例如，一组可以继续到加速器电压水平已经基于感测到对控制系统的反馈而稳定为止。在另一些实施例中，该系统在监测系统稳定性的同时可使用与图8A的实施例相似的相继的增加的持续时间脉冲来开始束提取，并且在感测到负荷或不稳定(例如，电压低于最小阈值)时可过渡到与图8B的实施例相似的实施例，其中重复相同的脉冲直到这种负荷减轻或不稳定得到解决(或直到达到预定时间或计数)，然后系统可转换回持续时间相继的增加的脉冲(图8A)。在一些实施例中，在感测到负荷或不稳定时，系统可恢复到较短持续时间的脉冲，直到脉冲持续时间增加可进行的时刻。

图9是描绘了与本公开的实施例一起使用的示例性占空比函数的曲线图。例如，在图9中，用于束操作的占空比(例如，如图8A-8B所示)可包括线性或非线性函数。在图9中，第一函数x610(例如，用虚线表示)可以是线性函数，根据该线性函数可计算或生成占空比。备选函数或第二函数(例如，用实线表示)可以是非线性函数，根据该非线性函数可计算或生成占空比。应当理解，可根据加速器16的电源(例如PS6)来选择或调整占空比。用于确定占空比函数的标准的示例可包括加速器电源将输出电压维持在特定范围(例如，安全或安全走廊)内的能力。在示例中，当加速器电源开始检测由脉冲束引起的负荷增加时减慢占空比的变化率可能是优选的。

图10是示出了本公开的实施例可以在其中操作的示例性系统的框图。例如，所示出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可成为示例性中子束系统(例如，上面的系统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可以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、计算装置等体现。例如，第一计算装置3002可以是与特定用户相关联的台式计算机，而另一个计算装置3002可以是与特定用户相关联的膝上型计算机，并且又一个计算装置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，计算装置3002被配置为与束系统3001通信。

通过使用计算装置3002与束系统3001通信，用户可根据本文中所描述的实施例来提供部件3005的操作参数(例如，操作电压等)在此处。在实施例中，束系统10可包括控制系统3001A，束系统10可通过该控制系统从计算装置3002接收和应用操作参数。

控制系统3001A可以被配置为从束系统10的部件3005和监测装置3003接收测量、信号或其他数据。例如，控制系统3001A可从一个或多个监测装置3003接收指示运转状况和/或束通过束系统3001的位置的信号。取决于运转状况和/或束通过束系统的位置，控制系统3001A可根据本文描述的方法来提供对一个或多个束线部件3005的输入的调节。控制系统3001A还可直接或经由通信网络3004向计算设备3002提供从束系统10的任何部件(包括监测设备3003)收集的信息。

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以及控制系统3001A可由一个或多个计算系统体现，例如图11所示的设备3100。如图11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。

应当理解，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。

如上所述并且基于本公开将理解的是，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，实施例可包括各种手段，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，一种启动串列式加速器系统的束输送的方法包括将所述串列式加速器系统的一个或多个电极偏置到第一电压水平。在这些实施例的一些中，所述方法进一步包括从束源提取带电粒子束，使得所述带电粒子束被输送通过所述串列式加速器系统。在这些实施例中的一些实施例中，所述带电粒子束具有第一束电流水平的束电流，其引起所述串列式加速器系统的第一瞬态电压降在阈值以内。在这些实施例中的一些实施例中，所述方法进一步包括以引起所述串列式加速器系统的一个或多个后续瞬态电压降的速率增加束电流，直到所述束电流达到第二束电流水平。在这些实施例中的一些实施例中，所述一个或多个后续瞬态电压降在所述阈值以内。

在这些实施例中的一些实施例中，所述阈值对应于所述带电粒子束偏离束轴线的小于最大束偏转时间的束偏转时间。

在这些实施例中的一些实施例中，所述阈值对应于所述串列式加速器系统位于其中的束系统的束光学器件的调节响应时间。

在这些实施例中的一些实施例中，所述方法进一步包括调整所述束源以提供具有处于所述第一束电流水平的束电流的所述带电粒子束。在这些实施例中的一些实施例中，在提取所述带电粒子束之前调整所述束源。在这些实施例中的一些实施例中，提取所述带电粒子束包括在判定为所述束源被调整时偏置提取电极。

在这些实施例中的一些实施例中，调整所述束源包括向所述束源发送在第一束电流水平下工作的命令。在这些实施例中的一些实施例中，在将所述串列式加速器系统的一个或多个电极偏置到第一电压水平之前执行调整所述束源。

在这些实施例中的一些实施例中，增加所述束电流包括向所述束源发送在第二束电流水平下工作的命令。

在这些实施例中的一些实施例中，所述束源是离子源。在这些实施例中的一些实施例中，调整所述离子源包括匹配离子提取区域附近的等离子体参数中的一个或多个，使得所述等离子体足以有利于以请求的电流可靠地提取所述离子束。

在这些实施例中的一些实施例中，所述离子源包括体积型离子源。在这些实施例中的一些实施例中，调整所述离子源包括控制电弧放电电流、灯丝电流、等离子电极电压、提取电极电压或氢气供给到所述离子源中的速率中的一者或多者。

在这些实施例中的一些实施例中，提取带电粒子束是在所述串列式加速器系统的一个或多个电极已经达到所述第一电压水平之后执行的。在这些实施例中的一些实施例中，所述束源被配置成向所述串列式加速器系统提供带电粒子束，所述串列式加速器系统定位在所述束源的下游。

在这些实施例中的一些实施例中，所述束源被配置成产生负氢离子束。

在这些实施例中的一些实施例中，所述束源包括非铯离子源。

在这些实施例中的一些实施例中，所述串列式加速器系统包括第一组电极、电荷交换装置和第二组电极。在这些实施例中的一些实施例中，将所述串列式加速器系统的一个或多个电极偏置到所述第一电压水平包括偏置所述第一组电极和所述第二组电极。

在这些实施例中的一些实施例中，所述带电粒子束是负离子束，所述第一组电极被配置成使来自预加速器系统的负离子束加速，所述电荷交换装置被配置成将所述负离子束转换为正束，并且所述第二组电极被配置成使所述正束加速。

在这些实施例中的一些实施例中，所述方法进一步包括用靶装置从所述正束形成中性束。

在这些实施例中的一些实施例中，所述方法进一步包括在所述带电粒子束从束源通过所述预加速器系统传播到所述串列式加速器系统时使用预加速器系统使所述带电粒子束加速。

在这些实施例中的一些实施例中，所述方法进一步包括在将所述串列式加速器系统的所述一个或多个电极偏置到所述第一电压水平之前由于所述串列式加速器系统处的击穿事件而减少对所述串列式加速器系统的一个或多个电极的偏置。在这些实施例中的一些实施例中，所述方法进一步包括在将所述串列式加速器系统的一个或多个电极偏置到所述第一电压水平之前确定重启所述串列式加速器系统。

在这些实施例中的一些实施例中，所述第一束电流水平在所述串列式加速器系统的稳态充电电流的0.01％至75％的范围内。

在这些实施例中的一些实施例中，所述第二束电流水平是标称治疗水平。

在这些实施例中的一些实施例中，所述带电粒子束是负离子束。

在一些实施例中，一种束系统包括束源、包括被配置成偏置到第一电压水平的一个或多个电极的串列式加速器系统以及控制系统。在这些实施例中的一些实施例中，所述控制系统被配置成控制所述束源以产生带电粒子束，该带电粒子束具有处于第一束电流水平的束电流，所述第一束电流水平对应于所述串列式加速器系统在阈值以内的第一瞬态电压降。在这些实施例中的一些实施例中，所述控制系统被进一步配置成控制所述束源以引起所述串列式加速器系统的一个或多个后续瞬态电压降的速率增加所述束电流，直到所述束电流达到第二束电流水平。在这些实施例中的一些实施例中，所述一个或多个后续瞬态电压降在所述阈值以内。

在这些实施例中的一些实施例中，所述阈值对应于所述带电粒子束偏离束轴线的小于最大束偏转时间的束偏转时间。

在这些实施例中的一些实施例中，所述阈值对应于所述束系统的束光学器件的调节响应时间。

在这些实施例中的一些实施例中，所述控制系统被进一步配置成将所述束源调整到所述第一束电流水平并且致使所述带电粒子束以处于所述第一束电流水平的束电流从所述束源中被提取。

在这些实施例中的一些实施例中，所述控制系统被进一步配置成将所述束源调整到所述第二束电流水平，同时致使所述带电粒子束从所述束源中被提取。

在这些实施例中的一些实施例中，所述束源包括提取电极。

在这些实施例中的一些实施例中，所述束源是体积型离子源，并且所述控制系统被配置成控制电弧放电电流、灯丝电流、等离子体电极电压、提取电极电压或氢气供给到所述束源中的速率中的一者或多者。

在这些实施例中的一些实施例中，所述控制系统被进一步配置成控制所述串列式加速器系统的所述一个或多个电极的偏置。

在这些实施例中的一些实施例中，所述控制系统被进一步配置成致使：(a)所述串列式加速器系统的所述一个或多个电极上的偏置增加到所述第一电压水平和(b)所述束源与(a)同时被调整到所述第一束电流水平。

在这些实施例中的一些实施例中，所述控制系统被进一步配置成致使：(a)所述串列式加速器系统的所述一个或多个电极上的偏置增加到所述第一电压水平和(b)所述束源在所述一个或多个电极上的偏置达到所述第一电压水平之后被调整到所述第一束电流水平。

在这些实施例中的一些实施例中，所述控制系统被进一步配置成致使：(a)所述束源被调整到所述第一束电流水平和(b)所述串列式加速器系统的所述一个或多个电极上的偏置在所述束源被调整到所述第一束电流水平之后增加到所述第一电压水平。

在这些实施例中的一些实施例中，所述束源包括非铯离子源。

在这些实施例中的一些实施例中，所述串列式加速器系统包括第一组电极、电荷交换装置和第二组电极。

在这些实施例中的一些实施例中，所述带电粒子束是负离子束，所述第一组电极被配置为使来自预加速器系统的带电粒子束加速，所述电荷交换装置被配置成将所述负离子束转换为正束，并且所述第二组电极被配置成使所述正束加速。

在这些实施例中的一些实施例中，所述束系统进一步包括靶装置，其被配置成由从所述串列式加速器系统接收的所述正束形成中性束。

在这些实施例中的一些实施例中，所述束系统进一步包括预加速器系统，其被配置成在所述带电粒子束从所述束源传播到所述串列式加速器系统时使所述带电粒子束加速。

在这些实施例中的一些实施例中，所述控制系统被进一步配置成致使施加到所述串列式加速器系统的一个或多个电极的偏置在所述串列式加速器系统的一个或多个电极的偏置增加到所述第一电压水平之前由于所述串列式加速器系统处的击穿事件而减少。

在这些实施例中的一些实施例中，所述控制系统被进一步配置成在所述串列式加速器系统的所述一个或多个电极的偏置增加到所述第一电压水平之前确定重启所述串列式加速器系统。

在这些实施例中的一些实施例中，所述第一束电流水平在所述串列式加速器系统的稳态充电电流的0.01％至75％的范围内。

在这些实施例中的一些实施例中，所述第二束电流水平是标称治疗水平。在这些实施例中的一些实施例中，所述带电粒子束是负离子束。

在许多实施例中，一种为束系统调制束输送的方法包括将加速器系统的一个或多个电极偏置到一定电压水平，以及从束源选择性地提取带电粒子束脉冲以使得所述带电粒子束脉冲被传输通过所述加速器系统并且持续时间随着时间的推移而增加。

在这些实施例中的一些实施例中，根据线性和/或非线性的占空比函数来提取带电粒子束脉冲。在这些实施例中的一些实施例中，所述占空比函数可响应于检测到的由所述带电粒子束引起的负荷增加而进行调节。在这些实施例中的一些实施例中，以频率f提取所述带电粒子束脉冲，所述频率可以是固定或可变频率。在这些实施例中的一些实施例中，所述占空比函数对应于增加脉冲持续时间的相继的带电粒子束脉冲。在这些实施例中的一些实施例中，带电粒子束脉冲的每次相继的提取的持续时间比紧在前的带电粒子束脉冲长。

在这些实施例中的一些实施例中，在第一时刻1/f以第一脉冲持续时间提取第一带电粒子束脉冲，并且在第二时刻2/f以第二脉冲持续时间提取第二带电粒子束脉冲。在这些实施例中的一些实施例中，所述第二脉冲持续时间大于所述第一脉冲持续时间。

在这些实施例中的一些实施例中，提取第一组带电粒子束脉冲，然后提取第二组带电粒子束脉冲。在这些实施例中的一些实施例中，所述第一组中的每个脉冲都具有第一持续时间，并且所述第二组中的每个脉冲具有比所述第一持续时间长的第二持续时间。在这些实施例中的一些实施例中，所述第二组带电粒子束脉冲在所述第一组中预定数量的带电粒子束脉冲已经被提取之后开始。在这些实施例中的一些实施例中，所述第二组带电粒子束脉冲在提取所述第一组带电粒子束脉冲的预定时间期满之后开始。

在这些实施例中的一些实施例中，所述方法进一步包括在提取所述第一组带电粒子脉冲的同时感测负荷或不稳定，以及在感测到的负荷或不稳定得到解决之后提取所述第二组带电粒子脉冲。在这些实施例中的一些实施例中，所述负荷或不稳定是电压降。

在这些实施例中的一些实施例中，选择性地提取所述带电粒子束包括偏置提取电极。

在这些实施例中的一些实施例中，所述加速器系统是串列式加速器系统。在这些实施例中的一些实施例中，选择性地提取所述带电粒子束是在所述串列式加速器系统的一个或多个电极已经达到所述电压水平之后执行的。

在这些实施例中的一些实施例中，所述束源被配置成向所述加速器系统提供带电粒子束，所述加速器系统定位在所述束源的下游。

在这些实施例中的一些实施例中，所述束源被配置成产生负氢离子束。

在这些实施例中的一些实施例中，所述束源包括非铯离子源。

在这些实施例中的一些实施例中，所述加速器系统是串列式加速器系统，其包括第一组多个电极、电荷交换装置和第二组多个电极。在这些实施例中的一些实施例中，将所述串列式加速器系统的一个或多个电极偏置到所述电压水平包括偏置所述第一组多个电极和所述第二组多个电极。在这些实施例中的一些实施例中，所述带电粒子束是负离子束。在这些实施例中的一些实施例中，所述第一组多个电极被配置成使来自预加速器系统的负离子束加速，所述电荷交换装置被配置成将所述负离子束转换为正束，并且所述第二组多个电极被配置成使所述正束加速。在这些实施例中的一些实施例中，所述方法进一步包括用靶装置由所述正束形成中性束。

在这些实施例中的一些实施例中，所述方法进一步包括在所述带电粒子束从所述束源通过预加速器系统传播到所述加速器系统时使用所述预加速器系统加速所述带电粒子束。

在这些实施例中的一些实施例中，所述方法进一步包括提取连续的带电粒子束。

在一些实施例中，一种束系统包括束源、加速器系统和控制系统，该控制系统被配置成控制所述束源以致使持续时间增加的带电粒子束脉冲选择性地从所述束源被提取并输送通过所述加速器系统。在这些实施例中的一些实施例中，所述控制系统被配置成控制所述束源以根据线性和/或非线性的占空比函数来提取带电粒子束脉冲。在这些实施例中的一些实施例中，所述控制系统被进一步配置成检测由所述带电粒子束引起的负荷增加并且响应于检测到的负荷增加而调节所述占空比函数。

在这些实施例中的一些实施例中，所述控制系统被配置成控制所述束源以致使所述带电粒子束脉冲以频率f被选择性地提取，所述频率可以是固定或恒定频率。在这些实施例中的一些实施例中，所述占空比函数被配置成引起脉冲持续时间相继地增加的带电粒子束脉冲的提取。在这些实施例中的一些实施例中，所述控制系统被配置成控制所述束源以引起第一组带电粒子束脉冲被提取，然后是第二组带电粒子束脉冲被提取。在这些实施例中的一些实施例中，所述第一组中的每个脉冲都具有第一持续时间，并且所述第二组中的每个脉冲都具有比所述第一持续时间长的第二持续时间。

在这些实施例中的一些实施例中，所述控制系统被配置成控制所述束源在所述第一组中预定数量的带电粒子束脉冲已经被提取之后提取所述第二组带电粒子束脉冲。在这些实施例中的一些实施例中，所述控制系统被配置成控制所述束源在所述第一组带电粒子束脉冲被提取的预定时间期满之后开始提取所述第二组带电粒子束脉冲。在这些实施例中的一些实施例中，所述控制系统被配置成感测负荷变化或不稳定，并且使所述束源继续提取相同持续时间的带电粒子脉冲，直到感测到的负荷变化或不稳定得到解决。

在这些实施例中的一些实施例中，所述加速器系统是串列式加速器系统，其包括被配置成偏置到第一电压水平的一个或多个电极。

在这些实施例中的一些实施例中，所述控制系统被进一步配置成控制对提取电极施加偏置以引起所述带电粒子束的选择性提取。

在这些实施例中的一些实施例中，所述束源包括提取电极。

在这些实施例中的一些实施例中，所述控制系统被配置成控制对所述加速器系统的一个或多个电极施加偏置。

在这些实施例中的一些实施例中，所述加速器系统是串列式加速器系统，其包括第一组多个电极、电荷交换装置和第二组多个电极。在这些实施例中的一些实施例中，所述带电粒子束是负离子束。在这些实施例中的一些实施例中，所述第一组多个电极被配置成使来自预加速器系统的带电粒子束加速，所述电荷交换装置被配置成将所述负离子束转换为正束，并且所述第二组多个电极被配置成使所述正束加速。

在这些实施例中的一些实施例中，所述束系统进一步包括靶装置，其被配置成由从所述串列式加速器系统接收的正束形成中性束。

在这些实施例中的一些实施例中，所述束系统进一步包括预加速器系统，其被配置成将所述带电粒子束脉冲从所述束源加速到所述加速器系统。

在这些实施例中的一些实施例中，所述带电粒子束脉冲是负离子束脉冲。

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 (88)

1.一种启动串列式加速器系统的束输送的方法，该方法包括：

将所述串列式加速器系统的一个或多个电极偏置到第一电压水平；

从束源提取带电粒子束，使得所述带电粒子束被输送通过所述串列式加速器系统，其中，所述带电粒子束具有第一束电流水平的束电流，其引起阈值以内的所述串列式加速器系统的第一瞬态电压降；以及

以引起所述串列式加速器系统的一个或多个后续瞬态电压降的速率增加束电流，直到所述束电流达到第二束电流水平，其中，所述一个或多个后续瞬态电压降在所述阈值以内。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述阈值对应于所述带电粒子束偏离束轴线的小于最大束偏转时间的束偏转时间。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述阈值对应于所述串列式加速器系统位于其中的束系统的束光学器件的调节响应时间。

4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括调整所述束源以提供具有处于所述第一束电流水平的束电流的带电粒子束。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，在提取所述带电粒子束之前调整所述束源。

6.根据权利要求4所述的方法，其中，提取所述带电粒子束包括在判定为所述束源被调整时偏置提取电极。

7.根据权利要求4所述的方法，其中，调整所述束源包括向所述束源发送在第一束电流水平下工作的命令。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，在将所述串列式加速器系统的一个或多个电极偏置到第一电压水平之前执行调整所述束源。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，增加所述束电流包括向所述束源发送在第二束电流水平下工作的命令。

10.根据权利要求4所述的方法，其中，所述束源是离子源，并且调整所述离子源包括匹配所述离子源的离子提取区域附近的等离子体参数，使得所述等离子体足以在请求的电流下提取所述离子束。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述离子源包括体积型离子源，并且调整所述离子源包括控制电弧放电电流、灯丝电流、等离子电极电压、提取电极电压或氢气供给到所述离子源中的速率中的一者或多者。

12.根据权利要求1所述的方法，其中，提取带电粒子束是在所述串列式加速器系统的一个或多个电极已经达到所述第一电压水平之后执行的。

13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述束源被配置成向所述串列式加速器系统提供带电粒子束，所述串列式加速器系统定位在所述束源的下游。

14.根据权利要求1所述的方法，其中，所述束源被配置成产生负氢离子束。

15.根据权利要求1所述的方法，其中，所述束源包括非铯离子源。

16.根据权利要求1所述的方法，其中，所述串列式加速器系统包括第一多个电极、电荷交换装置和第二多个电极。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，将串列式加速器系统的一个或多个电极偏置到所述第一电压水平包括偏置所述第一多个电极和所述第二多个电极。

18.根据权利要求16所述的方法，其中，所述带电粒子束是负离子束，并且其中所述第一多个电极被配置成使来自预加速器系统的负离子束加速，所述电荷交换装置被配置成将所述负离子束转换为正束，并且所述第二多个电极被配置成使所述正束加速。

19.根据权利要求18所述的方法，进一步包括利用靶装置从所述正束形成中性束。

20.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

在所述带电粒子束从束源通过所述预加速器系统传播到所述串列式加速器系统时，使用预加速器系统使所述带电粒子束加速。

21.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

在将所述串列式加速器系统的一个或多个电极偏置到所述第一电压水平之前，由于所述串列式加速器系统处的击穿事件而减少对所述串列式加速器系统的一个或多个电极的偏置。

22.根据权利要求21所述的方法，进一步包括：

在将所述串列式加速器系统的一个或多个电极偏置到所述第一电压水平之前，确定重启所述串列式加速器系统。

23.根据权利要求1-22中任一项所述的方法，其中，所述第一束电流水平在所述串列式加速器系统的稳态充电电流的0.01％至75％的范围内。

24.根据权利要求1-23中任一项所述的方法，其中，所述第二束电流水平是标称治疗水平。

25.根据权利要求1-17或20-24中任一项所述的方法，其中，所述带电粒子束是负离子束。

26.一种束系统，包括：

束源；

串列式加速器系统，其包括被配置成偏置到第一电压水平的一个或多个电极；和

控制系统，其被配置成：

控制所述束源以产生带电粒子束，该带电粒子束具有处于第一束电流水平的束电流，所述第一束电流水平对应于所述串列式加速器系统的在阈值以内的第一瞬态电压降；并且

控制所述束源以引起所述串列式加速器系统的一个或多个后续瞬态电压降的速率增加所述束电流，直到所述束电流达到第二束电流水平，其中所述一个或多个后续瞬态电压降在所述阈值以内。

27.根据权利要求26所述的束系统，其中，所述阈值对应于所述带电粒子束偏离束轴线的小于最大束偏转时间的束偏转时间。

28.根据权利要求26所述的束系统，其中，所述阈值对应于所述束系统的束光学器件的调节响应时间。

29.根据权利要求26所述的束系统，其中，所述控制系统被配置成：

将所述束源调整到所述第一束电流水平；并且

致使所述带电粒子束以处于所述第一束电流水平的束电流从所述束源中被提取。

30.根据权利要求26所述的束系统，其中，所述控制系统被配置成：

将所述束源调整到所述第二束电流水平，同时致使所述带电粒子束从所述束源中被提取。

31.根据权利要求1-30中任一项所述的束系统，其中，所述束源包括提取电极。

32.根据权利要求1-31中任一项所述的束系统，其中，所述束源是体积型离子源，并且所述控制系统被配置成控制电弧放电电流、灯丝电流、等离子体电极电压、提取电极电压或氢气供给到所述束源中的速率中的一者或多者。

33.根据权利要求26所述的束系统，其中，所述控制系统被进一步配置成控制所述串列式加速器系统的一个或多个电极的偏置。

34.根据权利要求33所述的束系统，其中，所述控制系统被配置成致使：(a)所述串列式加速器系统的所述一个或多个电极上的偏置增加到所述第一电压水平，和，(b)所述束源与(a)同时被调整到所述第一束电流水平。

35.根据权利要求33所述的束系统，其中，所述控制系统被配置成致使：(a)所述串列式加速器系统的所述一个或多个电极上的偏置增加到所述第一电压水平和(b)所述束源在所述一个或多个电极上的偏置达到所述第一电压水平之后被调整到所述第一束电流水平。

36.根据权利要求33所述的束系统，其中，所述控制系统被配置成致使：(a)所述束源被调整到所述第一束电流水平，和，(b)所述串列式加速器系统的所述一个或多个电极上的偏置在所述束源被调整到所述第一束电流水平之后增加到所述第一电压水平。

37.根据权利要求26所述的束系统，其中，所述束源包括非铯离子源。

38.根据权利要求26所述的束系统，其中，所述串列式加速器系统包括第一多个电极、电荷交换装置和第二多个电极。

39.根据权利要求38所述的束系统，其中，所述带电粒子束是负离子束，并且其中所述第一多个电极被配置为使来自预加速器系统的带电粒子束加速，所述电荷交换装置被配置成将所述负离子束转换为正束，并且所述第二多个电极被配置成使所述正束加速。

40.根据权利要求39所述的束系统，进一步包括靶装置，其被配置成由从所述串列式加速器系统接收的所述正束形成中性束。

41.根据权利要求26所述的束系统，进一步包括：

预加速器系统，其被配置成在所述带电粒子束从所述束源传播到所述串列式加速器系统时使所述带电粒子束加速。

42.根据权利要求26所述的束系统，其中，所述控制系统被配置成致使：施加到所述串列式加速器系统的一个或多个电极的偏置在所述串列式加速器系统的一个或多个电极的偏置增加到所述第一电压水平之前由于所述串列式加速器系统处的击穿事件而减少。

43.根据权利要求42所述的束系统，其中，所述控制系统被配置成：在所述串列式加速器系统的所述一个或多个电极的偏置增加到所述第一电压水平之前确定重启所述串列式加速器系统。

44.根据权利要求26-43中任一项所述的束系统，其中，所述第一束电流水平在所述串列式加速器系统的稳态充电电流的0.01％至75％的范围内。

45.根据权利要求26-44中任一项所述的束系统，其中，所述第二束电流水平是标称治疗水平。

46.根据权利要求26-38和42-45中任一项所述的束系统，其中，所述带电粒子束是负离子束。

47.一种为束系统调制束输送的方法，该方法包括：

将加速器系统的一个或多个电极偏置到一电压水平；以及

从束源选择性地提取带电粒子束脉冲，以使得所述带电粒子束脉冲被传输通过所述加速器系统并且持续时间随着时间的推移而增加。

48.根据权利要求47所述的方法，其中，根据线性和/或非线性的占空比函数来提取带电粒子束脉冲。

49.根据权利要求48所述的方法，其中，所述占空比函数可响应于检测到的由所述带电粒子束引起的负荷增加而进行调节。

50.根据权利要求48所述的方法，其中，以频率f提取所述带电粒子束脉冲。

51.根据权利要求50所述的方法，其中，所述占空比函数对应于增加脉冲持续时间的相继的带电粒子束脉冲。

52.根据权利要求50所述的方法，其中，带电粒子束脉冲的每次相继的提取的持续时间比紧在前的带电粒子束脉冲长。

53.根据权利要求48所述的方法，其中，在第一时刻1/f以第一脉冲持续时间提取第一带电粒子束脉冲，并且在第二时刻2/f以第二脉冲持续时间提取第二带电粒子束脉冲。

54.根据权利要求53所述的方法，其中，所述第二脉冲持续时间大于所述第一脉冲持续时间。

55.根据权利要求47或48所述的方法，其中，提取第一组带电粒子束脉冲，然后提取第二组带电粒子束脉冲，并且其中，所述第一组中的每个脉冲都具有第一持续时间，并且所述第二组中的每个脉冲具有比所述第一持续时间长的第二持续时间。

56.根据权利要求55所述的方法，其中，所述第二组带电粒子束脉冲在所述第一组中预定数量的带电粒子束脉冲已经被提取之后开始。

57.根据权利要求55所述的方法，其中，所述第二组带电粒子束脉冲在提取所述第一组带电粒子束脉冲的预定时间期满之后开始。

58.根据权利要求55所述的方法，进一步包括：

在提取所述第一组带电粒子脉冲的同时感测负荷或不稳定；以及

在感测到的负荷或不稳定得到解决之后提取所述第二组带电粒子脉冲。

59.根据权利要求58所述的方法，其中，所述负荷或不稳定是电压降。

60.根据权利要求47所述的方法，其中，选择性地提取所述带电粒子束包括偏置提取电极。

61.根据权利要求47所述的方法，其中，所述加速器系统是串列式加速器系统，并且其中，选择性地提取所述带电粒子束是在所述串列式加速器系统的一个或多个电极已经达到所述电压水平之后执行的。

62.根据权利要求47所述的方法，其中，所述束源被配置成向所述加速器系统提供带电粒子束，所述加速器系统定位在所述束源的下游。

63.根据权利要求47所述的方法，其中，所述束源被配置成产生负氢离子束。

64.根据权利要求47所述的方法，其中，所述束源包括非铯离子源。

65.根据权利要求47所述的方法，其中，所述加速器系统是串列式加速器系统，其包括第一多个电极、电荷交换装置和第二多个电极。

66.根据权利要求65所述的方法，其中，将所述串列式加速器系统的一个或多个电极偏置到所述电压水平包括偏置所述第一多个电极和所述第二多个电极。

67.根据权利要求66所述的方法，其中，所述带电粒子束是负离子束，并且其中，所述第一多个电极被配置成使来自预加速器系统的负离子束加速，所述电荷交换装置被配置成将所述负离子束转换为正束，并且所述第二多个电极被配置成使所述正束加速。

68.根据权利要求67所述的方法，进一步包括用靶装置由所述正束形成中性束。

69.根据权利要求47所述的方法，进一步包括：

在所述带电粒子束从所述束源通过预加速器系统传播到所述加速器系统时，使用所述预加速器系统加速所述带电粒子束。

70.根据权利要求47所述的方法，进一步包括提取连续的带电粒子束。

71.一种束系统，包括：

束源；

加速器系统；和

控制系统，其被配置成：

控制所述束源以使得持续时间增加的带电粒子束脉冲选择性地从所述束源被提取并输送通过所述加速器系统。

72.根据权利要求71所述的束系统，其中，所述控制系统被配置成控制所述束源以使得根据线性和/或非线性的占空比函数来提取带电粒子束脉冲。

73.根据权利要求72所述的束系统，其中，所述控制系统进一步被配置成：

检测由所述带电粒子束引起的负荷增加；并且

响应于检测到的负荷增加而调节所述占空比函数。

74.根据权利要求72所述的束系统，其中，所述控制系统被进一步配置成控制所述束源以使得所述带电粒子束脉冲以频率f被选择性地提取。

75.根据权利要求74所述的束系统，其中，所述占空比函数被配置成引起脉冲持续时间相继地增加的带电粒子束脉冲的提取。

76.根据权利要求71或72所述的束系统，其中，所述控制系统被配置成控制所述束源以引起第一组带电粒子束脉冲被提取，然后是第二组带电粒子束脉冲被提取，其中，所述第一组中的每个脉冲都具有第一持续时间，并且所述第二组中的每个脉冲都具有比所述第一持续时间长的第二持续时间。

77.根据权利要求76所述的束系统，其中，所述控制系统被配置成控制所述束源，从而在所述第一组中预定数量的带电粒子束脉冲已经被提取之后提取所述第二组带电粒子束脉冲。

78.根据权利要求76所述的束系统，其中，所述控制系统被配置成控制所述束源，从而在所述第一组带电粒子束脉冲被提取的预定时间期满之后开始提取所述第二组带电粒子束脉冲。

79.根据权利要求76所述的束系统，其中，所述控制系统被配置成：

感测负荷变化或不稳定；并且

使所述束源继续提取相同持续时间的带电粒子脉冲，直到感测到的负荷变化或不稳定得到解决。

80.根据权利要求71所述的束系统，其中，所述加速器系统是串列式加速器系统，其包括被配置成偏置到第一电压水平的一个或多个电极。

81.根据权利要求71所述的束系统，其中，所述控制系统被进一步配置成：

控制对提取电极施加的偏置以引起所述带电粒子束的选择性提取。

82.根据权利要求47-81中任一项所述的束系统，其中，所述束源包括提取电极。

83.根据权利要求71所述的束系统，其中，所述控制系统被配置成控制对所述加速器系统的一个或多个电极施加的偏置。

84.根据权利要求71所述的束系统，其中，所述加速器系统是串列式加速器系统，其包括第一多个电极、电荷交换装置和第二多个电极。

85.根据权利要求84所述的束系统，其中，所述带电粒子束是负离子束，并且其中，所述第一多个电极被配置成使来自预加速器系统的带电粒子束加速，所述电荷交换装置被配置成将所述负离子束转换为正束，并且所述第二多个电极被配置成使所述正束加速。

86.根据权利要求85所述的束系统，进一步包括靶装置，其被配置成由从所述串列式加速器系统接收的正束形成中性束。

87.根据权利要求71所述的束系统，进一步包括：

预加速器系统，其被配置成将所述带电粒子束脉冲从所述束源加速到所述加速器系统。

88.根据权利要求47-87中任一项所述的束系统，其中，所述带电粒子束脉冲是负离子束脉冲。