CN208317093U - 离子加速器及其共振装置 - Google Patents

Abstract

一种离子加速器及其共振装置，该共振装置包括：于周面上具有视窗的腔体、设于该腔体中的管件、对应该视窗且设于该腔体中的强化件、以及设于该腔体上的遮蔽组件，该遮蔽组件包含位于该视窗上的盖件，以于检修过程中，作业员可先打开该盖件，使作业员可从该视窗查看该强化件的状态，以判断该强化件是否损坏。

Description

离子加速器及其共振装置

技术领域

本实用新型涉及一种共振装置，尤其涉及一种离子加速器用的共振装置。

背景技术

目前质子标靶癌症治疗所用的质子射束机头(Treatment Nozzle)搭配三度空间的扫描治疗技术(spot scanning system)、六自由度空间定位系统(Robot coutch)、模拟定位断层扫描仪(sim CT)等技术，以提供高品质的质子标靶癌症治疗。

如图1A所示，现有质子射束系统整合机组1包括一质子直线加速器(LINAC)1a、加速器(Accelerator)1b、治疗室质子射束传输系统(Treatment Room Delivery System)1c、质子射束治疗机头(Treatment Nozzle)1d、模拟定位断层扫描仪(Simulator CT)1e、机械手臂治疗床病人定位系统(Treatment Robotic Couch)1f、以及点射束扫描治疗暨安全连锁控制软件(Spot Scanning & Safety Interlock Software)1g，其中，该治疗室质子射束传输系统1c及该点射束扫描治疗暨安全连锁控制软件1g的设备复杂，故于图1A中以电脑图样示意，并非其实际相对该机械手臂治疗床病人定位系统1f的尺寸与规格。

目前的质子射束系统整合机组1中，其加速器1b可采用回旋加速器(Cyclotron)或同步加速器(Synchrotron Accelerator)。相较于回旋加速器，该同步加速器可加速的能量介于70-250MeV之间，且因其在加速过程中可调整其高频加速共振腔所施予质子的频率而可主动自由调控质子射束的能量输出，进而可减少被动调控能量组件-衰减器(Degrader)的使用，故加速过程中所产生的辐射剂量对周围电子部件所产生的辐射危害更小，且周围电子部件的使用寿命更长。因此，基于辐射能量的考虑，业界为采用同步加速器取代回旋加速器。

如图1B所示，一高频加速共振腔10放置于该同步加速器类型的环型构造的加速器1b上，其借由一连续及作为质子加速轨道的真空管11穿设连接，其中，如图1C所示，该高频加速共振腔10内的真空管主部110需分为三段(如依序相邻接的第一管体110a、第二管体110b及第三管体110c)，且位于两侧的第一管体110a与第三管体110c采用不锈钢金属制成真空管腔，而位于中间的第二管体110b的材质需采用不导电的陶瓷纤维材料，以符合共振效应发生的机构环境(此陶瓷纤维材料所构成的真空管腔)。

当该加速器1b无法正常运行时，通常会检查是否为该高频加速共振腔10发生异常。一般异常的原因包括：该高频加速共振腔10周边电路松脱及该高频加速共振腔10内的磁性材料插件100(如图1C所示)的耗损。

于检查时，需先将该高频加速共振腔10两侧外的真空管连接端口111与该真空管主部110分开(也就是，将该第一管体110a及该第三管体110c与该真空管连接端口111分离)，以破坏该真空管主部110内的真空状态，并将该高频加速共振腔10移出该加速器1b以进行拆解，借此判断异常原因。

具体地，若是该高频加速共振腔10内的磁性材料插件100的问题时，先拆除该高频加速共振腔10的圆柱体左右两侧的盖板，再由外向内依序进行检修及更换该磁性材料插件100。然而，由于该磁性材料插件100的体积大且质量重(约38公斤)，若需更换位于中央部位的磁性材料插件100，则需依序从外至内一一卸下多个磁性材料插件100后，才能够检修及替换位于中央部位的磁性材料插件100，因而耗力耗时。同理可知，当检修完成后，则需依序由内向外一片片将该磁性材料插件100依序安装，并盖上该盖板，之后该高频加速共振腔10才可恢复正常运作。因此，整个维护修复的过程非常耗时且降低整体设备的运作效率。

此外，若是该高频加速共振腔10的周边电路发生故障时，仍需对该高频加速共振腔10进行上述的拆解步骤，且逐步卸下每片极重的磁性填充材料100，以确认该磁性填充材料插件100没有问题后，才能得知异常原因为该高频加速共振腔10的周边电路，之后才能开始检修该周边电路，因而非常费时。

另外，相较于该第一管体110a与该第三管体110c的金属材，该第二管体110b为陶瓷纤维材料，其在硬度及耐耗特性上较为脆弱，故若常常拆装该真空管主部110与该真空管外部111，容易造成该真空管主部110的各管体之间的连接点卡榫的损坏，甚至因卡榫损坏而使该真空管主部110破裂，进而增加检修的频率。

另外，若将该真空管主部110设计成一体，虽可减少该真空管主部110的连接端面数而避免各管体间的连接点卡榫的损坏，但单一管体的真空管主部110的长度过长，容易造成该真空管11的整体应力分布不平均而于该真空管主部110与该真空管外部111之间发生应力集中的问题，导致该真空管主部110与该真空管外部111之间的连接端面裂开而造成漏气，因而大幅增加检修频率。

因此，如何提供一种易于检查该同步加速器的高频加速共振腔的技术，实为一重要课题。

实用新型内容

为解决上述现有技术的种种问题，本实用新型公开一种离子加速器及其共振装置，能更有效率的进行检修作业。

本实用新型的离子加速器用的共振装置，包括：腔体、管件、强化件以及遮蔽组件。其具有视窗；管件容置于该腔体中并包括前段、中段和后段，且该管件的中段以不导电的陶瓷材料制成，该管件的前段与后段以金属材料制成；强化件容置于该腔体中并包含磁性物质，且该强化件位于该腔体中的位置对应该视窗；遮蔽组件设于该腔体上且具有位于该视窗上的盖件，以于不拆解该腔体的情况下，能从该视窗中确认该强化件及该管件的使用状况。

前述的离子加速器用的共振装置中，该管件由该前段、中段与后段所组成的三段式真空管，并以该前段及后段分别与整体该离子加速器的环型路径组件相连接。

前述的离子加速器用的共振装置中，该强化件为环状磁性件，供该管件穿设于该强化件中。

前述的离子加速器用的共振装置中，该遮蔽组件还具有板件，其设于该腔体上以封闭该腔体。

前述的离子加速器用的共振装置中，该盖件为可拆装式。

前述的离子加速器用的共振装置中，还包括位移组件，其承载该强化件以将该强化件移出该容置空间。例如，该位移组件包含轨道，以供该强化件滑动。进一步，该位移组件还包含带动件，其带动该强化件滑动。

进一步，前述的离子加速器包括：路径组件，其具有一置放区域；前述的离子加速器用的共振装置，其设于该置放区域中；以及连通管，其设于该路径组件中且连通该管件。

前述的离子加速器中，该路径组件与该离子加速器用的共振装置构成一环形结构，且该离子加速器为同步加速器。

由上可知，本实用新型的离子加速器及其共振装置中，主要借由该遮蔽组件的盖件设计，以于该离子加速器发生异常时，作业员可先打开该盖件，令该强化件外露于该视窗，使作业员可从该视窗查看该强化件的状态，而判断该强化件是否有问题，借此先判断该离子加速器的异常原因是否为多个强化件所致的问题，故相较于现有技术，本实用新型的离子加速器及其共振装置的整个维护修复的过程能依据该异常原因决定是否将该连通管与该管件拆开，因而能更有效率的进行检修作业，且能避免该管件因过多的拆装次数而损坏的问题。

附图说明

图1A为现有质子射束系统整合机组的配置示意图；

图1B为现有同步加速器的配置示意图；

图1C为图1B的高频加速共振腔的前方平面透视示意图；

图2为本实用新型的离子加速器的配置示意图；

图2A为本实用新型的共振装置的立体分解示意图；

图2B为图2A的前方平面透视示意图；以及

图3为本实用新型的共振装置的另一实施例的局部后视立体示意图。

附图标记如下：

1 质子射束系统整合机组

1a 质子直线加速器

1b 加速器

1c 治疗室质子射束传输系统

1d 质子射束治疗机头

1e 模拟定位断层扫描仪

1f 机械手臂治疗床病人定位系统

1g 点射束扫描治疗暨安全连锁控制软件

10 高频加速共振腔

100 磁性材料插件

11 真空管

110 真空管主部

110a,21a 第一管体

110b,21b 第二管体

110c,21c 第三管体

111 真空管连接端口

2 离子加速器

2a 路径组件

2b 共振装置

2c 连通管

20 腔体

20a 环圈架

20b 连接杆

20c 支撑架

200 容置空间

200a 第一区域

200b 第二区域

200c 第三区域

201 端口

202 视窗

21 管件

22 强化件

23 遮蔽组件

230 盖件

231 板件

24 位移组件

240,340 轨道

241 承载件

340a 定向件

340b 杆件

340c 接合结构

340d 定向孔

341 带动件

342 基座

342a,342b 轮件

9 周边电路

A 置放区域

Y,Y1 箭头方向

具体实施方式

以下借由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技艺的人士可由本说明书所公开的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

须知，本说明书所附附图所示出的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所公开的内容，以供熟悉此技艺的人士的了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所公开的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“内”、“外”及“一”等用语，也仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当也视为本实用新型可实施的范畴。

图2为本实用新型的离子加速器2，包括：一具有置放区域A的路径组件2a、一设于该置放区域A中的共振装置2b以及一穿设于该路径组件2a中的连通管2c，其中，该路径组件2a与该共振装置2b构成一环形结构。

于本实施例中，该离子加速器2为同步加速器类型，且该路径组件2a与该连通管2c的机电系统的种类繁多，并无特别限制，故于此不再赘述。

此外，该离子加速器2的控制系统由主控电脑、该路径组件2a(以现场可程序化闸阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)为主体的加速程序控制系统)与该共振装置2b连接所组成。操作者由主控电脑选择模式后，加速程序控制系统即会依照所选取的模式，在时序控制器的指令之下启动，并从RF波型数据库及RF波型回馈数据库中筛选出合适的RF波型至RF波型产生器。其中RF波型产生器在输出波型信号至该共振装置2b前，会依据射束数据回馈机制所回传的即时信息比对RF波型误差，再将最后优化后的RF波型参数，经由RF波型产生器连动至该共振装置2b内产生该波型的共振响应。该共振装置2b在接受到由RF波型产生器产生的共振脉冲信号时，会再将所测量到的信号回传至加速程序控制系统中的频域数据萃取进行归档。如此即完成了一次带电粒子在高频共振腔内的加速过程。

另外，该路径组件2a(包含二极电磁铁)的功能为偏转质子射束轨迹。

另外，该路径组件2a的数量可依需求设计，如8个，并不限于图示的7个。

如图2A及图2B所示，所述的共振装置2b包括：一腔体20、一管件21、多个强化件22、一遮蔽组件23以及一位移组件24。

所述的腔体20具有一位于该腔体20内的容置空间200及至少一位于该腔体20周面并连通该容置空间200且用以容置该管件21及强化件22的视窗202。

于本实施例中，该腔体20为筒状框架，其由多个环圈架20a(如图2A所示的四个)沿纵向(如箭头方向Y或该腔体20的筒状延伸方向)间隔排设以形成多个该视窗202(如图2A所示的三个)，且以多个连接杆20b串接各环圈架20a，并于各该环圈架20a中延伸形成至少一支撑架20c以强化该环圈架20a。

此外，如图2B所示，该容置空间200沿该纵向依序定义为第一区域200a、第二区域200b及第三区域200c，且于该第一区域200a的外侧与第三区域200c的外侧分别形成有一端口201。

所述的管件21分三段设于该腔体20的容置空间200中而未架设于该支撑架20c上，如图2B所示，且接置该连通管2c以连通该连通管2c。

于本实施例中，该管件21为由该前段、中段及后段所组成的三段式真空管，其包含沿纵向(如箭头方向Y)依序相邻接的第一管体21a(前段)、第二管体21b(中段)及第三管体21c(后段)，且位于两侧的第一管体21a与第三管体21c为采用如不锈钢的金属材料制成真空管腔，而位于中间的第二管体21b的材质需采用不导电的陶瓷材料，以保持于该管件21中的离子加速路径上的真空环境。

此外，第一管体21a与第三管体21c用以连接整体加速器的环型路径组件(如该连通管2c)，使该管件21与该连通管2c导通以构成所需的真空管腔。

所述的强化件22设于该腔体20的容置空间200中且对应位于多个所述视窗202的处。

于本实施例中，多个所述强化件22置放于该第一区域200a与第三区域200c中。

此外，该强化件22为磁性物质，其具有良好导磁性的稀土元素，外层被一种环氧树脂所包覆以固定硬化。当通电后其在电路中可以视为极大的电感(Inductance)，且随着输入正弦波交流电的频率，可产生对应的共振效应，进而将加速电压所产生的能量经共振传递至高频共振腔体内的带电粒子、增加其动能。

另外，该强化件22为圆形环状片体(盘体或板体)，以作为该共振装置2b所用的磁性材料插件，且使该管件21的第一管体21a与第三管体21c穿过该强化件22。

所述的遮蔽组件23设于该腔体20上且具有一对应位于多个所述视窗202上(该容置空间200周面上方)的盖件230，借由开启该盖件230，在不拆解该腔体20的状况下，以从该视窗202中确认该强化件22及该管件21的使用状况。

于本实施例中，该遮蔽组件23为金属壳体构造，其沿纵向包覆该腔体20，且还具有两板件231，以封闭该容置空间200的端口201。例如，不锈钢金属外壳及板件231能使整个共振装置2b在通电后形成有效的电路回路，使由外部输入的加速电压可以传导至整个共振装置2b，并形成一产生对应频率的共振响应腔体。

此外，该盖件230为可拆装式，例如借由枢转结构组装于该壳体上以呈现可掀式盖件230。有关可拆装式的构造繁多，如螺接，并不限于上述。

所述的位移组件24可位移地承载该强化件22，以将该强化件22移出及移入该容置空间200。

于本实施例中，该位移组件24包含一轨道240及滑动于该轨道240上的承载件241，以借由该承载件241承载多个强化件24而令该强化件22相对该轨道240滑动。例如，该轨道240为凹槽，且该承载件241设有多个位于该凹槽中的凸块(连动杆或滑轮)，以当该凸块(连动杆或滑轮)于该凹槽中移动时，可使该承载件241位移。

于该离子加速器2发生异常时，作业员可先打开该共振装置2b的盖件230，以令多个强化件22外露于多个视窗202，使作业员可从多个视窗202查看多个强化件22的状态，以判断是否为多个强化件22的问题，故作业员能先判断异常原因是否为多个强化件22的问题。

若异常原因不是多个强化件22的问题而是该离子加速器2的周边电路9松脱的问题时，则可直接处理该周边电路9的问题，而无需将该连通管2c与该该管件21分开(即不需将该第一管体21a及该第三管体21c与该连通管2c分离)，且无需将该共振装置2b移出该离子加速器2，更无需拆解该共振装置2b(如拆除该板件231)。

另一方面，若异常原因是多个强化件22的问题(如耗损)时，则先将该连通管2c与该管件21分开(也就是，将该第一管体21a及该第三管体21c与该连通管2c分离)，再将该共振装置2b移出该离子加速器2。接着，将该共振装置2b两侧的板件231拆除，并借由该位移组件24将多个强化件22从该端口201移出该腔体20外部，再针对不良的强化件22进行更换，故无需卸下每一个强化件22，即可任意置换该强化件22。于检修完成后，只需借由该位移组件24将多个强化件22从该端口201推入该腔体20中，再盖上多个板件231，该离子加速器2(或该共振装置2b)即可恢复正常运作。

因此，本实用新型的离子加速器2及其共振装置2b的整个维护修复的过程能有效判断异常原因，故可依该异常原因决定是否将该连通管2c与该管件21拆开，因而不仅能省时，且能提升整体设备的运作效率。

另外，如图3所示，该位移组件34包含该承载件241、一轨道340、用以带动该强化件22的带动件341及用以设置该轨道340与该带动件341的基座342。

所述的轨道340具有一定向件340a及两杆件340b。具体地，该定向件340a为板状且固定于该基座342上并具有定向孔340d。该杆件340b穿过该定向孔340d，且其中一端固定于该带动件341上，而另一端为接合结构340c。

所述的带动件340为施力结构，如板状、把手或有利于作业员施力的设计。

所述的基座342为平台结构，其可具有轮件342a,342b且可具有升降构造，以利于作业员取放该位移组件34及调整该轨道340的高度。

于需要更换该强化件22时，作业员将该共振装置2b两侧的板件231拆除，再将该基座342移至该腔体20旁并与该腔体20相固定。接着，将该轨道340的接合结构340c固接(螺接、嵌卡及其它方式等)于该承载件241上，之后向外(箭头方向Y1)拉动该带动件341，使该杆件340b沿该定向件340a的定向孔340d移动，借此拉动该承载件241，直到多个强化件22移动至该腔体20外部。于检修完成后，只需借由该位移组件34将多个强化件22推入该腔体20中，再盖上多个板件231，该离子加速器2(或该共振装置2b)即可恢复正常运作。

因此，有关该位移组件的机构种类繁多，可依需求设计，并不限于上述。

综上所述，本实用新型的离子加速器及其共振装置中，借由该盖件的设计，以于该离子加速器发生异常时，作业员能先打开该盖件，以从该视窗判断该强化件的状态是否异常，借此初判该离子加速器的异常原因是否为多个强化件所致的问题，故本实用新型的离子加速器及其共振装置的整个维护修复的过程能依据该异常原因决定是否将该连通管与该管件拆开，因而能更有效率的进行检修作业，且能避免该管件因过多的拆装次数而损坏的问题。

上述实施例仅用以例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。本领域技术人员均可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修改。因此本实用新型的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (10)

1.一种离子加速器用的共振装置，其特征在于，该共振装置包括：

腔体，其具有视窗；

管件，其容置于该腔体中并包括前段、中段和后段，且该管件的中段以不导电的陶瓷材料制成，该管件的前段与后段以金属材料制成；

强化件，其容置于该腔体中并包含磁性物质，且该强化件位于该腔体中的位置对应该视窗；以及

遮蔽组件，其设于该腔体上且具有位于该视窗上的盖件。

2.根据权利要求1所述的离子加速器用的共振装置，其特征在于，该管件由该前段、中段与后段所组成的三段式真空管，并以该前段及后段分别与整体该离子加速器的环型路径组件相连接。

3.根据权利要求1所述的离子加速器用的共振装置，其特征在于，该强化件为环状磁性件，供该管件穿设于该强化件中。

4.根据权利要求1所述的离子加速器用的共振装置，其特征在于，该遮蔽组件还具有板件，其设于该腔体上以封闭该腔体。

5.根据权利要求1所述的离子加速器用的共振装置，其特征在于，该盖件为可拆装式。

6.根据权利要求1所述的离子加速器用的共振装置，其特征在于，该共振装置还包括位移组件，其承载该强化件以将该强化件移出该腔体。

7.根据权利要求6所述的离子加速器用的共振装置，其特征在于，该位移组件包含轨道，以供该强化件滑动。

8.根据权利要求7所述的离子加速器用的共振装置，其特征在于，该位移组件还包含带动件，其带动该强化件滑动。

9.一种离子加速器，其特征在于，该离子加速器包括：

路径组件，其具有一置放区域；

根据权利要求1至8任一项所述的离子加速器用的共振装置，其设于该置放区域中；以及

连通管，其设于该路径组件中且连通该管件。

10.根据权利要求9所述的离子加速器，其特征在于，该路径组件与该离子加速器用的共振装置构成一环形结构，且该离子加速器为同步加速器。