KR20220053001A - 고품질 이온 빔 형성을 위한 시스템들, 디바이스들 및 방법들 - Google Patents

고품질 이온 빔 형성을 위한 시스템들, 디바이스들 및 방법들 Download PDF

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KR20220053001A
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particle
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알렉산더 듀나에브스키
아르템 엔. 스미르노프
알렉산더 에이. 이바노프
블라디스라브 베크셀만
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티에이이 테크놀로지스, 인크.
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Abstract

빔 시스템에 관한 시스템들, 디바이스들, 및 방법들의 실시예들. 예시적인 빔 시스템은 하전 입자들의 빔을 생성하도록 구성된 하전 입자 소스, 빔을 가속하도록 구성된 사전-가속기 시스템, 및 사전-가속기 시스템으로부터의 빔을 가속하도록 구성된 가속기를 포함한다. 사전-가속기 시스템은 빔이 소스로부터 가속기의 입력 애퍼처로 전파될 때 빔이 수렴하게 할 수 있다. 사전-가속기 시스템은 가속기로부터 소스를 향해 이동하는 역류에 의해 야기되는 소스 교란 또는 손상을 추가로 감소시키거나 제거할 수 있다.

Description

고품질 이온 빔 형성을 위한 시스템들, 디바이스들 및 방법들
관련 출원들에 대한 상호 참조
본 출원은 2020년 6월 25일자로 출원된, 발명의 명칭이 "SYSTEMS, DEVICES, AND METHODS FOR HIGH QUALITY ION BEAM FORMATION"인 미국 가출원 제63/044,310호, 2019년 9월 3일자로 출원된, 발명의 명칭이 "EINZEL LENS FOR LOW ENERGY ION BEAM TRANSPORT"인 미국 가출원 제62/895,203호, 및 2019년 8월 30일자로 출원된, 발명의 명칭이 "NEUTRON GENERATING TARGET FOR NEUTRON BEAM SYSTEMS"인 미국 가출원 제62/894,106호, 및 2019년 8월 30일자로 출원된, 발명의 명칭이 "SYSTEMS AND METHODS FOR GAS PUFF BEAM IMAGING"인 미국 가출원 제62/894,220호, 및 2019년 8월 30일자로 출원된, 발명의 명칭이 "SYSTEMS AND METHODS FOR FAST BEAM POSITION MONITORING"인 미국 가출원 제62/894,290호에 대한 우선권을 주장하며, 이들 모두는 그 전체가 본 명세서에 참고로 포함된다.
분야
본 명세서에 설명된 청구 대상은 일반적으로 탠덤 가속기 시스템들(tandem accelerator systems)을 위한 고품질 이온 빔들을 형성하는 시스템들, 디바이스들 및 방법들에 관한 것이다.
붕소 중성자 포획 요법(boron neutron capture therapy)(BNCT)은 가장 어려운 유형들 중 일부를 비롯한 다양한 유형의 암의 치료 양식이다. BNCT는 붕소 화합물을 이용하여 정상 세포들을 절약하면서 종양 세포들(tumor cells)을 치료하는 것을 선택적으로 목표로 하는 기술이다. 붕소를 함유하는 물질이 혈관에 주입되고, 붕소가 종양 세포들에서 수집된다. 이어서, 환자는 (예를 들어, 중성자 빔 형태의) 중성자들을 이용한 방사선 요법을 받는다. 중성자는 붕소와 반응하여 종양 세포들을 죽이면서, 주변 정상 세포들에의 피해를 감소시킨다. 장기간의 임상 연구는 3-30 킬로전자볼트(keV) 내의 에너지 스펙트럼을 갖는 중성자들의 빔이 환자에 대한 방사선 부하를 감소시키면서 보다 효율적인 암 치료를 달성하는 것이 바람직하다는 것을 입증하였다. 이 에너지 스펙트럼 또는 범위는 종종 에피서멀(epithermal)이라고 지칭된다.
에피서멀 중성자들(예를 들어, 에피서멀 중성자 빔들)의 생성을 위한 가장 통상적인 방법들은 베릴륨(beryllium) 또는 리튬(lithium)(예를 들어, 베릴륨 타깃 또는 리튬 타깃)과 양성자들의 핵 반응들에 기초한다. 양쪽 둘다의 경우, 결과적인 중성자들의 에너지 스펙트럼이 더 큰 에너지들로 시프트되고, 그에 따라 감속(moderation)을 필요로 한다. BNCT를 위한 필요한 중성자 빔을 형성하는 것과 함께, (예를 들어, 에피서멀 스펙트럼 내의) 필요한 에너지들까지 중성자들을 느리게 하는 것은, 빔 성형 조립체들(beam shaping assemblies)(BSA)을 이용하여 통상적으로 달성된다.
사이클로트론 가속기(cyclotron accelerator)는 하전 입자들(charged particles)을 나선 경로를 따라 가속기의 중심으로부터 바깥쪽으로 가속한다. 입자들은 정적 자기장에 의해 나선 궤적으로 유지되고, 빠르게 변화하는 (라디오 주파수) 전기장에 의해 가속된다. 양성자들과 베릴륨 타깃의 반응은 중성자들의 높은 수율을 특징으로 하고, 이는 예를 들어, 양성자들의 사이클로트론 가속기들 상에서 달성가능한 한계들 내에서, 비교적 낮은 양성자 빔 전류의 유지를 가능하게 한다. 양성자 빔의 에너지는 또한 사이클로트론 가속기들의 한계들 내에 있다. 따라서, 사이클로트론 가속기들 및 베릴륨 타깃들에 기초한 중성자 소스들은 높은 중성자 수율을 특징으로 한다. 그러나, 결과적인 중성자들의 에너지 스펙트럼은 더 높은 에너지들을 향해 시프트되고, 전술한 바와 같이, 복잡한 BSA들에서 실질적인 감속을 요구한다. 그러한 복잡한 BSA들은 중성자들을 느리게 하고 이상적인 BNCT 응용들을 위해 필요한 중성자 빔을 형성하기에 비효율적이다.
고에너지 가속기들은 보통 고가이고, 더 높은 에너지들을 갖는 양성자들 및 중성자들은 시스템 컴포넌트들의 더 높은 활성화를 야기하여, 베릴륨 타깃들을 갖는 시스템들이 BNCT 치료 센터들에 대해 덜 매력적이게 한다.
베릴륨 타깃들을 갖는 사이클로트론 기반 시스템들에서 형성된 에피서멀 중성자들의 빔들은 리튬 타깃들을 갖는 시스템들과 필적할만한 플럭스 밀도들을 갖는다. 그러나, 리튬 타깃들을 갖는 시스템들은 보통 1.9 내지 3.0 메가전자볼트(MeV)의 범위 내에서 양성자 빔의 더 낮은 에너지들을 초래한다. 리튬 타깃들을 위해 설계된 기존의 양성자 빔 가속기들은 2개의 카테고리들: RF 기반 가속기들 및 정전 가속기들로 분할될 수 있다.
RF 기반 가속기들: 전형적으로, 현재의 필요한 에너지 범위에 대한 RF 기반 양성자 가속기들은 라디오 주파수 사중극자들(Radio Frequency Quadrupoles), 또는 RFQ들에 기초한다. RFQ는 이미턴스(emittance)를 보존하면서 높은 효율로 하전 입자들의 연속 빔을 포커싱 및 가속하는 선형 가속기이다. 포커싱뿐만 아니라 가속은 라디오 주파수(RF) 전기장에 의해 수행된다. RFQ 기술이 성숙되어 있지만, 그것은 여전히 고가이고, 제조 및 동작에 있어서 매력적이지 않게 복잡하다. 또한, 10 밀리암페어(mA) 이상의 평균 전류에 대해 RFQ 시스템을 구축하는 것은 어렵다.
정전 가속기들: 현재의 필요한 에너지 범위는 정전 가속기들에 대한 도달 범위 내에 있다. 정전 가속기들은 하전 입자들을 정전 고전압 전위에 노출시킴으로써 하전 입자들을 가속시킨다. 예를 들어, 고전압 단자는 대략 수백만 볼트(예를 들어, 가속 전압이라고도 지칭됨)의 정전 전위로서 유지된다. 정전 가속기들은 보통 다른 종래의 해결책들보다 실질적으로 덜 고가이고, 더 콤팩트하고, 더 에너지 효율적이다. 정전 가속기들은 또한 유리하게는 양성자 빔 에너지의 변동에 의해 결과적인 중성자들의 스펙트럼을 조절하는 능력을 제공한다.
직접 가속을 갖는 정전 가속기 시스템들에서 2 메가볼트(MV)보다 높은 필요한 가속 전압들의 생성은 매우 어려운데, 이는 이상적인 양성자 빔의 달성가능한 에너지를 제한한다. 정전 가속기의 고전압 단부에서의 양성자 소스의 배치는 낮은 이미턴스를 갖는 주입된 양성자 빔을 형성하는 능력을 제한하고, 이는 가속된 빔의 품질을 제한한다. 정전 가속기의 고전압 단부에서의 양성자 주입기/소스의 제어 및 유지보수는 또한 기술적으로 매우 어렵다.
탠덤 가속기는 단일 고전압 단자를 이용하여 이온 입자들의 2단계 가속을 이용할 수 있는 일종의 정전 가속기이다. 고전압은, 예를 들어, 들어오는 음의 빔에 인가되어 그것을 가속하는 증가적으로 포지티브인 구배를 형성하는데 이용되고, 이 시점에서 탠덤 가속기는 음의 빔을 양의 빔으로 변환하고, 그 후 고전압은 탠덤 가속기로부터 양의 빔을 가속하는(예를 들어, 밀어내는) 역전된 감소적으로 포지티브인 구배를 형성하는데 다시 이용된다. 고전압이 2회 이용될 수 있기 때문에, 3 MeV의 입자 에너지를 갖는 양성자 빔들의 생성은 전형적으로 단지 1.5 MV의 가속 전압을 필요로 하고, 이는 전기 절연의 최신 기술들의 도달 범위 내에 있다. 또한, 탠덤 가속기의 이온 소스는 접지 전위에 놓이고, 이는 이온 소스의 제어 및 유지를 더 용이하게 한다.
플라즈마 기반 이온 소스들을 이용하는 이온 빔 시스템들에서, 이온들은 플라즈마의 경계 표면(메니스커스(meniscus)라고 지칭됨)으로부터 추출된다. 경계 표면의 형상 및 파라미터들은 추출된 전류 밀도, 이온화, 재결합 및 확산의 국부 속도들, 및 인가된 전기장 분포에 대한 강한 의존성을 특징으로 한다. 신생 이온 빔은 전형적으로 고도로 발산(divergent)하고, 비정상적(aberrant)이며(동일한 극성의 이온들 및 전자들을 분리하는 자기 쌍극자의 효과), 낮은 초기 에너지로 인한 공간 전하 효과들을 겪는다. 그 결과, 다양한 기존의 해결책들은 몇몇 단점들에 직면한다.
충분히 높은 전류를 갖는 음의 수소 이온들의 단일 애퍼처 소스들은 일반적으로, 높은 전류 빔 생성의 조건들로 인한 높은 초기 빔 발산; 높은 전류 빔 생성을 위해 요구되는 높은 가스 부하로 인한 이온 소스 애퍼처들에서의 제한된 빔 가속; 및 빔 입자들의 더 낮은 에너지들에서 더 두드러지는 빔의 공간 전하로 인한 빔 발산과 같은 다수의 도전과제들에 직면한다.
이들 및 다른 이유로, 탠덤 가속기 시스템들을 위한 고품질 이온 빔들을 제공하는 개선되고, 효율적이며, 콤팩트한 시스템들, 디바이스들 및 방법들에 대한 필요성이 존재한다.
다양한 가속기 시스템들에서 이용될 수 있는 고품질 이온 빔들을 형성하기 위한 시스템들, 디바이스들 및 방법들의 예시적인 실시예들이 본 명세서에 설명된다. 본 개시내용의 실시예들은 빔 시스템들, 그 내부의 디바이스들, 및 그들의 이용 방법들에 관한 것이다. 예시적인 빔 시스템은 빔 형태의 입자들을 생성하도록 구성된 입자 소스(예를 들어, 이온 소스), 소스로부터 입자들을 가속하도록 구성된 사전-가속기 시스템(pre-accelerator system), 및 사전-가속기 시스템으로부터의 입자를 가속하도록 구성된 가속기를 포함한다. 사전-가속기 시스템은 빔이 소스로부터 가속기의 입력 애퍼처로 전파됨에 따라 빔이 수렴하게 할 수 있다. 사전-가속기 시스템은 가속기로부터 소스를 향한 역류 이동에 의해 유발된 소스 교란 또는 손상을 더 감소시키거나 제거할 수 있다.
본 명세서에 설명된 청구 대상의 다른 시스템들, 디바이스들, 방법들, 특징들 및 이점들은 이하의 도면들 및 상세한 설명의 검토시에 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 명백하거나 명백해질 것이다. 모든 그러한 추가적인 시스템들, 방법들, 특징들 및 이점들은 본 설명 내에 포함되고, 본 명세서에 설명된 청구 대상의 범주 내에 있고, 첨부된 청구항들에 의해 보호되는 것으로 의도된다. 예시적인 실시예들의 특징들은 청구항들에서의 이들 특징들의 명시적인 인용이 없으면, 첨부된 청구항들을 제한하는 것으로서 결코 해석되어서는 안된다.
본 명세서에 개시된 청구 대상의 상세는, 그 구조 및 동작 모두에 관하여, 첨부 도면들의 연구에 의해 명백할 수 있고, 여기서, 유사한 참조 번호들은 유사한 부분들을 나타낸다. 도면들에서의 컴포넌트들은 반드시 축척비율대로 그려진 것은 아니고, 대신에 청구 대상의 원리들을 예시할 때 강조된다. 또한, 모든 예시들은 개념들을 전달하도록 의도되며, 여기서, 상대적인 크기들, 형상들 및 다른 상세한 속성들은 문자 그대로 또는 정확하게 예시되기보다는 개략적으로 예시될 수 있다.
도 1a는 본 개시내용의 실시예들과 함께 이용하기 위한 중성자 빔 시스템의 예시적인 실시예의 개략도이다.
도 1b는 붕소 중성자 포획 요법(BNCT)에서 이용하기 위한 중성자 빔 시스템의 예시적인 실시예의 개략도이다.
도 2는 본 개시내용의 실시예들과 함께 이용하기 위한 예시적인 사전-가속기 시스템 또는 이온 빔 주입기를 도시한다.
도 3a는 도 2에 도시된 이온 소스 및 이온 소스 진공 박스의 사시도이다.
도 3b는 도 3a에 도시된 아인젤 렌즈(einzel lens)의 예시적인 실시예를 도시하는 분해 사시도이다.
도 4는 본 개시내용의 실시예들과 함께 이용하기 위한 예시적인 사전-가속기 튜브를 도시한다.
도 5는 예시적인 이온화 곡선의 단면을 도시한다.
도 6은 본 개시내용의 실시예들과 함께 이용하기 위한, 예시적인 사전-가속기 시스템 또는 이온 빔 주입기의 동작을 도시한다.
도 7은 수직 이온 소스 및 굽힘 자석들(bending magnets)을 이용하는 예시적인 빔 주입기 시스템을 도시한다.
도 8은 본 개시내용의 실시예들과 함께 이용하기 위한, 예시적인 사전-가속기 시스템 또는 이온 빔 주입기의 동작을 더 도시한다.
도 9는 본 개시내용의 실시예들과 함께 이용하기 위한 예시적인 이온 소스 백플레이트를 도시한다.
도 10은 본 개시내용의 실시예들이 동작할 수 있는 시스템의 블록도를 도시한다.
도 11은 본 개시내용의 실시예들에 따라 특별히 구성될 수 있는 예시적인 컴퓨팅 장치를 도시한다.
본 청구 대상이 상세히 설명되기 전에, 본 개시내용은 설명된 특정 실시예들로 제한되지 않으며, 그에 따라 물론 변할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 본 개시내용의 범위가 첨부된 청구항들에 의해서만 제한될 것이기 때문에, 본 명세서에 이용된 용어가 특정 실시예들을 설명하기 위한 것에 불과하고 제한하기 위한 것이 아니라는 것을 또한 이해할 것이다.
용어 "입자"는 본 명세서에서 광범위하게 이용되고, 달리 제한되지 않는 한, 전자, 양성자(또는 H+ 이온), 또는 중성체, 뿐만 아니라 1개 초과의 전자, 양성자, 및/또는 중성자(예를 들어, 다른 이온들, 원자들, 및 분자들)를 갖는 종(species)을 설명하는데 이용될 수 있다.
높은 빔 발산 및 낮은 빔 에너지를 초래하는 전술한 그리고 다른 제한들은 입자 가속기들과의 동작에 적합한 이온 주입기를 설계하는 것을 어렵게 한다. 예로서 탠덤 가속기를 취하면, 탠덤 가속기 내로 주입되는 음의 이온들(예를 들어, H-이온들)의 낮은 에너지들은 탠덤 가속기의 제1 가속 갭에서 불리한 조건들을 생성할 수 있다. 실제로, 음의 이온 소스들의 출력 에너지들은 보통 20-40 keV에 의해 제한된다. 그러한 음의 이온들이, 보통 약 200 킬로볼트(kV)의 가속 전압을 갖는 탠덤 가속기의 제1 가속 갭 내로 주입될 때, 음의 이온들은 통상적으로 제1 가속 갭의 중간에서 약 100 keV의 에너지에 도달한다.
100 keV의 에너지는 (예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이) 음의 수소 이온들에 대한 이온화 단면의 대략적인 최대치에 대응한다. 이온화 단면은 특정 입자가 공간을 통해 이동하는 동안 다른 입자들에 얼마나 많이 나타나는지에 대한 척도를 나타낸다. 가속기들은 종종 근진공 환경(near vacuum environment)에 존재하는 미량의 배경 가스를 가질 수 있다. 탠덤 가속기들의 경우, 배경 가스(예를 들어, 아르곤 중성체(argon neutrals))는 탠덤 가속기의 중심에서 들어오는 빔의 전하를 수정하기 위해 이용되는 가스 전하 교환 디바이스(gaseous charge exchange device)에 의해 의도적으로 도입될 수 있다. H-이온들과 같은 빔 입자들은 이 배경 가스를 이온화할 수 있고, 이 이온화는 상당하거나 강할 수 있다. 가스 전하 교환 타깃들을 갖는 그러한 탠덤 가속기들에서, 배경 가스의 결과적인 비교적 높은 압력, 및 더 큰 이온화 단면은 H-이온이 탠덤 가속기의 제1 가속 갭에서 배경 가스와 충돌할 가능성이 더 크다는 것을 의미할 수 있다.
또한, 탠덤 가속기의 제1 가속 갭에서의 강한 이온화는 제1 가속 갭에서 빔-유지 플라즈마 방전들을 유도하고, 이는 (i) 바람직하지 않은 시간 지속기간(예를 들어, 수백 초) 동안 가속기를 동작불가능하게 하는, 탠덤 가속기의 높은 전압 브레이크다운; (ii) 제1 가속 갭 상의 감소된 전압, 및 그 결과, 빔의 디포커싱 및 빔 에너지의 감소로 이어지는, 고전압 전원의 과부하; (iii) 탠덤 가속기의 전극들의 과열; (iv) 입자 소스의 동작을 과열시키고 방해하는, 가속된 양의 이온들의 강한 역류의 형성; 및 (v) 탠덤 가속기의 고전압 절연체들의 표면들을 조사하고 그들의 높은 전압 강도를 감소시키는, 제동복사 방사(bremsstrahlung radiation)의 생성을 포함하는 몇몇 단점들을 초래한다. 제동복사 방사는 다른 하전 입자의 전기장에 의해 야기되는 가속으로 인해 하전 입자에 의해 발산되는 방사이다.
음의 이온 빔의 높은 전류는 또한 탠덤 가속기의 입력 애퍼처 상에 음의 이온 빔을 포커싱하기 위해 상당한 노력을 필요로 할 수 있다. 보통, 5 밀리암페어(mA)보다 높은 전류들을 갖는 음의 이온 빔들의 주입기들은 복잡하고, 이온 빔의 공간 전하를 보상하기 위해 다수의 포커싱 자기 요소들 및 가스- 또는 플라즈마-충전된 빔라인을 갖는다. 도 7에 도시된 바와 같은 그러한 예에서, 음의 이온 빔들의 주입기는 수직 이온 소스를 포함하고, 결과적인 이온 빔을 입력 애퍼처를 향해 포커싱하기 위해 굽힘 자석을 이용한다. 그러한 시스템들은 낮은 빔 품질 및 타원형 빔(elliptical beam)을 포함하는 단점들을 겪는다. 타원형 빔은 탠덤 가속기에 대해 바람직하지 않고, 따라서 그러한 구현들은 탠덤 가속기에 대한 빔 품질(예를 들어, 실질적으로 비-타원형 또는 실질적으로 원형 단면)을 달성하기 위해 상당히 복잡한 빔 취급을 필요로 한다. 또한, 가스 충전된 빔라인들을 갖는 임의의 가속기는, 근진공 환경에서도, 전하 교환으로 인한 빔 전류의 상당한 손실을 겪을 수 있다.
입자 가속기와 함께 이용하기 위한 사전-가속기 시스템에 대한 시스템들, 디바이스들, 및 방법들의 예시적인 실시예들이 본 명세서에 설명된다. 입자 가속기들은 일반적인 예이고, 본 명세서에 설명된 실시예들은 입자 가속기로의 공급을 위해 특정된 에너지들에서 하전 입자 빔의 생성을 수반하는 임의의 유형의 입자 가속기와 함께 또는 임의의 입자 가속기 응용에서 이용될 수 있다. 본 사전-가속기 시스템 또는 이온 빔 주입기의 실시예들은 탠덤 가속기에 음의 입자 빔을 제공하기에 적합하지만, 이는 단지 예시적인 유형의 가속기이다. 본 명세서에 설명된 사전-가속기 실시예들은, 핵 물리학 연구를 위한 것과 같은 과학 툴들로서 이용되는 입자 가속기들; 반도체 칩들의 제조와 같은 산업 또는 제조 프로세스들에서 이용되는 입자 가속기들; (표면 처리와 같은) 재료 특성들의 변경을 위한 가속기들; 식품의 조사를 위한 입자 가속기들; 및 의료 살균에서의 병원체 파괴를 위한 입자 가속기들에서 구현될 수 있다. 실시예들은 또한 화물 또는 컨테이너 검사와 같은 이미징 응용들에서 이용될 수 있다. 그리고 다른 비-한정적인 예로서, 실시예들은 의료 진단 시스템들, 의료 이미징 시스템들, 또는 방사선 요법 시스템들과 같은 의료 응용들을 위한 입자 가속기들에서 이용될 수 있다.
하나의 그러한 방사선 요법 시스템은 BNCT 시스템이다. 설명의 편의를 위해, 본 명세서에 설명된 많은 실시예들은 BNCT에 이용하기 위한 중성자 빔 시스템의 맥락에서 그렇게 행해질 것이지만, 실시예들은 단지 중성자 빔들 또는 BNCT 응용들로 제한되지 않는다. 본 개시내용의 실시예들은 리튬(Li) 또는 베릴륨(Be)과 같은 중성자 생성 타깃들을 갖는 BNCT에 대한 중성자들의 소스들에 적합한 파라미터들을 갖는 양성자 빔을 생성하기 위한 가속기 시스템(본 명세서에서 사전-가속기 시스템이라고도 지칭됨)의 구성을 가능하게 한다.
리튬 타깃 상의 에피서멀 중성자들의 효율적인 생성을 위해, 1.9 내지 3.0 MeV의 에너지들을 갖는 양성자들의 빔이 바람직하다. 그러한 응용들에서, 합리적으로 짧은 처리 시간 동안 바람직한 플럭스 밀도를 갖는 중성자 빔의 형성은 또한 5 mA 초과의 양성자 빔 전류를 수반할 수 있다. 그러한 응용들에서 탠덤 가속기 시스템들을 이용하기 위해, 수소의 음의 이온들의 소스가 바람직할 수 있다. 충분히 높은 전류를 갖는 음의 수소 이온들의 소스들은 높은 이미턴스를 가질 수 있고, 이는 적합한 빔 품질을 유지하면서 탠덤 가속기를 위한 음의 이온 빔 주입기를 구축하는 것을 어렵게 할 수 있다. 제안된 구성은 이러한 및 다른 어려움들을 극복하고, 높은 빔 품질을 갖는 콤팩트하고 효율적인 (예를 들어, 음의 수소 이온들의) 음의 이온 빔 소스를 제공한다.
본 개시내용의 실시예들은 이온 소스와 같은 하전 입자 소스로부터의 주입 직후에 하전 입자들의 에너지를 증가시킬 수 있고, 이는 공간 전하의 영향들의 감소를 초래한다. 이온 빔 입자들의 공간 전하로 인한 이온 빔 입자들의 발산은 입자 에너지들의 증가에 따라 감소하고, 이는 가스- 또는 플라즈마-충전된 빔라인들의 필요성을 제거하거나 감소시킨다.
본 개시내용의 실시예들은 짧은 초점 거리를 가능하게 할 수 있으며, 이는 본 사전-가속기 또는 이온 빔 주입기 시스템들을 종래의 시스템들보다 상대적으로 더 콤팩트하게 만든다. 본 개시내용의 실시예들은, 이온 주입기를 가속기의 빔 축으로부터 이동시킬 필요성이 제거되는 정보까지 (그리고, 따라서, 적절한 축 상에서 주입된 이온 빔을 실질적으로 재배향시키기 위해 빔 굽힘 자석이 가속기의 상류에 포함되는 정도까지) 역류를 추가로 감소시킬 수 있다(예를 들어, 도 5에 대한 논의 참조). 용어들 "상류" 및 "하류"의 이용은 역류의 방향이 아니라 빔의 이동 방향을 지칭한다는 점에 유의한다.
본 개시내용의 실시예들은 60 내지 180 kV의 가속 전압들에서 500 내지 1500 밀리미터(mm)의 초점 길이가 달성되도록 선택된 치수들을 갖는 사전-가속기 튜브를 이용하는 것에 관한 것이다. 따라서, 빔 초점 스폿을 탠덤 가속기의 입력 애퍼처의 위치로 미세 조정하는 것은 사전-가속기 튜브로부터 하류에 단일 추가 자기 요소(예를 들어, 솔레노이드)를 위치시킴으로써 달성될 수 있다.
본 개시내용의 실시예들은 탠덤 가속기의 입력 애퍼처에서 음의 이온 빔의 감소된 크기를 가능하게 한다. 실제로, 빔의 입력 크기가 작을수록, 탠덤 가속기의 중심에서의 빔의 크기가 더 작아진다. 탠덤 가속기의 중심에서의 빔의 반경이 더 작을수록, 전하 교환 디바이스의 내측 직경의 감소를 가능하게 하고, 이는 빔 입자들의 효율적인 전하 변환을 위해 전하 교환 디바이스에서 충분히 높은 가스 압력을 생성하는데 필요한 가스 유동의 감소를 초래한다. 통상적으로, 90 내지 95%의 효율은 가스 전하 교환 디바이스들에 대해 수용가능한 것으로 간주된다. 더 낮은 가스 유동은 탠덤 가속기에서의 배경 압력을 감소시키고, 그 결과 그 신뢰성을 증가시킨다.
종래의 접근법들에 비해, 본 개시내용의 실시예들은, 다른 것들 중에서, 다음과 같은 추가적인 이점들을 제공할 수 있다: 높은 전압 브레이크다운 가능성이 덜한 것으로 인한 탠덤 가속기의 더 높은 신뢰성; 탠덤 가속기에서의 절연체들의 더 높은 전압 강도; 탠덤 가속기에서의 더 균일하고 안정적인 가속 속도를 초래하는, 제1 가속 갭 상의 더 낮은 부하; 탠덤 가속기로부터 음의 이온 소스로의 더 낮거나 감소된 역류; 제1 가속 갭에서의 제동복사 방사의 감소된 생성; 및 탠덤 가속기의 전극들 상의 더 낮은 열 부하.
본 사전-가속기 시스템의 실시예들의 특징들은, 예를 들어, 음의 이온 소스 및 탠덤 가속기의 물리학과 관련된 다수의 문제들을 해결한다.
본 개시내용의 실시예들은 수 밀리암페어 초과의 빔 전류를 갖는 음의 이온들의 임의의 유형의 정전 가속기들에 유용할 수 있다. 본 명세서에 개시된 실시예들은, 특정 응용에 의해 요구되는 바와 같이, 사전-가속기 시스템 전에, 내에, 또는 후에 이온 광학계들 및 빔 진단기들을 포함하는 임의의 추가 요소들을 가질 수 있다.
본 개시내용의 실시예들은 연속적인 또는 변조된 양성자 빔을 제공하는 중성자 빔 시스템(NBS)을 위해서 이용될 수 있다. 양성자 빔은 넓은 범위의 에너지들 및 전류들을 가질 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 양성자 빔은 5 내지 15 mA의 빔 전류와 함께 1.9 내지 3.0 MeV 범위의 입자 에너지를 갖는다. 다른 실시예들에서, 양성자 빔은 이러한 범위들 밖의 에너지들 및/또는 전류들을 갖는다. 빔은 중성자 빔을 생성하기 위해서 리튬 타깃에 지향될 수 있거나, NBS는, 리튬 대신에 베릴륨과 같은, 중성자 생성을 위한 다른 재료들을 갖는 타깃들과 함께 이용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 이온 소스는 최대 15 mA의 전류로 수소의 음의 이온들의 빔을 생성한다. 빔 입자들은 이온 소스에서 30 keV의 (또는 그보다 높은) 에너지로 가속될 수 있다. 이온 소스는 120 내지 150 keV의 (또는 그보다 높은) 에너지로의 음의 이온 빔 입자들의 추가적인 가속을 제공하는 (하나 이상의 개재 컴포넌트들을 갖는) 사전-가속기 시스템에 접속될 수 있다. 빔은 또한 탠덤 가속기 입력 챔버의 입력 애퍼처까지의 거리에 대응하는 초점 길이, 예를 들어, 1 미터(m) 미만의 거리로 사전-가속기 시스템에 포커싱될 수 있다. 사전-가속기 시스템은 정전 렌즈(예를 들어, 아인젤 렌즈), 사전-가속기 디바이스(예를 들어, 다수의 단자들을 갖는 사전-가속기 튜브), 및/또는 이온 빔을 탠덤 가속기에 진입하기 전에 더 높은 에너지들로 가속하기 위한 자기 요소(예를 들어, 하나 이상의 솔레노이드)를 포함할 수 있다.
사전-가속기 시스템의 정전 렌즈는 정전 렌즈가 이온 소스의 접지 렌즈로부터 하류에 있도록 이온 소스와 사전-가속기 튜브 사이에 위치될 수 있다. 정전 렌즈는 이온 소스로부터의 이온 빔의 발산을 감소시킬 수 있고, 또한 이온화된 역류 입자들을 전환 및 수집할 수 있다.
사전-가속기 시스템의 자기 요소(또는 자기 포커싱 디바이스)는 사전-가속기 튜브와 탠덤 가속기 사이에 위치될 수 있고, 빔을 초점 스폿을 향해 미세 조정할 수 있다. 자기 요소는, 예를 들어, 솔레노이드일 수 있다.
본 명세서에 개시된 이온 빔 주입 스킴은 하전 입자 역류의 상당한 감소와 함께, 또는 상당한 하전 입자(예를 들어, 2차 이온) 역류 없이, 동작을 가능하게 할 수 있다. 이는, 가속기를 통과하는 입자들이 가속되는, 가속기를 가로지르는 동일한 또는 실질적으로 동일한 축을 따라 소싱된 입자들이 방출되도록 하전 입자 소스의 배치를 가능하게 한다. 하전 입자 소스가 가속기에 의해 이용되는 동일한 축 상으로 방출할 수 있기 때문에, (미세 조정 정렬을 위한 비교적 작은 조절들을 넘어서는) 상당한 빔 편향이 요구되지 않고, 따라서 그러한 상당한 편향들에 고유한 빔 왜곡들이 회피될 수 있다. 그와 같이, 본 주입 스킴은 빔의 각도를 하나의 장축으로부터 다른 것으로(예를 들어, 20도 이상) 변경하는 하전 입자 소스와 탠덤 가속기 사이의 빔 편향 자석 없이 중성자 빔 시스템의 동작을 가능하게 한다.
도 1a는 본 개시내용의 실시예들과 함께 이용하기 위한 빔 시스템의 예시적인 실시예의 개략도이다. 여기서, 빔 시스템(10)은 소스(22), 저에너지 빔라인(LEBL)(190), 저에너지 빔라인(LEBL)(190)에 결합된 가속기(40), 및 가속기(40)로부터 타깃(196)을 하우징하는 타깃 조립체로 연장하는 고에너지 빔라인(HEBL)(50)을 포함한다. LEBL(190)은 빔을 소스(22)로부터, 빔을 가속하도록 구성되는 가속기(40)로 운반하도록 구성된다. HEBL(50)은 빔을 가속기(40)의 출력으로부터 타깃(196)으로 전달한다.
도 1b는, 본 개시내용의 실시예들에 따른, 붕소 중성자 포획 요법(BNCT)에서 이용하기 위한 예시적인 중성자 빔 시스템(10)을 도시하는 개략도이다. 중성자 빔 시스템(10)은 LEBL의 적어도 일부를 형성하는 사전-가속기 시스템(20)을 포함하고, 사전-가속기 시스템(20)은 도 2에 도시된 바와 같은 하전 입자 빔 주입기로서의 역할을 하고, 고전압(HV) 탠덤 가속기(40)가 사전-가속기 시스템(20)에 결합되고, 고에너지 빔라인(50)이 탠덤 가속기(40)로부터 중성자-생성 타깃을 하우징하는 중성자 타깃 조립체(200)까지 연장된다. 이러한 실시예에서, 빔 소스(22)는 이온 소스이고, 하전 입자 빔은 탠덤 가속기(40) 내의 양성자 빔으로의 변환 이전의 음의 이온 빔이다. 중성자 빔 시스템(10)뿐만 아니라 사전-가속기 시스템(20)이 또한 화물 검사 및 다른 것들과 같은 다른 응용들을 위해서 이용될 수 있고, BNCT로 제한되지 않는다는 것을 이해할 것이다.
사전-가속기 시스템(20)(본 명세서에서 하전 입자 빔 주입기 또는 이온 빔 주입기로도 지칭됨)은 이온 빔을 이온 소스(22)로부터 탠덤 가속기(40)의 입력(예를 들어, 입력 애퍼처)로 운반하도록 구성되고, 따라서 LEBL(190)로서도 작용한다.
탠덤 가속기(40)에 결합된 고전압 전원(42)에 의해 전력을 공급받는 탠덤 가속기(40)는 탠덤 가속기(40) 내에 위치된 가속 전극들에 인가되는 전압의 2배와 대체로 동일한 에너지를 갖는 양성자 빔을 생성할 수 있다. 양성자 빔의 에너지 레벨은 탠덤 가속기(40)의 입력으로부터 최내측 고전위 전극으로 음의 수소 이온들의 빔을 가속하고, 각각의 이온으로부터 2개의 전자를 스트립핑(stripping)하고, 그 후 동일한 인가된 전압에 의해 하류로 결과적인 양성자들을 가속함으로써 달성될 수 있다.
고에너지 빔라인(50)은 탠덤 가속기(40)의 출력으로부터 환자 치료실 내로 연장되는 빔라인의 분기(branch)(70)의 단부에 위치된 중성자 타깃 조립체(200) 내의 중성자 생성 타깃으로 양성자 빔을 전달할 수 있다. 시스템(10)은 임의의 수의 하나 이상의 타깃 및 연관된 치료 영역들에 양성자 빔을 지향시키도록 구성될 수 있다. 이 실시예에서, 고에너지 빔라인(50)은 3개의 상이한 환자 치료실 내로 연장되는 3개의 분기들(70, 80, 90)을 포함한다. 이 실시예에서, 고에너지 빔라인(50)은 펌프 챔버(51), 빔의 디포커싱을 방지하기 위한 사중극자 자석들(52, 72), 빔을 치료실들 내로 조향하기 위한 쌍극자 또는 굽힘 자석들(56, 58), 빔 교정기들(53), 전류 모니터들(54, 76)과 같은 진단기, 고속 빔 위치 모니터(55) 섹션 및 스캐닝 자석(74)을 포함한다.
고에너지 빔라인(50)의 설계는 치료 시설의 구성(예를 들어, 치료 시설의 단층(single-story) 구성, 치료 시설의 2층 구성 등)에 의존한다. 빔은 굽힘 자석(56)을 이용하여 (예를 들어, 치료실 근처에 위치된) 타깃 조립체(200)에 전달될 수 있다. 사중극자 자석들(72)은 그 후 빔을 타깃에서 특정 크기로 포커싱하기 위해 포함될 수 있다. 그 후, 빔은 원하는 패턴(예를 들어, 나선형, 만곡형, 행들 및 열들로의 계단형, 이들의 조합들 등)으로 타깃 표면 상으로의 빔의 측방향 이동을 제공하는 하나 이상의 스캐닝 자석(74)을 통과한다. 빔 측방향 이동은 리튬 타깃 상의 양성자 빔의 원활하고 심지어 시간-평균화된 분포를 달성하는 것을 도울 수 있어, 과열을 방지하고 리튬 층 내에서 가능한 한 균일한 중성자 생성을 만든다.
스캐닝 자석들(74)에 진입한 후에, 빔은 빔 전류를 측정하는 전류 모니터(76) 내로 전달될 수 있다. 타깃 조립체(200)는 게이트 밸브(77)로 고에너지 빔라인 볼륨으로부터 물리적으로 분리될 수 있다. 게이트 밸브의 주요 기능은 타깃을 로딩하고/하거나 새로운 타깃을 위해 이용된 타깃을 교환하면서 타깃으로부터 빔라인의 진공 볼륨을 분리하는 것이다. 실시예들에서, 빔은 굽힘 자석(56)에 의해 90도만큼 굽혀지지 않을 수 있고, 오히려 우측으로 직선으로 진행한 다음, 수평 빔라인에 위치되는 사중극자 자석들(52)에 진입한다. 그 후에, 빔은 룸(room) 구성에 따라 다른 굽힘 자석(58)에 의해 필요한 각도로 굽혀질 수 있다. 그렇지 않으면, 굽힘 자석(58)은 빔라인을 동일한 바닥에 위치된 2개의 상이한 치료실들에 대해 2개의 방향으로 분할하기 위해 Y형 자석으로 대체될 수 있다.
도 2는 본 개시내용의 실시예들과 함께 이용하기 위한 사전-가속기 시스템 또는 이온 빔 주입기의 예를 도시한다. 이 예에서, 사전-가속기 시스템(20)은 아인젤 렌즈(30)(도 2에는 보이지 않지만, 도 3a 및 도 3b에 도시됨), 사전-가속기 튜브(26), 및 솔레노이드(510)를 포함하고, 이온 소스(22)로부터 주입된 음의 이온 빔을 가속하도록 구성된다. 사전-가속기 시스템(20)은 탠덤 가속기(40)에 대해 요구되는 에너지들에 빔 입자들의 가속을 제공하고, 탠덤 가속기(40)의 입력 애퍼처 또는 입구에서 입력 애퍼처 영역과 매칭하도록 음의 이온 빔의 전체 수렴을 제공하도록 구성된다. 사전-가속기 시스템(20)은 이온 소스에 대한 손상 및/또는 이온 소스의 필라멘트들에 도달하는 역류의 가능성을 감소시키기 위해 탠덤 가속기(40)로부터 사전-가속기 시스템을 통해 역류가 통과할 때 역류를 최소화하거나 디포커싱하도록 더 구성된다.
실시예들에서, 이온 소스(22)는 아인젤 렌즈(30)의 상류에 음의 이온 빔을 제공하도록 구성될 수 있고, 음의 이온 빔은 사전-가속기 튜브(26) 및 자기 포커싱 디바이스(예를 들어, 솔레노이드)(510)를 계속 통과한다. 솔레노이드(510)는 사전-가속기 튜브와 탠덤 가속기 사이에 위치될 수 있고, 전원과 전기적으로 결합가능하다. 음의 이온 빔은 솔레노이드(510)를 통과해서 탠덤 가속기(40)로 진행한다.
사전-가속기 시스템(20)은 또한 가스를 제거하기 위한 이온 소스 진공 박스(24), 및 펌프 챔버(28)를 포함할 수 있고, 펌프 챔버는, 사전-가속기 튜브(26)뿐만 아니라 위에서 설명된 다른 요소들과 함께, 탠덤 가속기(40)로 이어지는 비교적 낮은 에너지 빔라인의 일부이다. 아인젤 렌즈(30)가 그 안에 위치될 수 있는 이온 소스 진공 박스(24)는 이온 소스(22)로부터 연장된다. 사전-가속기 튜브(26)는 이온 소스 진공 박스(24) 및 솔레노이드(510)에 결합될 수 있다. 가스를 제거하기 위한 진공 펌프 챔버(28)는 솔레노이드(510) 및 탠덤 가속기(40)에 결합될 수 있다. 이온 소스(22)는 가속되고, 컨디셔닝되고, 결국 중성자 생성 타깃에 전달될 때 중성자들을 생성하기 위해 이용될 수 있는 하전 입자들의 소스로서 역할한다. 예시적인 실시예들은 음의 수소 이온 빔을 생성하는 이온 소스를 참조하여 본 명세서에서 설명될 것이지만, 실시예들은 이에 제한되지 않고, 다른 양의 또는 음의 입자들이 소스에 의해 생성될 수 있다.
사전-가속기 시스템(20)은 빔의 포커싱 및/또는 정렬 조절과 같은 목적을 위해 0개, 1개 또는 다수의 자기 요소를 가질 수 있다. 예를 들어, 임의의 그러한 자기 요소들은 빔을 빔라인 축 및 탠덤 가속기(40)의 수용 각도에 매칭시키기 위해 이용될 수 있다. 이온 진공 박스(24)는 그 안에 위치된 이온 광학계를 가질 수 있다.
일반적으로, 음의 이온들의 생성 메카니즘에 의해 상이한 2가지 유형의 음의 이온 소스들(22)이 있다: 표면 유형 및 볼륨 유형. 표면 유형은 일반적으로 특정 내부 표면들 상의 세슘(Cs)의 존재를 필요로 한다. 볼륨 유형은 고전류 방전 플라즈마의 볼륨 내의 음의 이온들의 형성에 의존한다. 두 유형의 이온 소스들이 탠덤 가속기들과 관련된 응용들을 위해 원하는 음의 이온 전류를 전달할 수 있지만, 표면 유형의 음의 이온 소스들은 변조에 바람직하지 않다. 즉, 본 명세서에 설명된 실시예들에서 음의 이온 빔의 변조를 위해, 볼륨 유형의 음의 이온 소스들(예를 들어, 세슘(Cs)을 이용하지 않음)이 선호된다.
도 3a를 참조하면, 이온 빔 주입기(20)의 이온 소스 진공 박스(24)는 그 안에 위치된 아인젤 렌즈(30)를 포함할 수 있다. 도 3b에 상세히 도시된 바와 같이, 진공 박스(24) 내에서 이온 소스(22)의 접지 렌즈(25)의 하류에 장착될 수 있는 아인젤 렌즈(30)는 장착 플레이트(32), 장착 플레이트(32)에 장착되고 장착 로드들(mounting rods)(35)과 이격된 관계로 서로 결합된 2개의 접지 전극들(34), 및 2개의 접지 전극들(34) 사이에 위치된 전력공급된 (바이어싱된) 전극(38)을 포함한다. 전극들(34 및 38)은 원통형 애퍼처들의 형태로 제조되고, 빔 경로와 일치하는 축방향 축을 갖도록 조립된다. 전력공급된 전극(38)은 접지 전극들 또는 애퍼처들(34) 사이에서 연장되는 아이솔레이터들(또는 절연체들)(36)에 의해 지지된다.
스탠드오프 아이솔레이터들(36)은 전자 애벌런치들의 발생을 억제하고, 플래시오버 형성을 야기할 수 있는 스트리머 형성 및 전파를 억제하도록 구성되는 기하학적 설계를 가질 수 있다. 스탠드오프 아이솔레이터들(36)의 기하학적 설계는 전자 애벌런치를 구동하고 경로 길이를 효과적으로 증가시키는 절연체 표면 상의 외부 전기장을 부분적으로 스크리닝할 수 있다. 또한, 절연체들/아이솔레이터들(36)의 재료들은 스퍼터링 효과들, 표면들 상의 음의 이온들의 손실, 볼륨 오염, 및 절연체 또는 아이솔레이터 표면들 상의 도전성 코팅의 형성을 줄여서 전기 강도의 감소를 야기하는 경향이 있다.
기능적으로, 이온 소스(22)로부터 전진하는 하전 입자들의 빔에 대한 아인젤 렌즈(30)의 작용은 광의 빔에 대한 광학 포커싱 렌즈의 작용과 유사하다. 즉, 아인젤 렌즈(30)는 들어오는 발산 빔을 초점 평면에서의 스폿으로 포커싱하고 있다. 그러나, 여기서, 전력공급된 전극(38)과 2개의 접지 전극들(34)의 쌍들 사이에 형성된 전기장들은 아인젤 렌즈의 포커싱 강도(초점 길이 거리)를 결정한다.
이온 소스 접지 렌즈(25)의 하류에 아인젤 렌즈(30)를 장착함으로써, 빔이 고유 공간 전하로 인해 발산되는 빔 자유 공간 수송을 감소시킨다.
아인젤 렌즈(30)의 축대칭 또는 실질적으로 축대칭 설계의 치수들은 추출된 이온들과 아인젤 렌즈(30)의 노출된 표면들의 직접적인 상호작용을 회피하도록 최적화된다.
동작 시에, 아인젤 렌즈(30)의 음의 극성 바이어싱은 양의 바이어스 극성에 비해 더 높은 포커싱 전력을 초래한다. 또한, 동작 시에, 아인젤 렌즈(30)로의 전력 전달의 방법은 순간 전압 인가 대신에 점진적인 전압 성장을 제공하고, 이는, 예를 들어, 폭발적 방출 메커니즘을 통한 플라즈마 형성을 담당하는 아인젤 렌즈(30)의 표면들 상에 존재하는 미세 돌출부들에서의 전기장의 성장률들(dE/dt)을 감소시킨다. 그러한 플라즈마 형성의 방해는 전기 강도를 개선한다.
높은 배경 압력에서의 아인젤 렌즈에 대한 음의 바이어스 전위는 통상적으로 전기적 브레이크다운들로 인해 가능하지 않다. 본 명세서에 제공된 아인젤 렌즈의 예시적인 실시예들의 구성은 전기적 브레이크다운들 없이 100% 전류 이용을 위해 충분히 높은 음의 바이어스 전압들의 인가를 가능하게 한다.
도 4는 본 개시내용의 실시예들과 함께 이용하기 위한 예시적인 사전-가속기 튜브(26)를 도시한다. 예시적인 사전-가속기 튜브(26)는 형상이 원통형일 수 있고, 제1 사전-가속기 튜브 단부(26A) 및 제2 사전-가속기 튜브 단부(26B)를 포함한다. 실시예들에서, 제1 사전-가속기 튜브 단부(26A)는 사전-가속기 튜브의 내측 원통형 구조물로부터 외측으로 돌출되는 고정물(fixture)(예를 들어, 단자 또는 전극)을 포함한다. 실시예들에서, 제2 사전-가속기 튜브 단부(26B)는 사전-가속기 튜브의 내측 원통형 구조물로부터 외측으로 돌출되는 고정물(예를 들어, 단자 또는 전극)을 포함한다. 즉, 사전-가속기 튜브의 내측 원통형 구조물로부터 외측으로 돌출되는 고정물들은 형상이 원통형이지만 내측 원통형 구조물의 직경보다 더 큰 직경을 가질 수 있다. 실시예들에서, 사전-가속기 튜브(26)는 제1 사전-가속기 튜브 단부(26A)로부터 제2 사전-가속기 튜브 단부(26B)까지 균등하게 이격된 복수의 사전-가속기 튜브 단자들(27-1, 27-2, 27-3, 27-4, 27-5, 27-6)을 포함한다. 제1 사전-가속기 튜브 단부(26A)는 일부 구현들에서 원위(distal) 사전-가속기 튜브 단부(26B)인 제2 사전-가속기 튜브(26B)와 관련하여 근위(proximal) 사전-가속기 튜브 단부(26A)로서 지칭될 수 있다. 각각의 쌍의 인접한 사전-가속기 튜브 단자들(예를 들어, 사전-가속기 튜브 단자들(27-1, 27-2, 27-3, 27-4, 27-5, 27-6))은 그들 사이에 접속된 하나 이상의 저항기를 가질 수 있고, 저항기들은 동일한(선호됨) 또는 상이한 저항 값들을 가질 수 있다. 실시예들에서, 제1 사전-가속기 튜브 단부(26A)에서의 제1 단자(27-1)는 제1 전원과 전기적으로 결합될 수 있는 반면, 제2 사전-가속기 튜브 단부(26B)에서의 제2 단자(27-2)는 접지와 전기적으로 결합될 수 있다. 따라서, 전압은 사전-가속기 튜브(26)를 통해 균일하게 분포될 수 있다. 실시예들에서, 사전-가속기 튜브(26)는 음의 이온 빔이 적어도 평행 경로 상에서 계속되거나 또는 사전-가속기 튜브(26)를 통과하는 동안 연속적으로 수렴하도록, 그를 통과하는 음의 이온 빔의 수렴을 제어하도록 구성될 수 있다.
실시예들에서, 사전-가속기 튜브(26)의 빔 포커싱 특성들은 사전-가속기 튜브(26)의 길이 및 내측 직경에 의해 결정된다. 그의 길이 및 내측 직경의 조합은 60 내지 180 kV의 가속 전압들에서 500 내지 1500 mm의 초점 길이/거리를 달성하도록 선택된다. 사전-가속기 튜브의 길이 L, 폭 W, 및 내측 직경은 사전-가속기 튜브가 이용되는 주어진 응용에 따라 변할 수 있다.
도 6은 본 개시내용의 실시예들과 함께 이용하기 위한, 예시적인 사전-가속기 시스템 내의 빔 수렴을 도시한다. 이온 소스(22)는 이온 소스 인클로저(500) 내에 선택적으로 하우징된다. 이온 소스(22)는 플라즈마 전극(320), 접지 렌즈(예를 들어, 또는 가속기 전극)(310) 및 추출 전극(330)과 같은 복수의 전극들을 포함한다. 이온 소스(22)는 아인젤 렌즈(30)와 결합되고, 음의 이온 빔이 이온 소스(22)로부터 아인젤 렌즈(30), 사전-가속기 튜브(26) 및 솔레노이드(510)를 통해 탠덤 가속기(40)의 입력 애퍼처로 주입 또는 전파된다.
이온 소스(22)는, 가속기 전극(예를 들어, 또는 접지 렌즈)(310)에서, 전원 PS3의 제1 단자와 전기적으로 결합될 수 있고, 전원 PS3의 제1 단자는 결국 제2 단자에서 이온 소스(22)의 인클로저에 전기적으로 결합된다. 가속기 전극(예를 들어, 또는 접지 렌즈)(310)에서의 이온 소스(22)의 바이어싱은, 그러한 빔이 이온 소스(22)로부터 통과될 때 음의 이온 빔을 유지하고 전파하기 위해 사전-가속기 시스템(20)을 구성한다. 이온 소스(22)의 플라즈마 전극(320)은 전원 PS1에 전기적으로 결합될 수 있고, 이온 소스(22)의 추출 전극(330)은 변조기(도시되지 않음)에 전기적으로 결합될 수 있고, 변조기는 결국 다른 전원(도시되지 않음)에 전기적으로 결합된다. 플라즈마 전극(320)의 바이어싱은 이온 소스(22)가 이온 소스(22) 내의 플라즈마를 추출 전극(330)이 바이어싱될 때 음의 이온 빔으로의 추출을 위해 이용되도록 유지하는 것을 가능하게 한다. 추출 전극(330)이 바이어싱될 때, 음의 이온 빔은 이온 소스(22)로부터 탠덤 가속기(40)를 향해 통과 또는 전파된다. 추출 전극(330)이 바이어싱되지 않을 때, 음의 이온 빔은 탠덤 가속기(40)를 따라 이온 소스(22)로부터 통과 또는 전파되지 않는다. 사전-가속기 튜브(26)는 제1 사전-가속기 튜브 단자(27-1)에서 전원 PS1으로 바이어싱될 수 있고, 제2 사전-가속기 튜브 단자(27-2)에서 접지로 바이어싱될 수 있다.
위에서 논의된 바와 같이, 탠덤 가속기(40)는 그것에 결합된 고전압 전원 PS5에 의해 전력을 공급받고, 탠덤 가속기(40) 내에 위치된 가속 전극들에 인가되는 전압의 2배와 대체로 동일한 에너지를 갖는 양성자 빔을 생성할 수 있다. 전원 PS5는 피드백 루프(도시되지 않음)에 의해 통제될 수 있고, 이에 의해 탠덤 가속기(40) 내의 전압 안정성이 유지된다.
도 8은 동작 중인 사전-가속기 시스템(20)의 예시적인 실시예의 개략적인 블록도이고, 음의 이온 빔(600)을 수렴시키는 사전-가속기 시스템(20)의 능력을 도시한다. 여기서 알 수 있는 바와 같이, 빔(600)은 이온 소스(22)로부터 아인젤 렌즈(30)로 통과할 때 발산한다(도 8에서 이동 지점 P0으로부터 이동 지점 P1로 예시됨). 아인젤 렌즈(30)는 빔(600)의 발산을 줄이기 위해 빔 포커싱을 제공하도록 음으로 바이어싱된다. 여기서, 아인젤 렌즈(30)는 빔(600)이 발산 형태로부터 수렴 형태로 전이하게 한다. 빔(600)은 렌즈(30)를 빠져나간 후에 다시 발산하기 시작하지만, 소스(22)와 사전-가속기 튜브(26) 사이에서 (예를 들어, 도 8에서 이동 지점 P1로부터 이동 지점 P2로) 대략 동일한 공간 제약된 상태로 유지된다. 사전-가속기 튜브(26)는 (예를 들어, 도 8에서 이동 지점 P2로부터 이동 지점 P3으로) 음의 이온 빔(600)의 수렴을 촉진하기 위해 빔 포커싱을 추가로 제공하도록 구성될 수 있다. 솔레노이드(510)는 (예를 들어, 도 8에서 이동 지점 P3으로부터 이동 지점 P4로) 음의 이온 빔(600)이 탠덤 가속기(40)의 입력 애퍼처에 도달할 때 적절한 품질 및 포커싱된 크기를 갖도록 음의 이온 빔(600)의 수렴을 추가로 촉진하기 위해 빔 포커싱의 미세 조정을 제공하도록 바이어싱될 수 있다. 솔레노이드(510) 상의 바이어스를 제어하는 것은 빔이 탠덤 가속기(40)의 입력 애퍼처에 충분히 그리고 정확하게 조준되는 것을 보장하기 위해 빔 포커싱의 미세 조정을 추가로 허용한다. 전원 PS1의 제어는 탠덤 가속기의 입력 애퍼처를 조준한 음의 이온 빔의 개략적인 조절을 가능하게 한다. 전원 PS2의 제어는 입력 애퍼처를 조준한 음의 이온 빔의 미세 조정 조절을 가능하게 한다.
도 8은 또한 사전-가속기 시스템(20)의 예시적인 실시예의 역류 디포커싱 동작을 도시한다. 위에서 논의된 바와 같이, 탠덤 가속기 내로 주입된 음의 이온들의 낮은 에너지들은 탠덤 가속기의 제1 가속 갭에서 불리한 조건들을 생성한다. 종래의 시스템들에서, 음의 이온 빔이 탠덤 가속기의 제1 가속 갭(예를 들어, G1) 내로 주입될 때, 이온들은 전형적으로 제1 가속 갭의 중간에서 약 100 keV의 에너지에 도달한다.
탠덤 가속기(40)의 전하 교환 디바이스에서의 가스 매질(gaseous medium)(예를 들어, 아르곤, 질소)의 이용은 전하 교환 가스가 빔에 의해 이온화될 가능성을 발생시킨다. 가스가 음의 이온 빔(예를 들어, H-이온들)으로부터 전자들을 스트립핑하여 양성자들(예를 들어, H+ 이온들)을 생성하기 위해, 예를 들어, 전하 교환 튜브 내로 펌핑될 때 탠덤 가속기의 중심의 전하 교환 디바이스로부터 가스 중성체가 나온다. 가스 전하 교환 디바이스를 갖는 탠덤 가속기에서의 배경 가스의 압력은 종종 비교적 높고, 탠덤 가속기의 제1 가속 갭(예를 들어, G1)에서 발생하는 더 큰 입자 단면(예를 들어, 도 5의 100 keV)은, 음의 수소 이온이 탠덤 가속기(40)의 제1 가속 갭에서의 배경 가스와 충돌하고 후속하여 이온화될 가능성이 더 높다는 것을 의미하며, 이는 아크 발생(arcing) 및 브레이크다운들과 같은 유해한 효과들을 초래할 수 있다. 또한, 가스 중성체가 탠덤 가속기의 중심의 전하 교환 디바이스로부터 이전 가속 갭들(예를 들어, G4, G3, G2, G1)을 통해 역으로 이동하기 때문에, 배경 가스의 이온화는 내부 갭들뿐만 아니라 제1 가속 갭에서도 발생한다.
본 실시예들에서, 음의 이온 빔의 이온들은 사전-가속기 튜브(26)의 대략 중간-지점에서 (예를 들어, 탠덤 가속기의 제1 가속 갭 G1 내부와는 대조적으로, 예를 들어, 도 8의 이동 지점 P2와 이동 지점 P3 사이의 어떤 지점에서) 약 100 keV의 에너지에 도달한다. 이는, 사전-가속기 시스템(20)의 구성뿐만 아니라, 사전-가속기 시스템(20)과 탠덤 가속기(40) 사이에 위치된 진공 펌프 챔버(도시되지 않음)로 인해 사전-가속기 튜브(26)의 중간에 더 적은 가스 중성체가 존재하기 때문이다. 빔이 빔의 구성 입자의 최대 단면 에너지에 도달하는 위치는 사전-가속기 튜브(26)의 중간-지점으로부터 변할 수 있고, 탠덤 가속기의 입력 애퍼처의 상류의 다른 그러한 위치들은 본 청구 대상의 범위 내에 있다(예를 들어, 전술한 컴포넌트들 사이의, 사전-가속기 튜브(26)의 단부(26A 또는 26B)에 근접한 위치, 솔레노이드(510) 내의 위치, 아인젤 렌즈(30) 내의 위치는 그러한 예들이다).
탠덤 가속기의 제1 가속 갭에서의 역류에 대한 기존 시스템들에 대한 전술한 개선들에도 불구하고, 사전-가속기 시스템(20)은 여전히 사전-가속기 시스템(26)이 음의 이온 빔(600)을 제공하는 탠덤 가속기(40)로부터 유래하는 시스템을 통과하는 역류(610)를 겪을 수 있다. 역류는 가속된 빔의 반대 방향으로 자기장에 의해 가속되는 양의 이온화된 가스이다. 전하 교환 디바이스로부터 이전 가속 갭들(예를 들어, G4, G3, G2, G1)을 통해 역으로 이동하는 가스 중성체는 (충돌들을 통해) 잠재적으로 이온화되어 역류가 될 수 있는 입자들을 나타낸다. 탠덤 가속기(40)로부터 오는 가스 중성체의 상당한 양의 진공 제거는 역류가 될 수 있는 가능한 입자들의 감소를 초래한다.
따라서, 사전-가속기 시스템(26)의 컴포넌트들은 또한 이온 소스(22)에 대한 손상의 가능성을 감소시키기 위해 및/또는 이온 소스(22)의 필라멘트들에 도달하는 역류의 가능성을 제거하기 위해, 그것이 사전-가속기 시스템(26)을 통과할 때 역류(610)를 최소화, 디포커싱, 또는 제거하도록 구성된다. 아인젤 렌즈(30), 사전-가속기 튜브(26), 및/또는 솔레노이드(510)를 포함하는 임의의 바이어싱된 컴포넌트는 역류(610)를 디포커싱할 수 있다. 예를 들어, 솔레노이드(510)는 역류를 디포커싱할 수 있고, 디포커스의 양 또는 방향은 솔레노이드(510)에 인가되는 전압의 조절에 의해(예를 들어, 제2 전원 PS2에 의해) 제어될 수 있으며, 이는 역류 디포커싱뿐만 아니라 빔 포커싱에 대한 솔레노이드(510) 기여의 미세 조정을 가능하게 한다.
유사하게, 사전-가속기 튜브(26) 및 아인젤 렌즈(30)의 바이어싱의 제어의 조절은 역류(610)의 디포커싱을 돕는다. 즉, 사전-가속기 튜브(26) 및 아인젤 렌즈(30)는 그의 최소화를 위해 원하는 정도의 빔(600)의 포커스 및 역류(610)의 디포커스에 도달하도록 독립적으로 제어될 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 역류(610)는 솔레노이드(510) 및 사전-가속기 튜브(26)를 통해 (예를 들어, 도 8의 이동 지점 P4으로부터 이동 지점 P2로) 이동할 때 빔 축으로부터 디포커싱되거나 전환된다. 역류는 그 컴포넌트가 바이어싱되는지 여부에 관계없이 빔 시스템의 임의의 컴포넌트에 의해 수집될 수 있다. 여기에 도시된 바와 같이, 일부 역류는 아인젤 렌즈(30)의 전극들을 냉각하도록 구성되는 냉각 디바이스(520)에 의해 수집된다.
역류(610)가 이온 소스(22)에 도달하면, 이온 소스(22)에 대한 손상의 가능성이 감소 또는 제거되고, 냉각 디바이스(660)가 이온 소스(22)의 상류 하우징(예를 들어, 백플레이트)(650)에 도달할 때 역류(610)를 추가로 감소 또는 제거하도록 디포커싱된다. 도 9는 본 개시내용의 실시예들과 함께 이용하기 위한 예시적인 이온 소스 백플레이트 조립체를 도시한다. 실시예들에서, 백플레이트 조립체(650)는 이온 소스(22)로부터 음의 수소 이온들을 생성하기 위해 플라즈마를 생성하기 위한 필라멘트들을 포함한다. 실시예들에서, 백플레이트 조립체(650)는, 역류 접촉 지점(670)에서 백플레이트 조립체(650)에 부딪칠 수 있는 역류(610)가 필라멘트들에 도달하는 것을 방지하기 위해, 냉각 디바이스(660)를 이용하여 선택적으로 냉각된다(예를 들어, 수냉). 이것은 이온 소스(22)의 안정성을 보장하고, 탠덤 가속기(40) 내의 갭들로부터의 역류(620) 및 사전-가속기 시스템(20)을 통해 이동하는 역류(610)에 기초하여 이온 소스(22) 및 사전-가속기 시스템(20)의 신뢰성의 감소를 제거한다.
도 10은 본 개시내용의 실시예들이 동작할 수 있는 예시적인 시스템(3000)을 도시하는 블록도이다. 예를 들어, 도시된 예시적인 시스템(3000)은 사전-가속기 시스템(3001), 하나 이상의 컴퓨팅 디바이스(3002), 및 탠덤 가속기 시스템(3003)을 포함한다. 실시예들에서, 사전-가속기 시스템(3001) 및 탠덤 가속기 시스템(3003)은 집합적으로 예시적인 중성자 빔 시스템(예를 들어, 상기의 시스템(10))의 일부일 수 있다. 그러한 실시예들에서, 중성자 빔 시스템(10)은 하나 이상의 컴퓨팅 디바이스(3002)가 중성자 빔 시스템(10)의 시스템들 및 컴포넌트들과 상호작용하기 위해 통신할 수 있는 하나 이상의 제어 시스템을 이용할 수 있다. 이러한 디바이스들 및/또는 시스템들 각각은 서로 직접(도시되지 않음) 또는 네트워크(3004)와 같은 로컬 네트워크를 통해 통신하도록 구성된다.
컴퓨팅 디바이스들(3002)은 다양한 사용자 디바이스들, 시스템들, 컴퓨팅 장치들 등에 의해 구현될 수 있다. 예를 들어, 제1 컴퓨팅 디바이스(3002)는 특정 사용자와 연관된 데스크톱 컴퓨터 또는 워크 스테이션일 수 있는 반면, 다른 컴퓨팅 디바이스(3002)는 특정 사용자와 연관된 랩톱 컴퓨터일 수 있고, 또 다른 컴퓨팅 디바이스(3002)는 모바일 디바이스(예를 들어, 태블릿 또는 스마트 디바이스)일 수 있다. 컴퓨팅 디바이스들(3002) 각각은, 예를 들어, 컴퓨팅 디바이스를 통해 액세스가능한 사용자 인터페이스를 통해, 사전-가속기 시스템(3001) 및/또는 탠덤 가속기 시스템(3003)과 통신하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 사용자는, 사전-가속기 시스템(3001) 및/또는 탠덤 가속기 시스템(3003)과 통신하도록 구성되는, 컴퓨팅 디바이스(3002) 상의 데스크톱 애플리케이션을 실행할 수 있다.
컴퓨팅 디바이스(3002)를 이용하여 사전-가속기 시스템(3001) 또는 탠덤 가속기 시스템(3003) 중 하나 이상과 통신함으로써, 사용자는 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 시스템들 중 어느 하나에 대한 동작 파라미터들을 제공할 수 있다. 실시예들에서, 사전-가속기 시스템(3001)은 사전-가속기 시스템(3001)이 컴퓨팅 디바이스(3002)로부터 동작 파라미터들을 수신하고 적용할 수 있는 제어 시스템(3001A)을 포함할 수 있다. 실시예들에서, 탠덤 가속기 시스템(3003)은 탠덤 가속기 시스템(3003)이 컴퓨팅 디바이스(3002)로부터 동작 파라미터들을 수신하고 적용할 수 있게 하는 제어 시스템(3003A)을 포함할 수 있다.
본 명세서에 설명된 제어 양태들 중 임의의 것은 시스템(3000)(예를 들어, 컴퓨팅 디바이스(3002), 제어 시스템(3001A 또는 3003A))에 의해 제어 또는 조절, 관리 및/또는 모니터링될 수 있다. 이러한 제어 양태들의 예들은, 이온 소스(22)의 임의의 전극에 인가된 바이어스 또는 전압, 아인젤 렌즈(30)에 인가된 전압의 바이어스, 사전-가속기 튜브(26)에 인가된 바이어스 또는 전압, 솔레노이드(510)에 인가된 바이어스 또는 전압, 탠덤 가속기(40)에 인가된 바이어스 또는 전압, 전원들 PS1 내지 PS5 중 임의의 것에 의해 출력된 전압, 변조, 시동 또는 브레이크다운 복구를 위해 시스템의 컴포넌트들에 인가된 바이어스들 또는 전압들의 시퀀스, 정렬을 위한 빔 위치의 조절, 빔 초점 위치의 조절, 역류 디포커스 양의 조절 등을 포함한다.
통신 네트워크(3004)는, 예를 들어, 유선 또는 무선 LAN(local area network), PAN(personal area network), MAN(metropolitan area network), WAN(wide area network) 등을 비롯한 임의의 유선 또는 무선 통신 네트워크는 물론, 이를 구현하는 데 필요한 임의의 하드웨어, 소프트웨어 및/또는 펌웨어(예컨대, 네트워크 라우터들 등)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 통신 네트워크(3004)는 802.11, 802.16, 802.20, 및/또는 WiMax 네트워크를 포함할 수 있다. 더욱이, 통신 네트워크(3004)는 인터넷과 같은 공중 네트워크, 인트라넷과 같은 사설 네트워크, 또는 이들의 조합들을 포함할 수 있고, 제한적인 것은 아니지만, TCP/IP 기반 네트워킹 프로토콜들을 비롯한, 현재 이용가능하거나 나중에 개발되는 다양한 네트워킹 프로토콜들을 이용할 수 있다.
컴퓨팅 디바이스(3002) 및 제어 시스템들(3001A 및 3003A)은 도 11에 도시된 장치(3100)와 같은 하나 이상의 컴퓨팅 시스템에 의해 구현될 수 있다. 도 11에 도시된 바와 같이, 장치(3100)는 프로세서(3102), 메모리(3104), 입력 및/또는 출력 회로(3106), 및 통신 디바이스 또는 회로(3108)를 포함할 수 있다. 이러한 컴포넌트들(3102-3108)은 유사한 하드웨어를 포함할 수 있다. 예를 들어, 2개의 컴포넌트들 둘다는 그들의 연관된 기능들을 수행하기 위해 동일한 프로세서, 네트워크 인터페이스, 저장 매체 등의 이용을 활용할 수 있어, 각각의 디바이스에 대해 중복 하드웨어가 요구되지 않는다.
용어들 "디바이스" 및/또는 "회로"는 하드웨어 단독, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합(예를 들어, 하드웨어를 구성하거나 하드웨어로 기능을 달성하기 위한 소프트웨어)을 포함하는 것으로 넓게 이해되어야 한다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 디바이스 및/또는 회로는 처리 회로, 저장 매체, 네트워크 인터페이스들, 입력/출력 디바이스 등을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 장치(3100)의 다른 요소들은 특정한 디바이스(들)의 기능을 제공하거나 보충할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(3102)는 처리 기능을 제공할 수 있고, 메모리(3104)는 저장 기능을 제공할 수 있고, 통신 디바이스 또는 회로(3108)는 네트워크 인터페이스 기능을 제공할 수 있는 등으로 된다.
일부 실시예들에서, 프로세서(3102) (및/또는 프로세서를 보조하거나 다른 방식으로 프로세서와 연관된 코프로세서 또는 임의의 다른 처리 회로)는 장치의 컴포넌트들 사이에 정보를 전달하기 위해 버스를 통해 메모리(3104)와 통신할 수 있다. 메모리(3104)는 비일시적일 수 있고, 예를 들어, 하나 이상의 휘발성 및/또는 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 즉, 예를 들어, 메모리(3104)는 전자 저장 디바이스(예를 들어, 컴퓨터 판독가능 저장 매체)일 수 있다. 메모리(3104)는 본 개시내용의 예시적인 실시예들에 따라, 장치가 다양한 기능들을 수행할 수 있게 하기 위해 정보, 데이터, 콘텐츠, 애플리케이션들, 명령어들 등을 저장하도록 구성될 수 있다.
프로세서(3102)는 다수의 상이한 방식들로 구현될 수 있고, 예를 들어, 독립적으로 수행하도록 구성된 하나 이상의 처리 디바이스를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 프로세서는 명령어들, 파이프라이닝, 및/또는 멀티스레딩의 독립적인 실행을 가능하게 하기 위해 버스를 통해 탠덤으로 구성된 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다. "처리 디바이스" 및/또는 "처리 회로"라는 용어들의 이용은 단일 코어 프로세서, 멀티-코어 프로세서, 장치 내부의 다수의 프로세서들, 및/또는 원격 또는 "클라우드" 프로세서들을 포함하는 것으로 이해될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 프로세서(3102)는 메모리(3104)에 저장된 또는 그렇지 않은 경우 프로세서에 액세스가능한 명령어들을 실행하도록 구성될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 프로세서(3104)는 하드-코딩된 기능을 실행하도록 구성될 수 있다. 이와 같이, 하드웨어 또는 소프트웨어 방법들에 의해, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합에 의해 구성되든지 간에, 프로세서(3104)는 그에 따라 구성되면서 본 개시내용의 실시예에 따른 동작들을 수행할 수 있는 엔티티(예를 들어, 물리적으로 회로로 구현됨)를 나타낼 수 있다. 대안적으로, 다른 예로서, 프로세서가 소프트웨어 명령어들의 실행자로서 구현될 때, 명령어들은 명령어들이 실행될 때 본 명세서에 설명된 알고리즘들 및/또는 동작들을 수행하도록 프로세서를 구체적으로 구성할 수 있다.
일부 실시예들에서, 장치(3100)는 사용자에게 출력을 제공하고, 일부 실시예들에서, 사용자로부터 입력을 수신하기 위해 프로세서(3102)와 차례로 통신할 수 있는 입력/출력 디바이스(3106)를 포함할 수 있다. 입력/출력 디바이스(3106)는 사용자 인터페이스를 포함할 수 있고, 웹 사용자 인터페이스, 모바일 애플리케이션, 클라이언트 디바이스 등을 포함할 수 있는 사용자 디바이스 디스플레이와 같은 디바이스 디스플레이를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 입력/출력 디바이스(3106)는 또한 키보드, 마우스, 조이스틱, 터치 스크린, 터치 영역들, 소프트 키들, 마이크로폰, 스피커, 또는 다른 입력/출력 메커니즘들을 포함할 수 있다. 프로세서 및/또는 프로세서를 포함하는 사용자 인터페이스 회로는 프로세서에 액세스가능한 메모리(예를 들어, 메모리(3104) 등) 상에 저장된 컴퓨터 프로그램 명령어들(예를 들어, 소프트웨어 및/또는 펌웨어)을 통해 하나 이상의 사용자 인터페이스 요소의 하나 이상의 기능을 제어하도록 구성될 수 있다.
통신 디바이스 또는 회로(3108)는 네트워크 및/또는 장치(3100)와 통신하는 임의의 다른 디바이스 또는 회로로부터/로 데이터를 수신 및/또는 송신하도록 구성되는 하드웨어 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합으로 구현되는 임의의 디바이스 또는 회로일 수 있다. 이와 관련하여, 통신 디바이스 또는 회로(3108)는, 예를 들어, 유선 또는 무선 통신 네트워크와의 통신을 가능하게 하기 위한 네트워크 인터페이스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 통신 디바이스 또는 회로(3108)는 하나 이상의 네트워크 인터페이스 카드, 안테나, 버스, 스위치, 라우터, 모뎀, 및 지원 하드웨어 및/또는 소프트웨어, 또는 네트워크를 통한 통신을 가능하게 하기에 적합한 임의의 다른 디바이스를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 통신 인터페이스는 안테나(들)를 통한 신호들의 송신을 야기하기 위해 또는 안테나(들)를 통해 수신되는 신호들의 수신을 핸들링하기 위해 안테나(들)와 상호작용하기 위한 회로를 포함할 수 있다. 이러한 신호들은 현재 및 미래의 블루투스 표준들(블루투스 및 블루투스 저 에너지(BLE)를 포함함), 적외선 무선(예를 들어, IrDA), FREC, 초광대역(UWB), 유도 무선 송신 등과 같은 다수의 무선 개인 영역 네트워크(PAN) 기술들 중 임의의 것을 이용하여 장치(3100)에 의해 송신될 수 있다. 또한, 이러한 신호들은 Wi-Fi, 근접장 통신(NFC), 마이크로파 액세스를 위한 전세계 상호운용성(WiMAX), 또는 다른 근접성 기반 통신 프로토콜들을 이용하여 송신될 수 있다는 점이 이해되어야 한다.
디지털 정보에 작용하거나 디지털 정보를 조작하는 디바이스들의 실시예들은 전적으로 하드웨어 또는 소프트웨어와 하드웨어의 임의의 조합으로서 구성될 수 있다. 또한, 실시예들은 저장 매체에 구현된 컴퓨터 판독가능 프로그램 명령어들(예를 들어, 컴퓨터 소프트웨어)을 갖는 적어도 하나의 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체 상의 컴퓨터 프로그램 제품의 형태를 취할 수 있다. 비일시적 하드 디스크들, CD-ROM들, 플래시 메모리, 광학 저장 디바이스들, 또는 자기 저장 디바이스들을 포함하는 임의의 적합한 컴퓨터 판독가능 저장 매체가 이용될 수 있다. 본 개시내용의 실시예들과 함께 이용하기 위한 처리 회로는 처리 회로로 하여금 본 명세서의 도면들에서 다수의 상이한 액션들을 취하고 다른 컴포넌트들을 제어하게 하는 메모리 상에 저장된 소프트웨어 명령어들을 실행할 수 있다.
본 개시내용의 실시예들과 함께 이용하기 위한 메모리는 다양한 기능 유닛들 중 하나 이상에 의해 공유될 수 있거나, 또는 (예를 들어, 상이한 칩들 내에 존재하는 별개의 메모리들로서) 이들 중 2개 이상 사이에 분산될 수 있다. 메모리는 또한 그 자신의 별개의 칩일 수 있다. 메모리는 비일시적이고, 휘발성(예를 들어, RAM 등) 및/또는 비휘발성 메모리(예를 들어, ROM, 플래시 메모리, F-RAM 등)를 더 포함할 수 있다.
임의의 그러한 컴퓨터 프로그램 명령어들 및/또는 다른 유형의 코드는 머신을 생성하기 위해 컴퓨터, 프로세서, 또는 다른 프로그램가능 장치의 회로 상에 로딩될 수 있으며, 따라서 머신 상에서 코드를 실행하는 컴퓨터, 프로세서, 또는 다른 프로그램가능 회로는 본 명세서에서 설명되는 것들을 포함하는 다양한 기능들을 구현하기 위한 구조를 생성한다. 설명되는 청구 대상에 따라 동작들을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램 명령어들은 자바, 자바스크립트, 스몰토크(Smalltalk), C++, C#, Transact-SQL, XML, PHP 등과 같은 객체 지향 프로그래밍 언어 및 "C" 프로그래밍 언어 또는 유사한 프로그래밍 언어들과 같은 종래의 절차적 프로그래밍 언어들을 포함하는, 하나 이상의 프로그래밍 언어의 임의의 조합으로 기입될 수 있다.
본 청구 대상의 다양한 양태들이 지금까지 설명된 실시예들의 검토에서, 및/또는 그에 대한 보충에서, 이하에 개시되며, 여기서의 강조는 이하의 실시예들의 상호관계 및 상호교환가능성에 관한 것이다. 즉, 강조는 실시예들의 각각의 특징이, 달리 명시적으로 언급되거나 논리적으로 타당하지 않은 한, 각각의 그리고 모든 다른 특징과 조합될 수 있다는 사실에 관한 것이다.
많은 실시예들에서, 빔 시스템은 하전 입자 빔을 방출하도록 구성된 입자 소스, 입자 소스로부터의 하전 입자 빔을 가속하도록 구성된 사전-가속기 시스템, 및 사전-가속기 시스템으로부터의 하전 입자 빔을 가속하도록 구성된 가속기를 포함한다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 입자 소스는 이온 소스이고, 하전 입자 빔은 음의 수소 이온들을 포함하는 이온 빔이다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 사전-가속기 시스템은 정전 렌즈, 사전-가속기 디바이스, 또는 자기 포커싱 디바이스 중 적어도 하나를 포함한다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 사전-가속기 시스템은 정전 렌즈, 사전-가속기 디바이스, 및 자기 포커싱 디바이스를 포함한다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 정전 렌즈는 아인젤 렌즈이고, 사전-가속기 디바이스는 복수의 가속 단자들을 포함하는 사전-가속기 튜브이고, 자기 포커싱 디바이스는 솔레노이드이다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 정전 렌즈는 입자 소스의 하류에 있고, 사전-가속기 디바이스는 정전 렌즈의 하류에 있고, 자기 포커싱 디바이스는 사전-가속기 디바이스의 하류에 있다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 정전 렌즈는 이격된 관계로 서로 결합된 2개의 접지 전극들, 및 2개의 접지 전극들 사이에 위치되고 그들 사이에 연장되는 절연체들에 의해 지지되는 바이어싱된 전극을 포함하는 아인젤 렌즈이다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 바이어싱된 전극 또는 2개의 접지 전극들 중 하나 이상은 음의 바이어싱을 위해 구성된다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 사전-가속기 튜브는 제1 사전-가속기 튜브 단자 및 제2 사전-가속기 튜브 단자를 포함한다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 제1 사전-가속기 튜브 단자는 제1 전원과 전기적으로 결합가능하다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 제2 사전-가속기 튜브 단자는 접지와 전기적으로 결합가능하다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 가속기는 복수의 입력 전극들, 전하 교환 디바이스, 및 복수의 출력 전극들을 포함하는 탠덤 가속기이다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 하전 입자 빔은 음의 이온 빔이다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 복수의 입력 전극들은 사전-가속기 시스템으로부터의 음의 이온 빔을 가속하도록 구성되고, 전하 교환 디바이스는 음의 이온 빔을 양의 빔으로 변환하도록 구성되고, 복수의 출력 전극들은 양의 빔을 가속하도록 구성된다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 빔 시스템은 탠덤 가속기로부터 수신된 양의 빔으로부터 중성 빔을 형성하도록 구성된 타깃 디바이스를 더 포함한다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 사전-가속기 시스템은 입자 소스에 인접하게 및 그로부터 하류에 위치된다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 사전-가속기 디바이스는 정전 렌즈로부터 하류에 위치된다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 자기 포커싱 디바이스는 사전-가속기 디바이스로부터 하류에 위치된다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 사전-가속기 디바이스는 정전 렌즈 또는 입자 소스 중 하나 이상으로부터 하류에 위치된다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 자기 포커싱 디바이스는 아인젤 렌즈, 사전-가속기 튜브, 또는 입자 소스 중 하나 이상으로부터 하류에 위치된다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 빔 시스템은 하나 이상의 진공 펌프 챔버를 더 포함한다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 제1 진공 펌프 챔버가 사전-가속기 시스템과 가속기 사이에 위치된다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 제2 진공 펌프 챔버가 입자 소스와 사전-가속기 시스템 사이에 위치된다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 하나 이상의 진공 펌프 챔버가 가속기 상에 위치된다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 입자 소스는 그에 인접하여 위치된 하나 이상의 필라멘트를 갖는 벽(wall)을 포함한다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 빔 시스템은 벽을 냉각하도록 구성된 제1 냉각 디바이스를 포함한다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 빔 시스템은 아인젤 렌즈를 냉각하도록 구성된 제2 냉각 디바이스를 포함한다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 제1 및 제2 냉각 디바이스들은 유체 냉각제를 이용하도록 구성된다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 사전-가속기 시스템은 하전 입자 빔이 입자 소스로부터 전파되어 가속기의 입력 애퍼처에서 수렴하게 하도록 구성된다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 사전-가속기 시스템은 가속기로부터 입자 소스를 향해 전파되는 이온화된 역류를 디포커싱 및 수집하도록 구성된다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 사전-가속기 시스템은 입자 소스로부터의 입자 빔을 발산 상태로부터 수렴 상태로 전이시키도록 구성된다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 사전-가속기 시스템은 입자 소스로부터의 입자 빔을 발산 상태로부터 수렴 상태로 전이시키도록 구성된 정전 렌즈를 포함한다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 정전 렌즈는 빔 포커스 또는 역류 디포커스를 조정하도록 제어가능하다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 사전-가속기 시스템은 빔 포커스 또는 역류 디포커스를 조정하도록 제어가능한 자기 포커싱 디바이스를 포함한다.
이들 실시예들 중 일부에서, 사전-가속기 시스템은 빔 포커스 또는 역류 디포커스를 조정하도록 제어가능한 사전-가속기 튜브를 포함한다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 빔 시스템은 가변 전력을 자기 포커싱 디바이스, 정전 렌즈, 및 사전-가속기 튜브에 조절가능하게 출력하도록 구성된 복수의 전원들을 포함한다.
이들 실시예들 중 일부에서, 빔 시스템은 하전 입자들을 가속기 내로의 진입 전에 그들의 최대 단면으로 가속하도록 구성된다. 이들 실시예들 중 일부에서, 하전 입자들은 음의 수소 이온들이다. 이들 실시예들 중 일부에서, 빔 시스템은 하전 입자들을 가속기 내로의 진입 전에 100 keV의 에너지로 가속하도록 구성된다. 이들 실시예들 중 일부에서, 빔 시스템은 사전-가속기 시스템의 사전-가속기 튜브 내의 위치에서 하전 입자들을 그들의 최대 단면으로 가속하도록 구성된다. 이들 실시예들 중 일부에서, 위치는 사전-가속기 튜브의 중심 영역에 있다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 빔 시스템은 가속기를 빠져나가 사전-가속기 시스템으로 가는 가스를 제거하도록 구성된 진공 펌프 챔버를 포함한다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 입자 소스는, 가속기를 가로지르는 동일하거나 실질적으로 유사한 축을 따라 하전 입자 빔이 방출되도록 위치되고, 축을 따라 가속기를 통과하는 하전 입자들이 가속된다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 빔 시스템은 제어 시스템을 포함한다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 제어 시스템은 컴퓨팅 디바이스로부터 동작 파라미터들 또는 명령어들을 수신하도록 구성된다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 제어 시스템은 동작 데이터를 컴퓨팅 디바이스에 송신하도록 구성된다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 제어 시스템은 입자 소스의 전극에 인가된 전압, 사전-가속기 시스템의 정전 렌즈에 인가된 전압, 사전-가속기 시스템의 사전-가속기 디바이스에 인가된 전압, 사전-가속기 시스템의 자기 포커싱 디바이스에 인가된 전압, 가속기에 인가된 전압, 빔 시스템의 전원에 의해 출력된 전압, 정렬을 위한 빔 위치의 조절, 빔 초점 위치의 조절, 또는 역류 디포커스 양의 조절 중 적어도 하나를 제어하도록 구성된다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 빔 시스템은 붕소 중성자 포획 요법(BNCT)에서의 이용을 위해 구성된다.
많은 실시예들에서, 빔 시스템을 동작시키는 방법은 하전 입자들을 포함하는 빔을 입자 소스로부터 방출하는 단계, 사전-가속기 시스템을 이용하여 빔을 가속기를 향해 가속하는 단계, 및 가속기를 이용하여 빔을 가속하는 단계를 포함한다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 사전-가속기 시스템은 정전 렌즈, 사전-가속기 디바이스, 또는 자기 포커싱 디바이스 중 하나 이상을 포함한다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 정전 렌즈는 아인젤 렌즈이고, 사전-가속기 디바이스는 복수의 가속 단자들을 포함하는 사전-가속기 튜브이고, 자기 포커싱 디바이스는 솔레노이드이다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 가속기는 탠덤 가속기이다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 탠덤 가속기는 전하 교환 디바이스를 포함한다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 사전-가속기 시스템을 이용하여 빔을 가속기를 향해 가속하는 단계는 하전 입자들이 가속기에 진입하기 전에 그들의 최대 단면에 도달하도록 빔을 가속하는 단계를 포함한다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 하전 입자들은 음의 수소 이온들이다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 하전 입자들은 사전-가속기 시스템의 사전-가속기 튜브 내에서 그들의 최대 단면에 도달한다.
이들 실시예들 중 일부에서, 방법은 사전-가속기 시스템을 이용하여 빔을 수렴시키는 단계를 포함한다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 방법은 빔의 수렴을 제어하기 위해 사전-가속기 시스템에 공급된 전력을 조절하는 단계를 포함한다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 빔을 수렴시키는 단계는 사전-가속기 시스템을 이용하여 빔을 발산 상태로부터 수렴 상태로 전이시키는 단계를 더 포함한다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 빔은 정전 렌즈, 사전-가속기 디바이스, 또는 자기 포커싱 디바이스 중 하나 이상으로 수렴된다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 사전-가속기 시스템은 정전 렌즈, 사전-가속기 디바이스, 및 자기 포커싱 디바이스를 포함한다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 정전 렌즈는 입자 소스의 하류에 있고, 사전-가속기 디바이스는 정전 렌즈의 하류에 있고, 자기 포커싱 디바이스는 사전-가속기 디바이스의 하류에 있다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 방법은 빔의 수렴을 제어하기 위해 사전-가속기 디바이스에 공급된 전력을 조절하는 단계를 포함한다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 방법은 빔의 포커스를 제어하기 위해 자기 포커싱 디바이스에 공급된 전력을 조절하는 단계를 포함한다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 방법은 빔의 수렴을 제어하기 위해 사전-가속기 디바이스에 공급된 전력을 조절하는 단계 및 빔의 포커스를 제어하기 위해 자기 포커싱 디바이스에 공급된 전력을 조절하는 단계를 포함한다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 빔의 포커스를 제어하기 위해 자기 포커싱 디바이스에 공급된 전력을 조절하는 단계는 가속기의 입력 애퍼처에서 빔을 포커싱하기 위해 자기 포커싱 디바이스에 공급된 전력을 조절하는 단계를 포함한다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 입자 소스는, 가속기를 가로지르는 동일하거나 실질적으로 유사한 축을 따라 빔이 방출되도록 위치되고, 축을 따라 가속기를 통과하는 하전 입자들이 가속된다.
이들 실시예들 중 일부에서, 입자 소스는 볼륨 유형 소스 및 표면 유형 소스 중 하나이다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 방법은 사전-가속기 시스템을 이용하여 가속기로부터의 역류를 디포커싱하는 단계를 포함한다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 역류는 이온화된 배경 가스를 포함한다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 방법은 역류의 디포커싱을 제어하기 위해 사전-가속기 시스템에 공급된 전력을 조절하는 단계를 포함한다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 방법은 역류가 빔 시스템의 하나 이상의 컴포넌트에 의해 수집되게 하기 위해 사전-가속기 시스템에 공급된 전력을 조절하는 단계를 포함한다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 방법은 역류가 입자 소스의 역류에 민감한 컴포넌트(backflow sensitive component)를 회피하게 하기 위해 사전-가속기 시스템에 공급된 전력을 조절하는 단계를 포함한다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 역류에 민감한 컴포넌트는 필라멘트이다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 역류는 정전 렌즈, 사전-가속기 디바이스, 또는 자기 포커싱 디바이스 중 하나 이상으로 디포커싱된다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 사전-가속기 시스템은 정전 렌즈, 사전-가속기 디바이스, 및 자기 포커싱 디바이스를 포함한다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 빔의 이동과 관련하여, 정전 렌즈는 입자 소스의 하류에 있고, 사전-가속기 디바이스는 정전 렌즈의 하류에 있고, 자기 포커싱 디바이스는 사전-가속기 디바이스의 하류에 있다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 방법은 역류의 디포커싱을 제어하기 위해 사전-가속기 디바이스에 공급된 전력을 조절하는 단계를 포함한다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 방법은 역류의 디포커싱을 제어하기 위해 자기 포커싱 디바이스에 공급된 전력을 조절하는 단계를 포함한다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 방법은 역류의 디포커싱을 제어하기 위해 사전-가속기 디바이스에 공급된 전력을 조절하는 단계 및 역류의 디포커싱을 제어하기 위해 자기 포커싱 디바이스에 공급된 전력을 조절하는 단계를 포함한다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 입자 소스는, 가속기를 가로지르는 동일하거나 실질적으로 유사한 축을 따라 빔이 방출되도록 위치되고, 축을 따라 가속기를 통과하는 하전 입자들이 가속된다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 방법은 가스의 진공 제거를 수행하는 단계를 포함한다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 방법은 사전-가속기 시스템과 가속기 사이의 제1 위치에서 그리고 입자 소스와 사전-가속기 시스템 사이의 제2 위치에서 가스의 진공 제거를 수행하는 단계를 포함한다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 사전-가속기 시스템을 이용하여 빔을 가속기를 향해 가속하는 단계는 하전 입자들이 가속기에 진입하기 전에 그들의 최대 단면에 도달하도록 빔을 가속하는 단계를 포함한다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 방법은 빔 시스템의 제어 시스템을 이용하여, 입자 소스의 전극에 인가된 전압, 사전-가속기 시스템의 정전 렌즈에 인가된 전압, 사전-가속기 시스템의 사전-가속기 디바이스에 인가된 전압, 사전-가속기 시스템의 자기 포커싱 디바이스에 인가된 전압, 가속기에 인가된 전압, 빔 시스템의 전원에 의해 출력된 전압, 정렬을 위한 빔 위치의 조절, 빔 초점 위치의 조절, 또는 역류 디포커스 양의 조절 중 적어도 하나를 제어하는 단계를 포함한다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 방법은 제어 시스템을 이용하여 컴퓨팅 디바이스로부터 동작 파라미터들 또는 명령어들을 수신하는 단계, 또는 제어 시스템을 이용하여 동작 데이터를 컴퓨팅 디바이스에 송신하는 단계 중 하나 이상을 포함한다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 제어 시스템은 무선 또는 유선 통신들 중 하나 이상을 위해 구성된다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 방법은 빔을 타깃에 인가하는 단계를 포함한다. 이러한 실시에들 중 일부에서, 입자 소스는 이온 소스이고, 하전 입자들은 음의 수소 이온들이다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 방법은 빔을 가속기에서 음의 수소 이온 빔으로부터 양성자 빔으로 변환하는 단계를 포함한다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 빔을 타깃에 인가하는 단계는 양성자 빔을 중성자 생성 타깃에 인가하는 단계를 포함한다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 방법은 붕소 중성자 포획 요법(BNCT)에서 빔 시스템을 이용하는 단계를 포함한다.
많은 실시예들에서, 빔 시스템에서 역류를 디포커싱하는 방법은 탠덤 가속기로부터의 가스 중성체를 진공화하는 단계 및 탠덤 가속기에 결합된 사전-가속기 시스템을 바이어싱하는 단계를 포함한다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 사전-가속기 시스템은 빔 시스템의 가속된 빔의 반대 방향으로 자기장에 의해 가속되는 양의 이온화된 가스를 디포커싱하도록 구성된다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 사전-가속기 시스템은 사전-가속기 튜브, 아인젤 렌즈, 자기 포커싱 디바이스, 또는 솔레노이드 중 하나 이상을 포함한다.
이들 실시예들 중 일부에서, 방법은 사전-가속기 튜브를, 제1 사전-가속기 튜브 단자에서 제1 전원과 전기적으로 결합하고, 제2 사전-가속기 튜브 단자에서 접지와 전기적으로 결합하는 단계를 포함한다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 사전-가속기 시스템은 이온 소스에 인접하게 및 그로부터 하류에 위치된다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 사전-가속기 튜브는 아인젤 렌즈에 인접하게 및 그로부터 하류에 장착된다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 자기 포커싱 디바이스는 사전-가속기 튜브에 인접하게 및 그로부터 하류에 장착된다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 사전-가속기 튜브는 아인젤 렌즈 또는 이온 소스 중 하나 이상으로부터 하류에 위치된다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 아인젤 렌즈는 이온 소스로부터 하류에 위치된다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 자기 포커싱 디바이스는 아인젤 렌즈, 사전-가속기 튜브, 또는 이온 소스 중 하나 이상으로부터 하류에 위치된다.
이들 실시예들 중 일부에서, 제1 진공 펌프 챔버가 사전-가속기 시스템과 탠덤 가속기 사이에 위치된다. 이들 실시예들 중 일부에서, 제2 진공 펌프 챔버가 이온 소스와 사전-가속기 시스템 사이에 위치된다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 하나 이상의 진공 펌프 챔버가 탠덤 가속기의 상면 상에 위치된다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 방법은 제1 냉각 디바이스를 이용하여 이온 소스의 백플레이트를 냉각하는 단계를 포함한다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 백플레이트는 하나 이상의 필라멘트를 포함한다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 방법은 제2 냉각 디바이스를 이용하여 아인젤 렌즈를 냉각하는 단계를 포함한다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 제1 냉각 디바이스 또는 제2 냉각 디바이스 중 하나 이상은 수냉을 포함한다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 방법은 자기 포커싱 디바이스의 빔 포커싱 또는 역류 디포커싱 특성들을 조정하기 위해 제1 전원을 이용하여 자기 포커싱 디바이스를 바이어싱하는 단계를 포함한다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 방법은 아인젤 렌즈의 빔 포커싱 또는 역류 디포커싱 특성들을 조정하기 위해 제2 전원을 이용하여 아인젤 렌즈를 바이어싱하는 단계를 포함한다.
이들 실시예들 중 일부에서, 방법은 사전-가속기 튜브의 빔 포커싱 또는 역류 디포커싱 특성들을 조정하기 위해 제3 전원을 이용하여 사전-가속기 튜브를 바이어싱하는 단계를 포함한다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 방법은 탠덤 가속기를 가로지르는 동일하거나 실질적으로 유사한 축을 따라 이온들이 방출되도록 이온 소스를 위치시키는 단계를 포함하고, 상기 축을 따라 탠덤 가속기를 통과하는 이온들이 가속된다.
이들 실시예들 중 일부에서, 방법은 제어 시스템을 이용하여 컴퓨팅 디바이스로부터 동작 파라미터들 또는 명령어들을 수신하는 단계, 또는 제어 시스템을 이용하여 컴퓨팅 디바이스에 동작 데이터를 송신하는 단계 중 하나 이상을 포함한다.
본 명세서에 제공된 임의의 실시예와 관련하여 설명된 모든 특징들, 요소들, 컴포넌트들, 기능들, 및 단계들이 임의의 다른 실시예로부터의 그것들과 자유롭게 조합될 수 있고 치환가능하도록 의도되어 있다는 점에 유의해야 한다. 특정의 특징, 요소, 컴포넌트, 기능, 또는 단계가 단지 하나의 실시예와 관련하여 설명되어 있는 경우, 그 특징, 요소, 컴포넌트, 기능, 또는 단계는 명시적으로 달리 언급되지 않는 한 본 명세서에 설명된 모든 다른 실시예와 함께 이용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 따라서, 이 단락은 언제든지, 상이한 실시예들로부터의 특징들, 요소들, 컴포넌트들, 기능들, 및 단계들을 조합하는, 또는 일 실시예로부터의 특징들, 요소들, 컴포넌트들, 기능들 및 단계들을 다른 실시예의 그것들로 치환하는 청구항들의 도입을 위한 선행 기초 및 서면 지원으로서 역할을 하며, 그것은 이하의 설명이, 특정의 경우에, 그러한 조합들 또는 치환들이 가능하다고 명시적으로 언급하지 않더라도 그러하다. 특히 각각의 그리고 모든 그러한 조합 및 치환의 허용도가 본 기술 분야의 통상의 기술자에 의해 용이하게 인식될 것이라면, 모든 가능한 조합 및 치환의 표현적인 인용이 지나치게 부담스럽다는 것이 명시적으로 인식된다.
본 명세서에 개시된 실시예들이 메모리, 스토리지, 및/또는 컴퓨터 판독가능 매체를 포함하거나 그와 연관하여 동작하는 한, 그 메모리, 스토리지, 및/또는 컴퓨터 판독가능 매체는 비일시적이다. 따라서, 메모리, 스토리지, 및/또는 컴퓨터 판독가능 매체가 하나 이상의 청구항에 의해 커버되는 한, 그 메모리, 스토리지, 및/또는 컴퓨터 판독가능 매체는 단지 비일시적이다.
본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 이용되는 바와 같이, 단수 형태들 ("a", "an" 및 "the")은 문맥이 명확하게 달리 지시하지 않는 한 복수의 지시 대상들을 포함한다.
실시예들은 다양한 수정들 및 대안적인 형태들이 가능하지만, 그것의 특정 예들이 도면들에 도시되고 본 명세서에서 상세히 설명되었다. 그러나, 이러한 실시예들이 개시된 특정 형태로 제한되는 것은 아니며, 반대로, 이러한 실시예들은 본 개시내용의 사상 내에 속하는 모든 수정들, 등가물들, 및 대안들을 커버한다는 점을 이해해야 한다. 또한, 실시예들의 임의의 특징들, 기능들, 단계들, 또는 요소들은 청구항들에 인용되거나 청구항들에 추가될 수 있을 뿐만 아니라, 해당 범위 내에 있지 않은 특징들, 기능들, 단계들, 또는 요소들에 의해 청구항들의 발명적 범위를 정의하는 부정적인 제한들일 수 있다.

Claims (110)

  1. 빔 시스템으로서,
    하전 입자 빔을 방출하도록 구성된 입자 소스;
    상기 입자 소스로부터의 상기 하전 입자 빔을 가속하도록 구성된 사전-가속기 시스템; 및
    상기 사전-가속기 시스템으로부터의 상기 하전 입자 빔을 가속하도록 구성된 가속기를 포함하는
    빔 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 입자 소스는 이온 소스이고, 상기 하전 입자 빔은 음의 수소 이온들을 포함하는 이온 빔인, 빔 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 사전-가속기 시스템은 정전 렌즈, 사전-가속기 디바이스, 또는 자기 포커싱 디바이스 중 적어도 하나를 포함하는, 빔 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 사전-가속기 시스템은 정전 렌즈, 사전-가속기 디바이스, 및 자기 포커싱 디바이스를 포함하는, 빔 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 정전 렌즈는 아인젤 렌즈이고, 상기 사전-가속기 디바이스는 복수의 가속 단자들을 포함하는 사전-가속기 튜브이고, 상기 자기 포커싱 디바이스는 솔레노이드인, 빔 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 정전 렌즈는 상기 입자 소스의 하류에 있고, 상기 사전-가속기 디바이스는 상기 정전 렌즈의 하류에 있고, 상기 자기 포커싱 디바이스는 상기 사전-가속기 디바이스의 하류에 있는, 빔 시스템.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 정전 렌즈는 아인젤 렌즈이고, 상기 아인젤 렌즈는,
    이격된 관계로 서로 결합된 2개의 접지 전극들; 및
    상기 2개의 접지 전극들 사이에 위치되고 그들 사이에 연장되는 절연체들에 의해 지지되는 바이어싱된 전극―상기 바이어싱된 전극 또는 상기 2개의 접지 전극들 중 하나 이상은 음의 바이어싱을 위해 구성됨―을 포함하는, 빔 시스템.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 사전-가속기 튜브는 제1 사전-가속기 튜브 단자 및 제2 사전-가속기 튜브 단자를 포함하는, 빔 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 사전-가속기 튜브 단자는 제1 전원과 전기적으로 결합가능한, 빔 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2 사전-가속기 튜브 단자는 접지와 전기적으로 결합가능한, 빔 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 가속기는 복수의 입력 전극들, 전하 교환 디바이스, 및 복수의 출력 전극들을 포함하는 탠덤 가속기인, 빔 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 하전 입자 빔은 음의 이온 빔이고, 상기 복수의 입력 전극들은 상기 사전-가속기 시스템으로부터의 음의 이온 빔을 가속하도록 구성되고, 상기 전하 교환 디바이스는 상기 음의 이온 빔을 양의 빔으로 변환하도록 구성되고, 상기 복수의 출력 전극들은 상기 양의 빔을 가속하도록 구성되는, 빔 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 탠덤 가속기로부터 수신된 상기 양의 빔으로부터 중성 빔을 형성하도록 구성된 타깃 디바이스를 더 포함하는, 빔 시스템.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 사전-가속기 시스템은 상기 입자 소스에 인접하게 및 그로부터 하류에 위치되는, 빔 시스템.
  15. 제4항에 있어서,
    상기 사전-가속기 디바이스는 상기 정전 렌즈로부터 하류에 위치되는, 빔 시스템.
  16. 제4항에 있어서,
    상기 자기 포커싱 디바이스는 상기 사전-가속기 디바이스로부터 하류에 위치되는, 빔 시스템.
  17. 제4항에 있어서,
    상기 사전-가속기 디바이스는 상기 정전 렌즈 또는 상기 입자 소스 중 하나 이상으로부터 하류에 위치되는, 빔 시스템.
  18. 제4항에 있어서,
    상기 자기 포커싱 디바이스는 아인젤 렌즈, 사전-가속기 튜브, 또는 상기 입자 소스 중 하나 이상으로부터 하류에 위치되는, 빔 시스템.
  19. 제1항에 있어서,
    하나 이상의 진공 펌프 챔버를 더 포함하는, 빔 시스템.
  20. 제19항에 있어서,
    제1 진공 펌프 챔버가 상기 사전-가속기 시스템과 상기 가속기 사이에 위치되는, 빔 시스템.
  21. 제20항에 있어서,
    제2 진공 펌프 챔버가 상기 입자 소스와 상기 사전-가속기 시스템 사이에 위치되는, 빔 시스템.
  22. 제1항에 있어서,
    하나 이상의 진공 펌프 챔버가 상기 가속기 상에 위치되는, 빔 시스템.
  23. 제1항에 있어서,
    상기 입자 소스는 그에 인접하여 위치된 하나 이상의 필라멘트를 갖는 벽을 포함하는, 빔 시스템.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 벽을 냉각하도록 구성된 제1 냉각 디바이스를 더 포함하는, 빔 시스템.
  25. 제24항에 있어서,
    아인젤 렌즈를 냉각하도록 구성된 제2 냉각 디바이스를 더 포함하는, 빔 시스템.
  26. 제24항 또는 제25항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 냉각 디바이스들은 유체 냉각제를 이용하도록 구성되는, 빔 시스템.
  27. 제1항에 있어서,
    상기 사전-가속기 시스템은 상기 하전 입자 빔이 상기 입자 소스로부터 전파되어 상기 가속기의 입력 애퍼처에서 수렴하게 하도록 구성되는, 빔 시스템.
  28. 제1항에 있어서,
    상기 사전-가속기 시스템은 상기 가속기로부터 상기 입자 소스를 향해 전파되는 이온화된 역류를 디포커싱 및 수집하도록 구성되는, 빔 시스템.
  29. 제1항에 있어서,
    상기 사전-가속기 시스템은 상기 입자 소스로부터의 상기 입자 빔을 발산 상태로부터 수렴 상태로 전이시키도록 구성되는, 빔 시스템.
  30. 제1항에 있어서,
    상기 사전-가속기 시스템은 상기 입자 소스로부터의 상기 입자 빔을 발산 상태로부터 수렴 상태로 전이시키도록 구성된 정전 렌즈를 포함하는, 빔 시스템.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 정전 렌즈는 빔 포커스 또는 역류 디포커스를 조정하도록 제어가능한, 빔 시스템.
  32. 제1항에 있어서,
    상기 사전-가속기 시스템은 빔 포커스 또는 역류 디포커스를 조정하도록 제어가능한 자기 포커싱 디바이스를 포함하는, 빔 시스템.
  33. 제1항에 있어서,
    상기 사전-가속기 시스템은 빔 포커스 또는 역류 디포커스를 조정하도록 제어가능한 사전-가속기 튜브를 포함하는, 빔 시스템.
  34. 제30항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서,
    가변 전력을 상기 자기 포커싱 디바이스, 상기 정전 렌즈, 및 상기 사전-가속기 튜브에 조절가능하게 출력하도록 구성된 복수의 전원들을 더 포함하는, 빔 시스템.
  35. 제1항에 있어서,
    상기 시스템은 상기 하전 입자들을 상기 가속기 내로의 진입 전에 그들의 최대 단면으로 가속하도록 구성되는, 빔 시스템.
  36. 제35항에 있어서,
    상기 하전 입자들은 음의 수소 이온들인, 빔 시스템.
  37. 제36항에 있어서,
    상기 시스템은 상기 하전 입자들을 상기 가속기 내로의 진입 전에 100 keV의 에너지로 가속하도록 구성되는, 빔 시스템.
  38. 제35항에 있어서,
    상기 시스템은 상기 사전-가속기 시스템의 사전-가속기 튜브 내의 위치에서 상기 하전 입자들을 그들의 최대 단면으로 가속하도록 구성되는, 빔 시스템.
  39. 제38항에 있어서,
    상기 위치는 상기 사전-가속기 튜브의 중심 영역에 있는, 빔 시스템.
  40. 제1항에 있어서,
    상기 가속기를 빠져나가 상기 사전-가속기 시스템으로 가는 가스를 제거하도록 구성된 진공 펌프 챔버를 더 포함하는, 빔 시스템.
  41. 제1항에 있어서,
    상기 입자 소스는, 상기 가속기를 가로지르는 동일하거나 실질적으로 유사한 축을 따라 상기 하전 입자 빔이 방출되도록 위치되고, 상기 축을 따라 상기 가속기를 통과하는 하전 입자들이 가속되는, 빔 시스템.
  42. 제1항에 있어서,
    제어 시스템을 더 포함하는, 빔 시스템.
  43. 제42항에 있어서,
    상기 제어 시스템은 컴퓨팅 디바이스로부터 동작 파라미터들 또는 명령어들을 수신하도록 구성되는, 빔 시스템.
  44. 제43항에 있어서,
    상기 제어 시스템은 동작 데이터를 상기 컴퓨팅 디바이스에 송신하도록 구성되는, 빔 시스템.
  45. 제42항에 있어서,
    상기 제어 시스템은 상기 입자 소스의 전극에 인가된 전압, 상기 사전-가속기 시스템의 정전 렌즈에 인가된 전압, 상기 사전-가속기 시스템의 사전-가속기 디바이스에 인가된 전압, 상기 사전-가속기 시스템의 자기 포커싱 디바이스에 인가된 전압, 상기 가속기에 인가된 전압, 상기 빔 시스템의 전원에 의해 출력된 전압, 정렬을 위한 빔 위치의 조절, 빔 초점 위치의 조절, 또는 역류 디포커스 양의 조절 중 적어도 하나를 제어하도록 구성되는, 빔 시스템.
  46. 제1항 내지 제45항 중 어느 한 항에 있어서,
    붕소 중성자 포획 요법(BNCT)에서의 이용을 위해 구성되는, 빔 시스템.
  47. 빔 시스템을 동작시키는 방법으로서,
    하전 입자들을 포함하는 빔을 입자 소스로부터 방출하는 단계;
    사전-가속기 시스템을 이용하여 상기 빔을 가속기를 향해 가속하는 단계; 및
    상기 가속기를 이용하여 상기 빔을 가속하는 단계를 포함하는
    방법.
  48. 제47항에 있어서,
    상기 사전-가속기 시스템은 정전 렌즈, 사전-가속기 디바이스, 또는 자기 포커싱 디바이스 중 하나 이상을 포함하는, 방법.
  49. 제48항에 있어서,
    상기 정전 렌즈는 아인젤 렌즈이고, 상기 사전-가속기 디바이스는 복수의 가속 단자들을 포함하는 사전-가속기 튜브이고, 상기 자기 포커싱 디바이스는 솔레노이드인, 방법.
  50. 제47항에 있어서,
    상기 가속기는 탠덤 가속기인, 방법.
  51. 제50항에 있어서,
    상기 탠덤 가속기는 전하 교환 디바이스를 포함하는, 방법.
  52. 제47항에 있어서,
    상기 사전-가속기 시스템을 이용하여 상기 빔을 상기 가속기를 향해 가속하는 단계는 상기 하전 입자들이 상기 가속기에 진입하기 전에 그들의 최대 단면에 도달하도록 상기 빔을 가속하는 단계를 포함하는, 방법.
  53. 제52항에 있어서,
    상기 하전 입자들은 음의 수소 이온들인, 방법.
  54. 제52항에 있어서,
    상기 하전 입자들은 상기 사전-가속기 시스템의 사전-가속기 튜브 내에서 그들의 최대 단면에 도달하는, 방법.
  55. 제47항에 있어서,
    상기 사전-가속기 시스템을 이용하여 상기 빔을 수렴시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  56. 제47항에 있어서,
    상기 빔의 수렴을 제어하기 위해 상기 사전-가속기 시스템에 공급된 전력을 조절하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  57. 제56항에 있어서,
    상기 빔을 수렴시키는 단계는 상기 사전-가속기 시스템을 이용하여 상기 빔을 발산 상태로부터 수렴 상태로 전이시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  58. 제56항에 있어서,
    상기 빔은 정전 렌즈, 사전-가속기 디바이스, 또는 자기 포커싱 디바이스 중 하나 이상으로 수렴되는, 방법.
  59. 제56항에 있어서,
    상기 사전-가속기 시스템은 정전 렌즈, 사전-가속기 디바이스, 및 자기 포커싱 디바이스를 포함하는, 방법.
  60. 제59항에 있어서,
    상기 정전 렌즈는 상기 입자 소스의 하류에 있고, 상기 사전-가속기 디바이스는 상기 정전 렌즈의 하류에 있고, 상기 자기 포커싱 디바이스는 상기 사전-가속기 디바이스의 하류에 있는, 방법.
  61. 제59항에 있어서,
    상기 빔의 수렴을 제어하기 위해 상기 사전-가속기 디바이스에 공급된 전력을 조절하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  62. 제59항에 있어서,
    상기 빔의 포커스를 제어하기 위해 상기 자기 포커싱 디바이스에 공급된 전력을 조절하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  63. 제59항에 있어서,
    상기 빔의 수렴을 제어하기 위해 상기 사전-가속기 디바이스에 공급된 전력을 조절하는 단계; 및
    상기 빔의 포커스를 제어하기 위해 상기 자기 포커싱 디바이스에 공급된 전력을 조절하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  64. 제63항에 있어서,
    상기 빔의 포커스를 제어하기 위해 상기 자기 포커싱 디바이스에 공급된 전력을 조절하는 단계는 상기 가속기의 입력 애퍼처에서 상기 빔을 포커싱하기 위해 상기 자기 포커싱 디바이스에 공급된 전력을 조절하는 단계를 포함하는, 방법.
  65. 제47항에 있어서,
    상기 입자 소스는, 상기 가속기를 가로지르는 동일하거나 실질적으로 유사한 축을 따라 상기 빔이 방출되도록 위치되고, 상기 축을 따라 상기 가속기를 통과하는 하전 입자들이 가속되는, 방법.
  66. 제65항에 있어서,
    상기 입자 소스는 볼륨 유형 소스 및 표면 유형 소스 중 하나인, 방법.
  67. 제47항 내지 제66항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 사전-가속기 시스템을 이용하여 상기 가속기로부터의 역류를 디포커싱하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  68. 제67항에 있어서,
    상기 역류는 이온화된 배경 가스를 포함하는, 방법.
  69. 제67항에 있어서,
    상기 역류의 디포커싱을 제어하기 위해 상기 사전-가속기 시스템에 공급된 전력을 조절하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  70. 제69항에 있어서,
    역류가 상기 빔 시스템의 하나 이상의 컴포넌트에 의해 수집되게 하기 위해 상기 사전-가속기 시스템에 공급된 전력을 조절하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  71. 제69항에 있어서,
    역류가 상기 입자 소스의 역류에 민감한 컴포넌트를 회피하게 하기 위해 상기 사전-가속기 시스템에 공급된 전력을 조절하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  72. 제71항에 있어서,
    상기 역류에 민감한 컴포넌트는 필라멘트인, 방법.
  73. 제67항에 있어서,
    상기 역류는 정전 렌즈, 사전-가속기 디바이스, 또는 자기 포커싱 디바이스 중 하나 이상으로 디포커싱되는, 방법.
  74. 제67항에 있어서,
    상기 사전-가속기 시스템은 정전 렌즈, 사전-가속기 디바이스, 및 자기 포커싱 디바이스를 포함하는, 방법.
  75. 제74항에 있어서,
    상기 빔의 이동과 관련하여, 상기 정전 렌즈는 상기 입자 소스의 하류에 있고, 상기 사전-가속기 디바이스는 상기 정전 렌즈의 하류에 있고, 상기 자기 포커싱 디바이스는 상기 사전-가속기 디바이스의 하류에 있는, 방법.
  76. 제74항에 있어서,
    상기 역류의 디포커싱을 제어하기 위해 상기 사전-가속기 디바이스에 공급된 전력을 조절하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  77. 제74항에 있어서,
    상기 역류의 디포커싱을 제어하기 위해 상기 자기 포커싱 디바이스에 공급된 전력을 조절하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  78. 제74항에 있어서,
    상기 역류의 디포커싱을 제어하기 위해 상기 사전-가속기 디바이스에 공급된 전력을 조절하는 단계; 및
    상기 역류의 디포커싱을 제어하기 위해 상기 자기 포커싱 디바이스에 공급된 전력을 조절하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  79. 제47항 내지 제78항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입자 소스는, 상기 가속기를 가로지르는 동일하거나 실질적으로 유사한 축을 따라 상기 빔이 방출되도록 위치되고, 상기 축을 따라 상기 가속기를 통과하는 하전 입자들이 가속되는, 방법.
  80. 제47항에 있어서,
    가스의 진공 제거를 수행하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  81. 제80항에 있어서,
    상기 사전-가속기 시스템과 상기 가속기 사이의 제1 위치에서 그리고 상기 입자 소스와 상기 사전-가속기 시스템 사이의 제2 위치에서 가스의 진공 제거를 수행하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  82. 제81항에 있어서,
    상기 사전-가속기 시스템을 이용하여 상기 빔을 상기 가속기를 향해 가속하는 단계는 상기 하전 입자들이 상기 가속기에 진입하기 전에 그들의 최대 단면에 도달하도록 상기 빔을 가속하는 단계를 포함하는, 방법.
  83. 제47항에 있어서,
    상기 빔 시스템의 제어 시스템을 이용하여, 상기 입자 소스의 전극에 인가된 전압, 상기 사전-가속기 시스템의 정전 렌즈에 인가된 전압, 상기 사전-가속기 시스템의 사전-가속기 디바이스에 인가된 전압, 상기 사전-가속기 시스템의 자기 포커싱 디바이스에 인가된 전압, 상기 가속기에 인가된 전압, 상기 빔 시스템의 전원에 의해 출력된 전압, 정렬을 위한 빔 위치의 조절, 빔 초점 위치의 조절, 또는 역류 디포커스 양의 조절 중 적어도 하나를 제어하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  84. 제47항에 있어서,
    제어 시스템을 이용하여 컴퓨팅 디바이스로부터 동작 파라미터들 또는 명령어들을 수신하는 단계; 또는
    상기 제어 시스템을 이용하여 동작 데이터를 상기 컴퓨팅 디바이스에 송신하는 단계
    중 하나 이상을 더 포함하는, 방법.
  85. 제84항에 있어서,
    상기 제어 시스템은 무선 또는 유선 통신들 중 하나 이상을 위해 구성되는, 방법.
  86. 제47항 내지 제85항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 빔을 타깃에 인가하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  87. 제86항에 있어서,
    상기 입자 소스는 이온 소스이고, 상기 하전 입자들은 음의 수소 이온들인, 방법.
  88. 제87항에 있어서,
    상기 빔을 상기 가속기에서 음의 수소 이온 빔으로부터 양성자 빔으로 변환하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  89. 제88항에 있어서,
    상기 빔을 타깃에 인가하는 단계는 상기 양성자 빔을 중성자 생성 타깃에 인가하는 단계를 포함하는, 방법.
  90. 제47항 내지 제89항 중 어느 한 항에 있어서,
    붕소 중성자 포획 요법(BNCT)에서 상기 빔 시스템을 이용하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  91. 빔 시스템에서 역류를 디포커싱하는 방법으로서,
    탠덤 가속기로부터의 가스 중성체를 진공화하는 단계; 및
    상기 탠덤 가속기에 결합된 사전-가속기 시스템을 바이어싱하는 단계―상기 사전-가속기 시스템은 상기 빔 시스템의 가속된 빔의 반대 방향으로 자기장에 의해 가속되는 양의 이온화된 가스를 디포커싱하도록 구성됨―를 포함하는
    방법.
  92. 제91항에 있어서,
    상기 사전-가속기 시스템은 사전-가속기 튜브, 아인젤 렌즈, 자기 포커싱 디바이스, 또는 솔레노이드 중 하나 이상을 포함하는, 방법.
  93. 제92항에 있어서,
    상기 사전-가속기 튜브를, 제1 사전-가속기 튜브 단자에서 제1 전원과 전기적으로 결합하고, 제2 사전-가속기 튜브 단자에서 접지와 전기적으로 결합하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  94. 제91항에 있어서,
    상기 사전-가속기 시스템은 이온 소스에 인접하게 및 그로부터 하류에 위치되는, 방법.
  95. 제92항에 있어서,
    상기 사전-가속기 튜브는 상기 아인젤 렌즈에 인접하게 및 그로부터 하류에 장착되는, 방법.
  96. 제92항에 있어서,
    상기 자기 포커싱 디바이스는 상기 사전-가속기 튜브에 인접하게 및 그로부터 하류에 장착되는, 방법.
  97. 제92항에 있어서,
    상기 사전-가속기 튜브는 아인젤 렌즈 또는 이온 소스 중 하나 이상으로부터 하류에 위치되는, 방법.
  98. 제92항에 있어서,
    상기 아인젤 렌즈는 이온 소스로부터 하류에 위치되는, 방법.
  99. 제92항에 있어서,
    상기 자기 포커싱 디바이스는 아인젤 렌즈, 상기 사전-가속기 튜브, 또는 이온 소스 중 하나 이상으로부터 하류에 위치되는, 방법.
  100. 제91항에 있어서,
    제1 진공 펌프 챔버가 상기 사전-가속기 시스템과 상기 탠덤 가속기 사이에 위치되는, 방법.
  101. 제100항에 있어서,
    제2 진공 펌프 챔버가 상기 이온 소스와 상기 사전-가속기 시스템 사이에 위치되는, 방법.
  102. 제91항에 있어서,
    하나 이상의 진공 펌프 챔버가 상기 탠덤 가속기의 상면 상에 위치되는, 방법.
  103. 제94항에 있어서,
    제1 냉각 디바이스를 이용하여 상기 이온 소스의 백플레이트를 냉각하는 단계를 더 포함하고, 상기 백플레이트는 하나 이상의 필라멘트를 포함하는, 방법.
  104. 제94항에 있어서,
    제2 냉각 디바이스를 이용하여 상기 아인젤 렌즈를 냉각하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  105. 제103항 또는 제104항에 있어서,
    상기 제1 냉각 디바이스 또는 제2 냉각 디바이스 중 하나 이상은 수냉을 포함하는, 방법.
  106. 제92항에 있어서,
    상기 자기 포커싱 디바이스의 빔 포커싱 또는 역류 디포커싱 특성들을 조정하기 위해 제1 전원을 이용하여 상기 자기 포커싱 디바이스를 바이어싱하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  107. 제92항에 있어서,
    상기 아인젤 렌즈의 빔 포커싱 또는 역류 디포커싱 특성들을 조정하기 위해 제2 전원을 이용하여 상기 아인젤 렌즈를 바이어싱하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  108. 제92항에 있어서,
    상기 사전-가속기 튜브의 빔 포커싱 또는 역류 디포커싱 특성들을 조정하기 위해 제3 전원을 이용하여 상기 사전-가속기 튜브를 바이어싱하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  109. 제94항에 있어서,
    상기 탠덤 가속기를 가로지르는 동일하거나 실질적으로 유사한 축을 따라 이온들이 방출되도록 상기 이온 소스를 위치시키는 단계를 더 포함하고, 상기 축을 따라 상기 탠덤 가속기를 통과하는 이온들이 가속되는, 방법.
  110. 제91항에 있어서,
    제어 시스템을 이용하여 컴퓨팅 디바이스로부터 동작 파라미터들 또는 명령어들을 수신하는 단계; 또는
    상기 제어 시스템을 이용하여 상기 컴퓨팅 디바이스에 동작 데이터를 송신하는 단계
    중 하나 이상을 더 포함하는, 방법.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2587437A (en) * 2019-09-25 2021-03-31 The Univ Of Strathclyde System for radiation therapy
US20210345476A1 (en) * 2020-04-09 2021-11-04 Tae Technologies, Inc. Systems, devices, and methods for secondary particle suppression from a charge exchange device

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2548830B1 (fr) 1983-07-04 1986-02-21 Centre Nat Rech Scient Source d'ions negatifs
US4782304A (en) * 1986-08-20 1988-11-01 Applied Materials, Inc. Systems and methds for ion beam acceleration
JPH0823067B2 (ja) * 1987-07-15 1996-03-06 日新電機株式会社 イオン注入装置
US6403972B1 (en) 1999-07-08 2002-06-11 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Methods and apparatus for alignment of ion beam systems using beam current sensors
CA2397607A1 (en) 1999-12-17 2001-06-21 Carla M. Mann Magnitude programming for implantable electrical stimulator
US6744225B2 (en) * 2001-05-02 2004-06-01 Riken Ion accelerator
JP2003086400A (ja) * 2001-09-11 2003-03-20 Hitachi Ltd 加速器システム及び医療用加速器施設
US6922455B2 (en) * 2002-01-28 2005-07-26 Starfire Industries Management, Inc. Gas-target neutron generation and applications
JP2003303569A (ja) * 2002-04-09 2003-10-24 Sony Corp イオン注入装置及びイオン注入方法
KR100533568B1 (ko) * 2004-07-15 2005-12-06 삼성전자주식회사 전하 교환 가스 감시 기능을 갖는 고에너지 이온 주입 장치
JP3806723B2 (ja) 2004-11-16 2006-08-09 株式会社日立製作所 粒子線照射システム
US7402821B2 (en) * 2006-01-18 2008-07-22 Axcelis Technologies, Inc. Application of digital frequency and phase synthesis for control of electrode voltage phase in a high-energy ion implantation machine, and a means for accurate calibration of electrode voltage phase
US8872057B2 (en) 2006-03-15 2014-10-28 Communications & Power Industries Llc Liquid cooling system for linear beam device electrodes
US8192399B2 (en) 2007-05-23 2012-06-05 Biosense Webster, Inc. Extension control handle with adjustable locking mechanism
JP4378396B2 (ja) 2007-06-22 2009-12-02 株式会社日立製作所 粒子線照射システム
WO2009039884A1 (en) * 2007-09-26 2009-04-02 Ion Beam Applications S.A. Particle beam transport apparatus and method of transporting a particle beam with small beam spot size
US8933421B2 (en) 2008-04-21 2015-01-13 Varian Medical Systems Particle Therapy Gmbh Halo monitor in rotatable gantry for particle beam positioning
US8178859B2 (en) 2008-05-22 2012-05-15 Vladimir Balakin Proton beam positioning verification method and apparatus used in conjunction with a charged particle cancer therapy system
WO2012045040A1 (en) * 2010-10-01 2012-04-05 Varian Medical Systems, Inc. Laser accelerator driven particle brachytherapy devices, systems, and methods
CL2011000898A1 (es) * 2011-04-20 2011-06-24 Univ La Frontera Dispositivo para generar un haz convergente de electrones y rayos-x que comprende uno o mas lentes magneticos y/o electricos que permiten focalizar un haz de electrones provenientes de una fuente, impactar el haz en un casquete anodico y generar un haz de rayos-x colimado convergente.
US10940332B2 (en) 2011-05-19 2021-03-09 The Trustees Of Dartmouth College Cherenkov imaging systems and methods to monitor beam profiles and radiation dose while avoiding interference from room lighting
JP6009577B2 (ja) 2011-11-29 2016-10-19 イオン ビーム アプリケーションズＩｏｎ Ｂｅａｍ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ Ｒｆ装置及びｒｆ装置を備えるシンクロサイクロトロン
JP5668000B2 (ja) 2012-03-02 2015-02-12 株式会社日立製作所 ビームモニタシステム及び粒子線照射システム
US20140209481A1 (en) 2013-01-25 2014-07-31 Google Inc. Standby Biasing Of Electrochemical Sensor To Reduce Sensor Stabilization Time During Measurement
US9591740B2 (en) * 2013-03-08 2017-03-07 Tri Alpha Energy, Inc. Negative ion-based neutral beam injector
JP5993778B2 (ja) * 2013-03-29 2016-09-14 株式会社日立製作所 粒子線照射システムとその運転方法
JP6692115B2 (ja) 2014-02-25 2020-05-13 株式会社日立製作所 ビーム位置監視装置及び荷電粒子ビーム照射システム
US9281165B1 (en) * 2014-08-26 2016-03-08 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Bias electrodes for tandem accelerator
IL255209B (en) 2015-05-06 2022-08-01 Neutron Therapeutics Inc Neutron target for boron neutron capture therapy

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