KR20230048537A - 빔 시스템에서 빔 전송을 개시하기 위한 시스템들,디바이스들, 및 방법들 - Google Patents

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블라디슬라브 벡셀만
수 두옹
알렉산더 두나에브스키
이고르 니콜라에비치 소로킨
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티에이이 테크놀로지스, 인크.
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Abstract

시스템들, 디바이스들, 및 방법들의 실시예들은 가속기 시스템에 대한 빔 전송을 개시하는 것에 관한 것이다. 예시적인 방법은 가속기 시스템의 하나 이상의 전극의 바이어스 전압을 제1 전압 레벨로 증가시키는 단계 및 빔 소스로부터 하전 입자 빔을 추출하여 빔이 가속기 시스템을 통해 전송되도록 하는 단계를 포함한다. 빔은 임계값 내에서 제1 과도 전압 강하를 초래하는 빔 전류를 갖는다. 방법은 가속기 시스템이 공칭 조건들에 도달할 때까지 임계값 내의 하나 이상의 후속 과도 전압 강하를 초래하는 레이트로 빔 전류를 증가시키는 단계를 더 포함한다. 다른 예시적인 방법은 가속기 시스템의 하나 이상의 전극을 바이어싱하는 단계 및 듀티 사이클 함수에 따라 빔 소스로부터 하전 입자 빔을 선택적으로 추출하여 하전 입자 빔이 가속기 시스템을 통해 전송되도록 하는 단계를 포함한다.

Description

빔 시스템에서 빔 전송을 개시하기 위한 시스템들, 디바이스들, 및 방법들
관련 출원들에 대한 상호 참조
본 출원은 2021년 6월 22일자로 출원된, 발명의 명칭이 "SYSTEMS, DEVICES, AND METHODS FOR MODULATED INITIATION OF BEAM TRANSPORT IN A BEAM SYSTEM"인 미국 가출원 제63/213,618호, 및 2020년 8월 13일자로 출원된, 발명의 명칭이 "SYSTEMS, DEVICES, AND METHODS FOR INITIATING BEAM TRANSPORT IN A BEAM SYSTEM"인 미국 가출원 제63/065,436호에 대한 우선권을 주장하며, 이들 출원 둘다의 내용은 그 전체가 모든 목적을 위해 본 명세서에 참조로 포함된다.
분야
본 명세서에 설명된 청구 대상은 일반적으로 빔 시스템에서 빔 전송을 개시하는 시스템들, 디바이스들, 및 방법들과, 빔 시스템에서 빔 전송의 변조된 개시를 하는 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(neutron beam) 형태의) 중성자들을 이용한 방사선 요법을 받는다. 중성자들은 대안적인 요법들과 비교하여 정상 세포들에 야기되는 손상을 감소시키면서, 붕소와 반응하여 종양 세포들을 죽인다. 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 양성자들(예를 들어, 양성자 빔)의 핵 반응들에 기초한다.
탠덤 가속기는 단일 고전압 단자를 이용하여 하전 입자들의 2단계 가속을 이용할 수 있는 일종의 정전 가속기이다. 고전압은 음으로 하전된 이온들의 들어오는 빔에 인가되어 그것을 가속기의 중심을 향해 가속하는 전기장을 생성하는 데 이용된다. 이 시점에서, 빔은 전하 교환의 프로세스에서 반대 극성 하전 입자들(예를 들어, 양의 이온들)의 빔으로 변환된다. 하전 빔 미립자들과 역전된 전기장의 추가적인 전파 및 상호작용은 다시 가속 및 에너지 부스트를 초래한다. 따라서, 3 MeV의 에너지를 갖는 하전 입자 빔들을 생성하기 위해, 단지 1.5 MV의 가속 전압이 요구되고, 이는 전기 절연의 최신 기술들의 도달 범위 내에 있다. 빔 가속의 그러한 탠덤 접근법은 탠덤 가속기의 이온 소스가 접지 전위에 놓일 수 있으므로 유익하고, 이는 이온 소스의 제어 및 유지를 더 용이하게 한다.
붕소 중성자 포획 요법(BNCT)의 목적을 위해 탠덤 가속기에 의해 제공되는 양성자 빔은 하류 장비에서의 중성자 생산 또는 생성을 위해 (예를 들어, 리튬(Li) 타깃 상의 중성자들의 효율적인 생성을 위해) 바람직한 에너지 레벨을 갖는다. 합리적으로 짧은 치료 시간 동안, 특정 중성자 플럭스 밀도 임계값이 요구되고, 그러한 필요한 임계값은 최소 양성자 빔 전류가 된다. 그러한 양성자 빔들과 연관된 전력 밀도는 중성자 빔 시스템의 컴포넌트들에 이용되는 재료들에 대한 안전 한계들을 크게 초과한다.
매우 높은 전압 레벨(예를 들어, 메가볼트)에서 탠덤 가속기를 통한 빔 전송의 개시는 탠덤 전원(tandem power supply)의 순간 부하로서 등가 전기 회로에 관하여 공식화될 수 있는 다양한 효과들을 수반한다. 하전 입자들의 빔과 연관된 빔 전류가 너무 높은 경우, 예를 들어, 전원이 요구되는 진폭의 전류를 출력할 수 없는 경우, 부하 변동은 적절하게 보상되지 않을 수 있다. 이 경우, 탠덤 가속기 전압을 유지하는 것을 담당하는 전원은 가속기에 공급되는 전압을 감소시킨다. 가속기에 공급되는 전압의 감소는 빔 에너지 감소로 이어지며, 이는 가속기 하류에서의 빔라인 컴포넌트들의 손상 확률을 증가시키는 바람직하지 않은 현상이다. 빔 에너지를 모니터링하는 인터로크들(interlocks)의 설정들 및 가용성에 따라, 빔 종료가 가능하다. 따라서, 전체 중성자 빔 시스템 내의 다른 현상들에 의해 야기되는 빔 종료 후의 빔 전송의 개시뿐만 아니라 복구가 주의 깊게 처리되어야 한다. 복잡하고 비효율적인 복구 또는 개시 시간은 바람직하지 않은 시스템 정지 시간을 초래한다.
더욱이, 빔 에너지가 (다른 변수들에 기초하여 제어되는 것과는 대조적으로) 시간 의존적인 복구 또는 개시 절차는 빔 광학 성능이 빔 에너지에 의존할 수 있기 때문에 문제가 있다. 빔 개시 또는 복구 동안 빔을 흡수하기 위한 빔 덤프(beam dump)의 추가는 빔라인 크기(길이), 복잡성 등에 대한 제약들을 유도한다. 또한, 탠덤 가속기 내의 내부 빔 손실들은 2차 입자 방출(예를 들어, x-선들)을 유도하여, 탠덤 가속기의 성능 및 수명에 부정적으로 영향을 미칠 수 있다.
이들 및 다른 이유들로 인해, 빔 시스템들에 대한 빔 전송을 위한 동작들의 안전한 복구 또는 개시를 제공하는 개선되고, 효율적이고, 콤팩트한 시스템들, 디바이스들, 및 방법들에 대한 필요성이 존재한다.
시스템들, 디바이스들 및 방법들의 실시예들은 빔 시스템들에 대한 빔 전송을 위한 동작들의 안전한 복구 또는 개시에 관한 것이다. 예시적인 방법은 가속기 시스템의 하나 이상의 전극의 바이어스 전압을 제1 전압 레벨로 증가시키는 단계를 포함한다. 방법은 빔이 가속기 시스템을 통해 전송되도록 빔 소스로부터 하전 입자 빔을 추출하는 단계를 더 포함할 수 있다. 빔은 임계값 내에서 가속기 시스템의 제1 과도 전압 강하를 초래하는 제1 빔 전류 레벨에서의 빔 전류를 가질 수 있다. 방법은 가속기 시스템이 공칭 조건들에 도달할 때까지 가속기 시스템의 하나 이상의 후속 과도 전압 강하를 초래하는 레이트로 빔 전류를 증가시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 하나 이상의 후속 과도 전압 강하는 임계값 내에 있을 수 있다.
시스템들, 디바이스들 및 방법들의 실시예들은 또한, 빔 시스템들에 대한 빔 전송을 위한 동작들의 변조된 개시에 관한 것이다. 예시적인 방법은 가속기 시스템의 하나 이상의 전극을 전압 레벨로 바이어싱하는 단계를 포함한다. 예시적인 방법은, 하전 입자 빔이 가속기 시스템을 통해 전송되도록, 빔 소스로부터 듀티 사이클 함수(duty cycle function)에 따라, 하전 입자 빔을 선택적으로 추출하는 단계를 더 포함한다. 듀티 사이클 함수는 선형 또는 비선형일 수 있고, 고정된(일정한) 또는 가변 주파수일 수 있는 주파수 f를 포함할 수 있다. 듀티 사이클 함수는, 하전 입자 빔의 각각의 선택적 추출과 함께 시간에 따라 가변 펄스 지속기간이 증가하도록 가변 펄스 지속기간을 포함할 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 중성자 빔 시스템의 예의 개략도이다.
도 1b는 중성자 빔 시스템의 다른 예의 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 예를 도시하는 분해 사시도이다.
도 4a는 본 개시내용의 실시예들과 함께 이용하기 위한, 예시적인 이온 빔 소스 시스템을 도시한다.
도 4b는 도 4a에 도시된 예시적인 이온 소스를 도시한다.
도 5a 내지 도 5d는 본 개시내용의 실시예들과 연관된 예시적인 타이밍도들을 도시한다.
도 6a 내지 도 6d는 본 개시내용의 실시예들과 연관된 예시적인 타이밍도들을 도시한다.
도 7은 본 개시내용의 실시예들과 함께 이용하기 위한, 빔 시스템에서 빔 전송을 개시하기 위한 예시적인 동작들을 도시한다.
도 8a 내지 도 8b는 빔 추출을 위한 펄스 시퀀스의 예시적인 실시예들을 도시하는 타이밍도들이다.
도 9는 본 개시내용의 실시예들과 함께 이용하기 위한 듀티 사이클 함수의 예시적인 실시예를 도시하는 플롯이다.
도 10은 본 개시내용의 실시예들이 동작할 수 있는 시스템을 도시하는 블록도이다.
도 11은 본 개시내용의 실시예들에 따라 특별히 구성될 수 있는 컴퓨팅 장치의 예시적인 실시예를 도시하는 블록도이다.
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 중성자, 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.
빔 시스템(예를 들어, 입자 가속기를 포함함)의 동작 복구를 위한 시스템들, 디바이스들, 및 방법들의 예시적인 실시예들이 본 명세서에 설명된다. 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 명세서에서의 실시예들은 다수의 응용들에서 이용될 수 있으며, 그 예는 붕소 중성자 포획 요법(BNCT)에서 이용하기 위한 중성자 빔의 생성을 위한 중성자 빔 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.
전압 성능은 정전 입자 가속기들에 대한 중요한 메트릭 또는 목표이다. 전압 성능은, 입자 가속기 내의 하전 입자 빔에 인가된 가속 전압이 바람직하게는 알려져 있고 제어가능하기 때문에, 출력 전압 능력 및 안정성을 광범위하게 지칭한다. 가속 전압(V)(및 따라서 빔 에너지)의 안정성은 종종 전원 출력 전류(충전 전류) ICH, 하전 입자 빔 전류 IB의 제한에 의해, 그리고 가속기 볼륨 내부의 방전 전류들 Idis의 변동들에 의해 영향을 받는다. 정상 상태 조건에서, 전류 밸런스는 다음과 같이 표현될 수 있다:
Figure pct00001
여기서 Z는 가속기 전원의 총 부하이다. Idis는 다크 전류들(dark currents)(예를 들어, 절연체를 따른 누설 전류), 코로나(corona) 및 스파크(spark) 방전들 등을 포함한다.
비교적 높은 방전 전류 크기들을 수반하는 스파크 개발의 경우, 유도된 전압 변동들은 전력 제한들로 인해 기존의 전압 안정화 회로들에 의해 잘 처리되지 않는다. 방전 전류의 크기에 따라, 가속기는 부분적인 또는 완전한 전압 브레이크다운(breakdown)을 겪을 수 있다. 가속기 전압 강하는 아마도 임계값을 초과하고, 이 임계값을 초과하면 하전 입자 빔 전송이 안전하지 않게 되고, 따라서 제어 시스템에 의해 종료된다. 그러한 액션은 빔라인 컴포넌트들(가속기로부터의 하류를 포함함)의 손상을 방지한다.
가속기의 전압 브레이크다운 이벤트 후에, 빔 전송의 재개시는 비교적 높은 전류의 빔들에 대한 사소하지 않은 작업이다. 실제로, 위의 수학식 (1)을 고려하여, 하전 입자 빔 전류 IB가 충전 전류 ICH를 극복하는 경우, 빔의 갑작스런 스위칭 온은 원하지 않는 가속기 전압 강하 또는 브레이크다운을 초래할 수 있다. 이것은, 차례로, 안전 절차들로 인해 빔을 다시 종료시킬 가능성이 있다. 따라서, 브레이크다운 복구는 비교적 높은 전류를 갖는 빔들에 대해 도전과제인데, 그 이유는 그것이 정상 상태 IB가 ICH를 초과할 가능성이 있고 시스템이 효율적으로 복구가능하지 않을 수 있기 때문이다.
본 개시내용의 실시예들은 이온 소스 동작 상태의 미세 튜닝(fine tuning)을 통해 이온 소스로부터 추출된 음의 이온 빔 전류의 점진적인 변화를 가능하게 하기 때문에, 추출된 음의 이온 빔의 빔 전류는 원활하게 변화되고 점진적으로 증가될 수 있다. 추출된 빔 전류의 매끄러운 변화들 및 점진적인 증가들은 중성자 빔 시스템 내에서의 빔 전송의 안전한 복구 및 개시를 가능하게 한다.
본 명세서에서 언급되는 바와 같이, 이온 소스를 튜닝하는 방법들은 이온 소스 하류에서 원하는 전류 크기의 이온 빔을 생성하기 위해 이온 추출 영역 근처의 플라즈마 파라미터들, 이온 소스 컴포넌트들 바이어스 및 전류, 이온 추출 및 빔 전송 광학계들의 매칭을 촉진한다. 이온 소스의 튜닝은 관련된 컴포넌트들의 파라미터들을 미리 설정하거나, 원하는 값으로부터의 빔 전류의 원하지 않는 편차를 수용하기 위해 더 복잡한 제어 논리를 이용하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 볼륨 유형(volumetric type) 이온 소스에서, 그러한 튜닝은 아크 방전 전류, 필라멘트 전류, 플라즈마 및 추출 전극 전압, 이온 소스 내로 공급되는 수소 가스의 레이트 등을 제어함으로써 달성될 수 있다.
바람직하게, 본 개시내용의 실시예들은 빔 에너지를 보존하면서 빔 시스템 내의 빔 전송의 효율적이고 안전한 동작 복구를 가능하게 한다. 특정 실시예들에서, 제안된 빔 복구 방법 동안 빔 전류만이 조정된다.
중성자 빔 시스템의 다수의 초기 상태들이 본 명세서에 설명된 동작들을 수행하기 전에 존재할 수 있지만, 중성자 빔 시스템의 초기 상태의 예들은 다음을 포함한다: a) 현재 추출되고 있는 빔이 없는 것(예를 들어, 대기 또는 개시 전), 또는 b) 탠덤 가속기에 전압이 인가되지 않는 것(예를 들어, 브레이크다운, 따라서 복구가 필요함). 본 명세서에 설명된 실시예들은 빔 전송의 "복구"를 언급할 수 있지만, 본 명세서에 설명된 동작들은 본 개시내용의 범위를 벗어나지 않고서 빔 전송의 개시에 적용될 수 있음을 알 것이다.
빔 전송의 개시는 적절하고 안전한 빔 전송을 보장하기 위해 가속기 및 빔라인 컴포넌트들 상의 인터로크들(예를 들어, 빔 전송을 종료하기 위한 전술한 트리거들)을 수반할 수 있다. DC 빔 생성의 정상 상태에서, 이러한 인터로크들은 특정 측정된 양(예를 들어, 2:2.1과 같은 주어진 MV 간격 밖의 전압 판독들)의 안전한 구역 값(safe corridor value)으로부터의 편차, 또는 주어진 임계값(예를 들어, 40 C)을 초과하는 온도에 반응하도록 설정될 수 있다. 특정 측정된 양들의 그러한 안전 간격들은 빔 및 빔라인 컴포넌트들(예를 들어, 가속기) 파라미터들의 함수들인 값들에 따라 정의될 수 있다. 안전 간격들의 함수 종속성들은 선형이 아닐 수 있고 상당히 복잡할 수 있다. 따라서, 빔라인의 동작 파라미터들을 변경하는 것은 빔라인 컴포넌트들 또는 다른 관련 장비에 대한 안전 표준들을 유지하기 위해 인터로크들의 조정을 야기할 수 있다. 그러한 접근법은 복잡한 제어 시스템을 야기하며, 매우 정교한 구현, 테스트들, 더 긴 커미셔닝 시간들(commissioning times) 및 전용 하드웨어 및 진단들을 필요로 한다.
본 개시내용의 실시예들은 제어 및 인터로크 시스템들에 대한 최소의 수정들을 가지고(또는 수정들 없이) 그리고 추가적인 하드웨어 또는 진단들 없이 DC 빔 전송을 개시함으로써 전술한 단점들 및 그 이상을 극복한다. 본 실시예들은 전체 성능(예를 들어, 빔 복구의 중요한 프로세스)으로 빔 전송을 개시하는 데 요구되는 전체 시간을 추가로 감소시킨다.
본 개시내용의 실시예들은 가변 듀티 사이클 함수를 통해 전체 전류 진폭에서 추출되는 빔에 의해 가속기의 로딩을 가능하게 한다. 가변 듀티 사이클 함수는 기간 1/f 및 시간에 따라 변할 수 있는 빔 추출의 펄스 지속기간을 포함할 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서, 제1 펄스 지속기간을 갖는 제1 펄스에 후속하는 제2 펄스의 제2 펄스 지속기간은 빔 종료 또는 다른 바람직하지 않은 컴포넌트 조건들(예를 들어, 허용가능한 전압 강하 임계값을 넘는 가속기 전압 강하)을 트리거하지 않고 제1 펄스 지속기간의 특정 백분율까지 증가할 수 있다. 즉, 특정 실시예들에서, 후속 펄스 지속기간은 선행 펄스 지속기간의 10%까지 증가할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 후속 펄스 지속기간이 증가할 수 있는 백분율은 25% 이하, 20% 이하, 15% 이하, 또는 10% 이하의 범위일 수 있다. 백분율은 빔라인 컴포넌트들 또는 애플리케이션 특정 요건들에 의존할 수 있다. 일부 실시예들에서, 각각의 연속적인 펄스는 지속기간이 증가할 수 있는 한편, 다른 실시예들에서, 증가된 지속기간을 갖는 펄스는 그 증가된 지속기간에서 연속적으로 반복될 수 있고, 그 후 펄스 지속기간의 다른 증가가 발생할 수 있다. 펄스들은 미리 결정된 횟수만큼, 또는 미리 결정된 시간의 지속기간 동안, 또는 시스템이 (예를 들어, 전압 센서 피드백에 기초하여) 충분한 양만큼 안정화되거나 복구될 때까지 반복될 수 있다. 예를 들어, 제1 지속기간을 각각 갖는 펄스들의 제1 세트는 제1 시간 주기 동안 반복될 수 있고, 다음으로, (제1 지속기간보다 긴) 동일한 제2 지속기간을 각각 갖는 펄스들의 제2 세트는 (제1 시간 기간과 동일하거나 상이한) 제2 시간 기간 동안 반복될 수 있고, 빔이 완전히 복구될 때까지 이와 같이 계속된다. 본 명세서에 설명된 실시예들은 보다 빠른 빔 복구를 가능하게 하는데, 그 이유는 빔 전송이 임의의 전류 진폭에서(예를 들어, 공칭 성능에 대응하는 빔 전류에서 조차도) 개시될 수 있기 때문이다.
도면들을 상세히 살펴보면, 도 1a는 본 개시내용의 실시예들과 함께 이용하기 위한 빔 시스템(10)의 예시적인 실시예의 개략도이다. 도 1a에서, 빔 시스템(10)은 소스(12), 저에너지 빔라인(LEBL)(14), 저에너지 빔라인(LEBL)(14)에 결합된 가속기(16), 및 가속기(16)로부터 타깃(100)으로 연장하는 고에너지 빔라인(HEBL)(18)을 포함한다. LEBL(14)은 빔을 소스(12)로부터 가속기(16)의 입력으로 전송하도록 구성되고, 가속기(16)는 차례로 LEBL(14)에 의해 전송된 빔을 가속함으로써 빔을 생성하도록 구성된다. HEBL(18)은 빔을 가속기(16)의 출력으로부터 타깃(100)으로 전달한다. 타깃(100)은 입사 빔에 의해 인가된 자극에 응답하여 원하는 결과를 생성하도록 구성된 구조일 수 있거나, 빔의 성질을 수정할 수 있다. 타깃(100)은 시스템(10)의 컴포넌트일 수 있거나, 시스템(10)에 의해 적어도 부분적으로 컨디셔닝되거나 제조되는 워크피스(workpiece)일 수 있다.
도 1b는 붕소 중성자 포획 요법(BNCT)에 이용하기 위한 중성자 빔 시스템(10)의 다른 예시적인 실시예를 도시하는 개략도이다. 여기서, 소스(12)는 이온 소스이고, 가속기(16)는 탠덤 가속기이다. 중성자 빔 시스템(10)은 하전 입자 빔 주입기의 역할을 하는 사전-가속기 시스템(20), 사전-가속기 시스템(20)에 결합된 고전압(HV) 탠덤 가속기(16), 및 탠덤 가속기(16)로부터 중성자 타깃 조립체(200) 하우징 타깃(100)(도시되지 않음)으로 연장되는 HEBL(18)을 포함한다. 이 실시예에서, 타깃(100)은 충분한 에너지의 양성자들에 의한 충격에 응답하여 중성자들을 생성하도록 구성되고, 중성자 생성 타깃으로서 지칭될 수 있다. 중성자 빔 시스템(10) 뿐만 아니라 사전-가속기 시스템(20)은 또한 본 명세서에 설명된 다른 예들과 같은 다른 응용들에 이용될 수 있으며, BNCT로 제한되지 않는다.
사전-가속기 시스템(20)은 이온 빔을 이온 소스(12)로부터 탠덤 가속기(16)의 입력(예를 들어, 입력 애퍼처)로 전송하도록 구성되고, 따라서 LEBL(14)로서도 작용한다. 탠덤 가속기(16)에 결합된 고전압 전원(42)에 의해 전력을 공급받는 탠덤 가속기(16)는 가속기(16) 내에 위치된 가속 전극들에 인가되는 전압의 2배와 대체로 동일한 에너지를 갖는 양성자 빔을 생성할 수 있다. 양성자 빔의 에너지 레벨은 가속기(16)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.
HEBL(18)은 가속기(16)의 출력으로부터 환자 치료실 내로 연장되는 빔라인의 분기(branch)(70)의 단부에 위치된 중성자 타깃 조립체(200) 내의 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, HEBL(18)은 3개의 상이한 환자 치료실 내로 연장할 수 있는 3개의 분기들(70, 80 및 90)을 포함하고, 여기서 각각의 분기는 타깃 조립체(200) 및 하류 빔 성형 장치(도시되지 않음)에서 종료할 수 있다. HEBL(18)은 펌프 챔버(51), 빔의 디포커싱(de-focusing)을 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 포함할 수 있다.
HEBL(18)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 고른 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 HEBL 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 도 1b의 우측으로 직선으로 진행한 다음, 수평 빔라인에 위치되는 사중극자 자석들(52)에 진입한다. 빔은 빌딩(building) 및 룸(room) 구성에 따라 다른 굽힘 자석(58)에 의해 필요한 각도로 후속하여 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)(예를 들어, LEBL(14))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(12)로부터 주입된 음의 이온 빔을 가속하도록 구성된다. 사전-가속기 시스템(20)은 탠덤 가속기(16)에 대해 요구되는 에너지들에 빔 입자들의 가속을 제공하고, 탠덤 가속기(16)의 입력 애퍼처 또는 입구에서 입력 애퍼처 영역과 매칭하도록 음의 이온 빔의 전체 수렴을 제공하도록 구성된다. 사전-가속기 시스템(20)은 이온 소스(12)에 대한 손상 및/또는 이온 소스의 필라멘트들에 도달하는 역류의 가능성을 감소시키기 위해 탠덤 가속기(16)로부터 사전-가속기 시스템을 통해 역류가 통과할 때 역류를 최소화하거나 디포커싱하도록 추가로 구성된다.
실시예들에서, 이온 소스(12)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 튜브(26)와 탠덤 가속기(16) 사이에 위치될 수 있고, 전원과 전기적으로 결합가능하다. 음의 이온 빔은 솔레노이드(510)를 통과해서 탠덤 가속기(16)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(16)로 이어지는 비교적 낮은 에너지 빔라인의 일부이다. 아인젤 렌즈(30)가 그 안에 위치될 수 있는 이온 소스 진공 박스(24)는 이온 소스(12)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(16)에 결합될 수 있다. 이온 소스(12)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(16)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 메커니즘에 의해 상이한 2가지 유형의 음의 이온 소스들(12)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)(예를 들어, 또는 LEBL(14))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(12)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(12)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 4a는 본 개시내용의 실시예들과 함께 이용하기 위한, 예시적인 이온 빔 소스 시스템을 도시한다. 도 4a에서, 이온 소스(12)는 이온 소스 인클로저 내에 선택적으로 하우징된다. 이온 소스(12)는 플라즈마 전극(320), 접지 렌즈(310) 및 추출 전극(330)과 같은 다수의 전극들을 포함한다. 선택적으로, 이온 소스(12)는 아인젤 렌즈(30)와 결합되고, 음의 이온 빔이 이온 소스(12)로부터 아인젤 렌즈(30), 사전-가속기 튜브(26) 및 솔레노이드(510)를 통해 탠덤 가속기(16)의 입력 애퍼처로 주입 또는 전파된다.
도 4b를 참조하면, 이온 소스(12)는 접지 렌즈(310)에서 전원 PS3의 제1 (접지된) 단자와 전기적으로 결합될 수 있고, 전원 PS3은 결국 제2 단자에서 이온 소스(12)에 전기적으로 결합된다. 접지 렌즈(310)에 대한 이온 소스(12)의 바이어싱은 이온 소스 하류의 고전류의 음의 이온 빔의 추출 및 전송을 허용한다. 일부 실시예들에서, 전원 PS3은 -30 kV의 전압을 제공할 수 있다. 자기 공간 전하(self-space charge)로 인한 고전류 음의 이온 빔의 발산은 사전-가속기 튜브(26)에서 빔을 가속함으로써 더 억제되는 반면, 솔레노이드(510)는 주입된 빔과 탠덤 가속기(16)의 입력 애퍼처의 미세 매칭을 위해 이용된다.
이온 소스(12)의 플라즈마 전극(320)은 전원 PS5에 전기적으로 결합될 수 있고, 이온 소스(12)의 추출 전극(330)은 변조기(350)에 전기적으로 결합될 수 있으며, 변조기(350)는 결국 전원 PS4에 전기적으로 결합된다. 플라즈마 전극(320)의 바이어싱은 이온 소스(12)가 원하는 전자 에너지 분포를 유지하는 것을 가능하게 하며, 따라서 추출 전극(330)을 이용하여 이온 소스(12) 내의 플라즈마 경계로부터의 음의 이온들의 더 효과적인 추출을 용이하게 한다.
추출 전극(330)이 바이어싱될 때, 접지 렌즈(310)에 의해 가속된 이온 소스(12)로부터 이온 소스(12)의 하류에 있는 주입기 컴포넌트들을 향해 음의 이온 빔이 추출된다. 추출 전극(330)이 바이어싱되지 않을 때, 음의 이온 빔은 추출되지 않는다.
위에서 논의된 바와 같이, 탠덤 가속기(16)는 그것에 결합된 고전압 전원 PS6에 의해 전력을 공급받고, 탠덤 가속기(16) 내에 위치된 가속 전극들에 인가된 전압의 2배와 대체로 동일한 에너지를 갖는 양성자 빔을 생성할 수 있다. 전원 PS6은 피드백 루프에 의해 통제될 수 있으며, 이로써 탠덤 가속기(16) 내의 전압 안정성이 유지된다. 즉, 측정 또는 제어 디바이스(360)(예를 들어, 전압계)는 탠덤 가속기(16)의 다수의 탠덤 전극(G) 양단의 전압을 모니터링할 수 있다.
가속기(16)에 공급하는 전원(예를 들어, PS6)은 그것의 출력 전압 및 전류에 대한 물리적 및 설계 관련 제한들을 가질 수 있다. 제어 회로(예를 들어, 측정 또는 제어 디바이스(360))는 또한 신호 획득 및 처리에 대해 제한된 대역폭을 가질 수 있고, 출력 전압 안정화를 위한 비례-적분-미분(proportional-integral-derivative)(PID) 루프들을 특징으로 할 수 있다. 전원(예를 들어, PS6)과 연관되는 이들 및 다른 인자들은 트리거된 이벤트들 하에서 가속기(16)에 대한 전원(예를 들어, PS6)의 응답 시간의 효과적인 증가로 이어질 수 있다. 그 결과, 가속기(16)는 10 Hz의 주파수(예를 들어, 1%의 듀티 사이클)에서 1 밀리초(ms) 미만(또는 대략 1 밀리초)의 지속기간을 갖는 빔 펄스들에 의해 쉽게 로딩될 수 있는 반면, 빔 전류는 10 밀리암페어(mA)만큼 클 수 있다. 대조적으로, 10 mA DC 빔 전송의 개시는 가속기 전압이 거의 50%만큼 떨어지게 하고 빔 종료를 트리거할 수 있다.
본 명세서의 실시예들은 가속기(16)에 공급하는 전원(예를 들어, PS6)뿐만 아니라 시간에 따라 점진적으로 증가하는 변화를 갖는 빔 듀티 사이클을 갖는 전체 성능에서 빔 전류에 의해 가속기(16)의 부하를 추진(propelling)함으로써 전원 및 가속기(16)의 파라미터들을 모니터링하는 제어 회로와 연관된 물리적 및 설계 관련 제한들을 해결한다. 가속기의 전체 성능은 (예를 들어, 환자 치료를 위한) 애플리케이션 특정 요건들에 의해 좌우될 수 있다. 일부 실시예들에서, 빔 전류는 2.7 MeV에서 15 mA이다.
도 5a 내지 도 5c는 빔 시스템(10)의 동작의 일 예시적인 실시예를 도시하는 플롯들이다. 도 5a는 (전극들에 공급하기 위한) 가속기 전원의 전압 대 시간의 플롯이다. 도 5b는 가속기(40)에 입력하기 전에 LEBL(190)에서의 빔 전류를 도시하는 플롯이고, 도 5c는 빔 소스(22)의 전류에 대한 설정 포인트를 도시하는 플롯이다. 시간 t0 전에, 가속기(40)는 의료 치료를 위해 정상적으로 동작하고, 가속기 전압은 정상 전압 VN이다. 빔 전류는 공칭 빔 전류 레벨 ILD에서 안정적이다. 시간 t0에서, 가속기 전압이 강하하게 하는 이벤트가 발생한다. 이것은 시스템(10)의 의도적인 셧다운(shut down), (예를 들어, 매우 높은 전압들이 이용되면 가속기(40) 내의 아킹(arcing)으로부터와 같은) 브레이크다운 이벤트, 또는 다른 것일 수 있다. 이 이벤트의 검출에 응답하여, 시스템(10)에 대한 제어 시스템(3001A)(도 8)은 빔의 추출을 종료하고, 전류는 0으로 떨어진다(도 5b).
제어 시스템(3001A)은 또한, 예를 들어, t0에서, 소스의 설정 포인트를 ILN으로부터 빔을 개시 또는 재시작하기에 적절한 더 낮은 전류 레벨 ILI로 변경하거나 튜닝하라는 커맨드를 빔 소스(22)에 대해 발행한다. 빔 소스(22)가 새로운 설정 포인트로 튜닝될 속도는 빔 소스의 설계 및 구현에 의존하며, 이는 실시예들에 따라 변할 것이다. 이 실시예에서, 빔 소스(22)의 역학은 새로운 설정 포인트로 수정하기 위한 시간을 필요로 하고, 빔 소스(22)는 시간 t2에서 또는 그 전에 새로운 설정 포인트에 도달한다. 빔 소스(22)를 튜닝하는 것은 가속기 전압을 VN으로 증가시키기 전에, 그 동안에(동시에), 또는 그 후에 발생할 수 있다.
빔 소스(22)를 튜닝하는 프로세스는 소스(22)의 빔 또는 이온 추출 영역 근처에서 플라즈마 밀도와 같은 플라즈마 파라미터들을 매칭시켜, 플라즈마가 요청된 전류에서의 이온 빔의 신뢰가능한 추출을 용이하게 하기에 충분하도록 하는 작업을 포함할 수 있다. 튜닝은 추출된 이온 빔에 대한 파라미터들(예를 들어, 에너지, 정렬, 초점 거리)을 하류 빔 전송 광학계와 매칭시켜 손실을 최소화하는 작업을 더 포함할 수 있다. 이온 소스 컴포넌트들의 제어가능한 설정들을 조정함으로써 튜닝이 수행될 수 있다. 예를 들어, 튜닝은 소스의 아크 방전 전류를 제어 또는 조정하는 것, 소스의 필라멘트 전류를 조정하는 것, 플라즈마 전극 전압을 조정하는 것, 추출 전극 전압을 조정하는 것, 및/또는 소스(22)로 공급되는 수소 가스의 레이트를 조정하는 것을 포함할 수 있다.
시스템(10)을 재시작하기 위한 결정이 이루어진 후에, 시간 tR에서 제어 시스템(3001A)은 바이어스 전압이 가속기(40)의 전극들에 인가되게 하고, 가속기 전압은 VN을 향해 증가하여, 시간 t1에서 그 레벨에 도달한다. 시간 t2에서, 제어 시스템(3001A)은 (예를 들어, 소스(22)의 추출 전극을 바이어싱함으로써) ILI 설정 포인트에서 빔 추출이 시작되게 할 수 있고, 빔 전류는 ILI로 상승한다. 가속기(40)를 통한 빔의 즉각적인 전파는 크기 VD를 갖는 과도 가속기 전압 강하(501)를 초래한다. 더 높은 ILI 레벨이 더 높은 VD를 야기하도록, ILI와 VD의 크기들 사이에 직접적인 관계가 존재한다.
가속기 전압의 변동은 빔 에너지의 변동으로 변환되고, 이는 결국 최적 축으로부터의 편향으로 변환된다. 축으로부터의 오정렬 시에 빔을 재조정하기 위해 빔 광학계들이 시스템(10) 내에 존재하지만, 이 광학계들은 오정렬을 검출하고 응답하는 데 종종 짧은 시간이 걸린다. 비교적 높은 빔 전류들에서, 심지어 짧은 오정렬이 빔 시스템 컴포넌트들에 손상을 야기 수 있다. 따라서, ILO는 빔은 오정렬되는 시간에서의 손상을 피하기 위해 비교적 낮은 레벨로 유지되는 것이 바람직하다.
이러한 예시적인 실시예들에서, ILI의 크기는 과도 전압 강하 VD(및 따라서 편향의 정도)가 임계값 VT 내에 유지되는 것을 보장하도록 선택될 수 있다. 달리 말하면, ILI의 크기는 가속기 전압이 특정 ILI 레벨에서 시스템(10)에 대한 손상을 피하기 위해 허용되는 최소 전압(VM) 위의 레벨로 강하되도록 될 수 있다. 임계값은 선택된 ILI에 대한 빔 축에서 벗어난 빔의 최대 허용가능한 편향 시간에 대응한다. 이것은 빔 전류의 크기뿐만 아니라, 빔 축에서 벗어난 편향을 검출하고 보상하기 위해 빔 광학계 컴포넌트들(예를 들어, 자기 요소들)에 의해 요구되는 시간을 고려한다(더 약한 빔은 손상을 야기하기 전에 비교적 더 긴 시간 동안 축에서 벗어날 수 있다). 임계값은 빔 시스템의 다양한 컴포넌트들의 조정 응답 시간에 대응할 수 있다. 탠덤 가속기 하류의 빔라인 파라미터들에 따라, 빔 에너지의 특정의 작은 변동들은 축으로부터의 작은 빔 편차로 인한 빔라인 손상을 야기하기에 충분하지 않거나, 피드백 신호에 기초하여 활성 이온 광학계를 이용함으로써 보상될 수 있다.
시간 t3에서, 가속기 전압은 공칭 레벨 VN으로 복귀했고, 제어 시스템(3001A)은 빔 소스(22)를 공칭 빔 전류 레벨 ILN(도 5c)으로 튜닝하라는 커맨드를 발행한다. 이 실시예에서, 빔 소스(22)는 시간 t3에서 t4까지 ILN에 대한 빔 전류를 점진적으로 증가시킴으로써 응답한다. 이 점진적인 증가는 임계값 VT 내에 유지되는 다른 과도 전압 강하(502)에 대응한다. 일부 실시예들에서, 소스(22)가 계단 함수 방식(step function manner)으로 점진적으로 증가 또는 증가하게 하기 위해 계속 증가하는 레벨들에서의 설정 포인트 조정들을 위한 다수의 순차적인 커맨드들이 발행될 수 있다. 시간 t4에서, 가속기 전압 및 빔 전류 둘다는 치료를 위해 공칭 레벨들로 복귀했고, 시스템(10)은 완전히 복구되거나 개시되었다. 일부 실시예들에서, 시스템(10)은 과도 전압 강하가 VT 내에 유지되도록 제어되고 비교적 느린 레이트로 빔 전류를 0으로부터 ILN으로 증가시킬 수 있다.
도 5d는 램프 업 절차 tR'의 개시가 도 5a의 실시예의 tR보다 이른 시간에 시작하는 다른 예시적인 실시예에 대한 가속기 전압을 도시한다. 여기서, tR'은 t0에서의 초기 이벤트로부터의 전압 강하가 여전히 진행 중이고 아직 0에 도달하지 않았을 때 발생한다. 이와 같이, 가속기 전압을 VN까지 램프 업하는 시간이 감소되고, 시스템(10)은 도 5a의 t4보다 훨씬 더 빠르게 t4'에서 공칭 조건들로 복귀할 수 있다. 즉, tR에서의 시프트는 t4에서의 훨씬 더 큰 시프트에 대응할 수 있고, 따라서 시스템(10)은 공칭 치료 조건들로 더 빠르게 복귀할 수 있다.
도 6a 내지 도 6d는 본 개시내용의 실시예들과 함께 이용하기 위한, 빔 전송 복구 및/또는 개시를 위한 도 5a 내지 도 5d의 예시적인 실시예의 구현을 나타내는 데이터를 도시하는 플롯이다. 도 6a는 전원에 의해 공급되는 가속기의 전극들 상의 전압을 도시하고, 도 6b는 가속기 전원의 충전 전류(ICH)를 도시하고, 도 6c는 가속기(40)로의 입력 이전의 LEBL(190)에서의 음의 이온 빔 전류를 도시하고, 도 6d는 가속기(40)로부터의 출력 이후의 HEBL(50)에서의 양성자 빔 전류를 도시한다. 시간들 t2, t3 및 t4가 도 6a 내지 도 6d에서 라벨링되고, 도 5a 내지 도 5c와 관련하여 설명된 시간들에 대응한다.
여기서, 시간 t2 전에, 가속기 전압은 공칭 레벨 VN에 있고, 빔은 오프이다. 시간 t2 전에, 빔 소스(22)는 이 실시예에서 대략적으로 1 밀리암페어(mA)인 ILI로 튜닝된다. 시간 t2에서, 빔은 ILI에서 추출되고, 가속기(40)는 과도 전압 강하(501)를 겪으며, 전원 전류는 ILI보다 큰 대략적으로 2 mA의 정상 상태 레벨(ISS)로 상승하기 전에 잠시 강하한다. 시간 t3에서, 가속기는 VN에 도달했고, 빔 소스(22)에 대한 설정 포인트는 ILN으로 수정되며, 이 포인트에서 대략적으로 10 mA인 ILN에 도달할 때까지 빔 전류의 점진적인 증가가 발생한다(도 6c). 이와 동시에, 가속기 전압은 제2 과도 강하(502)를 겪는다. 강하들(501 또는 502) 중 어느 것도 가속기 전압이 VM 아래로 떨어지게 하지 않는다. 가속 및 양성자 빔으로의 변환 후에, 빔 전류는 대략적으로 7 mA가 된다(도 6d).
도 7은 빔 시스템에서 빔 전송을 개시하는 방법(700)의 예시적인 실시예를 도시하는 흐름도이다. 701에서, 가속기 시스템의 하나 이상의 전극에 대한 바이어스 전압은 제1 전압 레벨(예를 들어, 공칭 전압 VN)로 증가된다. 702에서, 제1 빔 전류 레벨(예를 들어, ILI)에서 빔 소스로부터 하전 입자 빔이 추출된다(또는 그렇지 않은 경우 전파된다). 제1 빔 전류 레벨은 가속기 시스템의 제1 과도 전압 강하(VD)를 야기하며, 제1 과도 전압 강하는 임계값(VT) 내에 있다. 가속기 전압은 제1 빔 전류 레벨에 대한 최소 허용가능한 전압(VM) 아래로 떨어지지 않는다. 703에서, 빔 전류는 가속기 시스템이 하나 이상의 후속 과도 전압 강하가 임계값 내에 있는 제2 빔 전류 레벨(예를 들어, ILN)에 도달할 때까지 가속기 시스템의 하나 이상의 후속 과도 전압 강하를 초래하는 레이트로 증가된다.
도 6a의 예시적인 실시예에서, 임계값(VN - VM)은 대략적으로 1 mA의 빔 전류에 대해 대략적으로 70 킬로볼트(kV)이다. 임계값은 빔 전류의 크기, 축에서 벗어날 때 빔의 충격에 대한 시스템(10)의 복원력, 빔 오정렬이 검출될 수 있는 속도, 및 오정렬이 정정될 수 있는 속도에 기초하여 변할 수 있고 변할 것이다.
ILI의 크기는 ILN보다 낮은 임의의 전류 값 및 특정 응용의 요구들을 충족시키는 정상 상태 충전 전류 ISS일 수 있다. 예를 들어, 도 6c의 실시예에서, ILI는 1 밀리암페어(mA)이고, ISS는 2 mA이고, ILN은 대략적으로 10 mA이지만, 양쪽 값들은 변할 수 있다. 일부 실시예들에서, ILI의 크기는 ISS의 값의 0.01 내지 75 %이다.
도 8a 및 도 8b는 예시적인 빔 시스템(10) 내에서의 빔 추출을 위한 펄스 시퀀스들의 예시적인 실시예들을 도시하는 플롯들이다. 예시적인 빔 동작은 빔 추출 트리거 시퀀스 및 주어진 듀티 사이클 함수에 따라 빔을 추출하는 것을 포함한다. 빔 추출 트리거 시퀀스는 소스(12)가 원하는 전류 크기를 갖는 빔을 출력할 준비가 되도록 빔 소스의 설정 포인트를 원하는 전류 레벨로 변경하기 위한 제1 커맨드의 제어 시스템(예를 들어, 3001A)에 의한 발행을 포함할 수 있다. 그 후 제어 시스템(예를 들어, 3001A)은 (예를 들어, 제2 커맨드를 발행하는 것에 의해) 가속기(16)의 전극들에 바이어스 전압이 인가되게 할 수 있고, 가속기 전압은 VN(예를 들어, 가속기의 공칭 전압 또는 원하는 동작 전압)을 향해 증가한다. 제어 시스템(3001A)은 이어서 (예를 들어, 제3 커맨드를 발행하는 것에 의해) 빔 추출이 (예를 들어, 소스(12)의 추출 전극을 바이어싱하는 것에 의해) 시작되게 할 수 있다. 도 8a 및 도 8b는 빔 추출 트리거를 지칭하고, 빔 추출 트리거는 본 명세서에서의 실시예들에 따른 빔의 추출을 개시 및/또는 야기하기 위해 앞서 언급된 커맨드들의 시퀀스를 포함할 수 있다.
빔 추출 트리거 시퀀스는 주어진 듀티 사이클 함수를 따를 수 있다. 듀티 사이클 함수는 기간 1/f(예를 들어, 그에 따라 빔 또는 펄스가 추출될 수 있음), 시간에 따라 증가하는 펄스 지속기간(예를 들어, 빔 펄스가 추출되는 지속기간), 또는 둘다를 포함할 수 있다. 즉, 제어 시스템(예를 들어, 도 8a 및 도 8b에 도시되지 않은 3001A)은 특정된 시간들에서 빔 추출을 야기시키는 하나 이상의 커맨드를 발행하도록 구성(예를 들어, 프로그래밍)될 수 있다. 도 8a의 예시적인 실시예에서, 제1 펄스(501)는 시간 0에서 추출된다. 빔 추출은, 예를 들어, 제어 시스템(3001A)에 의해 발행된 하나 이상의 커맨드의 결과로서, 빔 추출이 중단되거나 종료되기 전에 제1 펄스 지속기간 동안 계속될 수 있다. 제어 시스템(3001A)은 이어서 제1 펄스 지속기간보다 긴 제2 펄스 지속기간 동안 시간 1/f에서 빔 추출을 야기하는 하나 이상의 커맨드를 발행할 수 있다. 제2 펄스 지속기간은 빔 추출을 중단하기 위해 제어 시스템(3001A)에 의해 발행된 하나 이상의 커맨드의 결과로서 종료될 수 있다. 제어 시스템(3001A)은 이어서 제2 펄스 지속기간뿐만 아니라 제1 펄스 지속기간보다 긴 제3 펄스 지속기간 시간 동안 시간 2/f에서 빔 추출을 야기하는 하나 이상의 커맨드를 발행할 수 있다. 제3 펄스 지속기간은 빔 추출을 중단하기 위해 제어 시스템(3001A)에 의해 발행된 하나 이상의 커맨드의 결과로서 종료될 수 있다. 제어 시스템(3001A)은 이어서 제3 펄스 지속기간, 제2 펄스 지속기간, 및 제1 펄스 지속기간 각각보다 긴 제4 펄스 지속기간 시간 동안 시간 3/f에서 빔 추출을 야기하는 하나 이상의 커맨드를 발행할 수 있다. 제4 펄스 지속기간은 빔 추출을 중단하기 위해 제어 시스템(3001A)에 의해 발행된 하나 이상의 커맨드의 결과로서 종료될 수 있다. 제어 시스템(3001A)은 이어서 제4 펄스 지속기간, 제3 펄스 지속기간, 제2 펄스 지속기간, 및 제1 펄스 지속기간 각각보다 긴 제5 펄스 지속기간 시간 동안 시간 4/f에서 빔 추출을 야기하는 하나 이상의 커맨드를 발행할 수 있다. 예시적인 동작들은 N번째 추출 신호가 개시되어 DC 빔(510)을 형성할 때까지 계속될 수 있고, 여기서 N은 수이고 특정 실시예에 따라 설정될 수 있다(예를 들어, N은 5, 50, 500, 5000 등일 수 있음).
도 8a는 펄스 지속기간이 각각의 연속적인 펄스와 함께 증가되는 실시예를 도시한다. 다른 실시예들은 달라질 수 있다. 도 8b는 펄스들이 다음 증가 전에 특정 지속기간에서 반복되는 예시적인 실시예를 도시한다. 여기서, 펄스들(501-1 내지 501-3)의 제1 세트(551)가 추출되고, 여기서 각각의 펄스는 동일한 지속기간을 갖는다. 그 다음, 펄스들(501-4 내지 501-6)의 제2 세트(552)가 추출되고, 여기서 각각의 펄스는 다시 동일한 지속기간을 갖지만, 지속기간은 제1 세트(551)의 펄스 지속기간들보다 길다. 그 다음, 여전히 더 긴 지속기간 펄스들(501-7 내지 501-9)의 제3 세트(553)가 추출되고, 훨씬 더 긴 펄스들(501-10 내지 501-12)의 제4 세트(554)가 후속된다. 이 프로세스는 DC 빔 형성이 발생할 때까지 연속적으로 증가하는 펄스 지속기간의 세트들로 계속될 수 있다. 이 실시예에서, 각각의 세트는 3개의 펄스들을 포함하지만, 세트들은 서로 동일하거나 상이한 다른 펄스 카운트들을 가질 수 있다. 세트에 대한 시간 기간은 펄스 카운트(예를 들어, 세트는 미리 결정된 펄스 카운트에 도달할 때까지 계속됨) 또는 경과 시간(예를 들어, 세트는 미리 결정된 시간이 경과될 때까지 계속됨)에 기초하여 미리 결정(예를 들어, 미리 프로그래밍)될 수 있다. 세트는 시스템으로부터의 피드백에 기초하여 동적으로 종료될 수 있는데, 예를 들어, 세트는 가속기 전압 레벨들이 제어 시스템에 대한 감지된 피드백에 기초하여 안정화될 때까지 계속될 수 있다. 다른 실시예들에서, 시스템은 시스템 안정성을 모니터링하는 동안, 그리고 부하 또는 불안정성(예를 들어, 최소 임계값 미만의 전압)을 감지할 시에 도 8a의 실시예와 같이 연속적으로 증가된 지속기간 펄스들을 이용하여 빔 추출을 시작할 수 있고, 동일한 것의 펄스들이 그러한 부하가 완화되거나 불안정성이 해결될 때까지(또는 미리 결정된 시간 또는 카운트에 도달할 때까지) 반복되는 도 8b의 그것과 같은 실시예로 천이할 수 있고, 이어서 시스템은 연속적으로 증가하는 지속기간의 펄스들로 다시 천이할 수 있다(도 8a). 일부 실시예들에서, 부하 또는 불안정성의 감지 시에, 시스템은 펄스 지속기간 증가가 진행할 수 있는 그러한 시간까지 더 짧은 지속기간의 펄스들로 복귀할 수 있다.
도 9는 본 개시내용의 실시예들과 함께 이용하기 위한 예시적인 듀티 사이클 함수를 도시하는 플롯이다. 예를 들어, 도 9에서, (예를 들어, 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이) 빔 동작에 이용하기 위한 듀티 사이클들은 선형 또는 비선형 함수를 포함할 수 있다. 도 9에서, 제1 함수 x(610)(예를 들어, 파선으로 표시됨)는 듀티 사이클을 계산하거나 생성할 수 있는 선형 함수일 수 있다. 대안적인 또는 제2 함수
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(620)(예를 들어, 실선으로 표현됨)는 듀티 사이클을 계산하거나 생성할 수 있는 비선형 함수일 수 있다. 듀티 사이클은 가속기(16)에 대한 전원(예를 들어, PS6)에 따라 선택 또는 튜닝될 수 있음을 이해할 것이다. 듀티 사이클 함수를 결정하기 위한 기준의 예들은 출력 전압을 특정 범위(예를 들어, 안전한 또는 안전 구역) 내에서 유지하는 가속기 전원의 능력을 포함할 수 있다. 예들에서, 가속기 전원이 펄스 빔에 의해 유도된 부하 증가를 검출하기 시작할 때 듀티 사이클의 변동 레이트를 늦추는 것이 바람직할 수 있다.
도 10은 본 개시내용의 실시예들이 동작할 수 있는 예시적인 시스템을 도시하는 블록도이다. 예를 들어, 도시된 예시적인 시스템은 빔 시스템(10) 및 하나 이상의 컴퓨팅 디바이스(3002)를 포함한다. 실시예들에서, 빔 시스템(10)은 예시적인 중성자 빔 시스템(예를 들어, 상기의 시스템(10))의 일부일 수 있다. 그러한 실시예들에서, 빔 시스템(10)은 하나 이상의 컴퓨팅 디바이스(3002)가 빔 시스템(10)(예를 들어, 중성자 빔 시스템(10))의 시스템들 및 컴포넌트들과 상호작용하기 위해 통신할 수 있는 하나 이상의 제어 시스템(3001A)을 이용할 수 있다. 이러한 디바이스들 및/또는 시스템들 각각은 서로 직접 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 컴퓨터일 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, 빔 시스템(10)과 통신하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 사용자는, 빔 시스템(3001)과 통신하도록 구성되는, 컴퓨팅 디바이스(3002) 상의 데스크톱 애플리케이션을 실행할 수 있다.
컴퓨팅 디바이스(3002)를 이용하여 빔 시스템(3001)과 통신함으로써, 사용자는 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 컴포넌트들(3005)에 대한 동작 파라미터들(예를 들어, 동작 전압들 등)을 제공할 수 있다. 실시예들에서, 빔 시스템(10)은 빔 시스템(10)이 컴퓨팅 디바이스(3002)로부터 동작 파라미터들을 수신하고 적용할 수 있는 제어 시스템(3001A)을 포함할 수 있다.
제어 시스템(3001A)은 빔 시스템(10)의 컴포넌트들(3005) 및 모니터링 디바이스들(3003)로부터 측정들, 신호들, 또는 다른 데이터를 수신하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제어 시스템(3001A)은 빔 시스템(3001)을 통과하는 빔의 동작 조건들 및/또는 위치를 나타내는 신호들을 하나 이상의 모니터링 디바이스(3003)로부터 수신할 수 있다. 제어 시스템(3001A)은, 빔 시스템을 통과하는 빔의 동작 조건들 및/또는 위치에 따라, 본 명세서에 설명된 방법들에 따른 하나 이상의 빔 라인 컴포넌트(3005)의 입력들에 대한 조정들을 제공할 수 있다. 제어 시스템(3001A)은 또한 모니터링 디바이스들(3003)을 포함하는 빔 시스템(10)의 컴포넌트들 중 임의의 것으로부터 수집된 정보를 컴퓨팅 디바이스(3002)에 직접 또는 통신 네트워크(3004)를 통해 제공할 수 있다.
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 시스템(3001A)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) 중 특정의 것은 유사한 하드웨어를 포함할 수 있음을 또한 이해해야 한다. 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. 따라서, 장치의 컴포넌트들과 관련하여 본 명세서에서 이용되는 바와 같은 "디바이스" 및/또는 "회로"라는 용어들의 이용은 본 명세서에서 설명되는 바와 같이, 특정 디바이스와 연관된 기능들을 수행하기 위한 소프트웨어로 구성된 특정 하드웨어를 포함할 수 있다.
용어들 "디바이스" 및/또는 "회로"는 하드웨어를 포함하는 것으로 넓게 이해되어야 하고, 일부 실시예들에서, 디바이스 및/또는 회로는 또한 하드웨어를 구성하기 위한 소프트웨어를 포함할 수 있다. 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, 메모리는 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, 프로세서는 하드-코딩된 기능을 실행하도록 구성될 수 있다. 이와 같이, 하드웨어 또는 소프트웨어 방법들에 의해, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합에 의해 구성되든지 간에, 프로세서는 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 디바이스 또는 회로와 같은 임의의 수단일 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.
이해하게 될 바와 같이, 임의의 그러한 컴퓨터 프로그램 명령어들 및/또는 다른 유형의 코드는 머신을 생성하기 위해 컴퓨터, 프로세서, 또는 다른 프로그램가능 장치의 회로에 로딩될 수 있으며, 따라서 머신 상에서 코드를 실행하는 컴퓨터, 프로세서, 또는 다른 프로그램가능 회로는 본 명세서에서 설명된 것들을 포함하는 다양한 기능들을 구현하기 위한 수단을 생성한다.
전술한 바와 같이 그리고 본 개시내용에 기초하여 이해하게 될 바와 같이, 본 개시내용의 실시예들은 시스템들, 방법들, 모바일 디바이스들, 백엔드 네트워크 디바이스들 등으로서 구성될 수 있다. 따라서, 실시예들은 전적으로 하드웨어 또는 소프트웨어와 하드웨어의 임의의 조합을 포함하는 다양한 수단을 포함할 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 하나 이상의 프로세서, 마이크로프로세서, 제어기, 및/또는 마이크로제어기를 포함할 수 있고, 그 각각은 개별 칩일 수 있거나, 다수의 상이한 칩들(및 그 일부) 사이에서 분산될 수 있다. 본 개시내용의 실시예들과 함께 이용하기 위한 처리 회로는 본 개시내용의 실시예들과 함께 이용하기 위한 처리 회로의 하드웨어 및/또는 소프트웨어로 구현될 수 있는 디지털 신호 프로세서를 포함할 수 있다. 본 개시내용의 실시예들과 함께 이용하기 위한 처리 회로는 본 명세서의 도면들의 다른 컴포넌트들과 통신가능하게 결합될 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 비일시적일 수 있고, 휘발성(예를 들어, RAM 등) 및/또는 비휘발성 메모리(예를 들어, ROM, 플래시 메모리, F-RAM 등)일 수 있다.
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.
일부 실시예들에서, 탠덤 가속기 시스템을 위한 빔 전송을 개시하는 방법은 탠덤 가속기 시스템의 하나 이상의 전극을 제1 전압 레벨로 바이어싱하는 단계를 포함한다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 방법은 빔 소스로부터 하전 입자 빔을 추출하여 하전 입자 빔이 탠덤 가속기 시스템을 통해 전송되도록 하는 단계를 더 포함한다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 하전 입자 빔은 임계값 내에서 탠덤 가속기 시스템의 제1 과도 전압 강하를 초래하는 제1 빔 전류 레벨의 빔 전류를 갖는다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 방법은 빔 전류가 제2 빔 전류 레벨에 도달할 때까지 탠덤 가속기 시스템의 하나 이상의 후속 과도 전압 강하를 초래하는 레이트로 빔 전류를 증가시키는 단계를 더 포함한다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 하나 이상의 후속 과도 전압 강하는 임계값 내에 있다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 임계값은 최대 빔 편향 시간 미만인 빔 축에서 벗어난 하전 입자 빔의 빔 편향 시간에 대응한다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 임계값은 탠덤 가속기 시스템이 그 안에 위치하는 빔 시스템의 빔 광학계의 조정 응답 시간에 대응한다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 방법은 제1 빔 전류 레벨에서의 빔 전류를 갖는 하전 입자 빔을 제공하기 위해 빔 소스를 튜닝하는 단계를 더 포함한다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 빔 소스는 하전 입자 빔을 추출하기 전에 튜닝된다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 하전 입자 빔을 추출하는 단계는 빔 소스가 튜닝된다고 결정 시에 추출 전극을 바이어싱하는 단계를 포함한다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 빔 소스를 튜닝하는 단계는 제1 빔 전류 레벨에서 동작하라는 커맨드를 빔 소스에 전송하는 단계를 포함한다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 빔 소스를 튜닝하는 단계는 탠덤 가속기 시스템의 하나 이상의 전극을 제1 전압 레벨로 바이어싱하기 전에 수행된다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 빔 전류를 증가시키는 단계는 제2 빔 전류 레벨에서 동작하라는 커맨드를 빔 소스에 전송하는 단계를 포함한다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 빔 소스는 이온 소스이다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 이온 소스를 튜닝하는 단계는 플라즈마가 요청된 전류에서의 이온 빔의 신뢰가능한 추출을 용이하게 하기에 충분하도록, 이온 추출 영역 근처에서 플라즈마 파라미터들 중 하나 이상을 매칭시키는 단계를 포함한다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 이온 소스는 볼륨 유형 이온 소스를 포함한다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 이온 소스를 튜닝하는 단계는 아크 방전 전류, 필라멘트 전류, 플라즈마 전극 전압, 추출 전극 전압, 또는 이온 소스 내로 공급되는 수소 가스의 레이트를 제어하는 것 중 하나 이상을 제어하는 단계를 포함한다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 하전 입자 빔을 추출하는 단계는 탠덤 가속기 시스템의 하나 이상의 전극이 제1 전압 레벨에 도달한 후에 수행된다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 빔 소스는 하전 입자 빔을 탠덤 가속기 시스템에 제공하도록 구성되고, 탠덤 가속기 시스템은 빔 소스의 하류에 위치된다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 빔 소스는 음의 수소 이온 빔을 생성하도록 구성된다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 빔 소스는 비-세시에이트된(non-cesiated) 이온 소스를 포함한다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 탠덤 가속기 시스템은 제1 세트의 전극들, 전하 교환 디바이스, 및 제2 세트의 전극들을 포함한다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 탠덤 가속기 시스템의 하나 이상의 전극을 제1 전압 레벨로 바이어싱하는 단계는 제1 세트의 전극들 및 제2 세트의 전극들을 바이어싱하는 단계를 포함한다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 하전 입자 빔은 음의 이온 빔이고, 제1 세트의 전극들은 사전-가속기 시스템으로부터의 음의 이온 빔을 가속시키도록 구성되고, 전하 교환 디바이스는 음의 이온 빔을 양의 빔으로 변환하도록 구성되고, 제2 세트의 전극들은 양의 빔을 가속시키도록 구성된다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 방법은 타깃 디바이스를 이용하여 양의 빔으로부터 중성 빔(neutral beam)을 형성하는 단계를 더 포함한다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 방법은 빔 소스로부터 사전-가속기 시스템을 통해 탠덤 가속기 시스템으로 전파될 때 사전-가속기 시스템을 이용하여 하전 입자 빔을 가속시키는 단계를 더 포함한다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 방법은 탠덤 가속기 시스템의 하나 이상의 전극을 제1 전압 레벨로 바이어싱하기 전에 탠덤 가속기 시스템에서의 브레이크다운 이벤트의 결과로서 탠덤 가속기 시스템의 하나 이상의 전극에 대한 바이어스를 감소시키는 단계를 더 포함한다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 방법은 탠덤 가속기 시스템의 하나 이상의 전극을 제1 전압 레벨로 바이어싱하기 전에 탠덤 가속기 시스템을 재시작하기로 결정하는 단계를 더 포함한다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 제1 빔 전류 레벨은 탠덤 가속기 시스템에 대한 정상 상태 충전 전류의 0.01 내지 75 %의 범위에 있다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 제2 빔 전류 레벨은 공칭 치료 레벨이다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 하전 입자 빔은 음의 이온 빔이다.
일부 실시예들에서, 빔 시스템은 빔 소스, 제1 전압 레벨로 바이어싱되도록 구성된 하나 이상의 전극을 포함하는 탠덤 가속기 시스템, 및 제어 시스템을 포함한다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 제어 시스템은 임계값 내에서의 탠덤 가속기 시스템의 제1 과도 전압 강하에 대응하는 제1 빔 전류 레벨에서의 빔 전류를 갖는 하전 입자 빔을 생성하기 위해 빔 소스를 제어하도록 구성된다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 제어 시스템은 빔 전류가 제2 빔 전류 레벨에 도달할 때까지 탠덤 가속기 시스템의 하나 이상의 후속 과도 전압 강하를 초래하는 레이트로 빔 전류를 증가시키기 위해 빔 소스를 제어하도록 추가로 구성된다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 하나 이상의 후속 과도 전압 강하는 임계값 내에 있다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 임계값은 최대 빔 편향 시간 미만인 빔 축에서 벗어난 하전 입자 빔의 빔 편향 시간에 대응한다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 임계값은 빔 시스템의 빔 광학계의 조정 응답 시간에 대응한다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 제어 시스템은 빔 소스를 제1 빔 전류 레벨로 튜닝하고, 하전 입자 빔이 제1 빔 전류 레벨에서의 빔 전류로 빔 소스로부터 추출되게 하도록 추가로 구성된다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 제어 시스템은 하전 입자 빔이 빔 소스로부터 추출되게 하면서 빔 소스를 제2 빔 전류 레벨로 튜닝하도록 추가로 구성된다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 빔 소스는 추출 전극을 포함한다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 빔 소스는 볼륨 유형 이온 소스이고, 제어 시스템은 아크 방전 전류, 필라멘트 전류, 플라즈마 전극 전압, 추출 전극 전압, 또는 빔 소스에 공급되는 수소 가스의 레이트 중 하나 이상을 제어하도록 구성된다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 제어 시스템은 탠덤 가속기 시스템의 하나 이상의 전극의 바이어싱을 제어하도록 추가로 구성된다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 제어 시스템은 (a) 탠덤 가속기 시스템의 하나 이상의 전극에 대한 바이어스가 제1 전압 레벨로 증가되게 하고, (b) 빔 소스가 (a)와 동시에 제1 빔 전류 레벨로 튜닝되게 하도록 추가로 구성된다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 제어 시스템은 (a) 탠덤 가속기 시스템의 하나 이상의 전극에 대한 바이어스가 제1 전압 레벨로 증가되게 하고, (b) 하나 이상의 전극에 대한 바이어스가 제1 전압 레벨에 도달한 후에 빔 소스가 제1 빔 전류 레벨로 튜닝되게 하도록 추가로 구성된다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 제어 시스템은 (a) 빔 소스가 제1 빔 전류 레벨로 튜닝되게 하고, (b) 빔 소스가 제1 빔 전류 레벨로 튜닝된 후에 탠덤 가속기 시스템의 하나 이상의 전극에 대한 바이어스가 제1 전압 레벨로 증가되게 하도록 추가로 구성된다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 빔 소스는 비-세시에이트된 이온 소스를 포함한다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 탠덤 가속기 시스템은 제1 세트의 전극들, 전하 교환 디바이스, 및 제2 세트의 전극들을 포함한다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 하전 입자 빔은 음의 이온 빔이고, 제1 세트의 전극들은 사전-가속기 시스템으로부터의 하전 입자 빔을 가속시키도록 구성되고, 전하 교환 디바이스는 음의 이온 빔을 양의 빔으로 변환하도록 구성되고, 제2 세트의 전극들은 양의 빔을 가속시키도록 구성된다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 빔 시스템은 탠덤 가속기 시스템으로부터 수신된 양의 빔으로부터 중성 빔을 형성하도록 구성된 타깃 디바이스를 더 포함한다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 빔 시스템은 빔 소스로부터 탠덤 가속기 시스템으로 전파될 때 하전 입자 빔을 가속시키도록 구성된 사전-가속기 시스템을 더 포함한다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 제어 시스템은 탠덤 가속기 시스템의 하나 이상의 전극의 바이어스를 제1 전압 레벨로 증가시키기 전에 탠덤 가속기 시스템에서의 브레이크다운 이벤트의 결과로서 탠덤 가속기 시스템의 하나 이상의 전극에 인가되는 바이어스가 감소되게 하도록 추가로 구성된다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 제어 시스템은 탠덤 가속기 시스템의 하나 이상의 전극의 바이어스를 제1 전압 레벨로 증가시키기 전에 탠덤 가속기 시스템을 재시작하기로 결정하도록 추가로 구성된다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 제1 빔 전류 레벨은 탠덤 가속기 시스템에 대한 정상 상태 충전 전류의 0.01 내지 75 %의 범위에 있다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 제2 빔 전류 레벨은 공칭 치료 레벨이다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 하전 입자 빔은 음의 이온 빔이다.
많은 실시예들에서, 빔 시스템에 대한 빔 전송을 변조하는 방법은 가속기 시스템의 하나 이상의 전극을 전압 레벨로 바이어싱하는 단계, 및 빔 소스로부터 하전 입자 빔 펄스들을 선택적으로 추출하여 하전 입자 빔 펄스들이 가속기 시스템을 통해 전송되고 시간 경과에 따라 지속기간이 증가하도록 하는 단계를 포함한다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 하전 입자 빔 펄스들은 선형 및/또는 비선형인 듀티 사이클 함수에 따라 추출된다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 듀티 사이클 함수는 하전 입자 빔에 의해 유도된 검출된 부하 증가에 응답하여 조정가능하다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 하전 입자 빔 펄스들은 고정된 또는 가변 주파수일 수 있는 주파수 f에서 추출된다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 듀티 사이클 함수는 증가하는 펄스 지속기간들의 연속적인 하전 입자 빔 펄스들에 대응한다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 하전 입자 빔 펄스의 각각의 연속적인 추출은 직전의 하전 입자 빔 펄스보다 긴 지속기간 동안이다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 제1 하전 입자 빔 펄스는 제1 펄스 지속기간 동안 제1 시간 1/f에서 추출되고, 제2 하전 입자 빔 펄스는 제2 펄스 지속기간 동안 제2 시간 2/f에서 추출된다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 제2 펄스 지속기간은 제1 펄스 지속기간보다 크다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 제1 세트의 하전 입자 빔 펄스들이 추출되고, 제2 세트의 하전 입자 빔 펄스들이 후속된다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 제1 세트에서의 각각의 펄스는 제1 지속기간을 갖고, 제2 세트에서의 각각의 펄스는 제1 지속기간보다 긴 제2 지속기간을 갖는다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 제2 세트의 하전 입자 빔 펄스들은 제1 세트에서의 미리 결정된 수의 하전 입자 빔 펄스들이 추출된 후에 시작된다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 제2 세트의 하전 입자 빔 펄스들은 제1 세트의 하전 입자 빔 펄스들이 추출되는 미리 결정된 시간의 만료 후에 시작된다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 방법은 제1 세트의 하전 입자 펄스들을 추출하는 동안 부하 또는 불안정성을 감지하는 단계, 및 감지된 부하 또는 불안정성의 해결 후에 제2 세트의 하전 입자 펄스들을 추출하는 단계를 더 포함한다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 부하 또는 불안정성은 전압 강하이다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 하전 입자 빔을 선택적으로 추출하는 단계는 추출 전극을 바이어싱하는 단계를 포함한다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 가속기 시스템은 탠덤 가속기 시스템이다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 하전 입자 빔을 선택적으로 추출하는 단계는 탠덤 가속기 시스템의 하나 이상의 전극이 전압 레벨에 도달한 후에 수행된다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 빔 소스는 하전 입자 빔을 가속기 시스템에 제공하도록 구성되고, 가속기 시스템은 빔 소스의 하류에 위치된다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 빔 소스는 음의 수소 이온 빔을 생성하도록 구성된다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 빔 소스는 비-세시에이트된 이온 소스를 포함한다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 가속기 시스템은 제1 세트의 다수의 전극들, 전하 교환 디바이스, 및 제2 세트의 다수의 전극들을 포함하는 탠덤 가속기 시스템이다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 탠덤 가속기 시스템의 하나 이상의 전극을 전압 레벨로 바이어싱하는 단계는 제1 세트의 다수의 전극들 및 제2 세트의 다수의 전극들을 바이어싱하는 단계를 포함한다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 하전 입자 빔은 음의 이온 빔이다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 제1 세트의 다수의 전극들은 사전-가속기 시스템으로부터의 음의 이온 빔을 가속시키도록 구성되고, 전하 교환 디바이스는 음의 이온 빔을 양의 빔으로 변환하도록 구성되고, 제2 세트의 다수의 전극들은 양의 빔을 가속시키도록 구성된다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 방법은 타깃 디바이스를 이용하여 양의 빔으로부터 중성 빔을 형성하는 단계를 더 포함한다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 방법은 빔 소스로부터 사전-가속기 시스템을 통해 가속기 시스템으로 전파될 때, 사전-가속기 시스템을 이용하여, 하전 입자 빔을 가속시키는 단계를 더 포함한다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 방법은 연속적인 하전 입자 빔을 추출하는 단계를 더 포함한다.
일부 실시예들에서, 빔 시스템은 빔 소스, 가속기 시스템, 및 제어 시스템을 포함하고, 제어 시스템은 증가하는 지속기간의 하전 입자 빔 펄스들이 빔 소스로부터 선택적으로 추출되고 가속기 시스템을 통해 전송되게 하도록 빔 소스를 제어하도록 구성된다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 제어 시스템은 하전 입자 빔 펄스들이 선형 및/또는 비선형인 듀티 사이클 함수에 따라 추출되게 하도록 빔 소스를 제어하도록 구성된다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 제어 시스템은 하전 입자 빔에 의해 유도된 부하 증가를 검출하고, 검출된 부하 증가에 응답하여 듀티 사이클 함수를 조정하도록 추가로 구성된다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 제어 시스템은 하전 입자 빔 펄스들이 고정된 또는 일정한 주파수일 수 있는 주파수 f에서 선택적으로 추출되게 하기 위해 빔 소스를 제어하도록 구성된다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 듀티 사이클 함수는 연속적으로 증가하는 펄스 지속기간들의 하전 입자 빔 펄스들의 추출을 야기하도록 구성된다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 제어 시스템은 제1 세트의 하전 입자 빔 펄스들이 추출되고, 제2 세트의 하전 입자 빔 펄스들이 후속되게 하도록 빔 소스를 제어하도록 구성된다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 제1 세트에서의 각각의 펄스는 제1 지속기간을 갖고, 제2 세트에서의 각각의 펄스는 제1 지속기간보다 긴 제2 지속기간을 갖는다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 제어 시스템은 제1 세트에서의 미리 결정된 수의 하전 입자 빔 펄스들이 추출된 후에 제2 세트의 하전 입자 빔 펄스들을 추출하기 위해 빔 소스를 제어하도록 구성된다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 제어 시스템은 제1 세트의 하전 입자 빔 펄스들이 추출되는 미리 결정된 시간의 만료 후에 제2 세트의 하전 입자 빔 펄스들의 추출을 시작하도록 빔 소스를 제어하도록 구성된다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 제어 시스템은 부하 변경 또는 불안정성을 감지하고, 빔 소스로 하여금 감지된 부하 변경 또는 불안정성의 해결까지 동일한 지속기간의 하전 입자 펄스들의 추출을 계속하게 하도록 구성된다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 가속기 시스템은 제1 전압 레벨로 바이어싱되도록 구성된 하나 이상의 전극을 포함하는 탠덤 가속기 시스템이다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 제어 시스템은 하전 입자 빔의 선택적 추출을 야기하기 위해 추출 전극에 대한 바이어스의 인가를 제어하도록 추가로 구성된다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 빔 소스는 추출 전극을 포함한다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 제어 시스템은 가속기 시스템의 하나 이상의 전극에 대한 바이어스의 인가를 제어하도록 구성된다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 가속기 시스템은 제1 세트의 다수의 전극들, 전하 교환 디바이스, 및 제2 세트의 다수의 전극들을 포함하는 탠덤 가속기 시스템이다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 하전 입자 빔은 음의 이온 빔이다. 이러한 실시예들 중 일부에서, 제1 세트의 다수의 전극들은 사전-가속기 시스템으로부터의 하전 입자 빔을 가속시키도록 구성되고, 전하 교환 디바이스는 음의 이온 빔을 양의 빔으로 변환하도록 구성되고, 제2 세트의 다수의 전극들은 양의 빔을 가속시키도록 구성된다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 빔 시스템은 탠덤 가속기 시스템으로부터 수신된 양의 빔으로부터 중성 빔을 형성하도록 구성된 타깃 디바이스를 더 포함한다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 빔 시스템은 빔 소스로부터 가속기 시스템으로 하전 입자 빔 펄스들을 가속시키도록 구성된 사전-가속기 시스템을 더 포함한다.
이러한 실시예들 중 일부에서, 하전 입자 빔 펄스들은 음의 이온 빔 펄스들이다.
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 (88)

  1. 탠덤 가속기 시스템을 위한 빔 전송을 개시하는 방법으로서,
    상기 탠덤 가속기 시스템의 하나 이상의 전극을 제1 전압 레벨로 바이어싱하는 단계;
    빔 소스로부터 하전 입자 빔을 추출하여 상기 하전 입자 빔이 상기 탠덤 가속기 시스템을 통해 전송되도록 하는 단계 - 상기 하전 입자 빔은 임계값 내에서 상기 탠덤 가속기 시스템의 제1 과도 전압 강하를 초래하는 제1 빔 전류 레벨의 빔 전류를 가짐 -; 및
    상기 빔 전류가 제2 빔 전류 레벨에 도달할 때까지 상기 탠덤 가속기 시스템의 하나 이상의 후속 과도 전압 강하를 초래하는 레이트로 상기 빔 전류를 증가시키는 단계 - 상기 하나 이상의 후속 과도 전압 강하는 상기 임계값 내에 있음 - 를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 임계값은 최대 빔 편향 시간 미만인 빔 축에서 벗어난 상기 하전 입자 빔의 빔 편향 시간에 대응하는, 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 임계값은 상기 탠덤 가속기 시스템이 그 안에 위치하는 빔 시스템의 빔 광학계의 조정 응답 시간에 대응하는, 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 빔 전류 레벨에서의 상기 빔 전류를 갖는 상기 하전 입자 빔을 제공하기 위해 상기 빔 소스를 튜닝하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 빔 소스는 상기 하전 입자 빔을 추출하기 전에 튜닝되는, 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 하전 입자 빔을 추출하는 단계는 상기 빔 소스가 튜닝된다고 결정 시에 추출 전극을 바이어싱하는 단계를 포함하는, 방법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 빔 소스를 튜닝하는 단계는 상기 제1 빔 전류 레벨에서 동작하라는 커맨드를 상기 빔 소스에 전송하는 단계를 포함하는, 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 빔 소스를 튜닝하는 단계는 상기 탠덤 가속기 시스템의 하나 이상의 전극을 제1 전압 레벨로 바이어싱하기 전에 수행되는, 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 빔 전류를 증가시키는 단계는 상기 제2 빔 전류 레벨에서 동작하라는 커맨드를 상기 빔 소스에 전송하는 단계를 포함하는, 방법.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 빔 소스는 이온 소스이고, 상기 이온 소스를 튜닝하는 단계는 플라즈마가 요청된 전류에서의 상기 이온 빔의 추출에 충분하도록, 상기 소스의 이온 추출 영역 근처에서 플라즈마 파라미터를 매칭시키는 단계를 포함하는, 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 이온 소스는 볼륨 유형 이온 소스를 포함하고, 상기 이온 소스를 튜닝하는 단계는 아크 방전 전류, 필라멘트 전류, 플라즈마 전극 전압, 추출 전극 전압, 또는 상기 이온 소스 내로 공급되는 수소 가스의 레이트를 제어하는 것 중 하나 이상을 제어하는 단계를 포함하는, 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 하전 입자 빔을 추출하는 단계는 상기 탠덤 가속기 시스템의 하나 이상의 전극이 상기 제1 전압 레벨에 도달한 후에 수행되는, 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 빔 소스는 하전 입자 빔을 상기 탠덤 가속기 시스템에 제공하도록 구성되고, 상기 탠덤 가속기 시스템은 상기 빔 소스의 하류에 위치되는, 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 빔 소스는 음의 수소 이온 빔을 생성하도록 구성되는, 방법.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 빔 소스는 비-세시에이트된 이온 소스를 포함하는, 방법.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 탠덤 가속기 시스템은 제1 복수의 전극들, 전하 교환 디바이스, 및 제2 복수의 전극들을 포함하는, 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 탠덤 가속기 시스템의 하나 이상의 전극을 상기 제1 전압 레벨로 바이어싱하는 단계는 상기 제1 복수의 전극들 및 상기 제2 복수의 전극들을 바이어싱하는 단계를 포함하는, 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 하전 입자 빔은 음의 이온 빔이고, 상기 제1 복수의 전극들은 사전-가속기 시스템으로부터의 상기 음의 이온 빔을 가속시키도록 구성되고, 상기 전하 교환 디바이스는 상기 음의 이온 빔을 양의 빔으로 변환하도록 구성되고, 상기 제2 복수의 전극들은 상기 양의 빔을 가속시키도록 구성되는, 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    타깃 디바이스를 이용하여 상기 양의 빔으로부터 중성 빔을 형성하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 빔 소스로부터 사전-가속기 시스템을 통해 상기 탠덤 가속기 시스템으로 전파될 때 사전-가속기 시스템을 이용하여 상기 하전 입자 빔을 가속시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 탠덤 가속기 시스템의 하나 이상의 전극을 상기 제1 전압 레벨로 바이어싱하기 전에 상기 탠덤 가속기 시스템에서의 브레이크다운 이벤트의 결과로서 상기 탠덤 가속기 시스템의 하나 이상의 전극에 대한 바이어스를 감소시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 탠덤 가속기 시스템의 상기 하나 이상의 전극을 상기 제1 전압 레벨로 바이어싱하기 전에 상기 탠덤 가속기 시스템을 재시작하기로 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  23. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 빔 전류 레벨은 상기 탠덤 가속기 시스템에 대한 정상 상태 충전 전류의 0.01 내지 75 %의 범위에 있는, 방법.
  24. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 빔 전류 레벨은 공칭 치료 레벨인, 방법.
  25. 제1항 내지 제17항 또는 제20항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하전 입자 빔은 음의 이온 빔인, 방법.
  26. 빔 시스템으로서,
    빔 소스;
    제1 전압 레벨로 바이어싱되도록 구성된 하나 이상의 전극을 포함하는 탠덤 가속기 시스템; 및
    제어 시스템을 포함하고,
    상기 제어 시스템은,
    임계값 내에서의 상기 탠덤 가속기 시스템의 제1 과도 전압 강하에 대응하는 제1 빔 전류 레벨에서의 빔 전류를 갖는 하전 입자 빔을 생성하기 위해 상기 빔 소스를 제어하고;
    상기 빔 전류가 제2 빔 전류 레벨에 도달할 때까지 상기 탠덤 가속기 시스템의 하나 이상의 후속 과도 전압 강하를 초래하는 레이트로 상기 빔 전류를 증가시키기 위해 상기 빔 소스를 제어 - 상기 하나 이상의 후속 과도 전압 강하는 임계값 내에 있음 - 하도록 구성되는, 빔 시스템.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 임계값은 최대 빔 편향 시간 미만인 빔 축에서 벗어난 상기 하전 입자 빔의 빔 편향 시간에 대응하는, 빔 시스템.
  28. 제26항에 있어서,
    상기 임계값은 상기 빔 시스템의 빔 광학계의 조정 응답 시간에 대응하는, 빔 시스템.
  29. 제26항에 있어서,
    상기 제어 시스템은,
    상기 빔 소스를 상기 제1 빔 전류 레벨로 튜닝하고;
    상기 하전 입자 빔이 상기 제1 빔 전류 레벨에서의 빔 전류로 상기 빔 소스로부터 추출되게 하도록 구성되는, 빔 시스템.
  30. 제26항에 있어서,
    상기 제어 시스템은,
    상기 하전 입자 빔이 상기 빔 소스로부터 추출되게 하면서 상기 빔 소스를 상기 제2 빔 전류 레벨로 튜닝하도록 구성되는, 빔 시스템.
  31. 제1항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 빔 소스는 추출 전극을 포함하는, 빔 시스템.
  32. 제1항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 빔 소스는 볼륨 유형 이온 소스이고, 상기 제어 시스템은 아크 방전 전류, 필라멘트 전류, 플라즈마 전극 전압, 추출 전극 전압, 또는 빔 소스에 공급되는 수소 가스의 레이트 중 하나 이상을 제어하도록 구성되는, 빔 시스템.
  33. 제26항에 있어서,
    상기 제어 시스템은 상기 탠덤 가속기 시스템의 상기 하나 이상의 전극의 바이어싱을 제어하도록 구성되는, 빔 시스템.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 제어 시스템은 (a) 상기 탠덤 가속기 시스템의 상기 하나 이상의 전극에 대한 바이어스가 상기 제1 전압 레벨로 증가되게 하고, (b) 상기 빔 소스가 (a)와 동시에 상기 제1 빔 전류 레벨로 튜닝되게 하도록 구성되는, 빔 시스템.
  35. 제33항에 있어서,
    상기 제어 시스템은 (a) 상기 탠덤 가속기 시스템의 상기 하나 이상의 전극에 대한 바이어스가 상기 제1 전압 레벨로 증가되게 하고, (b) 상기 하나 이상의 전극에 대한 바이어스가 상기 제1 전압 레벨에 도달한 후에 상기 빔 소스가 상기 제1 빔 전류 레벨로 튜닝되게 하도록 구성되는, 빔 시스템.
  36. 제33항에 있어서,
    상기 제어 시스템은 (a) 상기 빔 소스가 상기 제1 빔 전류 레벨로 튜닝되게 하고, (b) 상기 빔 소스가 상기 제1 빔 전류 레벨로 튜닝된 후에 상기 탠덤 가속기 시스템의 상기 하나 이상의 전극에 대한 바이어스가 상기 제1 전압 레벨로 증가되게 하도록 구성되는, 빔 시스템.
  37. 제26항에 있어서,
    상기 빔 소스는 비-세시에이트된 이온 소스를 포함하는, 빔 시스템.
  38. 제26항에 있어서,
    상기 탠덤 가속기 시스템은 제1 복수의 전극들, 전하 교환 디바이스, 및 제2 복수의 전극들을 포함하는, 빔 시스템.
  39. 제38항에 있어서,
    상기 하전 입자 빔은 음의 이온 빔이고, 상기 제1 복수의 전극들은 사전-가속기 시스템으로부터의 상기 하전 입자 빔을 가속시키도록 구성되고, 상기 전하 교환 디바이스는 상기 음의 이온 빔을 양의 빔으로 변환하도록 구성되고, 상기 제2 복수의 전극들은 상기 양의 빔을 가속시키도록 구성되는, 빔 시스템.
  40. 제39항에 있어서,
    상기 탠덤 가속기 시스템으로부터 수신된 상기 양의 빔으로부터 중성 빔을 형성하도록 구성된 타깃 디바이스를 더 포함하는, 빔 시스템.
  41. 제26항에 있어서,
    상기 빔 소스로부터 상기 탠덤 가속기 시스템으로 전파될 때 상기 하전 입자 빔을 가속시키도록 구성된 사전-가속기 시스템을 더 포함하는, 빔 시스템.
  42. 제26항에 있어서,
    상기 제어 시스템은 상기 탠덤 가속기 시스템의 상기 하나 이상의 전극의 바이어스를 상기 제1 전압 레벨로 증가시키기 전에 상기 탠덤 가속기 시스템에서의 브레이크다운 이벤트의 결과로서 상기 탠덤 가속기 시스템의 하나 이상의 전극에 인가되는 바이어스가 감소되게 하도록 구성되는, 빔 시스템.
  43. 제42항에 있어서,
    상기 제어 시스템은 상기 탠덤 가속기 시스템의 상기 하나 이상의 전극의 바이어스를 상기 제1 전압 레벨로 증가시키기 전에 상기 탠덤 가속기 시스템을 재시작하기로 결정하도록 구성되는, 빔 시스템.
  44. 제26항 내지 제43항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 빔 전류 레벨은 상기 탠덤 가속기 시스템에 대한 정상 상태 충전 전류의 0.01 내지 75 %의 범위에 있는, 빔 시스템.
  45. 제26항 내지 제44항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 빔 전류 레벨은 공칭 치료 레벨인, 빔 시스템.
  46. 제26항 내지 제38항 및 제42항 내지 제45항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하전 입자 빔은 음의 이온 빔인, 빔 시스템.
  47. 빔 시스템에 대한 빔 전송을 변조하는 방법으로서,
    가속기 시스템의 하나 이상의 전극을 전압 레벨로 바이어싱하는 단계; 및
    빔 소스로부터 하전 입자 빔 펄스들을 선택적으로 추출하여 상기 하전 입자 빔 펄스들이 상기 가속기 시스템을 통해 전송되고 시간 경과에 따라 지속기간이 증가하도록 하는 단계를 포함하는, 방법.
  48. 제47항에 있어서,
    상기 하전 입자 빔 펄스들은 선형 및/또는 비선형인 듀티 사이클 함수에 따라 추출되는, 방법.
  49. 제48항에 있어서,
    상기 듀티 사이클 함수는 상기 하전 입자 빔에 의해 유도된 검출된 부하 증가에 응답하여 조정가능한, 방법.
  50. 제48항에 있어서,
    상기 하전 입자 빔 펄스들은 주파수 f에서 추출되는, 방법.
  51. 제50항에 있어서,
    상기 듀티 사이클 함수는 증가하는 펄스 지속기간들의 연속적인 하전 입자 빔 펄스들에 대응하는, 방법.
  52. 제50항에 있어서,
    하전 입자 빔 펄스의 각각의 연속적인 추출은 직전의 하전 입자 빔 펄스보다 긴 지속기간 동안인, 방법.
  53. 제48항에 있어서,
    제1 하전 입자 빔 펄스는 제1 펄스 지속기간 동안 제1 시간 1/f에서 추출되고, 제2 하전 입자 빔 펄스는 제2 펄스 지속기간 동안 제2 시간 2/f에서 추출되는, 방법.
  54. 제53항에 있어서,
    상기 제2 펄스 지속기간은 상기 제1 펄스 지속기간보다 큰, 방법.
  55. 제47항 또는 제48항에 있어서,
    제1 세트의 하전 입자 빔 펄스들이 추출되고, 제2 세트의 하전 입자 빔 펄스들이 후속되며, 상기 제1 세트에서의 각각의 펄스는 제1 지속기간을 갖고, 상기 제2 세트에서의 각각의 펄스는 상기 제1 지속기간보다 긴 제2 지속기간을 갖는, 방법.
  56. 제55항에 있어서,
    상기 제2 세트의 하전 입자 빔 펄스들은 상기 제1 세트에서의 미리 결정된 수의 하전 입자 빔 펄스들이 추출된 후에 시작되는, 방법.
  57. 제55항에 있어서,
    상기 제2 세트의 하전 입자 빔 펄스들은 상기 제1 세트의 하전 입자 빔 펄스들이 추출되는 미리 결정된 시간의 만료 후에 시작되는, 방법.
  58. 제55항에 있어서,
    상기 제1 세트의 하전 입자 펄스들을 추출하는 동안 부하 또는 불안정성을 감지하는 단계; 및
    상기 감지된 부하 또는 불안정성의 해결 후에 상기 제2 세트의 하전 입자 펄스들을 추출하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  59. 제58항에 있어서,
    상기 부하 또는 불안정성은 전압 강하인, 방법.
  60. 제47항에 있어서,
    상기 하전 입자 빔을 선택적으로 추출하는 단계는 추출 전극을 바이어싱하는 단계를 포함하는, 방법.
  61. 제47항에 있어서,
    상기 가속기 시스템은 탠덤 가속기 시스템이고, 상기 하전 입자 빔을 선택적으로 추출하는 단계는 상기 탠덤 가속기 시스템의 하나 이상의 전극이 상기 전압 레벨에 도달한 후에 수행되는, 방법.
  62. 제47항에 있어서,
    상기 빔 소스는 하전 입자 빔을 상기 가속기 시스템에 제공하도록 구성되고, 상기 가속기 시스템은 상기 빔 소스의 하류에 위치되는, 방법.
  63. 제47항에 있어서,
    상기 빔 소스는 음의 수소 이온 빔을 생성하도록 구성되는, 방법.
  64. 제47항에 있어서,
    상기 빔 소스는 비-세시에이트된 이온 소스를 포함하는, 방법.
  65. 제47항에 있어서,
    상기 가속기 시스템은 제1 복수의 전극들, 전하 교환 디바이스, 및 제2 복수의 전극들을 포함하는 탠덤 가속기 시스템인, 방법.
  66. 제65항에 있어서,
    상기 탠덤 가속기 시스템의 하나 이상의 전극을 상기 전압 레벨로 바이어싱하는 단계는 상기 제1 복수의 전극들 및 상기 제2 복수의 전극들을 바이어싱하는 단계를 포함하는, 방법.
  67. 제66항에 있어서,
    상기 하전 입자 빔은 음의 이온 빔이고, 상기 제1 복수의 전극들은 사전-가속기 시스템으로부터의 상기 음의 이온 빔을 가속시키도록 구성되고, 상기 전하 교환 디바이스는 상기 음의 이온 빔을 양의 빔으로 변환하도록 구성되고, 상기 제2 복수의 전극들은 상기 양의 빔을 가속시키도록 구성되는, 방법.
  68. 제67항에 있어서,
    타깃 디바이스를 이용하여 상기 양의 빔으로부터 중성 빔을 형성하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  69. 제47항에 있어서,
    상기 빔 소스로부터 사전-가속기 시스템을 통해 가속기 시스템으로 전파될 때, 상기 사전-가속기 시스템을 이용하여, 상기 하전 입자 빔을 가속시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  70. 제47항에 있어서,
    연속적인 하전 입자 빔을 추출하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  71. 빔 시스템으로서,
    빔 소스;
    가속기 시스템; 및
    제어 시스템을 포함하고,
    상기 제어 시스템은,
    증가하는 지속기간의 하전 입자 빔 펄스들이 상기 빔 소스로부터 선택적으로 추출되고 상기 가속기 시스템을 통해 전송되게 하도록 상기 빔 소스를 제어하도록 구성되는, 빔 시스템.
  72. 제71항에 있어서,
    상기 제어 시스템은 하전 입자 빔 펄스들이 선형 및/또는 비선형인 듀티 사이클 함수에 따라 추출되게 하도록 상기 빔 소스를 제어하도록 구성되는, 빔 시스템.
  73. 제72항에 있어서,
    상기 제어 시스템은,
    상기 하전 입자 빔에 의해 유도된 부하 증가를 검출하고;
    상기 검출된 부하 증가에 응답하여 상기 듀티 사이클 함수를 조정하도록 추가로 구성되는, 빔 시스템.
  74. 제72항에 있어서,
    상기 제어 시스템은 상기 하전 입자 빔 펄스들이 주파수 f에서 선택적으로 추출되게 하기 위해 상기 빔 소스를 제어하도록 추가로 구성되는, 빔 시스템.
  75. 제74항에 있어서,
    상기 듀티 사이클 함수는 연속적으로 증가하는 펄스 지속기간들의 하전 입자 빔 펄스들의 추출을 야기하도록 구성되는, 빔 시스템.
  76. 제71항 또는 제72항에 있어서,
    상기 제어 시스템은 제1 세트의 하전 입자 빔 펄스들이 추출되고, 제2 세트의 하전 입자 빔 펄스들이 후속되게 하도록 상기 빔 소스를 제어하도록 구성되고, 상기 제1 세트에서의 각각의 펄스는 제1 지속기간을 갖고, 상기 제2 세트에서의 각각의 펄스는 상기 제1 지속기간보다 긴 제2 지속기간을 갖는, 빔 시스템.
  77. 제76항에 있어서,
    상기 제어 시스템은 상기 제1 세트에서의 미리 결정된 수의 하전 입자 빔 펄스들이 추출된 후에 상기 제2 세트의 하전 입자 빔 펄스들을 추출하기 위해 상기 빔 소스를 제어하도록 구성되는, 빔 시스템.
  78. 제76항에 있어서,
    상기 제어 시스템은 상기 제1 세트의 하전 입자 빔 펄스들이 추출되는 미리 결정된 시간의 만료 후에 상기 제2 세트의 하전 입자 빔 펄스들의 추출을 시작하도록 상기 빔 소스를 제어하도록 구성되는, 빔 시스템.
  79. 제76항에 있어서,
    상기 제어 시스템은,
    부하 변경 또는 불안정성을 감지하고;
    상기 빔 소스로 하여금 상기 감지된 부하 변경 또는 불안정성의 해결까지 동일한 지속기간의 하전 입자 펄스들의 추출을 계속하게 하도록 구성되는, 빔 시스템.
  80. 제71항에 있어서,
    상기 가속기 시스템은 제1 전압 레벨로 바이어싱되도록 구성된 하나 이상의 전극을 포함하는 탠덤 가속기 시스템인, 빔 시스템.
  81. 제71항에 있어서,
    상기 제어 시스템은,
    상기 하전 입자 빔의 선택적 추출을 야기하기 위해 추출 전극에 대한 바이어스의 인가를 제어하도록 추가로 구성되는, 빔 시스템.
  82. 제47항 내지 제81항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 빔 소스는 추출 전극을 포함하는, 빔 시스템.
  83. 제71항에 있어서,
    상기 제어 시스템은 상기 가속기 시스템의 상기 하나 이상의 전극에 대한 바이어스의 인가를 제어하도록 구성되는, 빔 시스템.
  84. 제71항에 있어서,
    상기 가속기 시스템은 제1 복수의 전극들, 전하 교환 디바이스, 및 제2 복수의 전극들을 포함하는 탠덤 가속기 시스템인, 빔 시스템.
  85. 제84항에 있어서,
    상기 하전 입자 빔은 음의 이온 빔이고, 상기 제1 복수의 전극들은 사전-가속기 시스템으로부터의 상기 하전 입자 빔을 가속시키도록 구성되고, 상기 전하 교환 디바이스는 상기 음의 이온 빔을 양의 빔으로 변환하도록 구성되고, 상기 제2 복수의 전극들은 상기 양의 빔을 가속시키도록 구성되는, 빔 시스템.
  86. 제85항에 있어서,
    상기 탠덤 가속기 시스템으로부터 수신된 상기 양의 빔으로부터 중성 빔을 형성하도록 구성된 타깃 디바이스를 더 포함하는, 빔 시스템.
  87. 제71항에 있어서,
    상기 빔 소스로부터 상기 가속기 시스템으로 상기 하전 입자 빔 펄스들을 가속시키도록 구성된 사전-가속기 시스템을 더 포함하는, 빔 시스템.
  88. 제47항 내지 제87항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하전 입자 빔 펄스들은 음의 이온 빔 펄스들인, 빔 시스템.
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