紧凑型回旋加速器制造技术

本发明专利技术涉及与现有技术的相同能量的回旋加速器相比较具有减小的尺寸和重量的紧凑型等时性扇形聚焦回旋加速器。所述回旋加速器包括在室内面向彼此的两个磁极2，所述室由包括基板5的磁轭和通量回轭6来限定。所述磁极包括围绕中心轴线Z交替地分布的丘扇块3和谷扇块4。所述谷扇块的底部由谷外围边缘4vp限定并且包括渊开口11，所述渊开口延伸过所述基板。所述渊开口的唇缘定位在距对应的谷外围边缘一定距离Lap处。所述通量回轭6在面向谷扇块的部分中具有厚度Tv，从而使得比率(Lap×Tv)/Lv

【技术实现步骤摘要】
紧凑型回旋加速器专利
本专利技术涉及回旋加速器。具体地，本专利技术涉及与现有技术的相同能量的回旋加速器相比较具有减小的尺寸和重量的紧凑型等时性扇形聚焦回旋加速器。技术背景回旋加速器是一种圆形粒子加速器，其中带负电粒子或带正电粒子沿螺旋路径从回旋加速器的中心向外加速直到若干MeV的能量。在等时性回旋加速器中，粒子束以相同的时间行经螺旋路径的每个相继循环或循环的一部分。除非另外指明，术语“回旋加速器”在以下内容中用于指等时性回旋加速器。回旋加速器用于各种领域，例如用于核物理、医疗治疗，诸如质子疗法，或用于放射性药物学。具体地，回旋加速器可以用于生产适合于PET成像(正电子发射X线断层摄影术)和SPECT成像(单光子发射计算机断层成像术)的短寿命正电子发射同位素。回旋加速器包括若干元件，包括注入系统、用于使带电粒子加速的射频(RF)加速系统、用于沿着精确路径引导加速粒子的磁系统、用于收集如此加速的粒子的引出系统、和用于在回旋加速器中创造并维持真空的真空系统。通过注入系统以相对低的初始速度将粒子束在回旋加速器中心处或附近引入间隙中。该粒子束通过RF加速系统按顺序并且重复地加速并且通过磁系统产生的磁场沿着所述间隙内的螺旋路径朝外引导。当粒子束达到其目标能量时，通过提供在引出点的引出系统从回旋加速器中引出所述粒子束。该引出系统可以包括例如由薄石墨片组成的剥离器。例如，穿过剥离器的H-离子失去两个电子并且变为正的。因此，磁场中的它们的路径的曲率改变其符号，并且因此从回旋加速器朝目标引出粒子束。存在本领域的技术人员众所周知的其他引出系统。磁系统产生磁场，所述磁场沿着螺旋路径引导带电粒子束并使其聚焦，直到其加速到其目标能量(参见图4和图5)。在以下内容中，术语“粒子”、“带电粒子”和“离子”作为同义词无区别地使用。通过缠绕在两个磁极上的两个电磁线圈在这些极之间限定的间隙中产生磁场。回旋加速器的磁极经常分成围绕中心轴线分布的交替的丘扇块和谷扇块。两个磁极之间的间隙在丘扇块处较小而在谷扇块处较大。因此在丘扇块内的间隙中创造强磁场而在谷扇块内的间隙中创造较弱的磁场。这类方位角磁场变化提供了粒子束的径向和竖直聚焦。出于此原因，这类回旋加速器有时被称为扇形聚焦回旋加速器。在一些实施例中，丘扇块具有与一份蛋糕类似的圆形扇块几何形状，具有朝中心轴线基本上径向延伸的第一和第二侧表面、总体上弯曲的外围表面、与中心轴线相邻的中心表面、和限定所述间隙的一侧的上表面。上表面由第一和第二侧边缘、外围边缘和中心边缘定界(参见图1(b)和图3)。为了维持间隙中的真空和为了控制和容纳环绕所述间隙和一对磁极的空间中的磁场，回旋加速器还包括磁轭。磁轭由垂直于中心轴线Z的第一和第二基板形成，所述基板彼此通过通量回轭分开。第一和第二基板以及通量回轭一起限定一个室，其中通量回轭形成回旋加速器的外壁并且将线圈外的磁场控制为将其容纳在回旋加速器内。第一和第二磁极容纳在所述室内。第一和第二基板配备有用于使所述室与真空泵流体连通的开口。通量回轭通常由在垂直于中心轴线Z的正中面的水平处连结的两个部分形成，从而使得可以通过将第一基板和通量回轭第一部分与第一磁极一起移动远离第二基板、通量回轭第二部分与第二磁极来打开回旋加速器。通量回轭必须具有最小厚度Tv，以便关闭回旋加速器并将间隙外的磁极产生的磁场容纳在回旋加速器内。回旋加速器是一件重达几十吨的大质量且大体积的设备。当然，这对生产成本以及对回旋加速器的运输和搬运成本具有影响。标准联运集装箱具有约2.4m的宽度和相似的高度，并且更大的集装箱，诸如40’-和45’-型高集装箱，达到约2.7m的高度。为了装在标准联运集装箱中，回旋加速器必须装在小于2.4m(或2.7m)的板条箱中。低能量回旋加速器的尺寸，诸如适合于加速18MeV质子的回旋加速器，通常超过标准联运集装箱的大小，其中磁轭直径约2m并且液压系统定位在磁轭外。要求使用非标准集装箱的大体积回旋加速器和大重量回旋加速器一起对回旋加速器的成本和搬运有着不利的影响。因此本
仍然需要提供一种重量轻且尺寸小的等时性扇形聚焦回旋加速器，以降低生产和运输成本和增强这类回旋加速器的搬运简易性。本专利技术提出了一种用于显著减小回旋加速器的体积和重量的解决方案。在本专利技术的详细说明中更详细介绍了本专利技术的该优点和其他优点。
技术实现思路
以所附的独立权利要求限定了本专利技术。在从属权利要求中限定了优选的实施例。本专利技术涉及一种用于使粒子束在包括在间隙内的给定路径上加速的回旋加速器，所述回旋加速器包括：(a)限定在磁轭内的室，其中，所述磁轭由垂直于中心轴线Z并且彼此通过通量回轭分离开的第一和第二基板形成，所述通量回轭限定所述回旋加速器的侧向外壁，(b)第一和第二磁极，所述磁极位于所述室内并且关于垂直于所述中心轴线Z的正中面对称地定位成彼此相对，并且彼此分开所述间隙，并且其中，所述第一和第二磁极中的每一者包括，(c)具有上表面(3U)的至少N＝3个丘扇块和包括底表面的相同数目的谷扇块，所述丘扇块和谷扇块围绕所述中心轴线Z交替地分布，从而使得将所述第一和第二磁极分离开的所述间隙包括丘间隙部分和谷间隙部分，所述丘间隙部分是在两个相对丘扇块的上表面之间限定的并且具有沿所述中心轴线Z测得的平均间隙高度Gh，所述谷间隙部分是在两个相对谷扇块的底表面之间限定的并且具有沿所述中心轴线Z测得的平均谷间隙高度Gv，其中Gv>Gh；(d)每个谷扇块的底表面是由谷外围边缘限定的，所述谷外围边缘以第一和第二下远端为边界，并且被限定为所述底表面的、位置离所述中心轴线Z最远的边缘；(e)每个谷扇块的所述底表面进一步包括渊开口，所述渊开口延伸通过所述磁轭基板的厚度并且限定高度为Ga、是Gh的至少五倍大的渊间隙部分，所述渊开口具有垂直于所述中心轴线、由渊周界限定的截面，所述渊周界与所述谷外围边缘分离开沿与所述中心轴线Z垂直相交的渊径向轴线Lar测得的最短距离Lap，并且其中，所述谷外围边缘与所述中心轴线Z分离开沿所述渊径向轴线Lar测得的距离Lv；(f)所述通量回轭具有随着围绕所述中心轴线的角位置而变化的壁厚，其中，沿每个谷扇块的渊径向轴线Lar测得最低壁厚值Tv；其特征在于，每个谷扇块的所述渊周界到谷外围边缘的距离Lap乘以所述通量回轭厚度Tv的积与所述外围边缘到所述中心轴线Z的距离Lv的平方的比率(Lap×Tv)/Lv2小于5％、优选地小于3％、更优选地小于2％，最优选地小于1％。所述渊开口的大小和位置是重要的。优选的是，所述渊开口的直径2Ra与沿所述渊径向轴线Lra测得的将所述谷外围边缘(4vp)与所述所述中心轴线Z分开的所述距离Lv的比率2Ra/Lv包括在45％与60％之间、优选地在48％与55％之间。所述渊开口的直径2Ra与所述中心轴线Z与渊开口截面的中心之间的距离La的比率2Ra/La是La值的至少60％、优选地至少65％、更优选地至少70％，并且其中，所述渊开口的直径2Ra优选地包括在240mm与300mm之间。面向谷的通量回轭的厚度Tv也取决于平均谷间隙高度和磁极的大小。具体地，平均谷间隙高度Gv乘以通量回轭厚度Tv的积Gv×Tv与外围边缘到中心轴线Z的距离Lv的平方的比率(Gv×Tv)/Lv2可以小于20％、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于使粒子束在包括在间隙内的给定路径上加速的回旋加速器，所述回旋加速器包括：(a)限定在磁轭内的室，其中，所述磁轭由垂直于中心轴线Z并且彼此通过通量回轭(6)分离开的第一和第二基板(5)形成，所述通量回轭限定所述回旋加速器的侧向外壁，(b)第一和第二磁极(2)，所述磁极位于所述室内并且关于垂直于所述中心轴线Z的正中面对称地定位成彼此相对，并且彼此分开所述间隙(7)，并且其中，所述第一和第二磁极中的每一者包括，(c)具有上表面(3U)的至少N＝3个丘扇块(3)和包括底表面(4B)的相同数目的谷扇块(4)，所述丘扇块和谷扇块围绕所述中心轴线Z交替地分布，从而使得将所述第一和第二磁极分离开的所述间隙包括丘间隙部分(7h)和谷间隙部分(7v)，所述丘间隙部分是在两个相对丘扇块的上表面之间限定的并且具有沿所述中心轴线Z测得的平均间隙高度Gh，所述谷间隙部分是在两个相对谷扇块的底表面之间限定的并且具有沿所述中心轴线Z测得的平均谷间隙高度Gv，其中Gv>Gh；(d)每个谷扇块的底表面(4B)是由谷外围边缘(4vp)限定的，所述谷外围边缘以第一和第二下远端(3lde)为边界，并且被限定为所述底表面的、位置离所述中心轴线Z最远的边缘；(e)每个谷扇块的所述底表面(4B)进一步包括渊开口，所述渊开口延伸通过所述磁轭基板的厚度并且限定高度为Ga、是Gh的至少五倍大的渊间隙部分，所述渊开口具有垂直于所述中心轴线、由渊周界限定的截面，所述渊周界与所述谷外围边缘分离开沿与所述中心轴线Z垂直相交的渊径向轴线Lar测得的最短距离Lap，并且其中，所述谷外围边缘与所述中心轴线Z分离开沿所述渊径向轴线Lar测得的距离Lv；(f)所述通量回轭(6)具有随着围绕所述中心轴线的角位置而变化的壁厚，其中，沿每个谷扇块的渊径向轴线Lar测得最低壁厚值Tv；其特征在于，所述渊周界到每个谷扇块的谷外围边缘的距离Lap乘以所述通量回轭厚度Tv的积与所述外围边缘到所述中心轴线Z的距离Lv的平方的比率(Lap×Tv)/Lv...

【技术特征摘要】
2016.05.13 EP 16169497.11.一种用于使粒子束在包括在间隙内的给定路径上加速的回旋加速器，所述回旋加速器包括：(a)限定在磁轭内的室，其中，所述磁轭由垂直于中心轴线Z并且彼此通过通量回轭(6)分离开的第一和第二基板(5)形成，所述通量回轭限定所述回旋加速器的侧向外壁，(b)第一和第二磁极(2)，所述磁极位于所述室内并且关于垂直于所述中心轴线Z的正中面对称地定位成彼此相对，并且彼此分开所述间隙(7)，并且其中，所述第一和第二磁极中的每一者包括，(c)具有上表面(3U)的至少N＝3个丘扇块(3)和包括底表面(4B)的相同数目的谷扇块(4)，所述丘扇块和谷扇块围绕所述中心轴线Z交替地分布，从而使得将所述第一和第二磁极分离开的所述间隙包括丘间隙部分(7h)和谷间隙部分(7v)，所述丘间隙部分是在两个相对丘扇块的上表面之间限定的并且具有沿所述中心轴线Z测得的平均间隙高度Gh，所述谷间隙部分是在两个相对谷扇块的底表面之间限定的并且具有沿所述中心轴线Z测得的平均谷间隙高度Gv，其中Gv>Gh；(d)每个谷扇块的底表面(4B)是由谷外围边缘(4vp)限定的，所述谷外围边缘以第一和第二下远端(3lde)为边界，并且被限定为所述底表面的、位置离所述中心轴线Z最远的边缘；(e)每个谷扇块的所述底表面(4B)进一步包括渊开口，所述渊开口延伸通过所述磁轭基板的厚度并且限定高度为Ga、是Gh的至少五倍大的渊间隙部分，所述渊开口具有垂直于所述中心轴线、由渊周界限定的截面，所述渊周界与所述谷外围边缘分离开沿与所述中心轴线Z垂直相交的渊径向轴线Lar测得的最短距离Lap，并且其中，所述谷外围边缘与所述中心轴线Z分离开沿所述渊径向轴线Lar测得的距离Lv；(f)所述通量回轭(6)具有随着围绕所述中心轴线的角位置而变化的壁厚，其中，沿每个谷扇块的渊径向轴线Lar测得最低壁厚值Tv；其特征在于，所述渊周界到每个谷扇块的谷外围边缘的距离Lap乘以所述通量回轭厚度Tv的积与所述外围边缘到所述中心轴线Z的距离Lv的平方的比率(Lap×Tv)/Lv2小于5％。2.根据权利要求1所述的回旋加速器，其中，每个谷扇块的所述渊周界到谷外围边缘的距离Lap乘以所述通量回轭厚度Tv的积与所述外围边缘到所述中心轴线Z的距离Lv的平方的比率(Lap×Tv)/Lv2小于3％、优选地小于2％、更优选地小于1％。3.根据权利要求1或2所述的回旋加速器，其中，所述渊开口的直径2Ra与沿所述渊径向轴线Lra测得的将所述谷外围边缘(4vp)与所述所述中心轴线Z分开的所述距离Lv的比率2Ra/Lv包括在45％与60％之间、优选地在48％与55％之间。4.根据以上权利要求中任一项所述的回旋加速器，其中，所述渊开口的直径2Ra与所述中心轴线Z与渊开口截面的中心之间...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·阿布斯，S·德诺伊特，
申请(专利权)人：离子束应用股份有限公司，
类型：发明
国别省市：比利时,BE