一种回旋加速器的束流强度稳定调制装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种回旋加速器的束流强度稳定调制装置，包括：第一静电偏转装置、第二静电偏转装置和垂直限流狭缝；第一静电偏转装置和第二静电偏转装置结构相同，均包括：关于回旋加速器中心平面上下对称的上下极板；垂直限流狭缝包括：一对L型截面且关于中心平面上下对称的板；第一、第二静电偏转装置和垂直限流狭缝分别安装于回旋加速器中三个峰区磁极的上、下表面；第一、第二静电偏转装置的组合作用使束流产生垂直轨道突起；垂直限流狭缝用于拦截垂直偏转较大的束流；通过改变束流垂直突轨大小，调节刮束比例实现束流强度调节。本发明专利技术，通过将刮束后的束流矫正回中心平面，抑制束流垂直运动不稳定性，从而实现引出束流强度稳定调节。

【技术实现步骤摘要】
一种回旋加速器的束流强度稳定调制装置
本专利技术属于回旋加速器领域，更具体地，涉及一种回旋加速器的束流强度稳定调制装置。
技术介绍
精准快速放疗是粒子束放疗的发展方向，基于回旋加速器的质子放疗装置由于其体积、成本等优势占据了更多市场。但是，回旋加速器只能输出恒定能量的束流，为满足临床治疗中对不同深度肿瘤的治疗要求，需要调整传输线上束流穿过降能器石墨的厚度来进行束流能量调制。这种能量调节方式会造成高能粒子束传输效率与低能粒子束之间相差数十倍甚至上百倍，不利于临床应用，因而需要对不同能量的粒子束做束流强度调节。另一方面，当前粒子束精准放疗前沿技术要求能对束流强度进行连续稳定调节，从而在连续扫描曲线上实现特定剂量分布，缩短治疗时间，最大限度地发挥和开拓粒子束放疗的剂量优势。因此，需要对回旋加速器引出束流强度实现快速稳定调节。回旋加速器的束流强度调节主要有三种实现方法：(1)调节离子源偏压和气流，但是这种调节方式响应慢，且会造成离子源运行不稳定；(2)在输运线上使用四极磁铁对束流进行扩束，利用准直器刮束，这种方法使准直器处高能束流损失严重，造成局部辐射剂量高，且调节速度较慢；(3)在中心区，利用一个静电偏转装置对束流施加垂直电场进行垂直偏转，再通过垂直限流孔进行刮束，从而实现束流强度的调节。由于单静电偏转装置方案是对低能束流进行操作，束损造成材料活化问题较轻，且响应速度快，因此多被采用。但是，通过垂直限流孔的束流仍然保留垂直电场偏转作用下获得的垂直动量和垂直轨道偏移，当束流邻近相稳定区边界时，会因为较小的扰动而丢失。在实验测量的“偏转电极偏压vs引出束流强度”映射关系显示，当静电偏转装置的偏转电极之间偏压比较大时，引出束流强度对偏转电极偏压的变化趋势呈现非线性，影响束流强度调节精度。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种回旋加速器的束流强度稳定调制装置，旨在解决现有技术中针对单静电偏转装置在束流强度调制时引入束流轴向动量导致束流调节非线性的问题，影响束流强度调节精度的问题。本专利技术提供了一种回旋加速器的束流强度稳定调制装置，包括：第一静电偏转装置、第二静电偏转装置和垂直限流狭缝；第一静电偏转装置和第二静电偏转装置结构相同，均包括：关于回旋加速器中心平面上下对称设置的上极板和下极板；垂直限流狭缝包括：一对L型截面且对称放置的板，其中，一块板设置在所述回旋加速器中第二峰区磁极的上表面，另一块板设置在所述回旋加速器中第二峰区磁极的下表面；所述垂直限流狭缝用于让垂直偏转较大的束流运动到狭缝壁上损失掉，实现束流强度调节。更进一步地，第一静电偏转装置的上极板设置在所述回旋加速器中第一峰区磁极的上表面，所述第一静电偏转装置的下极板设置在所述回旋加速器中第一峰区磁极的下表面；所述第二静电偏转装置的上极板设置在所述回旋加速器中第三峰区磁极的上表面，所述第二静电偏转装置的下极板设置在所述回旋加速器中第三峰区磁极的下表面。更进一步地，工作时，通过在所述第一静电偏转装置的上、下极板之间施加一个第一偏转电压，使得所述第一静电偏转装置的上、下极板之间形成了一个垂直向上的第一静电场，在所述第二静电偏转装置的上、下极板之间施加与所述第一偏转电压相反的第二偏转电压，使得所述第二静电偏转装置的上、下极板之间形成了一个垂直向下的第二静电场；当束流通过时，由于第一静电场的第一次作用在垂直方向发生向上偏移，沿前进方向运行1/4圈后达到垂直限流狭缝，垂直方向偏移较大的束流都被垂直限流狭缝拦截，只有部分束流通过并继续向前运动；通过垂直限流狭缝的束流运动1/4圈后达到第二静电偏转装置，并在第二静电场的作用下束流沿垂直方向运动反向开始向下运动；当束流在前进方向运动1/2圈后再次达到第一静电偏转装置处，并在第一静电场的作用下，束流在垂直方向的速度逐渐为零，且垂直轨道也回到了中心平面。更进一步地，当回旋加速器需要引出强度较弱的束流时，通过同时调节第一静电偏转装置和第二静电偏转装置的偏压大小控制束流在垂直方向形成较大轨道凸起，使得束流中更多粒子被所述垂直限流狭缝拦截，更少的束流粒子通过束流通道实现强度较弱的束流引出；当回旋加速器需要引出强度较强的束流时，通过同时调节所述第一静电偏转装置和所述第二静电偏转装置的偏压大小控制束流在垂直方向形成较小轨道凸起，使得束流中少数粒子被所述垂直限流狭缝拦截，更多的束流粒子通过束流通道实现强度较强的束流引出。本专利技术通过在回旋加速器中心区的第一峰区磁极和第三峰区磁极的上下表面分别安装第一静电偏转装置的一对电极板和第二静电偏转装置的一对电极板，在相距90度位置的第二峰区磁极上下表面安装垂直限流狭缝；通过调节第一静电偏转装置的上下电极板之间的电压差，对离子源出来的粒子束进行垂直偏转，使符合强度要求的束流通过垂直限流狭缝；通过调节第二静电偏转装置的上下电极板之间的电压差，将束流偏转向中心平面运动；再次通过第一静电偏转装置时，束流回到中心平面并沿水平方向运动。从而在实现束流强度调节的同时，抑制束流的垂直方向振荡运动，提高束流的垂直方向运动稳定性。在第一静电偏转装置的上下电极板施加偏转电压后，在两个电极板之间形成垂直方向的第一静电场，当粒子束通过时，会在静电场的作用下发生垂直偏转；当通过垂直限流狭缝时，偏离中心平面较大的粒子被刮掉，只有中间狭缝为束流通道。在第二静电偏转装置的上下电极板施加偏转电压后，在两个电极板之间形成与第一静电偏转装置中相反的垂直方向第二静电场，当粒子束通过时，会在第二静电场的作用下发生垂直方向偏转，往中心平面运动。当束流继续向前运动，再次达到第一静电偏转装置时，束流在静电场作用下垂直方向动量完全消除，开始沿水平方向运动，且垂直轨道回到中心平面。从而抑制束流的垂直方向振荡，减小垂直方向运动不稳定性。通过组合调节第一静电偏转装置和第二静电偏转装置中偏转电极板上的偏转电压，保证符合强度要求的束流通过垂直限流狭缝，并将调节强度后的束流调制回到中心平面，稳定运行。附图说明图1是本专利技术实施例提供的回旋加速器的束流强度稳定调制装置结构示意图。图2是本专利技术实施例提供的回旋加速器的束流强度稳定调制装置中第一静电偏转装置、第二静电偏转装置、垂直限流狭缝作用位置与束流水平轨道的相对位置示意图。图3是本专利技术实施例提供的回旋加速器的束流强度稳定调制装置中静电偏转装置剖面结构示意图。图4是本专利技术实施例提供的回旋加速器的束流强度稳定调制装置中垂直限流狭缝结构示意图。图5是本专利技术实施例提供的回旋加速器的束流强度稳定调制原理示意图。其中，1为第一静电偏转装置，2为第二静电偏转装置，3为垂直限流狭缝，4为第一峰区磁极，5为第二峰区磁极，6为第三峰区磁极，7为第四峰区磁极，8为第一静电场，9为第二静电场，10为束流。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术在实现束流强度调节的基础上，将回旋加速器中束流校正回中心平面提高其垂直方向运动稳定性，从而提高回旋加速器引出束流强度调节精度和稳定度。本专利技术针对单静电偏转装置在束流强度调制时引入束流垂直方向动量，导致束流调节非线性的问题，影响束流强度调本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种回旋加速器的束流强度稳定调制装置，其特征在于，包括：第一静电偏转装置(1)、第二静电偏转装置(2)和垂直限流狭缝(3)；所述第一静电偏转装置(1)和所述第二静电偏转装置(2)结构相同，均包括：关于回旋加速器中心平面上下对称设置的上极板和下极板；所述垂直限流狭缝(3)包括：一对L型截面且对称放置的板，其中，一块板设置在所述回旋加速器中第二峰区磁极(5)的上表面，另一块板设置在所述回旋加速器中第二峰区磁极(5)的下表面；所述垂直限流狭缝(3)用于让垂直偏转较大的束流运动到狭缝壁上损失掉，实现束流强度调节。

【技术特征摘要】
1.一种回旋加速器的束流强度稳定调制装置，其特征在于，包括：第一静电偏转装置(1)、第二静电偏转装置(2)和垂直限流狭缝(3)；所述第一静电偏转装置(1)和所述第二静电偏转装置(2)结构相同，均包括：关于回旋加速器中心平面上下对称设置的上极板和下极板；所述垂直限流狭缝(3)包括：一对L型截面且对称放置的板，其中，一块板设置在所述回旋加速器中第二峰区磁极(5)的上表面，另一块板设置在所述回旋加速器中第二峰区磁极(5)的下表面；所述垂直限流狭缝(3)用于让垂直偏转较大的束流运动到狭缝壁上损失掉，实现束流强度调节。2.如权利要求1所述的束流强度稳定调制装置，其特征在于，所述第一静电偏转装置(1)的上极板设置在所述回旋加速器中第一峰区磁极(4)的上表面，所述第一静电偏转装置(1)的下极板设置在所述回旋加速器中第一峰区磁极(4)的下表面；所述第二静电偏转装置(2)的上极板设置在所述回旋加速器中第三峰区磁极(6)的上表面，所述第二静电偏转装置(2)的下极板设置在所述回旋加速器中第三峰区磁极(6)的下表面。3.如权利要求1或2所述的束流强度稳定调制装置，其特征在于，工作时，通过在所述第一静电偏转装置(1)的上、下极板之间施加一个第一偏转电压，使得所述第一静电偏转装置(1)的上、下极板之间形成了一个垂直向上的第一静电场(8)，在所述第二静电偏转装置(2)的上、下极板之间施加...

【专利技术属性】
技术研发人员：李为，樊宽军，陈曲珊，王健，李小飞，唐凯，疏坤，曾志杰，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42