改善回旋加速器引出束流品质的引出方法及引出系统技术方案

本发明专利技术涉及回旋加速器的束流引出技术，公开了改善回旋加速器引出束流品质的引出方法及引出系统，其引出方法为：使回旋加速器中的剥离膜与束流法向之间形成角度；其引出系统包括至少一片剥离膜，以及用于装载剥离膜的剥离膜支架，所述剥离膜位于真空盒内，其中，所述剥离膜与所述剥离膜支架转动连接，且其转动平面平行于束流的运行平面，所述剥离膜通过电机系统驱动转动以控制其相对束流运动方向间的角度。本发明专利技术披露的改善回旋加速器引出束流品质的引出方法及引出系统，通过调节剥离膜与束流之间的位置关系来改善回旋加速器引出束流的品质，调节回旋加速器引出束流的包络。

【技术实现步骤摘要】
改善回旋加速器引出束流品质的引出方法及引出系统
本专利技术涉及回旋加速器的束流引出技术，尤其涉及改善回旋加速器引出束流品质的引出方法及引出系统。
技术介绍
在当今国际社会上，医用加速器得到了长足的发展和广泛的应用，其中生产诊断和治疗用各种放射性核素的医用加速器绝大多数为回旋加速器，世界上现有的数百台回旋加速器中，约80％用于医疗健康和生命科学研究，医用小型回旋加速器主要用来生产11C、13N、15O、18F、64Cu、68Ge、111In、123I等医用放射性核素，进而生产FDG等放射性药物，这类加速器通常为紧凑型回旋加速器，配有液体靶和固体靶，有些经过升级改造后还增加了气体靶束流线，通常来说，这类加速器引出的质子束流不经过长的束流线输运，而是直接打在液体靶上以生产18F等超短寿命的放射性核素或产生中子等。回旋加速器的引出方式多种多样，剥离引出是其中常见的一种，与进动引出等其他引出方式比，剥离引出机械结构简单、造价低、引出效率高，是目前国际上加速H-、D-等粒子的回旋加速器最常用的引出方式。用于医用放射性药物生产的小型医用回旋加速器，通常来说，在剥离引出中，剥离膜总是垂直于束流方向，但是，对于采用剥离引出方式的紧凑型回旋加速器，通常情况下其引出区域狭小，不能放置聚焦元件，因此很难控制引出区域的束流包络和束流损失，尤其是对于生产靶直接放置在引出口的加速器，靶上束斑形状和尺寸也无法得到控制。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的第一目的在于提供一种改善回旋加速器引出束流品质的引出方法，该方法通过调节剥离膜与束流之间的位置关系来改善回旋加速器引出束流的品质，调节回旋加速器引出束流的包络。为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：改善回旋加速器引出束流品质的引出方法，使回旋加速器中的剥离膜与束流法向之间形成角度。通过采用上述技术方案，粒子穿过与束流法向形成角度的剥离膜跟直接穿过与束流运动方向垂直的剥离膜相比会有一个增量，从而在水平方向产生一个聚/散焦作用，该作用类似偏转磁铁的入口/出口角，但不影响垂直方向的传输矩阵，即认为垂直方向包络无变化，从而改善了回旋加速器引出束流品质。在一些实施方式中，剥离膜与束流法向之间形成夹角能够改善回旋加速器引出束流品质通过以下原理获得：粒子穿过与束流法向形成角度的剥离膜跟直接穿过与束流运动方向垂直的剥离膜相比形成一个增量，其角度方向的增量用式(1)来表示：其中，Δθx表示剥离膜相对束流法向旋转角度后穿过剥离膜的粒子角度方向的增量，α表示剥离膜与束流运动方向的夹角，Bz为垂直方向磁场分量，ρ为粒子偏转半径，δ是粒子的动量分散，n是磁场降落指数；忽略高阶项后，则式(1)通过式(2)来表示：即，当剥离膜束流法向具有夹角时，在水平方向产生一个聚/散焦作用。通过采用上述技术方案，说明粒子穿过与束流法向形成角度的剥离膜跟直接穿过与束流运动方向垂直的剥离膜相比会有一个增量，其作用相当于偏转磁铁的入口/出口角。在一些实施方式中，当剥离膜与束流法向具有夹角时，对于垂直方向，粒子穿过与束流法向具有角度的剥离膜后其角度方向的增量用式(3)来表示：忽略高阶项后，ΔθZ＝0，即垂直方向角度无变化。通过采用上述方案，说明粒子穿过与束流法向形成角度的剥离膜跟直接穿过与束流运动方向垂直的剥离膜相比不影响垂直方向的传输矩阵，即认为垂直方向包络无变化，从而改善了回旋加速器引出束流品质。本专利技术的第二目的在于提供一种适用上述改善回旋加速器引出束流品质的引出方法的束流引出系统，其能调节剥离膜与束流之间的位置关系，从而改善回旋加速器引出束流的品质，调节回旋加速器引出束流的包络，控制靶上束斑形状和尺寸，无需引入其他元器件，不影响回旋加速器引出系统的机械结构。改善回旋加速器引出束流品质的引出系统，包括至少一片剥离膜，以及用于装载剥离膜的剥离膜支架，所述剥离膜位于真空盒内，其中，所述剥离膜与所述剥离膜支架转动连接，且其转动平面平行于束流的运行平面，所述剥离膜通过电机系统驱动转动以控制其相对束流运动方向间的角度。H-离子从离子源系统射出后，通过射频系统的加速以及通过磁场系统提供的向心力作用，在中心平面内以螺旋形轨迹运动，当负氢离子经过剥离膜时，被剥离膜剥离掉最外层的两个电子，变成质子，即转变成正离子，此时在磁场的作用下，其运行轨迹将向相反方向偏转，从而被引出回旋加速器。上述技术方案，通过转动剥离膜，以改变剥离膜与束流之间的位置关系，即使剥离膜与垂直于束流运动方向的平面之间具有一定角度，从而使粒子产生一个增量，其角度方向的增量用式(1)来表示：其中，Δθx表示剥离膜相对垂直于束流运动方向旋转一定角度后穿过剥离膜的粒子角度方向的增量，α表示剥离膜与束流运动方向的夹角，Bz为垂直方向磁场分量，ρ为粒子偏转半径，δ是粒子的动量分散，n是磁场降落指数。忽略高阶项后，则式(1)可以通过式(2)来表示：即，当剥离膜与束流法向(即垂直于束流运动方向)有一定夹角时，会在水平方向产生一个聚/散焦作用，该作用类似偏转磁铁的入口/出口角。同理，可推导得到，对于垂直方向，粒子穿过与垂直于束流运动方向的平面具有一定角度的剥离膜后其角度方向的增量可用式(3)来表示：忽略高阶项后，ΔθZ＝0。即垂直方向角度无变化，因此剥离膜与束流的夹角不影响垂直方向的传输矩阵，基本可认为垂直方向包络无变化。因此，在忽略高阶项的前提下，剥离膜与垂直于束流运动方向的夹角可使用水平方向束流聚/散焦，但对于垂直方向则无影响，因此，该原理可用于调整回旋加速器引出束流的包络，控制靶上束斑形状和尺寸，改善采用剥离引出方式引出的回旋加速器引出束流的品质。在一些实施方式中，所述剥离膜夹设于剥离靶上，所述剥离靶与所述剥离膜支架转动连接。通过采用上述技术方案，将剥离膜夹设于剥离靶上，通过剥离靶的整体转动以实现剥离膜的转动。在一些实施方式中，所述剥离膜支架上转动连接有两个所述剥离靶。通过采用上述技术方案，可根据需要设置不同剥离膜的角度，以得到不同束斑形状和尺寸。在一些实施方式中，所述电机系统通过传动系统驱动所述剥离靶转动，所述传动系统包括分别与两个所述剥离靶连接的从动齿轮，及以与所述从动齿轮啮合的主动齿轮，所述电机系统驱动所述主动齿轮转动。通过采用上述技术方案，电机系统作为驱动件，并通过传动系统的传动从而驱动剥离靶转动，以实现剥离膜与垂直于束流运动方向的平面之间角度的调节。在一些实施方式中，所述电机系统位于所述真空盒外侧，包括电机，及连接于所述电机的输出轴的第一锥形齿轮，所述主动齿轮同轴连接一第二锥形齿轮，所述第一锥形齿轮伸入所述真空盒内与所述第二锥形齿轮啮合。通过采用上述技术方案，由于主动齿轮的轴线与电机输出轴位置相互垂直，因此，采用锥齿轮的实现动力的传输，从而驱动主动齿轮转动。在一些实施方式中，所述主动齿轮连接有角度传感器，所述角度传感器连接一控制器，所述电机系统连接于所述控制器。上述技术方案通过采用角度传感器与主动齿轮连接，通过角度传感器监测主动齿轮的旋转角度，并反馈至控制器，控制器根据角度传感器的反馈信息控制电机系统工作，从而精确调整剥离膜的旋转角度。综上所述，本专利技术具有以下优点：1.通过转动剥离膜，以改变剥离膜与束流之间的位置关系，即使剥离膜与垂直于束流运动方向的平面之间具本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.改善回旋加速器引出束流品质的引出方法，其特征在于，使回旋加速器中的剥离膜(1)与束流法向之间形成角度。

【技术特征摘要】
1.改善回旋加速器引出束流品质的引出方法，其特征在于，使回旋加速器中的剥离膜(1)与束流法向之间形成角度。2.根据权利要求1所述的改善回旋加速器引出束流品质的引出方法，其特征在于，剥离膜(1)与束流法向之间形成夹角能够改善回旋加速器引出束流品质通过以下原理获得：粒子穿过与束流法向形成角度的剥离膜(1)跟直接穿过与束流运动方向垂直的剥离膜(1)相比形成一个增量，其角度方向的增量用式(1)来表示：其中，Δθx表示剥离膜(1)相对束流法向旋转角度后穿过剥离膜(1)的粒子角度方向的增量，α表示剥离膜(1)与束流运动方向的夹角，Bz为垂直方向磁场分量，ρ为粒子偏转半径，δ是粒子的动量分散，n是磁场降落指数；忽略高阶项后，则式(1)通过式(2)来表示：即，当剥离膜(1)与束流法向具有夹角时，在水平方向产生一个聚/散焦作用。3.根据权利要求2所述的改善回旋加速器引出束流品质的引出方法，其特征在于，当剥离膜(1)与束流法向具有夹角时，对于垂直方向，粒子穿过与束流法向具有角度的剥离膜(1)后其角度方向的增量用式(3)来表示：忽略高阶项后，ΔθZ＝0，即垂直方向角度无变化。4.适用权利要求1所述的改善回旋加速器引出束流品质的引出系统，包括至少一片剥离膜(1)，以及用于装载剥离膜的剥离膜支架(2)，所述剥离膜(1)位于真空盒(3)内，其特征在于，所述剥离膜(1)与所述剥离膜支架(2)转...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏素敏，张天爵，李明，安世忠，宋国芳，
申请(专利权)人：中国原子能科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11