一种医用离子直线加速器制造技术

本公开提供了一种医用离子直线加速器，包括：依次连接的离子源、低能束流输运线、射频四极场直线加速器、第一中能束流输运线、第一漂移管直线加速器、第二中能束流输运线、第二漂移管直线加速器及高能束流输运线；离子源产生粒子束依次经过低能束流输运线、射频四极场直线加速器、第一中能束流输运线、第一漂移管直线加速器、第二中能束流输运线、第二漂移管直线加速器及高能束流输运线交替经过多次相位空间匹配处理及多次预加速处理，使得最终输出的粒子束能够成功注入同步加速器入口。该射频四极场直线加速器中的高频真空谐振腔采用H模四杆型结构，通过将腔体和加速结构分开，其不需要焊接，降低焊接过程造成腔体变形的风险，降低了加工成本。降低了加工成本。降低了加工成本。

【技术实现步骤摘要】
一种医用离子直线加速器


[0001]本公开涉及癌症治疗仪器
，具体涉及一种医用离子直线加速器。

技术介绍

[0002]直线加速器发展于20世纪二三十年代，其利用射频电场对沿直线运动的带电粒子束加速，使之达到较高的能量。带电粒子束如质子、重离子具有布拉格峰效应，从而在医疗领域的应用越来越广泛。质子、重离子放射治疗作为当今国际上最有效的癌症治疗手段之一，其具有作用位置精准，治疗效果明显的特点，其输出能量范围4MeV/u
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7MeV/u的离子直线加速器具有束流流强高、束流品质好的特点，是最适合作为同步加速器前端注入器的设备。
[0003]现有技术中的离子直线加速器一般采用射频四极场直线加速器(Radio Frequency Quadrupole，RFQ)和漂移管直线加速器(Drift Tube Linac，DTL)组合方式，具体如采用四翼型射频四极场直线加速器RFQ和Alvarez型漂移管直线加速器组合方式、四翼型射频四极场直线加速器RFQ和漂移管直线加速器IH
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DTL组合方式、四杆型射频四极场直线加速器RFQ和Alvarez型漂移管直线加速器组合方式及四杆型射频四极场直线加速器RFQ和漂移管直线加速器IH
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DTL组合方式，这些组合均是使用射频四极场直线加速器RFQ进行预加速，再使用漂移管直线加速器DTL加速至设计能量，实现直线加速器整体结构紧凑，腔体长度较短，传输效率较高的要求。
[0004]然而，现有技术中的四翼型射频四极场直线加速器RFQ往往具有临近模式间隔太近，导致四翼型射频四极场直线加速器RFQ电稳定性差，频率及电场分布等对外界干扰反应灵敏等缺陷。而四杆型射频四极场直线加速器RFQ的方案电极较小，电极的水冷问题比较复杂等的缺陷。传统的几种漂移管直线加速器方案中采用Alvarez型漂移管直线加速器的技术方案，由于需要在电极漂移管中安装磁铁，磁铁的安装工艺和准直技术难度复杂，成本较高。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中上述问题，本公开提供了一种医用离子直线加速器，其射频四极场加速器采用射频四极场直线加速器IH
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RFQ，该射频四极场直线加速器IH
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RFQ中的高频真空谐振腔采用H模多杆型结构，其具有更好的机械强度，电稳定性要优于四翼型射频四极场直线加速器RFQ。同时，由于高频真空谐振腔中是H模，分路阻抗和加速梯度也高于四杆型射频四极场直线加速器RFQ。
[0006]本公开提供了一种医用离子直线加速器，包括：依次连接的离子源、低能束流输运线、射频四极场直线加速器、第一中能束流输运线、第一漂移管直线加速器、第二中能束流输运线、第二漂移管直线加速器及高能束流输运线；其中，射频四极场直线加速器包括：第一高频真空谐振腔；其中，第一高频真空谐振腔采用H模多杆型结构，包括第一腔体、第二腔体及第三腔体；其中，第二腔体设置于第一腔体及第三腔体之间，且与第一腔体及第三腔体
构成密封结构，第二腔体包括：相对设置的两个脊结构及四根杆型加速电极；四根杆型加速电极中的两根杆型加速电极与第一脊结构连接，另外两根杆型加速电极与第二脊结构连接。
[0007]进一步地，四根杆型加速电极中的杆型加速电极成对相对设置，其中，竖直方向分布的两根杆型加速电极与第一脊结构连接，水平方向分布的两根杆型加速电极与第二脊结构连接。
[0008]进一步地，第一漂移管直线加速器及第二漂移管直线加速器均包括：第二高频真空谐振腔；其中，第二高频真空谐振腔包括：第四腔体、第五腔体及第六腔体，其中，第五腔体设置于第四腔体及第六腔体之间，且与第四腔体及第六腔体构成密封结构，第五腔体包括：相对设置的两个脊结构及多个漂移管，多个漂移管中的一半漂移管与第三脊结构连接，另一半漂移管与第四脊结构连接。
[0009]进一步地，多个漂移管交替地通过漂移管支撑座与第三脊结构及第四脊结构连接，以使第二高频真空谐振腔内部沿着入射粒子束前进方向分为多个交替的纵向聚焦段和横向聚焦段。
[0010]进一步地，第四腔体包括：第二左腔盖、两个可调调谐器及固定调谐器，两个可调调谐器及固定调谐器分别设置于左腔盖外表面上；第六腔体包括：第二右腔盖、功率耦合器、功率提取器及真空口，功率耦合器、功率提取器及真空口分别设置于右腔盖外表面上。
[0011]进一步地，第一腔体包括：第一左腔盖、两个可调调谐器及固定调谐器；两个可调调谐器及固定调谐器分别设置于第一左腔盖外表面上；第三腔体包括：第一右腔盖、功率耦合器、功率提取器及真空口，功率耦合器、功率提取器及真空口分别设置于第一右腔盖外表面上。
[0012]进一步地，该医用离子直线加速器还包括：功率源及分布式RF功率分配系统，其第一输出端与第一漂移管直线加速器的一输入端连接，第二输出端与第二漂移管直线加速器的一输入端连接，用于对第一漂移管直线加速器与第二漂移管直线加速器的高频真空谐振腔的功率大小进行调配。
[0013]进一步地，该医用离子直线加速器还包括：第一集成束诊元件，用于监测低能束流输运线输出的粒子束流的状态；第二集成束诊元件，用于监测第一中能束流输运线输出的粒子束流的状态；第三集成束诊元件，用于监测第二中能束流输运线输出的粒子束流的状态。
[0014]进一步地，第一中能束流输运线及第二中能束流输运线均包括：多台四极磁铁，多台四极磁铁对束流输运线上的粒子束流汇聚成横向对称且聚焦的粒子束流。
[0015]进一步地，射频四极场直线加速器将低能束流输运线输出的粒子束流加速至第一预置能量，第一漂移管直线加速器将经过第一中能束流输运线输出的粒子束流加速至第二预置能量，第二漂移管直线加速器将经过第二中能束流输运线输出的粒子束流加速至第三预置能量；其中，第一预置能量、第二预置能量及第三预置能量大小不同。
[0016]本公开的实施例提供的一种医用离子直线加速器，通过射频四极场直线加速器RFQ采用射频四极场直线加速器IH
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RFQ，圆柱形高频真空谐振腔属于H模四杆型结构，即圆柱形高频谐振腔内设置四根杆型加速电极，一对脊结构垂直对称地设置在圆柱形高频真空谐振腔内，位于上部的第一脊结构与四根杆型加速电极中的两根加速电极连接，位于下部
的第二脊结构与四根加速电极中的两根加速电极连接。射频四极场直线加速器IH
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RFQ的高频真空谐振腔采用左、中、右三层腔体加工结构，将腔体和加速结构分开，通过机械连接的方式保证真空。高频真空谐振腔不需要焊接，降低了焊接过程造成腔体变形的风险，降低了加工成本。同时，在射频四极场直线加速器IH
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RFQ中的加速结构出现故障时，可以方便地更换中腔及加速结构。
附图说明
[0017]为了更完整地理解本公开及其优势，现在将参考结合附图的以下描述，其中：
[0018]图1示意性示出了根据本公开一实施例的医用离子直线加速器的剖视图示意图；
[0019]图2示意性示出了根据本公开一实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种医用离子直线加速器，其特征在于，包括：依次连接的离子源、低能束流输运线、射频四极场直线加速器、第一中能束流输运线、第一漂移管直线加速器、第二中能束流输运线、第二漂移管直线加速器及高能束流输运线；其中，所述射频四极场直线加速器包括：第一高频真空谐振腔；其中，所述第一高频真空谐振腔采用H模多杆型结构，包括第一腔体、第二腔体及第三腔体；其中，所述第二腔体设置于所述第一腔体及所述第三腔体之间，且与所述第一腔体及所述第三腔体构成密封结构，所述第二腔体包括：相对设置的两个脊结构及四根杆型加速电极；所述四根杆型加速电极中的两根杆型加速电极与第一脊结构连接，另外两根杆型加速电极与第二脊结构连接。2.根据权利要求1所述的医用离子直线加速器，其特征在于，所述四根杆型加速电极中的杆型加速电极成对相对设置，其中，竖直方向分布的两根杆型加速电极与所述第一脊结构连接，水平方向分布的两根杆型加速电极与所述第二脊结构连接。3.根据权利要求1所述的医用离子直线加速器，其特征在于，所述第一漂移管直线加速器及所述第二漂移管直线加速器均包括：第二高频真空谐振腔；其中，所述第二高频真空谐振腔包括：第四腔体、第五腔体及第六腔体，其中，所述第五腔体设置于所述第四腔体及所述第六腔体之间，且与所述第四腔体及所述第六腔体构成密封结构，所述第五腔体包括：相对设置的两个脊结构及多个漂移管，所述多个漂移管中的一半漂移管与第三脊结构连接，另一半漂移管与第四脊结构连接。4.根据权利要求3所述的医用离子直线加速器，其特征在于，所述多个漂移管交替地通过漂移管支撑座与所述第三脊结构及所述第四脊结构连接，以使所述第二高频真空谐振腔内部沿着入射粒子束前进方向分为多个交替的纵向聚焦段和横向聚焦段。5.根据权利要求3所述的医用离子直线加速器，其特征在于，所述第四腔体包括：第二左腔盖、两个可调调谐器及固定调谐器，所述两个可调调谐器及所述固定调谐器分别设置于所述左腔盖外表面上；所述第六...

【专利技术属性】
技术研发人员：王超鹏，马力祯，石健，卢亮，周利荣，芮腾辉，杨春晓，蒋晓鹏，彭伟壮，高韵哲，
申请(专利权)人：杭州嘉辐科技有限公司，
类型：发明
国别省市：