一种紧凑型多离子同步加速器制造技术

本发明专利技术涉及一种紧凑型多离子同步加速器，包括对称的光学结构，对称的光学结构包括多个直线离子束段和多个弧线离子束段，直线离子束段分为长直节和短直节，长直节上布置有四极磁铁组件，短直节上布置有单个四极磁铁，弧线离子束段上布置有二极磁铁，且多个四极磁铁以及多个二极磁铁沿顺时针方向构成四折镜像对称的八边形结构。本发明专利技术通过在光学上采用四折镜像对称的八边形结构，能够大幅减小了离子治疗同步加速器的周长和占地面积，并且经过优化后的光学，可以进一步压缩同步加速器磁铁和束诊元件尺寸，形成小束流包络，实现了同步环形加速器的小型化。速器的小型化。速器的小型化。

【技术实现步骤摘要】
一种紧凑型多离子同步加速器


[0001]本专利技术涉及同步加速器
，具体涉及一种紧凑型多离子同步加速器。

技术介绍

[0002]由于离子束对生物体的照射具有倒转的深度剂量分布和较高的相对生物学效应，在杀死肿瘤细胞的同时能够更好的避免对正常细胞的伤害，使得离子治癌成为当今国际上先进有效的癌症放射治疗方法。目前离子治癌最常用的离子是质子和碳离子，两者在适应症和造价方面有较大的区别。
[0003]碳离子线性能量密度、相对生物效应、侧向散射优势更为显著，能够产生难以修复的DNA双链断裂(Double Strand Break，DSB)，对肿瘤中最常见的乏氧肿瘤细胞具有优秀的杀伤能力，通常用作癌症治疗的最优选择，但是由于碳离子加速器的能量需要在430MeV/u及以上，磁刚度较大，装置占地面积大，投资规模较高；质子治疗装置需要的磁刚度低，通常采用固定能量加速器，成本低，技术相对成熟，占地面积也较小，市场推广难度较低，但质子束传能线密度(Linear Energy Transfer，LET)低，只能打断DNA单链，对肿瘤细胞的杀灭效果不如碳离子，但由于布拉格峰后较小的拖尾效应，对正常组织的伤害较小。碳离子和质子治疗周期也有较大区别，以肝癌为例，全剂量的质子放疗需要三十天，而如果联合重离子，放疗时间可以缩短至四天。因此如果能够在相同的加速器规模和加速能力范围内，同时提供相对生物学效应差异化的多种离子，如质子～碳，将不仅可以用于常规质子、碳离子常规适应癌症种类的治疗，还可以帮助放疗人员根据病人肿瘤种类和位置的特异性选择更加灵活、科学的治疗计划等，大幅提高离子治疗的精准性和效率。
[0004]治疗装置在应用过程中的一个难点在于装置占地面积。目前成熟的高品质医院大多位于城市中心繁华地带，院区很难提供大面积土地用于装置建设，医院周边土地征用的难度也很大。传统的加速器重离子癌症治疗装置规模庞大，如我国首台具有完全自主知识产权的武威重离子治疗装置，占地面积达到5000平方米，远远超过一般医院的可用土地面积，成为制约加速器治疗装置应用推广的主要障碍之一。另一个难点在于装置建设成本。加速器治疗装置建设成本是一次性投入，根据装置配置不同价格也不相同，例如我国重离子癌症治疗装置的价格为6～8亿元，远远超过一般医疗设备价格，超过大多数医院承受能力，因此目前加速器治疗装置的建设是以省份为单位。降低装置建设成本，不仅可以使加速器治疗装置被更多的医院接纳，给更多的癌症患者带来康复的希望，同时也会降低癌症患者治疗费用，将这项尖端科技转化为普惠国计民生的典范。
[0005]减低装置占地面积和建设成本的关键在于降低装置规模。加速器治疗装置由离子源、低能束运线、直线注入器、中能束运线、同步加速器、高能束运线以及治疗终端组成。其中同步加速器是整个装置的核心，在面积和建设成本方面占比最高，因此同步加速器小型化，即降低同步加速器周长一直是是国际上同步加速器设计的一个热点方向。
[0006]申请号为CN202210674413.2的中国专利技术专利公开了一种紧凑型多离子加速器治疗装置及其应用，其包括同步加速器的光学设计，但是该设计存在紧凑性不足、慢引出静电
偏转板需要的强度高等问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种紧凑型多离子同步加速器，以解决现有技术中离子加速器治疗装置占地面积大、建设成本高的问题。
[0008]为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：
[0009]本专利技术提供一种紧凑型多离子同步加速器，包括对称的光学结构，对称的光学结构包括多个直线离子束段和多个弧线离子束段，多个所述直线离子束段和多个所述弧线离子束段交替排列，多个直线离子束段沿顺时针方向依次为第一长直节、第一短直节、第二长直节、第三长直节、第四长直节、第二短直节、第五长直节、第六长直节；
[0010]所述第一长直节上布置有包括第一四极磁铁和第二四极磁铁构成的四极磁铁组件，所述第一短直节上布置有第三四极磁铁，所述第二长直节上布置有包括第四四极磁铁和第五四极磁铁构成的四极磁铁组件，所述第四长直节上布置有包括第六四极磁铁和第七四极磁铁构成的四极磁铁组件，所述第二短直节上布置有第八四极磁铁，所述第五长直节上布置有包括第九四极磁铁和第十四极磁铁构成的四极磁铁组件；
[0011]所述弧线离子束段上布置有二极磁铁，多个二极磁铁沿顺时针方向依次为第一二极磁铁、第二二极磁铁、第三二极磁铁、第四二极磁铁、第五二极磁铁、第六二极磁铁、第七二极磁铁以及第八二极磁铁，且所述第一二极磁铁和第二二极磁铁之间通过所述第一长直节相连接；
[0012]其中，所述第一二极磁铁、第一四极磁铁和第二四极磁铁、第二二极磁铁、第三四极磁铁的二分之一构成光学单元A，所述第四二极磁铁、第四四极磁铁和第五四极磁铁、第三二极磁铁、第三四极磁铁的二分之一构成光学单元B，所述光学单元A与所述光学单元B为镜像对称，且多个所述二极磁铁和多个所述四极磁铁沿顺时针方向构成四折镜像对称的八边形结构。
[0013]进一步地，所述第一四极磁铁、第三四极磁铁、第五四极磁铁、第六四极磁铁、第八四极磁铁以及第十四极磁铁均为聚焦磁铁，所述第二四极磁铁、第四四极磁铁、第七四极磁铁以及第九四极磁铁均为散焦磁铁。
[0014]进一步地，各二极磁铁的偏转角度均为45度，边缘角的范围均为0～15度；
[0015]各四极磁铁组件中的聚焦四极磁铁的积分梯度场范围为0.1/m～1.0/m，散焦四极磁铁的积分梯度场的范围为
‑
0.1/m～
‑
1.0/m，所述第三四极磁铁和所述第八四极磁铁二分之一部分的积分梯度场范围均为0.1/m～1/m；
[0016]所述弧线离子束段上具有短直线节，所述短直线节的长度范围为0.3～3m；
[0017]二极磁铁与相邻的四极磁铁间距范围为0.1～1m，且四极磁铁组件中的两个四极磁铁的间距范围为1～5m。
[0018]进一步地，紧凑型多离子同步加速器还包括：
[0019]注入系统，所述注入系统包括设置在所述第一长直节上的注入切割磁铁以及注入静电偏转板，所述注入切割磁铁和所述注入静电偏转板设置在所述第一四极磁铁和所述第二四极磁铁之间，且所述注入静电偏转板位于所述注入切割磁铁的下游，所述注入切割磁铁用于将注入束流偏转接近至同步加速器束流接受度，所述注入静电偏转板用于将经过注
入切割磁铁偏转的束流再次进行偏转并送入同步加速器接受度内；
[0020]引出系统，所述引出系统包括第一引出切割磁铁、第二引出切割磁铁和引出静电偏转板，所述第一引出切割磁铁和所述第二引出切割磁铁位于所述第六四极磁铁和所述第七四极磁铁之间设置在所述第四长直节上，且所述第二引出切割磁铁位于所述第一引出切割磁铁的下游，所述引出静电偏转板设置在所述第三长直节上，所述引出静电偏转板用于将同步加速器内部共振振幅增大的束流切割并偏离出同步加速器接受度，所述第一引出切割磁铁和所述第二引出切割磁铁用于将所述引出静电偏转板分离的束流进一步向同步加本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种紧凑型多离子同步加速器，其特征在于：所述紧凑型多离子同步加速器包括对称的光学结构，对称的光学结构包括多个直线离子束段和多个弧线离子束段，多个所述直线离子束段和多个所述弧线离子束段交替排列，多个直线离子束段沿顺时针方向依次为第一长直节、第一短直节、第二长直节、第三长直节、第四长直节、第二短直节、第五长直节、第六长直节；所述第一长直节上布置有包括第一四极磁铁和第二四极磁铁构成的四极磁铁组件，所述第一短直节上布置有第三四极磁铁，所述第二长直节上布置有包括第四四极磁铁和第五四极磁铁构成的四极磁铁组件，所述第四长直节上布置有包括第六四极磁铁和第七四极磁铁构成的四极磁铁组件，所述第二短直节上布置有第八四极磁铁，所述第五长直节上布置有包括第九四极磁铁和第十四极磁铁构成的四极磁铁组件；所述弧线离子束段上布置有二极磁铁，多个二极磁铁沿顺时针方向依次为第一二极磁铁、第二二极磁铁、第三二极磁铁、第四二极磁铁、第五二极磁铁、第六二极磁铁、第七二极磁铁以及第八二极磁铁，且所述第一二极磁铁和第二二极磁铁之间通过所述第一长直节相连接；其中，所述第一二极磁铁、第一四极磁铁和第二四极磁铁、第二二极磁铁、第三四极磁铁的二分之一构成光学单元A，所述第四二极磁铁、第四四极磁铁和第五四极磁铁、第三二极磁铁、第三四极磁铁的二分之一构成光学单元B，所述光学单元A与所述光学单元B为镜像对称，且多个所述二极磁铁和多个所述四极磁铁沿顺时针方向构成四折镜像对称的八边形结构。2.根据权利要求1所述的一种紧凑型多离子同步加速器，其特征在于：所述第一四极磁铁、第三四极磁铁、第五四极磁铁、第六四极磁铁、第八四极磁铁以及第十四极磁铁均为聚焦磁铁，所述第二四极磁铁、第四四极磁铁、第七四极磁铁以及第九四极磁铁均为散焦磁铁。3.根据权利要求2所述的一种紧凑型多离子同步加速器，其特征在于：各二极磁铁的偏转角度均为45度，边缘角的范围均为0～15度；各四极磁铁组件中的聚焦四极磁铁的积分梯度场范围为0.1/m～1.0/m，散焦四极磁铁的积分梯度场的范围为
‑
0.1/m～
‑
1.0/m，所述第三四极磁铁和所述第八四极磁铁二分之一部分的积分梯度场范围均为0.1/m～1/m；所述弧线离子束段上具有短直线节，所述短直线节的长度范围为0.3～3m；二极磁铁与相邻的四极磁铁间距范围为0.1～1m，且四极磁铁组件中的两个四极磁铁的间距范围为1～5m。4.根据权利要求1所述的一种紧凑型多离子同步加速器，其特征在于，所述紧凑型多离子同步加速器还包括：注入系统，所述注入系统包括设置在所述第一长直节上的注入切割磁铁以及注入静电偏转板，所述注入切割磁铁和所述注入静电偏转板设置在所述第一四极磁铁和所述第二四极磁铁之间，且所述注入静电偏转板位于所述注入切割磁铁的下游，所述注入切割磁铁用于将注入束流偏转接近至同步加速器束流接受度，所述注入静电偏转板用于将经过注入切割磁铁偏转的束流再次进行偏转并送入同步加速器接受度内；引出系统，所述引出系统包括第一引出切割磁铁、第二引出切割磁铁和引出静电偏转
板，所述第一引出切割磁铁和所述第二引出切割磁铁位于所述第六四极磁铁和所述第七四极磁铁之间...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨建成，夏佳文，詹文龙，申国栋，阮爽，刘杰，王耿，蔡付成，马桂梅，朱云鹏，
申请(专利权)人：中国科学院近代物理研究所，
类型：发明
国别省市：