一种自引出回旋加速器制造技术

一种自引出回旋加速器，包括一对盖板和位于盖板内的一对励磁线圈，以及位于一对励磁线圈内侧用于形成主磁场的两组面对面放置的主磁铁，每组所述主磁铁由扇形的两块长磁极和两块短磁极组成，长短磁极交错分布，两块长磁极和短磁极分别轴线重合，四块扇形磁铁向心分布且圆心重合，相邻两块磁极之间形成扇形谷区,长短磁极的磁极间隙均随半径变化而变化；每块所述长磁极末端设置有弧形刻槽。本发明专利技术可以稳定的加速H+离子，相对于市面常见的内源负氢离子源的回旋加速器，对于真空度的要求低，且自引出回旋加速器引出流强一般可稳定达到100uA到1mA以上。到1mA以上。到1mA以上。

【技术实现步骤摘要】
一种自引出回旋加速器


[0001]本专利技术属于核
，涉及加速器技术，具体涉及一种自引出回旋加速器。

技术介绍

[0002]目前回旋加速器在科研和医疗得到广泛的应用，但市面上主流加速器一般采用内源离子源以及碳膜剥离引出的方式，引出流强一般为50uA~100uA，无法满足需要流强更大的科研以及生物药学的研究，例如硼中子治疗(BNCT)和锗镓发生器。
[0003]自引出技术指的是通过在磁极的末端位置刻槽，造成磁场梯度的剧烈变化，束流由于回旋半径增大而脱离主磁场。典型的18MeV自引出回旋加速器主要由H+离子源，中心区，主磁铁，高频系统，自引出系统以及真空室等核心组件构成。H+离子经由H+离子源进入中心区平面后进行圆形的回旋运动，经过高频间隙时，H+离子能量增加且回旋半径增大，一般经过100圈以上加速至最终能量，通过自引出系统连续引出强流H+离子束。其中，主磁铁能够提供H+离子加速的导向磁场。
[0004]主磁铁是H+离子能够加速到最终能量的基本保证，相对于市面常见的H
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离子加速器，自引出技术要求束流在磁极的边缘区域继续运动一段距离，主磁铁强烈的边缘场效应会使得束流的径向尺寸变得更大，因此18MeV自引出回旋加速器要求尽可能的减少边缘场对束团带来的影响，采用二轴对称的磁极结构设计，分为长磁极和短磁极，二者相邻分布。由于束流引出在短磁极磁轭方向，因此还需对磁轭进行相应的开孔设计，两种效应都会使得主磁场内部的二次谐波强度加剧。
[0005]由于回旋加速器粒子能量稳定增长的过程中，要求粒子每圈通过加速腔间隙的相位基本恒定，这就要求约束粒子的回旋运动的磁场随磁极半径逐渐增大，同时也能够匹配粒子能量的增大。市面上常见的回旋加速器均通过磁场垫补对磁场分布进行微调，常见的垫补方法一般是在贴合磁极侧边，由高饱和磁场的导磁材料加工形成的镶条对磁场进行垫补。镶条高度一端与磁极表面持平，另外一侧则距离盖板较远，因此相同角度的磁极在中心平面产生的磁场要大于镶条中心平面的磁场，为了平衡磁极范围的等时性磁场分布，要求扇形磁极的角度不能太大，因此在大半径情况下，需要镶条提供更多的磁场垫补能量，也就是说在大半径下镶条需要更大的角度。这会带来包括镶条的切向力、形变增大，同时在大半径下加速间隙不足等一系列问题，最终导致束流损失增加，束流强度受到限制。
[0006]自引出技术要求H+粒子能够加速至磁极边缘，如果仅用镶条对等时性调节则会导致镶条的覆盖角度过大，从而出现以上问题，因此自引出主磁铁的调谐工作采用变磁隙调谐技术配合镶条调谐，其中变磁隙调谐技术指的是磁隙随半径的增大减小。由于磁隙的减小，中央平面的磁场同样会随着磁极的半径增大而增大，镶条调谐主要针对等时性进行细微调整。
[0007]变磁隙调谐同时有助于束流的轴向聚焦，同时变磁隙调谐技术和镶条调谐二者的结合能够有效的控制磁极表面形状，为粒子的轴向空间预留足够的空间。而由于前文所述二次谐波可能导致束流在传输过程中的发射度增大，因此长短磁极的磁隙变化并不需要一
致，用于调整这种二次谐波。其中长磁极刻槽用于自引出，短磁极磁隙变化用于对二次谐波的垫补。
[0008]自引出系统通常是由五部分组成：一次谐波线圈、长磁极刻槽、梯度校正器、束流收集器以及引出磁通道。其中一次谐波线圈用于对束流作进动引出，将束流推送到合适的相空间，使尽可能多的束流能够在合适引出角度内得到引出；长磁极刻槽用于提供磁场梯度的变化，使粒子的回旋半径骤然增大从而脱离主磁场；由于磁极边缘场的作用，因此束流在通过长磁极刻槽位置得以引出时，需要放置梯度校正器，用于对刻槽位置引出束流的初步聚焦，防止束流由于磁极边缘场效应导致径向尺寸过大，损失在主磁场内部；最后束流会通过引出磁通道，引出磁通道对引出束流作二次聚焦，便于束流打靶以及后续的束流传输，同时能够使束流的横向尺寸和轴向尺寸尽可能匹配；束流收集器则用于收集无法被磁通道接受的杂散束流，防止束流轰击到其他位置从而造成强烈的感生放射性。
[0009]因此，相对传统的H
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离子回旋加速器，自引出回旋加速器面临的主要问题如下：1) 变磁隙+镶条的调谐模式：由于一次谐波线圈在作进动引出时，会靠近磁极的末端，此处的磁隙将会变得较小，同时束流此时的能量较大，若粒子轰击在磁极表面或者一次谐波线圈上，将会造成较为强烈的感生放射性。另外一方面，高频谐振腔的假Dee板（加速器D型电极）一般附于磁极表面，由于二次谐波的存在，因此长短磁极的磁隙变化并不一致，用于调整主磁场内部的二次谐波，若磁隙过小，则会导致束流轰击到假Dee上，从而造成二次电子倍增效应，减小高频对束流的输出功率。
[0010]2）梯度校正器：由于自引出束流位于磁极的边缘场，此处束流处于径向强散焦状态，若不加干涉，束流会很快由于这种效应导致径向尺寸变大，从而无法正常引出束流。通过梯度校正器能够有效的控制这种散焦状态，使束流能够以较小的径向尺寸继续传输。但是由于加速器内部空间狭小，不适合放置四级电磁铁，因此只能采用永磁铁。由于永磁铁自身磁场的发散，会对主磁场内部造成较大范围的一次谐波，因此梯度校正器需要关于加速器中心对称放置，这会使得主磁场内的二次谐波效应加强，但过强的二次谐波则会造成在主磁场传输的束流发射度增大。
[0011]3）引出磁通道：在经过梯度校正器，束流依然会在边缘场运行一段距离，且引出的方向会在短磁极磁轭方向，因此需要对短磁极对应的磁轭进行相应的开孔设计，用于放置引出磁通道，但这种开孔设计同样会导致主磁场内部的二次谐波进一步得到加强，不利于束流传输。
[0012]因此对磁轭的开孔设计尺寸受到限制，故而磁通道依然选择永磁铁设计，由于永磁铁表面一般最多能够极化1T左右的磁感应强度，若磁通道内径过小，则会导致大部分束流不能得到聚焦，导致束流损失在磁通道表面。若内径过大，则会导致由于四级磁场的梯度不够导致束流损失在磁通道内部。

技术实现思路

[0013]为克服现有技术的缺陷，本专利技术公开了一种自引出回旋加速器。
[0014]本专利技术所述自引出回旋加速器，包括一对盖板和位于盖板内的一对励磁线圈，以及位于一对励磁线圈内侧用于形成主磁场的两组面对面放置的主磁铁，每组所述主磁铁由扇形的两块长磁极和两块短磁极组成，长短磁极交错分布，两块长磁极和短磁极分别轴线
重合，四块扇形磁铁向心分布且圆心重合，相邻两块磁极之间形成扇形谷区,长短磁极的磁极间隙均随半径变化而变化；每块所述长磁极末端设置有弧形的长磁极刻槽；扇形磁极的两个直边外贴有镶条；所述扇形谷区分为交错分布的第一扇形谷区和第二扇形谷区，所述第一扇形谷区内设置有高频DEE板，高频DEE板两侧的磁极直边上设置有假DEE板。
[0015]优选的，所述盖板设置有圆形凹槽，所述励磁线圈位于圆形凹槽内。
[0016]优选的，第二扇形谷区设置有梯度校正器，所述梯度校正器包括一对关于主磁场平面对称设置的磁铁组，每个磁铁组包括校正聚焦磁铁和校正屏蔽磁铁，其中校正聚焦磁铁由面对面放置的内聚焦磁铁和外聚焦磁本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自引出回旋加速器，包括一对盖板和位于盖板内的一对励磁线圈，以及位于一对励磁线圈内侧用于形成主磁场的两组面对面放置的主磁铁，其特征在于，每组所述主磁铁由扇形的两块长磁极（1）和两块短磁极（2）组成，长短磁极交错分布，两块长磁极和短磁极分别轴线重合，四块扇形磁铁向心分布且圆心重合，相邻两块磁极之间形成扇形谷区,长短磁极的磁极间隙均随半径变化而变化；每块所述长磁极末端设置有弧形的长磁极刻槽（7）；扇形磁极的两个直边外贴有镶条（6）；所述扇形谷区分为交错分布的第一扇形谷区和第二扇形谷区，所述第一扇形谷区内设置有高频DEE板（13），高频DEE板两侧的磁极直边上设置有假DEE板（8）。2.如权利要求1所述的自引出回旋加速器，其特征在于，所述盖板设置有圆形凹槽，所述励磁线圈位于圆形凹槽内。3.如权利要求1所述的自引出回旋加速器，其特征在于，第二扇形谷区设置有梯度校正器（3），所述梯度校正器包括一对关于主磁场平面对称设置的磁铁组，每个磁铁组包括校正聚焦磁铁和校正屏蔽磁铁（33），其中校正聚焦磁铁由面对面放置的内聚焦磁铁（32）和外聚焦磁铁（31）组成，靠近磁场内部的内聚焦磁铁磁场（32）方向与主磁场相反；靠近磁场外部的外聚焦磁铁磁场方向与主磁场相同，内聚焦磁铁和外聚焦磁铁的剩磁强度一致；所述内聚焦磁铁靠近主磁场中心的侧面设置有校正屏蔽磁铁（33），校正屏蔽磁铁的磁场方向与主磁场相同，所述内聚焦磁铁（32）和外聚焦磁铁（31）之间的间隙走向与所述长磁极...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜洋，张罡，马瑞利，何小中，石金水，
申请(专利权)人：四川玖谊源粒子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：