一种面向中子俘获治疗的连续波RFQ加速器系统技术方案

本发明专利技术涉及一种面向中子俘获治疗的连续波RFQ加速器系统，包括RFQ加速器，RFQ加速器包括壳体和布置在壳体内的四个电极，四个电极按照中心对称分布以形成加速腔，加速腔的平均半径为0.4

【技术实现步骤摘要】
一种面向中子俘获治疗的连续波RFQ加速器系统


[0001]本专利技术涉及RFQ加速器
，具体是关于一种面向中子俘获治疗的连续波RFQ加速器系统。

技术介绍

[0002]硼中子俘获疗法(BNCT)是几十年前提出的一种创新的放射治疗方法，从理论上讲，它可能是许多类型癌症的理想治疗方法。该疗法首先为患者注射含硼(Boron)药物，含硼药物和癌细胞有很强的亲和力，并很快聚集在肿瘤细胞内，而很少在正常组织中聚集。然后对患者的肿瘤部位进行热中子(thermal neutrons)照射。当热中子被肿瘤细胞中的10B俘获时发生裂变，产生了破坏力较大的α粒子和反冲的7Li核，可以精确地杀死肿瘤细胞。
[0003]BNCT治疗癌症最初研究主要使用裂变核反应堆提供热中子源，由于受制于核反应堆的数目少、改造难度大以及运行费用高等因素，因此基于反应堆的BNCT治疗系统一直无法有突破性的提高，严重制约了BNCT在世界范围内发展与普及。此外，反应堆中子源设施因为核安全等突出问题很难被医院接受，不利用推广普及。
[0004]相比于反应堆中子源，加速器中子的优势体现为安全简单，维护费用低，可在人口密度大的大城市建设，超热中子的产额高，在提高患者的治疗效果方面也由很大的潜力。普遍关注的BNCT加速器包含直线加速器、串列静电加速器和回旋加速器。
[0005]目前国内外基于直线加速器的BNCT研发装置包含仅含RFQ加速器和RFQ+DTL组合加速器，都由于束流功率和腔体工艺挑战，均采用采用长脉冲工作模式。
[0006]其中，RFQ+DTL组合加速器，可以加速到更高的能量，DTL加速器也具有更高的加速效率，但RFQ和DTL加速器之间需要横纵向的匹配，会增加系统的复杂性。RFQ与DTL加速器之间需要满足固定的相位关系，允许RFQ和DTL加速器的频率变化变化范围较小，这会增加束流调试的困难，也对调谐系统和水冷却系统有更高的要求。
[0007]考虑到DTL加速器由于冷却问题，其很难工作到高占空比模式，DTL加速器工作的占空比通常是10
‑
20％，也可到50％，相比与连续波RFQ加速器，峰值束流强度需要提高约5
‑
10倍。峰值流强提高，离子源需要提供低发射度、高峰值流强的束流，技术难度大，成本较高。峰值流强高，空间电荷效应强，低能传输线和RFQ加速器的对发射度的控制难度大，束流传输效率难以保证。束流发射度过大，会造成下游加速结构或者传输线中的束流损失，这种损失不仅是束流强度的损失，而且带来产生中子活化问题，增加屏蔽的困难。
[0008]因此，需要一种连续波RFQ加速器，保证强流束高品质传输，在连续波模式下稳定工作，能够满足RFQ加速器四极场的要求，频率能够变化，使得RFQ系统的调试和运行可以得到简化，对辅助系统的要求也可降低。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的是提供一种面向中子俘获治疗的连续波RFQ加速器系统，以保证强流束高品质传输，在连续波模式下稳定工作，能够满足RFQ加速器四极场的要求，频率能够
变化，使得RFQ系统的调试和运行可以得到简化，对辅助系统的要求也可降低。
[0010]为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：
[0011]一种面向中子俘获治疗的连续波RFQ加速器系统，包括连续波RFQ加速器，所述连续波RFQ加速器包括壳体和布置在所述壳体内的四个电极，四个所述电极按照中心对称分布以形成加速腔，所述加速腔的平均半径为0.4
‑
0.6cm，所述加速腔的最小孔径为0.2
‑
0.4cm，所述连续波RFQ加速器的电极调制系数能够从1逐渐增加到最大值2.5，所述连续波RFQ加速器的打火系数为1.0
‑
1.8，所述连续波RFQ加速器的腔体功率小于120kw，所述连续波RFQ加速器的最高功率密度小于26w/cm2。
[0012]所述的面向中子俘获治疗的连续波RFQ加速器系统，优选地，所述电极为长条形，所述电极的头部为圆弧状，所述电极的尾部与所述壳体固定连接。
[0013]所述的面向中子俘获治疗的连续波RFQ加速器系统，优选地，所述电极的头部圆弧处的切角角度为9
‑
11
°
，所述电极的尾部与所述壳体之间的夹角的角度为14
‑
16
°
。
[0014]所述的面向中子俘获治疗的连续波RFQ加速器系统，优选地，所述连续波RFQ加速器采用自激模式。
[0015]所述的面向中子俘获治疗的连续波RFQ加速器系统，优选地，所述连续波RFQ加速器为四翼型。
[0016]所述的面向中子俘获治疗的连续波RFQ加速器系统，优选地，还包括不含恒温水机的冷却系统，所述冷却系统包括定压罐、一次水泵、换热器和冷却组件，所述连续波RFQ加速器的出液端与所述定压罐的进液端相连，所述连续波RFQ加速器的出液端处设有第一截止阀，所述定压罐的出液端与所述换热器的第一进水端通过所述一次水泵相连，所述连续波RFQ加速器的进液端与所述换热器的第一出水端相连，所述一次水泵的出液端设有第一出液管路和第二出液管路，所述第一出液管路与所述连续波RFQ加速器的进液端相连，所述第二出液管路与所述换热器的第一进水端相连，所述换热器的第二出水端和所述冷却组件的进水端相连，所述换热器的第二进水端与所述冷却组件的出水端相连。
[0017]所述的面向中子俘获治疗的连续波RFQ加速器系统，优选地，所述冷却组件包括二次水泵和冷却塔，所述换热器的第二出水端与所述冷却塔的进液端通过所述二次水泵相连，所述冷却塔的出水端与所述换热器的第二进水端相连，所述换热器的第二进水端处设有第二截止阀。
[0018]本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
[0019]1、本专利技术中仅使用连续波RFQ加速器相比于RFQ和DTL的组合加速器，具有结构紧凑、集成度高、调试方便等优势。
[0020]2、本专利的RFQ加速器可工作在连续波模式，与脉冲模式的RFQ加速器比较，平均流强相同时，降低了对束流峰值强度的要求，离子源、传输线等其余系统的研制难度和成本都会降低。
[0021]3、本专利技术进行了不同电极调制面的设计，得到各种电极调制面下的束流动力学仿真结果，选择和确认了发射度增长小于10％，传输效率高于99％的电极调制面结构参数。通过对RFQ加速器电极调制面的深度进行精细的结构设计，束流品质可以得到更好的控制，提高传输效率，降低束流损失带来的活化问题，降低辐射屏蔽系统的尺寸和成本。同时，也降低了打火系数，减小连续波功率加载和运行的打火几率。
[0022]4、对RFQ加速器的横向截面进行设计，降低高频总功率和最大热功率密度，提升连续波运行可能和能力。
[0023]5、本专利技术的连续波RFQ加速器工作在自激模式，进行频率追踪，能保证束流能量、强度和品质。连续波RFQ加速器系统不需要水温调谐，而采用自激模式，在满足连续波RFQ加速器四极场要求的情况下，频率允许有一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向中子俘获治疗的连续波RFQ加速器系统，其特征在于，包括RFQ加速器，所述RFQ加速器包括壳体和布置在所述壳体内的四个电极，四个所述电极按照中心对称分布以形成加速腔，所述加速腔的平均半径为0.4
‑
0.6cm，所述加速腔的最小孔径为0.2
‑
0.4cm，所述连续波RFQ加速器的电极调制系数能够从1逐渐增加到最大值2.5，所述连续波RFQ加速器的打火系数为1.0
‑
1.8，所述连续波RFQ加速器的腔体功率小于120kw，所述连续波RFQ加速器的最高功率密度小于26w/cm2。2.根据权利要求1所述的面向中子俘获治疗的连续波RFQ加速器系统，其特征在于，所述电极为长条形，所述电极的头部为圆弧状，所述电极的尾部与所述壳体固定连接。3.根据权利要求2所述的面向中子俘获治疗的连续波RFQ加速器系统，其特征在于，所述电极的头部圆弧处的切角角度为9
‑
11
°
，所述电极的尾部与所述壳体之间的夹角的角度为14
‑
16
°
。4.根据权利要求1面向中子俘获治疗的连续波RFQ加速器系统，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：何源，王志军，窦为平，张周礼，王锋锋，朱铁明，张斌，张军辉，张生虎，
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：