一种紧凑型离子直线加速装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种紧凑型离子直线加速装置，包括离子束输送管道，离子束输送管道沿离子束输送方向依次分为低能加速段和高能加速段，低能加速段上布置有沿离子束输送方向依次递增加速频率至S波段的多个直线加速器，高能加速段上布置有高梯度的直线加速器，直线加速器的加速腔为铜腔结构，且高能加速段上直线加速器的加速腔工作温度范围为50K

【技术实现步骤摘要】
一种紧凑型离子直线加速装置


[0001]本专利技术涉及加速器放射治疗
，具体涉及一种紧凑型离子直线加速装置。

技术介绍

[0002]质子、重离子放射治疗是目前比较有效的癌症治疗方式。目前的质子治疗加速器通常采用回旋加速器和同步加速器，而重离子加速器通常采用同步加速器。虽然回旋加速器可提供持续稳定的束流，但回旋加速器传输效率低，引出能量固定，为实现不同照射深度，需要使用降能器及能量选择系统，影响束流品质并增加了辐射防护的难度；虽然同步加速器可以实现能量可调，但其注入、升能和标准化循环需要占用很长时间，调变能量时间约秒级，会增加无效治疗时间，引出束流平均流强较低，无法适应快速、连续治疗的要求，并且同步加速器占地面积大，整个系统架构复杂。
[0003]此外，直线加速器是利用射频电场在直线轨道上加速离子的一种加速器。直线加速器具有快速调节能量的优势，是支持正在发展的运动器官放疗，特别是闪疗的理想机型。直线加速器应用到质子、重离子治疗领域的主要研究方向是缩小加速器的长度，以满足医院的安装规模。目前直线加速器应用到质子、重离子治疗领域通常采用的加速结构为射频四极场加速器(Radio Frequency Quadrupole，RFQ)+漂移管直线加速器(Drift Tube Linac，DTL)+耦合腔直线加速器(Coupled Cavity Linac，CCL)或返行波加速器(Back Travelling Wave，BTW)或负谐波加速器(Negative Harmonic Structure，NHS)的结构，且用于癌症治疗的重离子直线加速器长度大约是在45
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50m。
[0004]但是由于现有应用到质子、重离子治疗领域的加速装置结构长度较长，体积庞大，造价昂贵，不便于在医院普及。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种紧凑型离子直线加速装置，以解决现有技术中应用到质子、重离子治疗领域的加速装置结构长度较长，体积庞大，造价昂贵和离子束能量调节慢的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：
[0007]本专利技术提供一种紧凑型离子直线加速装置，包括离子束输送管道，所述离子束输送管道沿离子束输送方向依次分为低能加速段和高能加速段，所述低能加速段上布置有沿离子束输送方向依次递增加速频率至S波段的多个直线加速器，所述高能加速段上布置有高梯度的直线加速器，所述直线加速器的加速腔为铜腔结构，且所述高能加速段上直线加速器的加速腔工作温度范围为50K
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70K。
[0008]进一步地，所述低能加速段上的多个直线加速器包括沿离子束输送方向依次布置的射频四极场加速器、交指型加速器、以及漂移管直线加速器，且所述离子束输送管道依次穿过射频四极场加速器、交指型加速器、以及漂移管直线加速器的加速腔，其中，所述射频四极场加速器、交指型加速器、以及漂移管直线加速器的加速腔均为常温腔室。
[0009]进一步地，所述射频四极场加速器和所述交指型加速器的加速频率范围均为300MHz
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800 MHz，所述漂移管直线加速器的加速频率运行在S波段，且所述漂移管直线加速器的加速频率范围为2GHz
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3 GHz。
[0010]进一步地，所述高能加速段上的直线加速器为工作频率为S至C波段的耦合腔直线加速器、返行波加速器或负谐波加速器，所述离子束输送管道穿过所述高能加速段上直线加速器的加速腔。
[0011]进一步地，所述高能加速段上的直线加速器包括沿离子束输送方向连续布置的多个加速单元，所述加速单元包括第一低温腔室以及第一加速腔室，所述第一低温腔室呈封闭设置，所述第一加速腔室设置在所述第一低温腔室内，并在所述第一低温腔室内位于所述第一加速腔室的外部注入有低温工质，所述离子束输送管道依次穿过多个所述第一加速腔室，其中，所述第一加速腔室上分别设有第一射频功率馈入接口和第一射频功率馈出接口。
[0012]进一步地，所述高能加速段上的直线加速器还包括内部腔室封闭的第一隔温外筒，多个所述加速单元均设置在所述第一隔温外筒内，在所述第一隔温外筒和所述第一低温腔室之间设有多个环形的第一腔体支撑架，且多个第一腔体支撑架沿所述第一隔温外筒的长度方向分布。
[0013]进一步地，所述高能加速段上的直线加速器包括第二加速腔室、第二隔温外筒以及热传导管道，所述第二加速腔室设置在所述第二隔温外筒内，所述离子束输送管道穿过所述第二加速腔室，所述热传导管道的一端连接在所述第二加速腔室上，且所述热传导管道的另一端穿出所述第二隔温外筒并形成有传导冷却接口，所述传导冷却接口用于外接制冷设备，其中，所述第二加速腔室上分别设有第二射频功率馈入接口和第二射频功率馈出接口。
[0014]进一步地，所述第二隔温外筒和所述第二加速腔室之间设有多个环形的第二腔体支撑架，且多个第二腔体支撑架沿所述第二隔温外筒的长度方向分布。
[0015]进一步地，所述离子束输送管道的离子束注入端包括两个独立的端口，其中一个端口上连接有激光离子源发射装置，另一个端口上连接有电子回旋共振离子源发射装置。
[0016]本专利技术由于采取以上技术方案，其具备以下有益效果：
[0017]通过设置低能加速段和高能加速段的离子束输送管道，由低能加速段上沿离子束输送方向依次递增加速频率至S波段的多个直线加速器，可将低能量的强流离子束逐步提高，并利用低温技术使高能加速段上直线加速器的铜腔工作在50
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70K的低温环境中，使高梯度直线加速器运行过程中能够对其进行冷却，以提高高能加速段上直线加速器的加速梯度，并实现80
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150MV/m的加速梯度，从而可进一步缩短加速器的长度，使加速装置的结构布置紧凑，减少占地面积，节省成本，便于在医院普及。
附图说明
[0018]通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：
[0019]图1是本专利技术实施例提供的一种紧凑型离子直线加速装置的整体结构示意图；
[0020]图2是本专利技术实施例提供的一种紧凑型离子直线加速装置的低温布置方式一的结构示意图；
[0021]图3是本专利技术实施例提供的一种紧凑型离子直线加速装置的低温布置方式二的结构示意图。
[0022]附图中各标记表示如下：
[0023]1、离子束输送管道；11、射频四极场加速器；12、交指型加速器；13、漂移管直线加速器；2、激光离子源发射装置；3、电子回旋共振离子源发射装置；4、加速单元；41、第一低温腔室；42、第一加速腔室；421、第一射频功率馈入接口；422、第一射频功率馈出接口；5、第一隔温外筒；51、第一腔体支撑架；6、第二加速腔室；61、第二射频功率馈入接口；7、第二隔温外筒；8、热传导管道；81、传导冷却接口；9、第二腔体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种紧凑型离子直线加速装置，其特征在于：所述紧凑型离子直线加速装置包括离子束输送管道，所述离子束输送管道沿离子束输送方向依次分为低能加速段和高能加速段，所述低能加速段上布置有沿离子束输送方向依次递增加速频率至S波段的多个直线加速器，所述高能加速段上布置有高梯度的直线加速器，所述直线加速器的加速腔为铜腔结构，且所述高能加速段上直线加速器的加速腔工作温度范围为50K
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70K。2.根据权利要求1所述的一种紧凑型离子直线加速装置，其特征在于：所述低能加速段上的多个直线加速器包括沿离子束输送方向依次布置的射频四极场加速器、交指型加速器、以及漂移管直线加速器，且所述离子束输送管道依次穿过射频四极场加速器、交指型加速器、以及漂移管直线加速器的加速腔，其中，所述射频四极场加速器、交指型加速器、以及漂移管直线加速器的加速腔均为常温腔室。3.根据权利要求2所述的一种紧凑型离子直线加速装置，其特征在于：所述射频四极场加速器和所述交指型加速器的加速频率范围均为300MHz
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800MHz，所述漂移管直线加速器的加速频率运行在S波段，且所述漂移管直线加速器的加速频率范围为2GHz
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3 GHz。4.根据权利要求2所述的一种紧凑型离子直线加速装置，其特征在于：所述高能加速段上的直线加速器为工作频率为S至C波段的耦合腔直线加速器、返行波加速器或负谐波加速器，所述离子束输送管道穿过所述高能加速段上直线加速器的加速腔。5.根据权利要求4所述的一种紧凑型离子直线加速装置，其特征在于：所述高能加速段上的直线加速器包括沿离子束输送方向连续布置的多个加速单元，所述加速...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵红卫，赵全堂，杨尧，张子民，孙良亭，赵环昱，曹树春，
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：