【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于医用同位素生产的超高频直线加速器及参数设计方法，特别是涉及一种用于医用同位素锗-68/镓-68生产的超高频直线加速器及参数设计方法，属于加速器领域。
技术介绍
1、正电子发射型计算机断层显像(pet)是核医学临床领域先进的显像技术之一。当前，放射性核素氟-18已经广泛应用于pet检查，且氟-18可在医院小型回旋加速器上生产。最近，正电子核素镓-68的多种放射性药物已被美国fda批准，用于多种肿瘤和癌症的诊断。镓-68可通过锗-68/镓-68发生器制备，并且由于其母体核素锗-68半衰期较长(约271天)，可供长时间使用。
2、基于现有的大型加速器，科研人员利用平均流强约100ua的质子束流轰击大面积的镓-镍合金靶10小时，冷却后应用双色谱柱自动化分离装置分离纯化锗-68，成功制备了5毫居的sno2基锗-68/镓-68发生器。科研人员建立了加速器辐照制备锗-68的双色谱柱分离工艺路线，同时掌握了稼-镍合金靶和锗-68/镓-68发生器制备的技术，为我国未来自主化、规模化生产制备该发生器奠定了良好基础。
3、然而，现有同位素生成装置的直线加速器主要分为超导直线加速器和常温直线加速器。对于超导直线加速器，其加速梯度高，平均流强可以到数十ma级，能量连续可调，但由于达到超导态，引入了低温恒温器，因此其总体上长度长，加速质子束流到20mev，需要直线加速器的长度约15-18m，低温恒温器及制冷系统经济成本巨大。对于常温低频直线加速器，虽然平均流强也可以到数个ma级，但由于工作频率低，加速梯度低，通
技术实现思路
1、针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种适用于医用同位素锗-68/镓-68生产的超高频直线加速器及参数设计方法，该加速器可提供约20mev质子束流，可以缩小设备的尺寸和提高同位素生产的效率。
2、为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供一种用于医用同位素生产的超高频直线加速器，其包括：低能加速装置和高能加速装置，所述低能加速装置包括通过低能传输线依次相连的离子源系统、真空泵室以及rfq加速器，所述离子源系统用于输出低发射度高峰值流强的等离子束流，所述rfq加速器用于对低发射度高峰值流强的等离子束流进行低能加速，得到超高频高峰值流强的低能等离子体束流，所述真空泵室用于保证所述低能加速装置处于真空状态；
4、所述高能加速装置包括ih-dtl加速器，用于对所述rfq加速器输出的超高频高峰值流强的低能等离子体束流进行高能加速；
5、所述rfq加速器以及ih-dtl加速器内均设置有冷却流道，用于实现rfq加速器和ih-dtl加速器的稳定运行，得到高峰值流强、高平均流强的高能等离子束流。
6、进一步，所述离子源系统包括通过陶瓷窗相连的上游弧腔和下游腔室；
7、所述上游弧腔的入口端用于接收由回旋共振管激励出的等离子体束流，上游弧腔的出口端设置有弧腔电极，用于配合下游腔室内设置的引出电极对等离子体引出口的电场分布进行优化调试，使得在靠近轴向处形成径向镜面电势区；
8、所述引出电极用于输出低发射度高峰值流强的等离子体束流。
9、进一步，所述上游弧腔外部还套设有永磁约束磁铁，所述永磁约束磁铁用于实现所述上游弧腔中心区为磁场阱，使得等离子体束流能够约束在磁场阱区。
10、进一步，所述rfq加速器的极头的平均孔径为1.5～1.7mm，所述极头上各电极之间靠近极头外缘处形成有第一冷却流道和第二冷却流道，所述第一冷却流道和第二冷却流道一侧钎焊堵头来完成水路的闭合，且所述第一冷却流道的孔径大于所述第二冷却流道。
11、进一步，所述ih-dtl加速器的漂移管大梁上设置有第三冷却流道，且所述第三冷却流道的入口端钎焊有堵头，中间段呈倒梯形，出口端为盲孔；所述ih-dtl加速器的腔筒上设置有第四冷却流道，且第四冷却流道一端钎焊堵头来完成水路的闭合。
12、第二方面，本专利技术提供一种用于医用同位素生产的超高频直线加速器的参数设计方法，包括以下步骤：
13、对离子源系统、低能传输线以及rfq加速器的设计参数进行优化仿真；
14、对rfq加速器和ih-dtl加速器中冷却流道的设计参数进行优化仿真；
15、基于得到的优化仿真参数，对低能加速装置和高能加速装置中的结构部件进行配置，得到用于医用同位素生产的超高频直线加速器。
16、进一步，所述对离子源系统、低能传输线以及rfq加速器的设计参数进行优化仿真，包括：
17、确定影响离子源系统输出束流品质的关键因素，并基于各关键因素对离子源系统的结构参数进行优化设计；
18、确定影响束流发射度增长的关键因素，基于该关键因素对低能传输线的设计参数进行优化设计；
19、确定影响rfq加速器横向聚焦的关键因素，并基于该关键因素对rfq加速器的结构参数进行优化设计。
20、进一步，所述确定影响离子源输出束流品质的关键因素，并基于各关键因素对离子源系统的结构参数进行优化设计，包括：
21、基于预设频率要求，对回旋共振管的工作频率和工作电压参数进行仿真计算，得到最优输出频率和功率范围；
22、对约束磁场场型进行优化设计，使得上游弧腔中心区为磁场阱，令等离子体束流能够约束在磁场阱区；
23、对上游弧腔内弧腔电极和下游腔室内引出电极的结构参数进行仿真，得到弧腔电极和引出电极的孔径范围。
24、进一步，所述确定影响束流发射度增长的关键因素，基于该关键因素对低能传输线的设计参数进行优化设计，包括：
25、确定低能传输线的材质类型；
26、对低能传输线进行紧凑型束流动力学仿真，确定低能传输线之间的漂移距离与磁铁有效长度的关系；
27、对低能传输线配置限束光阑和限束锥，实现束流相空间刮束。
28、进一步，所述对rfq加速器和ih-dtl加速器中冷却流道的设计参数进行优化仿真，包括：
29、对rfq加速器和ih-dtl加速器进行电磁仿真计算，确定影响rfq加速器和ih-dtl加速器腔体发热的主要部位；
30、基于确定的rfq加速器和ih-dtl加速器腔体发热的主要部位，在确保rfq加速器和ih-dtl加速器机械强度和稳定性的前提下，对rfq加速器和ih-dtl加速器腔体内的冷却流道进行设计。
31、本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
32、1、本专利技术通过对低能加速装置中离子源系统内引出电极、低能传输线以及rfq加速器中极头内平均孔径的范围进行合理优化，使得该加速器可提供峰值强度5-10ma，传输效率大于80％，可以满足同位素生成高效率的要求。
33、2本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于医用同位素生产的超高频直线加速器，其包括：低能加速装置和高能加速装置，其特征在于，所述低能加速装置包括通过低能传输线依次相连的离子源系统、真空泵室以及RFQ加速器，所述离子源系统用于输出低发射度高峰值流强的等离子束流，所述RFQ加速器用于对低发射度高峰值流强的等离子束流进行低能加速，得到超高频高峰值流强的低能等离子体束流，所述真空泵室用于保证所述低能加速装置处于真空状态；
2.如权利要求1所述的一种用于医用同位素生产的超高频直线加速器，其特征在于，所述离子源系统包括通过陶瓷窗相连的上游弧腔和下游腔室；
3.如权利要求2所述的一种用于医用同位素生产的超高频直线加速器，其特征在于，所述上游弧腔外部还套设有永磁约束磁铁，所述永磁约束磁铁用于实现所述上游弧腔中心区为磁场阱，使得等离子体束流能够约束在磁场阱区。
4.如权利要求1所述的一种用于医用同位素生产的超高频直线加速器，其特征在于，所述RFQ加速器的极头的平均孔径为1.5～1.7mm，所述极头上各电极之间靠近极头外缘处形成有第一冷却流道和第二冷却流道，所述第一冷却流道和第二冷却流道一侧钎
5.如权利要求1所述的一种用于医用同位素生产的超高频直线加速器，其特征在于，所述IH-DTL加速器的漂移管大梁上设置有第三冷却流道，且所述第三冷却流道的入口端钎焊有堵头，中间段呈倒梯形，出口端为盲孔；所述IH-DTL加速器的腔筒上设置有第四冷却流道，且第四冷却流道一端钎焊堵头来完成水路的闭合。
6.一种如权利要求1～5任一项所述用于医用同位素生产的超高频直线加速器的参数设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.如权利要求6所述的参数设计方法，其特征在于，所述对离子源系统、低能传输线以及RFQ加速器的设计参数进行优化仿真，包括：
8.如权利要求7所述的参数设计方法，其特征在于，所述确定影响离子源输出束流品质的关键因素，并基于各关键因素对离子源系统的结构参数进行优化设计，包括：
9.如权利要求7所述的参数设计方法，其特征在于，所述确定影响束流发射度增长的关键因素，基于该关键因素对低能传输线的设计参数进行优化设计，包括：
10.如权利要求7所述的参数设计方法，其特征在于，所述对RFQ加速器和IH-DTL加速器中冷却流道的设计参数进行优化仿真，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种用于医用同位素生产的超高频直线加速器，其包括：低能加速装置和高能加速装置，其特征在于，所述低能加速装置包括通过低能传输线依次相连的离子源系统、真空泵室以及rfq加速器，所述离子源系统用于输出低发射度高峰值流强的等离子束流，所述rfq加速器用于对低发射度高峰值流强的等离子束流进行低能加速，得到超高频高峰值流强的低能等离子体束流，所述真空泵室用于保证所述低能加速装置处于真空状态；
2.如权利要求1所述的一种用于医用同位素生产的超高频直线加速器，其特征在于，所述离子源系统包括通过陶瓷窗相连的上游弧腔和下游腔室；
3.如权利要求2所述的一种用于医用同位素生产的超高频直线加速器，其特征在于，所述上游弧腔外部还套设有永磁约束磁铁，所述永磁约束磁铁用于实现所述上游弧腔中心区为磁场阱，使得等离子体束流能够约束在磁场阱区。
4.如权利要求1所述的一种用于医用同位素生产的超高频直线加速器，其特征在于，所述rfq加速器的极头的平均孔径为1.5～1.7mm，所述极头上各电极之间靠近极头外缘处形成有第一冷却流道和第二冷却流道，所述第一冷却流道和第二冷却流道一侧钎焊堵头来完成水路的闭合，且所述第一冷却流道的孔径大于所...
【专利技术属性】
技术研发人员：何源，王志军，窦为平，黄玉璐，李晨星，金晓凤，陈伟龙，施龙波，黎晓晓，黄燃，张斌，胡正国，徐瑚珊，赵红卫，高郑，邱丰，黄贵荣，张鹏，张军辉，薛纵横，王锋锋，秦元帅，贾欢，蔡汉杰，杨锋，
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：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。