[发明专利]气体喷射系统以及用于运行气体喷射系统的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种尤其用于粒子治疗设备的气体喷射系统，以及用于运行这种气体喷射系统的方法。

背景技术

尤其癌症的粒子治疗时，例如由质子或重离子，例如碳离子，产生粒子束。粒子束在加速器中产生，被导向治疗室并经过出口窗进入治疗室。按一种特殊的设计，来自加速器的粒子束可以交替地导向不同的治疗室。在治疗室内要治疗的病人例如定位在病人卧台上以及必要时使之固定不动。

为产生粒子束，加速器含有离子源，例如电子回旋共振离子源(EZR-离子源)。在离子源内产生有规定能量分布的自由离子定向运动。在这里，正电荷离子，如质子或碳离子，理想地用于放射某些特定的肿瘤。其原因在于，它们借助加速器可以具有高的能量，而它们又重新将其能量非常精确地释放到身体组织中。在离子源中产生的粒子在同步加速器环内以超过50MeV/u的能量在一个圆形轨道上循环。因此为治疗提供一种有事先准确规定的能量、聚焦和强度的脉冲式粒子束。

为了产生微粒，在离子源内导入一种应已电离的气体。对于规定的粒子束，要求导入的气体有高度精确和保持恒定的气体流量。为了能在离子源内交替导入取决于治疗而定的不同气体，例如二氧化碳或氢气，为气流设置导入离子源内的独立管道。例如在变换用于产生新粒子束的气流时，首先关闭当前工作气体的气体管道，冲洗系统，以及只有在这种情况下才向离子源内导入另一种气流。

然而形成期望的高度精确的气体流量既困难又费时。流量取决于所选用的气体种类，以及通常在1sccm(每分钟标准立方厘米)以下，对于二氧化碳在溅射离子源中例如约0.002sccm。以及在EZR离子源中例如约0.3sccm。

为了调整在气体管道中的压力并因而调整气体流量，如今使用温度控制的针形阀，借助它们难以精确调整期望的小流量。因为直接测量流量不可能有期望的精度，所以通过测量产生的粒子束和按试-错原理逐渐调整针形阀实施流量的调整。此外，这种阀对温度非常敏感。因此环境温度的变化导致流量波动。由于这一原因，环境温度必须稳定保持在2℃之内。除此之外，在更换构件，例如装在管道中的阀后，要求重新调整系统参数。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，能在导入到离子源内的不同气体之间实现尽可能迅速的转换。

按照本发明上述技术问题通过一种尤其用于粒子治疗设备的气体喷射系统得以解决，其包括一个将气体导入离子源内的第一管道、用于两种分开的气流的第二和第三管道以及一个多路转换阀，其中，所述第二和第三管道分别通入多路转换阀的一个进口中，以及其中，第一管道与多路转换阀的一个出口连接，以及，多路转换阀设计为，根据选择将这一个或另一个进口与所述出口连接，从而或将第二管道或将第三管道与第一管道在流动技术上连接起来。

这种气体喷射系统的一个重要的优点在于，由于所述不仅第二管道而且第三管道与之连接的多路转换阀在这些管道之间实现特别迅速的转换，从而轮流地将来自第二管道或来自第三管道的气流，导入第一管道内或离子源内。这种阀的转换时间小于1秒钟，以及在5秒钟之内使第一管道内的气流稳定。因此在几秒钟内形成一个新的恒定的气流量，以及改变粒子束中的离子种类，在工作气体变更时不必清洗系统。

在这里，转换阀是指这样一种阀，它在不混合两种气流的情况下，将这一个或另一个进口轮流在流动技术上与出口相连接。因此可以说在气流之间进行一种数字式转换。

使用这种多路转换阀的另一个优点是只需要一个管道，通过它将不同的气流轮流导入离子源，从而减小空间需求量。

按一项优选的设计，多路转换阀有第二出口，其中，未在流动技术上与第一管道连通的那个管道与第二出口连接。因此没有导入离子源内的气体也尤其连续地从多路转换阀流出，从而形成稳定的气流。

优选地，在第二出口连接泵、尤其真空泵。这意味着，没有在流动技术上通过多路转换阀与用于将气体供入离子源的第一管道连通的那个管道与泵连接，从而将该管道中的气体连续从系统抽出。在这里真空泵模拟抽成真空的离子源。因此，在粒子治疗设备工作时，即使这些气流之一此时恰好没有使用于产生粒子束，也不改变气流的流动参数。当在第二和第三管道内已形成稳定的气流时，则优选地，即使这些气流之一没有导入离子源内，它们也不会中断。这些气流在它们超过例如30分钟未被使用时被切断，为此在多路转换阀前的每个管道内装入一个附加的On-Off阀。在粒子治疗设备工作时，气流连续地或朝离子源的方向流动，或从气体喷射系统流出。因为在这里涉及非常小的处于每分钟几标准微升范围内的气流量，所以气体损失很小。