[发明专利]一种回旋加速器的束流轴向轨道调节装置

说明书

本发明公开了一种回旋加速器的束流轴向轨道调节装置；包括：第一静电偏转装置和第二静电偏转装置，第一静电偏转装置和第二静电偏转装置结构相同，均包括关于回旋加速器中心平面上、下对称设置的上极板和下极板；第一静电偏转装置的上极板设置在回旋加速器中第一峰区磁极的上表面，第一静电偏转装置的下极板设置在回旋加速器中第一峰区磁极的下表面；第二静电偏转装置的上极板设置在回旋加速器中第三峰区磁极的上表面，第二静电偏转装置的下极板设置在回旋加速器中第三峰区磁极的下表面。本发明可以独立调节第一静电偏转装置和第二静电偏转装置的上、下电极板之间的电压差，对粒子束进行轴向轨道调节，使偏离中心平面运动的束流回到中心平面。

技术领域

本发明属于回旋加速器领域，更具体地，涉及一种回旋加速器的束流轴向轨道调节装置。

背景技术

精准快速放疗是粒子束放疗的发展方向，基于回旋加速器的质子放疗装置由于其体积、成本等优势占据了更多市场。回旋加速器中，可能由于外源注入或内离子源安装的问题，导致束流具有一定的初始轴向位置和动量偏差，如果不对其做有效补偿，束流会在运动数十圈甚至数圈之后损失。由于回旋加速器主磁铁之间空间狭小，当高能束流在回旋加速器中有较小的轴向位置偏移时就会因轴向振荡而丢失，质子束与表面材料反应产生的次级粒子不仅会降低加速器内真空质量，而且会产生中子造成辐射和表面活化问题。由于加速器小型化的趋势，更多回旋加速器采用超导线圈技术，高能质子束与材料反应产生的次级粒子还可能会穿透磁体轰击超导线圈，造成线圈局部温度过高，引发线圈失超风险。

这种束流轴向振荡很可能由于回旋加速器主线圈安装偏差、离子源安装偏差等原因而引发或加强，如果不对其做有效抑制，束流会在运动数十圈甚至数圈之后损失，造成引出束流强度极低，或在引出时由于引出孔径的限制造成较大的高能束流损失，引发失超等风险。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种回旋加速器的束流轴向轨道调节装置，其目的在于能够快速高效地对束流轴向轨道进行调节，将束流调整回中心平面，抑制束流轴向振荡，减小回旋加速器中束流损失，提高最大引出束流强度；旨在解决传统回旋加速器中缺乏对束流轴向轨道独立进行直接有效调节的问题。

本发明提供了一种回旋加速器的束流轴向轨道调节装置，包括：第一静电偏转装置和第二静电偏转装置，所述第一静电偏转装置和所述第二静电偏转装置结构相同，均包括：关于回旋加速器中心平面上下对称设置的上极板和下极板；所述第一静电偏转装置的上极板设置在所述回旋加速器中第一峰区磁极的上表面，所述第一静电偏转装置的下极板设置在所述回旋加速器中第一峰区磁极的下表面；第二静电偏转装置的上极板设置在所述回旋加速器中第三峰区磁极的上表面，所述第二静电偏转装置的下极板设置在所述回旋加速器中第三峰区磁极的下表面。

更进一步地，工作时，通过在所述第一静电偏转装置的上、下极板之间施加第一偏转电压，使得所述第一静电偏转装置的上、下极板之间形成了一个轴向的第一静电场，当偏离中心平面运动的粒子束通过时在所述第一静电场的作用下发生轴向偏转，束流开始向中心平面运动，并使得束流在进入所述第二静电偏转装置的作用区域时，束流接近中心平面；通过在所述第二静电偏转装置的上、下极板之间施加与所述第一偏转电压相反的第二偏转电压，使得所述第二静电偏转装置的上、下极板之间形成了一个用于向束流施加与粒子轴向运动方向相反的电场力的第二静电场，当束流离开所述第二静电偏转装置的作用区域时，束流的轴向动量被削减到零，其轴向位置回到或更接近中心平面。

更进一步地，通过组合调节第一静电偏转装置和第二静电偏转装置上的偏压，对束流轴向位置和动量进行调节，以引入束流轴向不稳定性。

本发明可以独立调节第一静电偏转装置和第二静电偏转装置的上、下电极板之间的电压差，对粒子束进行轴向轨道调节，使偏离中心平面的束流运动回到中心平面。同时，还可以对第一静电偏转装置和第二静电偏转装置进行组合调节，矫正多种原因导致的束流轴向轨道或动量偏差，以提高束流轴向稳定性，减少回旋加速器中束流损失。

附图说明