[发明专利]固态氢靶系统和使用它的激光离子源

说明书

本发明提供了固态氢靶系统及使用它的激光离子源，该固态氢靶系统包括：气体固化基座；气体固化坑，其作为冷冻靶位于气体固化基座的中央部；吸附罩，其围绕着气体固化基座，且该吸附罩的内表面粘贴有活性炭；其中，在固态氢靶系统所在的真空腔室为基础真空度的状态下，当从正对着气体固化坑的喷嘴即氢气出气口喷出预冷的氢气，该氢气立刻在冷冻靶凝结沉积而形成固体氢靶，对固态氢靶的靶面进行激光打靶，所气化的氢气由活性炭快速吸收，由此，有效维持了真空腔室的基础真空度，保证了激光打靶重复率，而使质子产生稳定性提高。

技术领域

本发明涉及放射医疗技术领域，具体涉及一种固态氢靶系统和使用它的激光离子源，特别是一种打靶重复性高、质子产生稳定性好的固态氢靶系统和使用它的激光离子源。

背景技术

随着科学技术的进步，医学界癌症治疗方法中的放疗(放射治疗)得到发展，不同放疗类型中的放射源包括X射线、电子束、中子、质子束和离子束等，其中，质子束和离子束因其对肿瘤病灶的精确照射而在对肿瘤杀伤的同时不损伤肿瘤周边的器官组织，从而通常作为理想的放射源。另外，这样理想的放射源的产生装置可列举激光离子源等。通常，采用激光离子源的放射治疗中，将激光离子源产生的强流高电荷态脉冲离子束经过同步加速器的加速而变得高速从而生成粒子线束，且将该粒子线束向肿瘤病灶照射而完成对肿瘤的注射，以便粒子线束的能量峰集中在肿瘤病灶而达成对肿瘤的精准治疗。目前，激光离子源中针对固体靶材(例如，C、A1、Ti、Ta等)利用脉冲激光进行打靶，由此所产生的各种离子中的碳离子束能够满足放疗的需要，然而这样的固体靶材必须在每次激光打靶时提供新的靶面，新靶面的提供不得不借助于机械移动机构对靶材的移送，故基于固体靶材的激光离子源结构繁杂、靶面定位精度低等的特点存在。相对于此，激光离子源中利用冷冻靶代替固体靶材而使预冷的特定气体在冷冻靶的固定位置通过凝华过程而凝结来形成固态靶，脉冲激光照射固态靶而进行激光打靶后，持续进预冷的特定气体，在冷冻靶的固定位置的固态靶上特定气体凝结而形成新固态靶，这样的基于固态靶的激光离子源因靶面位于固定位置而不需要机械移动机构等，因此在激光离子源应用中广泛采用。例如，研究者Jun Tamura等关于特定气体H₂、Ne、Ar等制作了固态靶、以及在激光离子源中利用了该固态靶，进行研究的结果发表于Applied Physics Letters 91，041504(2007)等，该研究结果表明：基于这些特定气体的固态靶所产生的离子束仅仅来自于凝结冰的薄层，激光打靶的间隔较长也不会影响离子束的稳定性。但是，虽然离子束的稳定性不受激光打靶的间隔较长(打靶重复率较差)的影响，而作为要达到传统激光离子源放射治疗目的用的束线诊断要求的打靶重复率至少为1Hz，如何才能有效地满足该重复率要求，这样的课题目前还没有解决方案。

本发明者们经过锐意的研究发现，基于固态靶的激光离子源中，进行激光打靶之后即激光照射到凝结冰的固态靶之后，因凝结冰吸收激光能量而气化，所气化的特定气体就会使固态靶所在的真空腔室的真空度上升至0.1Pa，而在满足上述重复率要求的瞬间时间内又难以通过常规的分子真空泵使上升的真空度恢复到真空腔室的基础真空度10^-4Pa以下。因而，在现有的基于固态靶的激光离子源中，实现真空腔室基础真空度的维持和激光打靶重复率的保证，这样需要兼顾的课题存在。

公开内容

(一)要解决的技术问题

本发明提供了一种固态氢靶系统和使用它的激光离子源，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种固态氢靶系统，该固态氢靶系统包括：气体固化基座；气体固化坑，其作为冷冻靶位于气体固化基座的中央部；吸附罩，其围绕着气体固化基座，并且该吸附罩的内表面粘贴有活性炭；其中，在固态氢靶系统所在的真空腔室为基础真空度的状态下，当从正对着气体固化坑的喷嘴即氢气出气口喷出预冷的氢气，该氢气立刻在冷冻靶凝结沉积而形成固态氢靶，对固态氢靶的靶面照射激光而进行激光打靶，从固态氢靶气化的氢气由活性炭吸收。