專利名稱：質(zhì)子或重離子束治癌裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種質(zhì)子或重離子束治癌裝置，尤其涉及一種將直線加速器與同步儲存環(huán)級聯(lián)的質(zhì)子治癌裝置，主要應(yīng)用于航天、生物(醫(yī)療)和工業(yè)等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
由于質(zhì)子、重離子束對生物體的照射中具有倒轉(zhuǎn)的深度劑量分布、較小的側(cè)向散射、較高的相對生物學(xué)效應(yīng)和低的氧增比等特點，使得質(zhì)子和重離子治癌成為當(dāng)今國際上先進有效的癌癥放射治療方法；質(zhì)子、重離子束能夠模擬外太空的輻射環(huán)境，是用來進行航天單粒子效應(yīng)和儀器抗輻射檢測的有效方法；重離子束的粒子半徑具有可選擇性，是用于核孔膜制造的有效手段。在實施質(zhì)子束、離子束照射中，提供質(zhì)子束、離子束的加速器是最基本的裝置。加速器根據(jù)不同的實驗和應(yīng)用需要，提供不同能量的質(zhì)子束、離子束；根據(jù)實驗靶的不同形狀，提供精確的離子束流位置掃描控制；根據(jù)有效劑量需求，提供不同的束流的強度。同步儲存環(huán)是滿足此類需求最有效的加速器裝置，具體方法為:通過調(diào)節(jié)高頻加速腔的截止頻率和相應(yīng)的磁場強度，可以產(chǎn)生不同能量的引出離子束；采用掃描磁鐵對引出束流進行高頻率的掃描，可以產(chǎn)生均勻的離子束分布；通過控制注入累積流強或控制引出開關(guān)，可以調(diào)節(jié)儲存離子束流強，滿足實驗有效劑量要求。因此，建立以同步加速器為主體的質(zhì)子束、離子束加速裝置，是開展離子照射實驗的基礎(chǔ)。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于避免現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一種質(zhì)子或重離子束治癌裝置。采用RFQ或者RFQ+DTL (Drift Tube Linac)作為同步加速器注入器、采用多圈注入作為同步加速器的注入方式的質(zhì)子或重離子束治癌裝置。本實用新型，可以對目標(biāo)靶進行不同能量，不同束流強度的離子束照射。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采取的技術(shù)方案為:一種質(zhì)子或重離子束治癌裝置，包括有同步加速器，在同步加速器的前端設(shè)有離子源，所述的離子源為電子回旋共振離子源，電子回旋共振離子源通過源束線上的第OQOlglasser四極透鏡和第0Q02glasser透鏡、第I 二極鐵連接射頻四極場直線加速器、中能束線上的第I四極磁鐵、第2四極磁鐵、第3四極磁鐵、第4四極磁鐵，在第2四極磁鐵與第3四極磁鐵之間設(shè)有第I 二極磁鐵，第4四極磁鐵通過第I切割磁鐵連接同步加速器的第I靜電偏轉(zhuǎn)板；在所述的同步加速器的第22四極磁鐵與第31六極磁鐵之間引出高能束線。在所述的射頻四極場直線加速器與第I四極磁鐵之間設(shè)有漂移管直線加速器。所述的高能束線包括多個引出終端。所述的高能束線包括在所述的同步加速器的第22四極磁鐵與第31六極磁鐵之間引出的通過第2切割磁鐵，第2切割磁鐵與高能束線第I四極磁鐵、高能束線第2四極磁鐵、高能束線第I 二極磁鐵順序連接；由高能束線第I 二極磁鐵分別引出第一高能束線和第二高能束線，第一高能束線包括第一高能束線第I四極磁鐵、第一高能束線第2四極磁鐵、第一高能束線第3四極磁鐵、第一高能束線第4四極磁鐵的順序連接；第二高能束線包括第二高能束線第I四極磁鐵、第二高能束線第2四極磁鐵、第二高能束線第3四極磁鐵、第二高能束線第4四極磁鐵的順序連接。所述的同步加速器包括第I靜電偏轉(zhuǎn)板，第I靜電偏轉(zhuǎn)板位設(shè)置于第11四極磁鐵、和第62四極磁鐵之間，在第11四極磁鐵通過第I 二極磁鐵與第12四極磁鐵相連之間設(shè)有同步加速器第I 二極磁鐵；第12四極磁鐵通過第3凸軌磁鐵連接第2靜電偏轉(zhuǎn)板、連接第21四極磁鐵、第22四極磁鐵，在第21四極磁鐵與第22四極磁鐵之間設(shè)有同步加速器第2 二極磁鐵；第22四極磁鐵連接第31六極磁鐵和第31四極磁鐵、第32四極磁鐵、第41四極磁鐵、第42四極磁鐵，在第31四極磁鐵與第32四極磁鐵之間設(shè)有同步加速器第3 二極磁鐵，在第32四極磁鐵與第41四極磁鐵之間設(shè)有同步加速器高頻加速腔，在第41四極磁鐵與第42四極磁鐵設(shè)有同步加速器第4 二極磁鐵；第42四極磁鐵連接橫向射頻場激勵裝置，并通過第I凸軌磁鐵連接第51六極磁鐵和第51四極磁鐵、第52四極磁鐵，在第51四極磁鐵與第52四極磁鐵之間設(shè)有同步加速器第5 二極磁鐵，第52四極磁鐵通過直流電流探測器連接第2凸軌磁鐵、第61六極磁鐵、第61四極磁鐵、第62四極磁鐵，在第61四極磁鐵與第62四極磁鐵之間設(shè)有同步加速器第6 二極磁鐵，；第62四極磁鐵連接第I靜電偏轉(zhuǎn)板。所述的質(zhì)子或重離子束治癌裝置，所述的連接為真空管道束流連接，真空度為10 9-10 nmbar。本實用新型的有益效果是:1.采用同步加速器比采用其他裝置具有更大的優(yōu)勢。目前的主流加速器共分成三類，分別是直線加速器，回旋加速器和同步加速器。采用直線加速器可以做到束流強度的變換，但把束流加速到同樣能量的直線加速器的造價是同步加速器的好幾倍?；匦铀倨髟靸r較低，但無法實現(xiàn)能量的快速變換。而采用同步加速器可以根據(jù)終端的需要迅速的變換引出束流的能量和強度，相比回旋和直線加速器而言，要簡單和方便，且更為經(jīng)濟。2.采用直線加速器做注入器的設(shè)計可以獲得較高的注入流強。采用直線加速器作為注入器比采用回旋加速器作為注入器最大的優(yōu)勢在于直線加速器可以提供更高的流強(是近物所目前的SFC回旋加速器束流強度的20倍以上)和更小的束流發(fā)射度。越高的注入流強可以使同步加速器在注入同樣的圈數(shù)下，獲得越多的離子數(shù)；越小的注入束流發(fā)射度，可以在較小的同步加速器橫向孔徑的情況下注入較多的圈數(shù)，亦即獲得較多的注入離子數(shù)。這樣便可以節(jié)約同步加速器真空室的橫向孔徑，進而減小同步存儲環(huán)的造價。

圖1是本實用新型主視示意圖。圖中:ECR:電子回旋共振離子源；RFQ:射頻四極場加速器；D: 二極鐵；Q:四極鐵；S:六極鐵；RF:高頻加速腔；DCCT:直流電流探測器；ES:靜電偏轉(zhuǎn)板；MS:切割磁鐵；KNO:橫向射頻場；BP:凸軌磁鐵；元件名前的數(shù)字分別表示:0.源束線(p_ECR和i_ECR分別表示質(zhì)子電子回旋共振離子源和重離子電子回旋共振離子源)；1.中能束線；2.同步加速器；3.高能束線；p_0Ql:質(zhì)子源束線第一塊galasser透鏡；p_0Q2:質(zhì)子源束線第二塊galasser透鏡；i_OQl:重離子源束線第一塊galasser透鏡；i_0Q2:重離子源束線第二塊galasser透鏡；0D1:源束線二極磁鐵。
具體實施方式
以下對本實用新型的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本實用新型，并非用于限定本實用新型的范圍。實施例1:見圖1，一種質(zhì)子束治癌裝置，包括有同步加速器2，在同步加速器2的前端設(shè)有離子源1，所述的離子源I為電子回旋共振離子源P_ECR，電子回旋共振離子源通過glasser透鏡與射頻四極場直線加速器連接中能束線第I四極磁鐵、第2四極磁鐵、第3四極磁鐵、第4四極磁鐵，在第2四極磁鐵與第3四極磁鐵之間設(shè)有第I 二極磁鐵，第4四極磁鐵通過第I切割磁鐵連接同步加速器2的第I靜電偏轉(zhuǎn)板；在所述的同步加速器2的第22四極磁鐵與第31六極磁鐵之間引出高能束線3。所述的高能束線3包括有2個引出終端。在所述的同步加速器2的第22四極磁鐵與第31六極磁鐵之間通過第2切割磁鐵連接高能束線第I四極磁鐵、高能束線第2四極磁鐵、高能束線第I 二極磁鐵；由高能束線第I 二極磁鐵分別引出第一高能束線和第二高能束線，第一高能束線包括有第一高能束線第I四極磁鐵、第一高能束線第2四極磁鐵、第一高能束線第3四極磁鐵、第一高能束線第4四極磁鐵的順序連接；第二高能束線包括有第二高能束線第I四極磁鐵、第二高能束線第2四極磁鐵、第二高能束線第3四極磁鐵、第二高能束線第4四極磁鐵等元件的順序連接。所述的同步加速器2包括有第I靜電偏轉(zhuǎn)板連接第11四極磁鐵、第12四極磁鐵，在第11四極磁鐵與第12四極磁鐵之間設(shè)有同步加速器第I 二極磁鐵；第12四極磁鐵通過第3凸軌磁鐵連接第2靜電偏轉(zhuǎn)板、連接第21四極磁鐵、第22四極磁鐵，在第21四極磁鐵與第22四極磁鐵之間設(shè)有同步加速器第2 二極磁鐵；第22四極磁鐵連接第31六極磁鐵和第31四極磁鐵、第32四極磁鐵、第41四極磁鐵、第42四極磁鐵，在第31四極磁鐵與第32四極磁鐵之間設(shè)有同步加速器第3 二極磁鐵，在第32四極磁鐵與第41四極磁鐵之間設(shè)有同步加速器高頻加速腔，在第41四極磁鐵與第42四極磁鐵設(shè)有同步加速器第4 二極磁鐵；第42四極磁鐵連接橫向射頻場，并通過第I凸軌磁鐵連接第51六極磁鐵和第51四極磁鐵、第52四極磁鐵，在第51四極磁鐵與第52四極磁鐵之間設(shè)有同步加速器第5 二極磁鐵，第52四極磁鐵通過直流電流探測器連接第2凸軌磁鐵、第61六極磁鐵、第61四極磁鐵、第62四極磁鐵，在第61四極磁鐵與第62四極磁鐵之間設(shè)有同步加速器第6 二極磁鐵，；第62四極磁鐵連接第I靜電偏轉(zhuǎn)板。所述的連接為真空管道束流連接，真空度為10_9-10_1(lmbar。實施例2:見圖1，一種質(zhì)子束治癌裝置，在所述的射頻四極場加速器與第I四極磁鐵之間設(shè)有漂移管直線加速器。其余結(jié)構(gòu)與實施例1相同。實施例3:—種質(zhì)子束治癌裝置，所述的高能束線3包括有2個以上引出終端，根據(jù)實驗和終端需要，可以從第一或第二高能束線繼續(xù)分離出更多高能束線。其余結(jié)構(gòu)與實施例I或?qū)嵤├?相同。實施例4:一種重離子束治癌裝置，包括有同步加速器2，在同步加速器2的前端設(shè)有離子源1，所述的離子源I為電子回旋共振離子源i_ECR，電子回旋共振離子源通過glasser透鏡與射頻四極場加速器連接第I四極磁鐵、第2四極磁鐵、第3四極磁鐵、第4四極磁鐵，在第2四極磁鐵與第3四極磁鐵之間設(shè)有第I 二極磁鐵，第4四極磁鐵通過第I切割磁鐵連接同步加速器2的第I靜電偏轉(zhuǎn)板；在所述的同步加速器2的第22四極磁鐵與第31六極磁鐵之間引出高能束線3。所述的高能束線3包括有2個引出終端。在所述的同步加速器2的第22四極磁鐵與第31六極磁鐵之間通過第2切割磁鐵連接高能束線第I四極磁鐵、高能束線第2四極磁鐵、高能束線第I 二極磁鐵；由高能束線第I 二極磁鐵分別引出第一高能束線和第二高能束線，第一高能束線包括有第一高能束線第I四極磁鐵、第一高能束線第2四極磁鐵、第一高能束線第3四極磁鐵、第一高能束線第4四極磁鐵的順序連接；第二高能束線包括有第二高能束線第I四極磁鐵、第二高能束線第2四極磁鐵、第二高能束線第3四極磁鐵、第二高能束線第4四極磁鐵的順序連接。所述的同步加速器2包括有第I靜電偏轉(zhuǎn)板連接第11四極磁鐵、第12四極磁鐵，在第11四極磁鐵與第12四極磁鐵之間設(shè)有同步加速器第I 二極磁鐵；第12四極磁鐵通過第3凸軌磁鐵連接第2靜電偏轉(zhuǎn)板、連接第21四極磁鐵、第22四極磁鐵，在第21四極磁鐵與第22四極磁鐵之間設(shè)有同步加速器第2 二極磁鐵；第22四極磁鐵連接第31六極磁鐵和第31四極磁鐵、第32四極磁鐵、第41四極磁鐵、第42四極磁鐵，在第31四極磁鐵與第32四極磁鐵之間設(shè)有同步加速器第3 二極磁鐵，在第32四極磁鐵與第41四極磁鐵之間設(shè)有同步加速器高頻加速腔，在第41四極磁鐵與第42四極磁鐵設(shè)有同步加速器第4 二極磁鐵；第42四極磁鐵連接橫向射頻場，并通過第I凸軌磁鐵連接第51六極磁鐵和第51四極磁鐵、第52四極磁鐵，在第51四極磁鐵與第52四極磁鐵之間設(shè)有同步加速器第5 二極磁鐵，第52四極磁鐵通過直流電流探測器連接第2凸軌磁鐵、第61六極磁鐵、第61四極磁鐵、第62四極磁鐵，在第61四極磁鐵與第62四極磁鐵之間設(shè)有同步加速器第6 二極磁鐵，；第62四極磁鐵連接第I靜電偏轉(zhuǎn)板。所述的連接為真空管道束流連接，真空度為10_1(l-10_nmbar。其余結(jié)構(gòu)與實施例1相同。實施例5:—種重離子束治癌裝置，在所述的射頻四極場加速器與第I四極磁鐵之間設(shè)有漂移管直線加速器。其余結(jié)構(gòu)與實施例4相同。實施例6: —種重離子束治癌裝置，所述的高能束線3包括有2個以上引出終端。其余結(jié)構(gòu)與實施例4或?qū)嵤├?相同。實施例7:—種使用質(zhì)子束治癌裝置的方法，其主要步驟為:(I)由ECR離子源產(chǎn)生離子束,在吸極高壓20KV-40KV將束流引出，經(jīng)過glasser透鏡的匹配后注入到射頻四極直線加速器進行預(yù)加速，到達同步加速器的注入能量4MeV/u-7MeV/u后，再經(jīng)過匹配和傳輸，將束流配送到同步加速器入口 ；(2)束流到達同步加速器入口后，利用同步加速器內(nèi)的凸軌使環(huán)內(nèi)束流軌道凸起，使凸軌高度與同步加速器第一靜電偏轉(zhuǎn)板離真空管道的距離相當(dāng)。當(dāng)束流注滿同步加速器一圈后，凸軌高度逐步下降，下降時間約30微秒(約等于輸入圈數(shù)乘以回旋周期)，實現(xiàn)束流的多圈注入，注入圈數(shù)為15-30圈；(3)束流注入到同步加速器后，通過高頻腔對束流進行俘獲和加速，根據(jù)終端的治療和實驗需要，將束流加速到預(yù)定能量，對于質(zhì)子為70-250MeV，同時，將束流的水平工作點逐步移動到1/3共振線附近；(4)束流到達預(yù)定能量后，六極鐵電流開始增大，使同步加速器的穩(wěn)定相空間縮小到大于束流的發(fā)射度；(5)開啟橫向射頻激勵,束流在橫向電場的作用下,發(fā)射度增大,從而到達不穩(wěn)定區(qū)，繼而束流發(fā)射度沿著不穩(wěn)定區(qū)的分界線迅速增大，從而到達靜電偏轉(zhuǎn)板被引出；(6)引出束經(jīng)過同步加速器的第2靜電偏轉(zhuǎn)板和第2切割磁鐵，輸送到高能束線，經(jīng)過高能束線的配送，到達治療或?qū)嶒灲K端，進行相關(guān)治療或?qū)嶒灐?7)終端有效劑量達到預(yù)設(shè)值時，可以通過停止橫向激勵的作用來停止束流的繼續(xù)引出。以近物所HIRFL裝置為例，目前扇形回旋加速器SFC引出C6+流強為15uA左右，水平發(fā)射度約為25pi mm mrad,同步加速器CSRm橫向水平接受度為200pi mm mrad,采用多圈注入，理想情況下注入最高流強約100uA。若是采用直線加速器作為注入器:直線加速器的引出流強為200uA，水平發(fā)射度為6-12pi mm mrad，則注入流強在毫安量級。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種質(zhì)子或重離子束治癌裝置，包括有同步加速器，其特征在于在同步加速器的前端設(shè)有離子源，所述的離子源為電子回旋共振離子源，電子回旋共振離子源通過源束線上的第OQOlglasser四極透鏡和第0Q02glasser透鏡、第I 二極鐵連接射頻四極場直線加速器、中能束線上的第I四極磁鐵、第2四極磁鐵、第3四極磁鐵、第4四極磁鐵，在第2四極磁鐵與第3四極磁鐵之間設(shè)有第I 二極磁鐵，第4四極磁鐵通過第I切割磁鐵連接同步加速器的第I靜電偏轉(zhuǎn)板；在所述的同步加速器的第22四極磁鐵與第31六極磁鐵之間引出高能束線。
2.如權(quán)利要求1所述的質(zhì)子或重離子束治癌裝置，其特征在于在所述的射頻四極場直線加速器與第I四極磁鐵之間設(shè)有漂移管直線加速器。
3.如權(quán)利要求1所述的質(zhì)子或重離子束治癌裝置，其特征在于所述的高能束線包括多個引出終端。
4.如權(quán)利要求3所述的質(zhì)子或重離子束治癌裝置，其特征在于所述的高能束線包括在所述的同步加速器的第22四極磁鐵與第31六極磁鐵之間引出的第2切割磁鐵，第2切割磁鐵與高能束線第I四極磁鐵、高能束線第2四極磁鐵、高能束線第I 二極磁鐵順序連接；由高能束線第I 二極磁鐵分別引出第一高能束線和第二高能束線，第一高能束線包括第一高能束線第I四極磁鐵、第一高能束線第2四極磁鐵、第一高能束線第3四極磁鐵、第一高能束線第4四極磁鐵的順序連接；第二高能束線包括第二高能束線第I四極磁鐵、第二高能束線第2四極磁鐵、第二高能束線第3四極磁鐵、第二高能束線第4四極磁鐵的順序連接。
5.如權(quán)利要求1所述的質(zhì)子或重離子束治癌裝置，其特征在于所述的同步加速器包括第I靜電偏轉(zhuǎn)板，第I靜電偏轉(zhuǎn)板設(shè)置于第11四極磁鐵和第62四極磁鐵之間，第11四極磁鐵通過第I 二極磁鐵與第12四極磁鐵相連；第12四極磁鐵通過第3凸軌磁鐵連接第2靜電偏轉(zhuǎn)板、連接第21四極磁鐵、第22四極磁鐵，在第21四極磁鐵與第22四極磁鐵之間設(shè)有同步加速器第2 二極磁鐵；第22四極磁鐵連接第31六極磁鐵和第31四極磁鐵、第32四極磁鐵、第41四極磁鐵、第42四極磁鐵，在第31四極磁鐵與第32四極磁鐵之間設(shè)有同步加速器第3 二極磁鐵，在第32四極磁鐵與第41四極磁鐵之間設(shè)有同步加速器高頻加速腔，在第41四極磁鐵與第42四極磁鐵設(shè)有同步加速器第4 二極磁鐵；第42四極磁鐵連接橫向射頻場激勵裝置，并通過第I凸軌磁鐵連接第51六極磁鐵和第51四極磁鐵、第52四極磁鐵，在第51四極磁鐵與第52四極磁鐵之間設(shè)有同步加速器第5 二極磁鐵，第52四極磁鐵通過直流電流探測器連接第2凸軌磁鐵、第61六極磁鐵、第61四極磁鐵、第62四極磁鐵，在第61四極磁鐵與第62四極磁鐵之間設(shè)有同步加速器第6 二極磁鐵，；第62四極磁鐵連接第I靜電偏轉(zhuǎn)板。
專利摘要本實用新型涉及一種質(zhì)子或重離子束治癌裝置。一種質(zhì)子或重離子束治癌裝置，包括有同步加速器，其主要特點是在同步加速器的前端設(shè)有離子源，所述的離子源為電子回旋共振離子源，電子回旋共振離子源通過源束線上的第0Q01 glasser四極透鏡和第0Q02 glasser透鏡、第1二極鐵連接射頻四極場直線加速器、中能束線上的第1四極磁鐵、第2四極磁鐵、第3四極磁鐵、第4四極磁鐵，在第2四極磁鐵與第3四極磁鐵之間設(shè)有第1二極磁鐵，第4四極磁鐵通過第1切割磁鐵連接同步加速器的第1靜電偏轉(zhuǎn)板；在所述的同步加速器的第22四極磁鐵與第31六極磁鐵之間引出高能束線。本實用新型的優(yōu)點是直線加速器可以提供較高的流強，是近物所目前的SFC回旋加速器流強的20倍以上。越高的注入流強可以使同步加速器在注入同樣的圈數(shù)下，獲得越多的離子數(shù)。這樣便可以節(jié)約同步加速器真空室的橫向孔徑，進而減小同步存儲環(huán)的造價。
文檔編號A61N5/10GK202982960SQ20122036902
公開日2013年6月12日 申請日期2012年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月28日
發(fā)明者石健, 夏佳文, 柴偉平, 楊建成, 張小虎, 原有進, 何源 申請人:中國科學(xué)院近代物理研究所