本發(fā)明專利技術(shù)主要涉及將回旋加速器提供的質(zhì)量數(shù)小于等于４０的非全剝離重離子束流注入到同步加速器中的方法及其裝置。一種重離子束注入同步加速器的方法，包括有如下步驟：１．將未被全剝離的量數(shù)小于或等于４０重離子束加速到能量為５．０－１０．０ＭｅＶ／ｕ，重離子束流強(qiáng)為２．０－６．０微安；２．將步驟１中質(zhì)量數(shù)小于或等于４０的重離子束偏轉(zhuǎn)到剝離膜，并將同步加速器的中心軌道在注入點(diǎn)的位置凸起到剝離膜處；３．降低步驟２中所述的中心軌道的凸起，剝離后的重離子束注入并填充加速器空間，在同步加速器中作回旋運(yùn)動(dòng)。并提供一種重離子束注入同步加速器的裝置。設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，注入效率高的優(yōu)點(diǎn)，并可以通過(guò)調(diào)整剝離膜厚度實(shí)現(xiàn)重離子束流電荷態(tài)的多種選擇。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)主要涉及將回旋加速器提供的質(zhì)量數(shù)小于等于40的非全剝離重 離子束流注入到同步加速器中的方法及其裝置。
技術(shù)介紹
-由于質(zhì)子和重離子束照射中倒轉(zhuǎn)的深度劑量分布(Bragg峰)、側(cè)向散 射小、較高的相對(duì)生物學(xué)效應(yīng)(RBE)和低的氧增比(0ER)等特點(diǎn)，使質(zhì) 子、重離子束治癌成為當(dāng)今國(guó)際上先進(jìn)有效的癌癥放射治療方法。目前， 只有少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家及我國(guó)開展相應(yīng)研究，初步臨床治療試驗(yàn)研究結(jié)果顯示 質(zhì)子、重離子束治癌具有非常顯著的療效，且沒(méi)有明顯的毒副作用。中國(guó)專利公開的專利號(hào)為200580019535所述，目前，國(guó)際上應(yīng)用的重離子治癌裝置主要采用較輕的重離子束流，如碳離子，能量小于400MeV/u， 且主體加速器均采用同步加速器。運(yùn)行方法是首先將離子源提供的碳離子 用直線加速器進(jìn)行預(yù)加速，達(dá)到同步加速器的注入能量閾值，之后采用多 圈注入方法，將碳離子注入到同步加速器中，最終加速到臨床所需要的能這種注入模式的缺點(diǎn)在于，多圈注入效率很低，且多圈注入必須的靜 電偏轉(zhuǎn)板制作精度要求極高，工藝復(fù)雜，造價(jià)高昂。同時(shí)，多圈注入方法 無(wú)法改變離子電荷態(tài)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提供一種重離子束注入 同步加速器的方法及其裝置，這種注入方法有設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，注入 效率高的優(yōu)點(diǎn)，并可以通過(guò)調(diào)整剝離膜厚度實(shí)現(xiàn)重離子束流電荷態(tài)的多種 選擇，非常適合于重離子治癌同步加速器所需要的質(zhì)量數(shù)小于等于40的重 離子束流的注入，在束流冷卻裝置的輔助下，可以實(shí)現(xiàn)束流流強(qiáng)最大40倍 的增益。本專利技術(shù)的目的可以通過(guò)采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn) 一種重離子束注入同步加速器的方法，包括有如下步驟1) 將未被全剝離的質(zhì)量數(shù)小于等于40的重離子束加速到能量為5. 0-10. OMeV/u，重離子束流強(qiáng)為2. 0-6. 0微安；2) 將步驟1中質(zhì)量數(shù)小于或等于40的重離子束偏轉(zhuǎn)到剝離膜，并將 同步加速器的中心軌道在注入點(diǎn)的位置凸起到剝離膜處；3) 降低步驟2中所述的中心軌道的凸起，剝離后的重離子束注入并 填充加速器空間，在同步加速器中作回旋運(yùn)動(dòng)。所述的重離子束注入同步加速器的方法，還包括有如下步驟 4)將步驟3)中剝離后的重離子束冷卻，縮小重離子束徑向尺寸，重 復(fù)所述l， 2， 3步驟。 所述的一種重離子束注入同步加速器的裝置，其主要特點(diǎn)是包括有在 注入裝置(2-1)的兩端分別設(shè)有曲線段(1-1、 1-2)，在曲線段(1-2)的 下游設(shè)有直線段(2-2)，在曲線段(1-1)的上游設(shè)有直線段(2-8)。所述的重離子束注入同步加速器的裝置，所述的曲線段(1-1)包括有 二極磁鐵(3-1、 3-2)，所述的曲線段(1-2)包括有二極磁鐵(3-15、 3-16);在兩二極磁鐵(3-1、 3-2)之間設(shè)有踢軌磁鐵(4-2)，在兩二極磁鐵(3-15、 3-16)之間設(shè)有踢軌磁鐵(4-3);直線段(2-2)包括有四極磁鐵(7-27、 7-28、 7-29)和踢軌磁鐵(4-4)，直線段(2-8)包括有四級(jí)磁鐵(7-3、 7-4、 7-5)和踢軌磁鐵(4-1);在二極磁鐵(3-16)內(nèi)設(shè)有剝離膜(4-5); 在直線段(2-1)中設(shè)有切割磁鐵(5)和四極磁鐵(7-1、 7-2、 7-30)。切割磁鐵用于將回旋加速器提供的非全剝離的、質(zhì)量數(shù)小于等于40的 重離子束偏轉(zhuǎn)到剝離膜處。切割磁鐵是好場(chǎng)區(qū)位置極為特殊的一類二極磁 鐵。運(yùn)行時(shí)不但要有較好的磁場(chǎng)均勻度，而且，要將線圈外側(cè)的雜散磁場(chǎng) 降到極低的水平。踢軌磁鐵用于改變同步加速器中心軌道在注入點(diǎn)處的凸起量，防止已 經(jīng)注入的重離子束在重復(fù)通過(guò)注入點(diǎn)時(shí)，碰到切割磁鐵而損失，踢軌磁鐵 的磁場(chǎng)下降為指數(shù)形式，磁場(chǎng)下降注入點(diǎn)中心軌道的凸起量逐漸減小，從 而使回旋加速器提供的重離子束在損失電子的情況下注入到同步加速器 中，并充滿整個(gè)同步加速器的橫向空間。踢軌磁鐵是一種以脈沖方式工作 的特殊二極磁鐵，主要特點(diǎn)是其磁場(chǎng)的快速脈沖性，要求的最高磁場(chǎng)一般 都不高；為了得到快速脈沖的磁場(chǎng)，必須盡可能降低磁鐵的電感；為了減 小渦流損耗，鐵芯一般都用鐵氧體材料。另外，由于磁場(chǎng)是以很快的脈沖 方式工作，采用特殊的陶瓷真空室以消除脈沖磁場(chǎng)在真空室壁上產(chǎn)生的渦 流。剝離膜為采用直流電弧放電方法制備的碳膜。非全剝離的重離子束穿 越剝離膜時(shí)，原子核外電子會(huì)部分或全部損失，損失電子的數(shù)目與膜的厚 度相關(guān)。本專利技術(shù)的有益效果是這種注入方法有設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，注入效率 高的優(yōu)點(diǎn)，并可以通過(guò)調(diào)整剝離膜厚度實(shí)現(xiàn)重離子束流電荷態(tài)的多種選擇，非常適合于重離子治癌同步加速器所需要的質(zhì)量數(shù)小于等于40的重離子束流的注入。在束流冷卻裝置的輔助下，顯著提高了質(zhì)量數(shù)小于等于40的重 離子注入到同步加速器中的注入效率，可以實(shí)現(xiàn)束流流強(qiáng)最大40倍的增益， 遠(yuǎn)高于多圈注入裝置下的注入效率。同時(shí)，相對(duì)于多圈注入裝置中的靜電 偏轉(zhuǎn)板，剝離膜的工藝要求更為簡(jiǎn)單，壽命更長(zhǎng)，運(yùn)行穩(wěn)定，更適合臨床 治療應(yīng)用。附圖說(shuō)明圖1為最佳實(shí)施例的束流注入裝置平面示意圖2為注入軌道示意圖3為踢軌磁鐵示意圖。^^體實(shí)施方式根據(jù)本專利技術(shù)，回旋加速器提供的質(zhì)量數(shù)小于等于40的非全剝離重離子束流注入到同步加速器方法及裝置的詳細(xì)特點(diǎn)、細(xì)節(jié)可以通過(guò)本專利技術(shù)的最 佳實(shí)施例并結(jié)合附圖進(jìn)一步闡述。以下是具體實(shí)施過(guò)程中的一次注入全過(guò)程，見附圖1，附圖1為同步加速器中的注入段。圖2是剝離注入的束流運(yùn)動(dòng)曲線圖，注入束流穿越剝離膜后，被剝離的離子注入到同步加速器中被儲(chǔ)存，未被剝離的離子偏轉(zhuǎn)出 同步加速器而損失。具體步驟如下1. ECR離子源提供"+離子，經(jīng)過(guò)扇聚焦回旋加速器SFC (能量常數(shù)K=69)加速至能量為7. 0MeV/u，并輸送至切割磁鐵5入口 ，流強(qiáng)為4. 8微安；2. 采用切割磁鐵將12(:4+離子偏轉(zhuǎn)到剝離膜位置；見附圖2。3. 開啟踢軌磁鐵，將同步加速器中心軌道在注入點(diǎn)的位置凸起到剝離膜 處，開始注入；4. "C"離子通過(guò)剝離膜之后，外層電子被全剝離，成為12(:6+離子，能量為 7. 0MeV/u;5. 踢軌磁鐵的磁場(chǎng)開始以指數(shù)形式下降，下降時(shí)間為0. 5毫秒，在下降 過(guò)程中，剝離產(chǎn)生的12(:6+離子逐步將同步加速器的橫向空間填充；6. 踢軌磁鐵磁場(chǎng)降零，完成一次注入過(guò)程，開始冷卻束流，7.0MeV/u的12(:6+離子束流尺寸縮??；7. 0.5秒之后，重復(fù)上述步驟3)、 4)、 5)、 6)，實(shí)施第二次注入過(guò)程， 實(shí)現(xiàn)束流累積；8. 同步觸發(fā)高頻加速腔及相應(yīng)磁場(chǎng)電源系統(tǒng)，將7. 0MeV/u的12〔6+離子加 速至200MeV/u;9. 觸發(fā)慢引出元件，儲(chǔ)存環(huán)內(nèi)200MeV/u的12(]6+離子在3秒時(shí)間內(nèi)被均勻 的引出同步加速器，輸送到治癌終端；實(shí)施例2:見圖l，附圖l為同步加速器中的注入段。 一種重離子束注 入同步加速器的裝置，包括有在注入裝置2-1的兩端分別設(shè)有曲線段l-l、 1-2，在曲線段l-2的下游設(shè)有直線段2-2，在曲線段1-1的上游設(shè)有直線 段2-8。所述的曲線段1-1包括有二極磁鐵3-1、 3-2，所述的曲線段l-2包括 有二極磁鐵3-15、 3-16;在兩二極磁鐵3-l、 3-2之間設(shè)有踢軌磁鐵4-2， 在兩二極磁鐵3-15、 3-16之間設(shè)有踢軌磁鐵4-3;直線段2-2包本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種重離子束注入同步加速器的方法，包括有如下步驟：?。保⑽幢蝗珓冸x的量數(shù)小于或等于４０重離子束加速到能量為５．０－１０．０ＭｅＶ／ｕ，重離子束流強(qiáng)為２．０－６．０微安； ２）將步驟１中質(zhì)量數(shù)小于或等于４０的重離子束偏轉(zhuǎn)到剝離膜，并將同 步加速器的中心軌道在注入點(diǎn)的位置凸起到剝離膜處； ３）降低步驟２中所述的中心軌道的凸起，剝離后的重離子束注入并填充加速器空間，在同步加速器中作回旋運(yùn)動(dòng)。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：夏佳文，原有進(jìn)，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：62[中國(guó)|甘肅]
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