[发明专利]使用磁场颤振聚焦粒子束

说明书

相关申请的交叉参考

特此要求2012年9月28号提交的美国临时申请编号61/707,572的优先权。美国临时申请编号61/707,572的内容通过引用并入本公开。

技术领域

本公开总体涉及使用磁场颤振(magnetic field flutter)在同步回旋加速器中聚焦粒子束。

背景技术

粒子治疗系统使用加速器以产生用于治疗诸如肿瘤的病痛的粒子束。在操作中，在磁场的存在下，粒子在空腔内的轨道上加速，并通过引出通道(extraction channel)从空腔中离开。可以在粒子治疗系统中使用的加速器的一个例子是同步回旋加速器。

在同步回旋加速器中，等离子体柱是使用电离气体(例如，氢气)产生的。施加RF(射频)电压以从等离子体柱中引出粒子，并且施加磁场以将那些粒子在它们增加能量和半径时保持在螺旋轨道上，直到它们到达引出区域。考虑到当加速来自等离子体柱的粒子时在粒子上的相对论效应(例如，增加的粒子质量)，该RF电压扫过一定的频率范围。

发明内容

一种示例性粒子加速器可以包括下列各项：在空腔中扫描射频(RF)电压以从等离子体柱加速粒子的电压源，其中，所述空腔具有使从等离子体柱加速的粒子在空腔内轨道上运动的磁场，并且其中，所述磁场具有在空腔边缘处弯曲的通量；提供在空腔内的磁场凸起(bump)的再生器，从而改变从等离子体柱加速的粒子的连续轨道，使得粒子最终输出到引出点，其中，所述再生器相对于等离子体柱位于所述空腔内的半径处；以及定位在空腔中接近所述半径的铁磁装置，其中，每个铁磁装置提供有磁场凸起，并且其中，邻近所述再生器的铁磁装置以一定间隔与再生器隔开。或者单独地或者组合地，这种示例性粒子加速器可以包括一个或多个以下特征。

间隔、再生器和铁磁装置的组合产生具有与粒子轨道成角度的分量的磁场波动，以至少部分地抵消由磁场凸起导致的垂直聚焦的减少。磁场可以是至少4特斯拉，而由再生器产生的磁场凸起至多可以是2特斯拉。粒子加速器可以是同步回旋加速器。

可以只有两个铁磁装置，在再生器的各侧上有一个。可以在相对于等离子体柱的相同半径上有多于两个的铁磁装置。可以在相对于等离子体柱的多个半径的每一个半径上有多个铁磁装置。

在一些例子中，所述铁磁装置产生磁场颤振，其包括在0.25％至20％之间的方位角平均分数归一化磁场方差。

一种示例性质子治疗系统可以包括前述粒子加速器；以及所述粒子加速器安装在其上的台架。台架相对于患者的位置是可旋转的。质子基本上直接地从同步回旋加速器输出到患者的位置。粒子加速器可以是同步回旋加速器。

一种示例性粒子加速器包括下列各项：在空腔中扫描射频(RF)电压以从等离子体柱加速粒子的电压源，其中所述空腔具有使从等离子体柱加速的粒子在空腔内轨道上运动的磁场，并且所述磁场具有在整个空腔中基本上是直的通量；所述空腔包括第一磁场与第二磁场的交替区域，其中所述第一磁场与第二磁场不同，以在空腔内产生磁波动，其具有在与粒子轨道基本垂直的角度上的分量。或者单独地或者组合地，这种示例性粒子加速器可以包括一个或多个以下特征。

所述交替区域可具有不同的铁磁材料等级。交替区域可包括铁磁材料区域和不存在铁磁材料的区域。交替区域可以是饼状的，每个区域有在等离子体柱处的点以及在空腔边缘处的边缘。交替区域可具有风车形状，每个区域有在等离子体柱处的点以及在空腔边缘处的边缘。

所述空腔可通过磁性结构限定。交替区域可包括垂直对准的交替区域，其中一个被连接到第一磁性结构，而另一个被连接到第二磁性结构。

磁波动可将粒子垂直地聚焦在空腔中的轨道上。粒子加速器可以是同步回旋加速器。

第一磁场和第二磁场的交替区域包括磁场颤振，其包括在0.25％至20％之间的方位角平均分数归一化磁场方差。

每个示例性粒子加速器可以包括限定粒子在其中加速的空腔的磁性结构，其中粒子用于作为粒子束输出，所述粒子束具有从能量范围内选择的能量。

一种示例性质子治疗系统包括前述粒子加速器；以及所述粒子加速器安装在其上的台架。台架相对于患者的位置是可旋转的。质子基本上直接地从粒子加速器输出到患者的位置。所述粒子加速器可以是同步回旋加速器。

在本公开中描述的两个或更多的特征，包括在此概述部分中描述的那些，可以被组合以形成本文没有具体描述的实施方案。