[发明专利]聚焦粒子束

说明书

一种示例性粒子加速器包括下列各项：粒子在其中加速的谐振腔，其中，所述谐振腔具有背景磁场，所述背景磁场具有第一形状；以及，用于接收从所述谐振腔输出的粒子的引出通道。所述引出通道包括一系列的聚焦区域以聚焦所接收粒子的束流。至少一个所述聚焦区域是构造为在磁场梯度的存在下将所述背景磁场的形状改变到第二形状的聚焦元件，所述第二形状与第一形状基本相反，所述磁场梯度是由背景磁场从所述谐振腔到引出通道的减少产生的。

相关申请的交叉参考

特此要求2012年9月28日提交的美国临时申请编号61/707,704的优先权。美国临时申请编号61/707,704的内容通过引用并入本公开。

技术领域

本公开总体涉及在粒子加速器的引出通道(extraction channel)中聚焦粒子束。

背景技术

粒子治疗系统使用粒子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，粒子束在粒子加速器的空腔内部加速，并通过引出通道从空腔中离开。所述引出通道包含用于聚焦和弯曲粒子束的各种结构。在这种上下文中，聚焦包括整形粒子束以实现特定的横截面尺寸和/或面积。同样在这种上下文中，弯曲束流包括偏转束流以实现特定的出射位置和出射角度。

发明内容

一种示例性粒子加速器可以包括下列各项：粒子在其中加速的谐振腔，其中，所述谐振腔具有背景磁场，所述背景磁场具有第一形状；以及，用于接收从谐振腔输出的粒子的引出通道，其中，背景磁场是至少4特斯拉或至少6特斯拉。所述引出通道包括一系列的聚焦区域以聚焦所接收粒子的束流。至少一个所述聚焦区域是构造为在磁场梯度的存在下将背景磁场的形状改变到第二形状的聚焦元件，所述第二形状与第一形状基本相反，所述磁场梯度是由背景磁场从谐振腔到引出通道的减少产生的。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。

所述聚焦元件可以包括铁磁四极(quadrupole)。每个铁磁四极可具有大致直角梯形的横截面形状，所述梯形具有倾斜表面。铁磁四极可一个在另一个之上地相对布置，使得铁磁四极的倾斜表面部分地彼此面对。聚焦元件可以包括磁场消减器，其靠近铁磁四极水平地对准，使得铁磁四极的倾斜表面对角地面对磁场消减器的宽表面。磁场消减器可以是矩形板，其构造为吸入围绕的磁场通量，以帮助铁磁四极将背景磁场改变为第二形状(例如，有助于将背景磁场改变为第二形状)。

引出通道可以包括一个或多个场增加元件，其包括两个磁场添加器。磁场添加器可以包括一个在另一个之上地垂直对准并彼此平行的矩形板，使得一个磁场添加器的宽表面面对另一磁场添加器的宽表面。

引出通道可以包括是例如磁场消减器的一个或多个场降低元件。所述磁场消减器可以是彼此靠近地水平对准并彼此平形的矩形板，使得一个磁场消减器的宽表面面对另一磁场消减器的宽表面。

聚焦区域被布置为使得每个聚焦区域在轴向或径向平面上以完整聚焦的约1/6压缩所接收粒子的束流。至少一个所述聚焦区域是聚焦空间。聚焦空间具有与背景磁场的第一形状大致相似的磁场形状。所述聚焦区域的序列可以布置为使得聚焦元件和聚焦空间互相交替。

一种示例性质子治疗系统包括前述粒子加速器，其中所述粒子包括质子；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。

在一个例子中，所述粒子加速器是可变能量粒子加速器，并且从谐振腔输出的粒子可以具有在能量范围内的能量。聚焦元件可被构造为提供在所述能量范围内的聚焦。聚焦元件可以被构造为提供特定于从谐振腔接收的一种粒子能量的聚焦。一个或多个磁性垫片可以基于从谐振腔接收的粒子能量相对于聚焦元件可移动。聚焦元件可以包括一个或多个线圈。所述一个或多个线圈可以被构造为通过基于从谐振腔接收的粒子能量的电流。