[发明专利]回旋加速器的外围丘扇块设计

说明书

一种用于等时性扇形聚焦回旋加速器的磁极包括围绕中心轴线Z交替分布的丘扇块和谷扇块，每个丘扇块包括以如下四条边缘为边界的上表面：上外围边缘、上中心边缘、第一和第二上侧边缘。所述丘扇块的所述上外围边缘包括圆弧，所述圆弧的中心相对于所述中心轴线偏移、并且半径Rh不超过从所述中心轴线到所述上外围边缘的中点的距离Lh的85％(Rh/Lh≤85％)，所述中点到所述第一和第二上远端的距离相等。

发明领域

本发明涉及回旋加速器。本发明涉及等时性扇形聚焦回旋加速器，所述回旋加速器对从这类回旋加速器中引出的激励带电粒子的引出路径具有增强的控制。具体地，本发明允许在不同引出点处引出激励粒子束和具有相同的光特性。

技术背景

回旋加速器是一种圆形粒子加速器，其中带负电粒子或带正电粒子沿螺旋路径从回旋加速器的中心向外加速直到若干MeV的能量。除非另外指明，术语“回旋加速器”在以下内容中用于指等时性回旋加速器。回旋加速器用于各种领域，例如用于核物理、医疗治疗，诸如质子疗法，或用于放射性药物学。具体地，回旋加速器可以用于生产适合于PET成像(正电子发射X线断层摄影术)的短寿命正电子发射同位素、或生产例如用于SPECT成像(单光子发射计算机断层成像术)的伽马发射同位素(例如，Tc99m)。

回旋加速器包括若干元件，包括注入系统、用于使带电粒子加速的射频(RF)加速系统、用于沿着精确路径引导加速粒子的磁系统、用于收集如此加速的粒子的引出系统、和用于在回旋加速器中创造并维持真空的真空系统。

通过注入系统以相对低的初始速度将带电离子组成的粒子束在回旋加速器中心处或附近引入间隙中。如图3中所展示的，该粒子束通过RF加速系统按顺序并且重复地加速并且通过磁系统产生的磁场沿着所述间隙内的螺旋路径朝外引导。当粒子束达到其目标能量时，通过提供在引出点PE的引出系统从回旋加速器中引出所述粒子束。该引出系统可以包括例如由薄石墨片组成的剥离器。例如，穿过剥离器的H^-离子失去两个电子并且变为正的。因此，磁场中的它们的路径的曲率改变其符号，并且因此从回旋加速器朝目标引出粒子束。存在本领域的技术人员众所周知的其他引出系统。

磁系统产生磁场，所述磁场沿着螺旋路径引导带电粒子束并使其聚焦，直到其加速到其目标能量。在以下内容中，术语“粒子”、“带电粒子”和“离子”作为同义词无区别地使用。通过缠绕在两个磁极上的两个电磁线圈14在这些极之间限定的间隙中产生磁场。回旋加速器的磁极经常分成围绕中心轴线分布的交替的丘扇块和谷扇块。两个磁极之间的间隙在丘扇块处较小而在谷扇块处较大。因此在丘扇块内的丘间隙部分中创造强磁场而在谷扇块内的谷间隙部分中创造较弱的磁场。这类方位角磁场变化在粒子束每次到达丘间隙部分时使粒子束径向和竖直聚焦。出于此原因，这类回旋加速器有时被称为扇形聚焦回旋加速器。在一些实施例中，丘扇块具有与一份蛋糕类似的圆形扇块几何形状，具有朝中心轴线基本上径向延伸的第一和第二侧表面、总体上弯曲的外围表面、与中心轴线相邻的中心表面、和限定丘间隙部分的一侧的上表面。上表面由第一和第二侧边缘、外围边缘和中心边缘定界。

常见的是具有多于一个引出点来用于从回旋加速器的同一丘扇块的多于一个点引出粒子束。在同一个丘扇块内至少具有第二引出点的优点是在第一引出点发生故障的情况下提供备用引出点并且因此确保服务的连续性。另一个优点是同时朝两个不同目标引导具有相同能量的相同离子，这是通过将第一剥离器定位成使得该第一剥离器拦截仅一部分粒子束并且将第二剥离器定位成使得该第二剥离器拦截在第一剥离器旁边经过的其余粒子束部分的一部分或全部。然而，至少两个引出点的一个主要问题是确保从第一引出点引出的粒子束具有与从第二引出点引出的粒子束相同的特性(能量、聚焦等)。迄今，该问题还没有得到满意解决。

因此，本领域仍然需要提供一种等时性扇形聚焦回旋加速器，其中，引出的粒子束的光学特性不取决于引出点位于丘间隙部分中的位置。这对于在同一个丘扇块处具有至少第一和第二引出点的回旋加速器是特别有利的，其中，从第一引出点引出的粒子束具有与从第二引出点引出的粒子束相同的特性。

发明内容