[实用新型]回旋加速器

说明书

技术领域

本实用新型涉及回旋加速器。

背景技术

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。在等时性回旋加速器中，粒子束以相同的时间行经螺旋路径的每个相继循环或循环的一部分。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)和SPECT成像 (单光子发射计算机断层成像术)的短寿命正电子发射同位素。

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粒子束在回旋加速器中心处或附近引入间隙中。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(参见图4和图5)。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。因此在丘扇块内的间隙中创造强磁场而在谷扇块内的间隙中创造较弱的磁场。这类方位角磁场变化提供了粒子束的径向和竖直聚焦。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、和限定所述间隙的一侧的上表面。上表面由第一和第二侧边缘、外围边缘和中心边缘定界(参见图1(b)和图3)。

为了维持间隙中的真空和为了控制和容纳环绕所述间隙和一对磁极的空间中的磁场，回旋加速器还包括磁轭。磁轭由垂直于中心轴线Z的第一和第二基板形成，所述基板彼此通过通量回轭分开。第一和第二基板以及通量回轭一起限定一个室，其中通量回轭形成回旋加速器的外壁并且将线圈外的磁场控制为将其容纳在回旋加速器内。第一和第二磁极容纳在所述室内。第一和第二基板配备有用于使所述室与真空泵流体连通的开口。

通量回轭通常由在垂直于中心轴线Z的正中面的水平处连结的两个部分形成，从而使得可以通过将第一基板和通量回轭第一部分与第一磁极一起移动远离第二基板、通量回轭第二部分与第二磁极来打开回旋加速器。通量回轭必须具有最小厚度Tv，以便关闭回旋加速器并将间隙外的磁极产生的磁场容纳在回旋加速器内。

回旋加速器是一件重达几十吨的大质量且大体积的设备。当然，这对生产成本以及对回旋加速器的运输和搬运成本具有影响。标准联运集装箱具有约2.4m的宽度和相似的高度，并且更大的集装箱，诸如40’-和 45’-型高集装箱，达到约2.7m的高度。为了装在标准联运集装箱中，回旋加速器必须装在小于2.4m(或2.7m)的板条箱中。低能量回旋加速器的尺寸，诸如适合于加速18MeV质子的回旋加速器，通常超过标准联运集装箱的大小，其中磁轭直径约2m并且液压系统定位在磁轭外。要求使用非标准集装箱的大体积回旋加速器和大重量回旋加速器一起对回旋加速器的成本和搬运有着不利的影响。

因此本技术领域仍然需要提供一种重量轻且尺寸小的等时性扇形聚焦回旋加速器，以降低生产和运输成本和增强这类回旋加速器的搬运简易性。

实用新型内容

本实用新型提出了一种用于显著减小回旋加速器的体积和重量的解决方案。在本实用新型的详细说明中更详细介绍了本实用新型的该优点和其他优点。

具体地，本实用新型涉及与现有技术的相同能量的回旋加速器相比较具有减小的尺寸和重量的紧凑型等时性扇形聚焦回旋加速器。