[发明专利]直线加速器和同步加速器

说明书

一种直线加速器，包括：加速腔；磁铁腔壳，位于所述加速腔内部并与所述加速腔的内壁连接；位于所述磁铁腔壳内部的供粒子束通过的芯管，和位于所述磁铁腔壳内部的串联连接的至少三个四极磁铁，用于对所述粒子束进行聚焦，所述至少三个四极磁铁均包括中央通孔，所述芯管穿过所述中央通孔。一种同步加速器，其特征在于，所述同步加速器采用上述的直线加速器作为注入器。

技术领域

本发明涉及粒子加速器相关领域，具体地，涉及一种直线加速器和一种同步加速器。

背景技术

加速器是一种使带电粒子增加动能的装置，可用于原子核实验、放射性医学、放射性化学、放射性同位素的制造、非破坏性探伤等。目前的主流重离子质子加速器共分为三类，分别是直线加速器，回旋加速器和同步加速器。直线加速器和回旋加速器适用于中低能的质子和重离子，可用于中低能的材料辐照及离子植入等领域；同步加速器适用于较高能量的质子和重离子，一般用作癌症放疗或中高能材料辐照领域。回旋加速器由于其本身结构的限制，束流传输效率很低。直线加速器本身注入引出结构简单，传输效率接近100％，并且能够加速流强非常强的束流。同步加速器由于其原理必须有一台注入器，将束流从几个keV/u加速到几个MeV/u的能量，直线加速器可以作为同步加速器的注入器。

传统的直线加速器中聚焦磁铁一般放置在高频加速腔之外，即使放置在加速腔内部也是对单个磁铁进行封装。聚焦磁铁放置在加速腔之外不利于整个直线加速器的紧凑化，且会使粒子束流纵向匹配难度加大，通常会牺牲一部分加速性能来实现束流的纵向匹配，这样一来同样能量的加速器会变得更加长，加速器占据的空间会更大，另外新增加的加速腔必须配备高频功率源和电平控制系统，从而使整个加速器的建造成本会更大。而单个封装的聚焦磁铁放置在加速腔内部不利于粒子束流在直线加速器中的横向空间匹配。如果采用腔体内置单独封装的聚焦磁铁的话，需要在高频加速腔内部放置非常多的聚焦磁铁才能够满足粒子束流横向匹配的要求。插入的磁铁会引起高频加速腔电容负载急剧增大，在这种情况下，为了达到同样的加速电场，对高频加速腔馈入的功率就会增加十几到几十倍，会使加速器的建造成本急剧增大，另外高功率引起的发热问题会使加速器的运行难度加大。

发明内容

针对上述问题，有必要提出一种能够使束流在高频加速腔体内部得到加速的同时实现横向聚焦的新的加速器结构。

作为本发明的一个方面，提出了一种直线加速器，包括：

加速腔；

磁铁腔壳，位于所述加速腔内部并与所述加速腔的内壁连接；

位于所述磁铁腔壳内部的供粒子束通过的芯管，和

位于所述磁铁腔壳内部的串联连接的至少三个四极磁铁，用于对所述粒子束进行聚焦，所述至少三个四极磁铁均包括中央通孔，所述芯管穿过所述中央通孔。

在一些实施例中，所述至少三个四极磁铁包括三个四极磁铁，相邻的所述磁铁之间的极性相反。

在一些实施例中，所述磁铁腔壳内还配置有调节装置和定位装置，用于调节或锁定所述只是三个磁铁的位置。

在一些实施例中，每个磁铁均配置有磁铁线圈，所述磁铁线圈被设置为外方内圆的结构。

在一些实施例中，所述磁铁腔壳为双层结构，所述双层结构的两层之间配置有用于流通冷却水的水路。

在一些实施例中，所述直线加速器还包括支撑腔壳，所述支撑腔壳的一端与所述磁铁腔壳连接，所述支撑腔壳的另一端与所述加速腔的内壁连接。

在一些实施例中，其特征在于，所述支撑腔壳内部包括水路和电路，所述支撑腔壳中的水路与所述磁铁腔壳和磁铁线圈中的水路连通，所述电路与所述磁铁的磁铁线圈连通。

在一些实施例中，所述支撑腔壳包括圆锥形部分和圆柱形部分，所述圆锥形部分与所述磁铁腔壳连接，所述圆柱形部分与所述加速腔的内壁连接。