[发明专利]采用永磁四极磁铁的交叉指型纵磁模漂移管直线加速器

说明书

本发明提出的一种采用永磁四极磁铁的交叉指型纵磁模漂移管直线加速器，属于直线加速器技术领域，包括沿真空射频谐振腔中心轴线安装的多个漂移管，该直线加速器沿入射粒子束前进方向划分为纵向聚束段、0°加速段、横向聚焦段，纵向聚束段和0°加速段内相邻的漂移管分别通过第一支撑杆与真空射频谐振腔内不同的脊结构固接；横向聚焦段内的漂移管通过第二支撑杆与脊结构固接，且漂移管内部沿该漂移管轴向设有三个以聚焦‑发散‑聚焦形式布置的永磁四极磁铁，各磁铁的磁中心均与漂移管的机械中心重合。本发明在横向聚焦段内漂移管的横向半径和纵向长度都较现有KONUS漂移管直线加速器显著减小，从而提高加速器的加速性能。

技术领域

本发明属于直线加速器技术领域，特别涉及一种采用永磁四极磁铁的交叉指型纵磁模漂移管直线加速器。

背景技术

漂移管直线加速器的结构是一种在中心轴线上安装有至少2个漂移管(该漂移管的主体为中空圆柱状导体)的真空射频谐振腔，在该真空射频谐振腔腔体的上下(或左右)侧对称设有一对脊结构，各漂移管通过支撑杆与腔体结构固定。其工作原理为：在谐振腔内馈入设定频率的高功率射频，这些射频会在漂移管之间产生电场，而漂移管内部的中空圆柱区域会屏蔽射频，不产生电场。带电粒子束团(该粒子束团的运动轨迹称为“束线”)沿中心轴线经过相邻漂移管之间的区域(将该区域简称为“加速间隙”)时，会被射频产生的电场加速；当周期变化的射频产生的电场处于对带电粒子减速状态时，位于漂移管内部中空圆柱区域的带电粒子束团不会被减速；从而使整个过程是一个加速过程。

漂移管直线加速器的谐振腔中的射频功率一般处于两种模式：TM模式(电场沿着束线方向，也称E模，纵电模)和TE模式(磁场沿着束线方向，也称H模，纵磁模)。采用TM模式的漂移管直线加速器称为阿尔瓦雷兹(Alveraz)型：射频功率直接在谐振腔中产生沿束线方向的电场，柱状的支撑杆仅仅用于安装漂移管，因此都处于同一侧，这种结构的漂移管加速器最早提出，其结构和加工工艺都更为成熟，并且可以加速的束流强度也更高。随着质子和重离子治疗癌症技术的发展，低束流强度的采用TE模式的漂移管加速器也得到了极大发展。采用TE模式的漂移管直线加速器主要有两种：KONUS(Kombinierte Null GradStrukture–结合0°加速结构)漂移管直线加速器(Tiede R,Ratzinger U,Podlech H,etal.KONUS beam dynamics designs using H-mode cavities[J].Hadron Beam,2008,1:2013.)和APF(Alternating Phase Focusing,交变相位聚焦)-IH(interdigital H mode,交指型)漂移管直线加速器(Iwata Y,Yamada S,Murakami T,et al.Alternating-phase-focused IH-DTL for an injector of heavy-ion medical accelerators[J].NuclearInstruments and Methods in Physics Research Section A:Accelerators,Spectrometers,Detectors and Associated Equipment,2006,569(3):685-696.)；TE模式的漂移管直线加速器中，射频功率不直接产生沿束线方向的电场(磁场沿束线方向)，而是在相对的两个脊结构及其相连的支撑杆上产生相反的电压，漂移管交替的与两个脊结构相连，相邻的两个漂移管之间存在电压差，形成加速电场。