[实用新型]一种组合型磁铁构成的质子同步加速器

说明书

本实用新型涉及一种组合型磁铁构成的质子同步加速器，包括通过四个直线节连接以形成环形结构的四个偏转组合磁铁，所述偏转组合磁铁为兼具偏转二极磁铁和水平聚焦、水平散焦四极磁铁功能的组合磁铁，所述直线节中包括具有水平聚焦或水平散焦功能的四六极组合磁铁。通过首次在医用质子加速器上采用四极二极组合磁铁和四极六极组合磁铁，将全环包络函数控制在较小水平，有效增加了同步加速器的接受度和质子储存数目，提高了质子利用率和占空比，缩短治疗时间；另外，组合型磁铁和四块弯铁的采用减少了磁铁元件和他们之间的间隙，利用尽可能少的元件数目实现医用加速器的功能，从而减少同步加速器占用的空间，降低了设备成本和治疗成本。

技术领域

本实用新型涉及用于肿瘤治疗的同步加速器领域，尤其涉及一种组合型磁铁构成的质子同步加速器。

背景技术

质子在深度方向上优异的布拉格峰特性使得其成为肿瘤治疗中最为先进的手段之一，目前世界上质子治疗装置和治疗中心的建设越来越多。目前运行及建造中的质子治癌加速器主要是回旋加速器和同步加速器。

回旋加速器可以提供稳定的连续束，其束流切断和开启速度很快，可以满足呼吸门控的要求。但是回旋加速器改变能量依靠的是安放在高能线上的机械装置——降能器，利用散射将束流能量降低；其优点是能量调节迅速，可以实现50毫秒一档的改变能量速度，能够支持快速重复扫描模式来治疗移动肿瘤；但缺点是散射造成束流利用率很低，治疗时最低能量70MeV时的通过效率不到1％，降能造成的散射和之后能量选择造成的大量束流损失会导致极大的辐射，对辐射防护以及设备安全造成很大的压力。

与回旋加速器相比，同步加速器的明显优点在于它可以对束流的能量方便地进行调节，以适应放射治疗对离子能量精确变化的需要，不需要额外的能量降能片，能够确保相对干净(辐射小)的环境。采用了新的多能量引出方式之后，其固有的换能时间缓慢、造成无效治疗时间长而无法适应快速重复扫描的缺点基本不存在。

已有专利文献CN105392270A在具体磁铁、电源等设计时，考虑上述这种新的技术，从而极大减少的治疗时间。但是这种加速器的设计一是较为复杂，采用了8块偏转二极磁铁和12块聚焦和散焦四极磁铁，元件的增加意味着可靠性的下降；二是结构不够紧凑，元件与元件之间的空隙成了浪费；三是磁场强度很高，接近饱和，励磁效率不高，造成能耗较高，磁铁是大功率设备，循环的升能降能过程浪费了大量能量。

实用新型内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本实用新型旨在提供一种组合型磁铁构成的质子同步加速器。

本实用新型所述的组合型磁铁构成的质子同步加速器，包括通过四个直线节连接以形成环形结构的四个偏转组合磁铁，所述偏转组合磁铁为兼具偏转二极磁铁和水平聚焦、水平散焦四极磁铁功能的二四极组合磁铁，所述直线节中包括具有水平聚焦或水平散焦功能的四六极组合磁铁。

所述偏转组合磁铁为第一、第二、第三和第四偏转组合磁铁，其中，第一偏转组合磁铁和第二偏转组合磁铁相连，第二偏转组合磁铁和第三偏转组合磁铁相连，第三偏转组合磁铁和第四偏转组合磁铁相连，第四偏转组合磁铁还与第一偏转组合磁铁相连以构成一环形结构。

所述四六极组合磁铁包括第一、第二、第三和第四水平散焦四极与六极组合磁铁，其中，第一水平散焦四极与六极组合磁铁连接在第一偏转组合磁铁和第二偏转组合磁铁之间，第二水平散焦四极与六极组合磁铁连接在第二偏转组合磁铁和第三偏转组合磁铁之间，第三水平散焦四极与六极组合磁铁连接在第三偏转组合磁铁和第四偏转组合磁铁之间，第四水平散焦四极与六极组合磁铁连接在第四偏转组合磁铁和第一偏转组合磁铁之间。

第一偏转组合磁铁和第二偏转组合磁铁之间依次连接有高频加速装置、第一注入凸轨磁铁、横向高频激励电极、以及第一水平散焦四极与六极组合磁铁。

第二偏转组合磁铁和第三偏转组合磁铁之间依次连接有第二水平散焦四极与六极组合磁铁和引出静电切割板。