[发明专利]束能量测量系统

说明书

一种用于测量脉冲强子束的能量的飞行时间测量系统，其中束的每个脉冲被构造成一系列带电粒子聚束，所述聚束根据射频的数量级的重复率重复，所述系统包括：沿束路径布置的第一检测器、第二检测器和第三检测器，每一检测器配置成检测带电粒子聚束的通过，并根据检测到的聚束的相位提供输出信号，第二检测器与第一检测器间隔开第一距离，第三检测器与第二检测器间隔开第二距离，第一距离设置为聚束从第一检测器到第二检测器的飞行时间等于或低于聚束的重复周期，第二距离设置为聚束从第二检测器到第三检测器的飞行时间大于聚束的重复周期的倍数；以及处理装置，其配置成a)计算检测器输出信号之间的相移，和b)基于计算出的相移计算脉冲能量。

技术领域

本发明总体涉及一种用于粒子加速器的束能量测量系统。

背景技术

线性加速器(linacs)在放射治疗中用于加速粒子，通常是电子、质子或包括氦或碳离子的重离子，其能量足以使它们行进到组织中的深处以辐照并向肿瘤传递能量。在电子的情况下，它们可以可选择地被引导至大原子序数的材料的目标上以产生高能X射线，然后高能X射线自身用于在深处治疗肿瘤。

通常强子和离子粒子在源(例如用于质子的电子回旋共振离子源(electroncyclotron resonance ion source，ECRIS)或离子等离子体源)中产生并注入线性加速器复合体中，在那里它们被高频射频(RF)场加速到所需的能量。加速通常分阶段进行，其可能包括预加速器级，例如射频四极场(radiofrequency quadrupole，RFQ)。在实践中，适合于放射治疗或其他用途的高能量输出束的产生可能涉及多个加速器子单元，可能多达10-14个，每个加速器子单元包括一系列单独的、连接于波导的加速器腔，波导布置成耦合在驱动射频场中。典型的加速器级包括漂移管直线加速器(drift tube linacs，DTL)，侧耦合漂移管直线加速器(side coupled drift tube linacs，SCDTL)和耦合腔直线加速器(coupledcavity linacs，CCL)。RF场通常由速调管或磁控管产生。

通常，在源和预加速器级之间是低能束流传输线(low energy beam transferline，LEBT)。通常中能束流传输线(medium energy beam transfer line，MEBT)位于每个加速器子单元之间或子单元组之间。从加速器复合体的开始到结束的束路径可以是许多米长并且通常在其整个长度上被屏蔽。

在一个线性加速器方案中，质子束在质子源注入器组件形成脉冲，并且这些质子束被引入预加速器级，通常是射频四极场(或RFQ)，其可将初始漂移脉冲加速高至5Mev。在预加速过程中，由于脉冲中的质子开始与加速射频场相互作用，脉冲在750MHz处获得成束构造。在RFQ的输出处，每个脉冲作为成聚束脉冲被馈送到第一线性加速器级的输入端，用于最终加速到医学地有用的治疗能量。在特定的实施例中，斩波器元件布置成在质子源注入器组件中产生束脉冲。斩波器元件、预加速器级和线性加速器级以高达200Hz的重复率操作。在每个后续的线性加速器级，所施加的RF场耦合至每个脉冲中的聚束并将它们加速到越来越高的能量，同时保持脉冲的构造。

来自线性加速器的束的最终输出能量将取决于加速构造的数量，并且最大能量通常等于可以被加速的离子的最大可能能量。但是，也可能通过关闭直线加速器通道末端的作用单元来改变在输出处的能量。因此，输出处出射束的能量等于最后的起作用的加速单元的输出能量。

在医疗粒子加速器中，在最后的加速子单元的输出处产生的束通过高能束流传输线(high energy beam transfer line，HEBT)传输至病患。在HEBT的末端是喷嘴，喷嘴通常布置成灾患者的目标处引导或扫描束，并且该喷嘴通常还包括布置成对递送该病患的剂量进行监测的剂量递送系统。