[发明专利]低能带电粒子引出的隔离窗结构及装置

说明书

一种低能带电粒子引出的隔离窗结构及装置，上述隔离窗结构包括：用于与真空腔室连接的密封件、密封薄膜以及网格状的内衬结构。密封件设置有开口，密封件的外侧为大气环境，密封件的内侧用于形成真空环境。密封薄膜固定于密封件上并遮挡于开口处。网格状的内衬结构，固定于密封件上且位于密封薄膜的内侧。内衬结构与密封薄膜之间具有间隙，内衬结构的投影覆盖开口。网格状的内衬结构作为密封薄膜的支撑结构，可以实现真空腔室真空度的保持；同时还能够减少低能粒子通过该隔离窗结构的能量损失，保证出射的粒子的能量与剂量可以满足生物辐照要求。

技术领域

本公开属于粒子加速和辐射技术领域，涉及一种低能带电粒子引出的隔离窗结构及装置。

背景技术

对基于加速器的粒子束治癌和辐射生物学效应研究来说，涉及的治疗和研究对象均为生命体，其必须处于大气环境下才能维持正常生存，因此需要采用隔离窗的方式将粒子束流由真空引入大气。

中高能粒子的能量高，射程远，通常会采用具有一定厚度的强度高的金属材料，如钛和铝作为封窗材料。但粒子束流在穿过金属材料时，能量损失较大，产生的次级粒子，如中子和γ射线的产额较多，可能会对患者或生物样本造成额外剂量照射，而且由于金属材料的活化，缓发的γ射线也会造成治疗环境或实验环境本底剂量增加的问题，无法满足生物体的辐照需求。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种低能带电粒子引出的隔离窗结构及装置，以至少部分解决以下提出技术问题：使得粒子从真空环境引出至大气的剂量和射程可以满足生物体需求。

(二)技术方案

本公开的第一个方面提供了一种低能带电粒子引出的隔离窗结构。上述隔离窗结构包括：密封件、密封薄膜以及网格状的内衬结构。密封件用于与真空腔室连接，密封件设置有开口，密封件的外侧为大气环境，密封件的内侧用于形成真空环境。密封薄膜固定于密封件上并遮挡于开口处。网格状的内衬结构固定于密封件上且位于密封薄膜的内侧，内衬结构与密封薄膜之间具有间隙，内衬结构的投影覆盖开口。

根据本公开的实施例，网格状的内衬结构包括：环状的载体以及纤维。其中，载体上分布有多个通孔，纤维沿着预定路径在各个通孔之间穿设以形成网格状。

根据本公开的实施例，隔离窗结构还包括：第一固定密封件，用于将密封薄膜可拆卸式固定于密封件上；以及第二固定密封件，用于将内衬结构可拆卸式固定于密封件上。

根据本公开的实施例，密封件的外侧设置有第一台阶，第一固定密封件的形状与第一台阶相匹配，以在实现密封薄膜固定的同时增强密封性。

根据本公开的实施例，密封件的内侧边缘设置有第二台阶，第二台阶用于与真空腔室进行装配。

根据本公开的实施例，纤维的材料为同时具有高强度且在粒子束流通过时使得粒子束流的能量损失很小的材料，例如为PBO。

根据本公开的实施例，密封薄膜的材料为聚酯薄膜。

根据本公开的实施例，低能带电粒子包括以下带电粒子的至少一种：质子、⁷Li、¹²C、¹⁴N、¹⁶O以及¹⁹F。

本公开的第二个方面提供了一种低能带电粒子引出的装置。上述装置包括：真空腔室和如上所述的任一种隔离窗结构。隔离窗结构与真空腔室进行装配，以使得真空腔室内的低能带电粒子经过隔离窗结构引出至大气环境。

根据本公开的实施例，上述低能带电粒子引出的装置还包括：真空泵以及手动调节阀。真空泵与真空腔室通过管路进行连接，用于满足真空腔室的真空度要求。手动调节阀设置于管路上，用于基于手动调节阀的调节使得真空泵启动到真空腔室达到真空度要求状态之间的时间段内密封薄膜发生缓慢形变，以减少压力对密封薄膜的损害。