一种医用超导质子同步加速器制造技术

本发明专利技术涉及一种医用超导质子同步加速器，其包括多个偏转二极磁铁和多个直线节，所述偏转二极磁铁为超导磁铁并具有边缘角，并且其中至少一个所述直线节中包括水平散焦四极磁铁。本发明专利技术通过首次在医用质子加速器上采用超导的偏转二极磁铁结合微调工作点的水平散焦四极磁铁，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，本发明专利技术的结构非常紧凑，减少了不必要的间隙和磁铁元件，以利用尽可能少的元件数目实现医用加速器的功能，降低了同步加速器占用的空间，进而降低了建筑成本和治疗成本。

Medical Superconducting Proton Synchrotron

The present invention relates to a medical superconducting proton synchrotron, which comprises a plurality of deflecting dipole magnets and a plurality of straight section, the deflection for the superconducting magnet and dipole magnet with edge angle, and wherein at least one of the straight line section comprises a horizontal defocusing quadrupole magnet. According to the present invention for the first time in medical proton accelerator using the combination of superconducting dipole magnet deflection fine-tuning point level San Jiao Siji magnet, the ring envelope function control in the lower level, increase the acceptance and proton synchrotron storage number, improve the quality of the sub utilization rate and duty ratio, shorten the treatment time; in addition the present invention, the structure is very compact, reducing unnecessary gap and magnetic components, to achieve the function of the number of medical accelerator components as little as possible, reducing the space occupied by the synchrotron, thereby reducing the construction cost and the cost of treatment.

【技术实现步骤摘要】
一种医用超导质子同步加速器
本专利技术涉及同步加速器领域，尤其涉及一种用于肿瘤治疗的医用超导质子同步加速器。
技术介绍
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，考虑了这种新的技术，从而极大减少了治疗时间。但是这种加速器的设计具有以下缺点为：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；四是包络函数仍然较大，因而空间电荷效应较大，导致粒子存储较少。周知的，同样的偏转角度下，超导磁铁由于磁场强度强，其长度往往比常温磁铁要短上数倍，而超导线圈本身的损耗也极小，因此超导磁铁是降低能耗和加速器规模的极好选择。很多回旋和同步回旋加速器都开始采用超导磁铁来降低能耗和加速器尺寸。但是，由于超导磁铁的电感较大，一般情况下超导磁铁磁场上升速度收到了限制。而非专利文献AtomicEnergy,Vol.112,No.2(2012)p80～p89中解决了制约超导磁铁磁场上升速度的最大因素，达到了一般医用质子同步加速器要求的大于4T/s的上升速度，因而使得超导磁铁应用于同步加速器成为了可能。
技术实现思路
为了解决上述现有同步加速器中存在的问题，本专利技术旨在提供一种紧凑型的医用质子同步加速器，以减小束流包络函数，实现大的粒子储存特性，同时结构较为简单，能耗也较少。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种医用超导质子同步加速器，包括多个偏转二极磁铁和多个直线节，其中，所述偏转二极磁铁为超导磁铁并带有边缘角，并且其中至少一个所述直线节中包括水平散焦四极磁铁。优选地，所述同步加速器包括四个所述偏转二极磁铁，分别为：依次连接的第一至第四偏转二极磁铁，且该第一偏转二极磁铁还与第四偏转二极磁铁相连以构成一环形结构；所述同步加速器包括四个所述直线节，分别为：连接在第一偏转二极磁铁与第四偏转二极磁铁之间、第一偏转二极磁铁与第二偏转二极磁铁之间、第二偏转二极磁铁与第三偏转二极磁铁之间以及第三偏转二极磁铁与第四偏转二极磁铁之间的第一至第四直线节。进一步地，所述同步加速器包括两个所述水平散焦四极磁铁，分别为：设置在所述第一直线节中的第一水平散焦四极磁铁以及设置在所述第三直线节中的第二水平散焦四极磁铁；所述第一直线节包括：依次连接在所述第一偏转二极磁铁与所述第四偏转二极磁铁之间的所述第一水平散焦四极磁铁、一第一共振六极磁铁和一注入静电切割板、以及与所述注入静电切割板连接的一注入静磁切割磁铁；所述第二直线节包括：依次连接在所述第一偏转二极磁铁与所述第二偏转二极磁铁之间的一第一注入凸轨磁铁、一高频加速装置和一第一色品六极磁铁；第三直线节包括：依次连接在所述第二偏转二极磁铁与所述第三偏转二极磁铁之间的一引出静电切割板、一第二共振六极磁铁和所述第二水平散焦四极磁铁；第四直线节包括：依次连接在所述第三偏转二极磁铁与所述第四偏转二极磁铁之间的一横向高频激励电极、一第二注入凸轨磁铁和一第二色品六极磁铁，还包括与所述第三偏转极磁铁连接的一引出静磁切割磁铁。优选地，所述同步加速器包括八个所述偏转二极磁铁，分别为：依次连接的第一至第八偏转二极磁铁，且该第一偏转二极磁铁还与第八偏转二极磁铁相连以构成一环形结构；所述同步加速器包括四个直线节，分别为：连接在第一偏转二极磁铁与第八偏转二极磁铁之间、第一偏转二极磁铁与第二偏转二极磁铁之间、第四偏转二极磁铁与第五偏转二极磁铁之间以及第五偏转二极磁铁与第六偏转二极磁铁之间的第一至第四直线节。进一步地，所述同步加速器包括两个所述水平散焦四极磁铁，分别为：设置在所述第一直线节中的第一水平散焦四极磁铁以及设置在所述第三直线节中的第二水平散焦四极磁铁；所述第一直线节包括：依次连接在所述第一偏转二极磁铁与第八偏转二极磁铁之间的所述第一水平散焦四极磁铁、一第一共振六极磁铁和注入静电切割板、以及与所述注入静电切割板连接的一注入静磁切割磁铁；所述第二直线节包括：依次连接在所述第一偏转二极磁铁与所述第二偏转二极磁铁之间的一第一注入凸轨磁铁、一高频加速装置和一第一色品六极磁铁；所述第三直线节包括：依次连接在所述第四偏转二极磁铁与所述第五偏转二极磁铁之间的一引出静电切割板、一第二共振六极磁铁和所述第二水平散焦四极磁铁；所述第四直线节包括：依次连接在所述第五偏转二极磁铁与所述第六偏转二极磁铁之间的一横向高频激励电极、一第二注入凸轨磁铁和一第二色品六极磁铁，还包括与所述第五偏转极磁铁连接的一引出静磁切割磁铁。优选地，所述同步加速器包括六个偏转二极磁铁，分别为：依次连接的第一至第六偏转二极磁铁，且该第一偏转二极磁铁还与第六偏转二极磁铁相连以构成一环形结构；所述同步加速器包括四个直线节，分别为：连接在第一偏转二极磁铁与第六偏转二极磁铁之间、第一偏转二极磁铁与第二偏转二极磁铁之间、第三偏转二极磁铁与第四偏转二极磁铁之间以及第四偏转二极磁铁与第五偏转二极磁铁之间的第一至第四直线节。进一步地，所述同步加速器包括两个所述水平散焦四极磁铁，分别为：设置在所述第一直线节中的第一水平散焦四极磁铁以及设置在所述第三直线节中的第二水平散焦四极磁铁；所述第一直线节包括：依次连接在所述第一偏转二极磁铁与所述第六偏转二极磁铁之间的所述第一水平散焦四极磁铁、一第一共振六极磁铁和一注入静电切割板、以及与所述注入静电切割板连接的一注入静磁切割磁铁；所述第二直线节包括：依次连接在所述第一偏转二极磁铁与所述第二偏转二极磁铁之间的一第一注入凸轨磁铁、一高频加速装置和一第一色品六极磁铁；所述第三直线节包括：依次连接在所述第三偏转二极磁铁与所述第四偏转二极磁铁之间的一引出静电切割板、一第二共振六极磁铁和所述第二水平散焦四极磁铁；所述第四直线节包括：依次连接在所述第四偏转二极磁铁与所述第五偏转二极磁铁之间的一横向高频激励电极、一第二注入凸轨磁铁和一第二色品六极磁铁，还包括与所述第五偏转极磁铁连接的一引出静磁切割磁铁。优选地，所述同步加速器包括六个偏转二极磁铁，分别为：依次连接的第一至第六偏转二极磁铁，且该第一偏转二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种医用超导质子同步加速器，包括多个偏转二极磁铁和多个直线节，其特征在于，所述偏转二极磁铁为超导磁铁并带有边缘角，并且其中至少一个所述直线节中包括水平散焦四极磁铁。

【技术特征摘要】
1.一种医用超导质子同步加速器，包括多个偏转二极磁铁和多个直线节，其特征在于，所述偏转二极磁铁为超导磁铁并带有边缘角，并且其中至少一个所述直线节中包括水平散焦四极磁铁。2.根据权利要求1所述的医用超导质子同步加速器，其特征在于，所述同步加速器包括四个所述偏转二极磁铁，分别为：依次连接的第一至第四偏转二极磁铁，且该第一偏转二极磁铁还与第四偏转二极磁铁相连以构成一环形结构；所述同步加速器包括四个所述直线节，分别为：连接在第一偏转二极磁铁与第四偏转二极磁铁之间、第一偏转二极磁铁与第二偏转二极磁铁之间、第二偏转二极磁铁与第三偏转二极磁铁之间以及第三偏转二极磁铁与第四偏转二极磁铁之间的第一至第四直线节。3.根据权利要求2所述的医用超导质子同步加速器，其特征在于，所述同步加速器包括两个所述水平散焦四极磁铁，分别为：设置在所述第一直线节中的第一水平散焦四极磁铁以及设置在所述第三直线节中的第二水平散焦四极磁铁；所述第一直线节包括：依次连接在所述第一偏转二极磁铁与所述第四偏转二极磁铁之间的所述第一水平散焦四极磁铁、一第一共振六极磁铁和一注入静电切割板、以及与所述注入静电切割板连接的一注入静磁切割磁铁；所述第二直线节包括：依次连接在所述第一偏转二极磁铁与所述第二偏转二极磁铁之间的一第一注入凸轨磁铁、一高频加速装置和一第一色品六极磁铁；第三直线节包括：依次连接在所述第二偏转二极磁铁与所述第三偏转二极磁铁之间的一引出静电切割板、一第二共振六极磁铁和所述第二水平散焦四极磁铁；第四直线节包括：依次连接在所述第三偏转二极磁铁与所述第四偏转二极磁铁之间的一横向高频激励电极、一第二注入凸轨磁铁和一第二色品六极磁铁，还包括与所述第三偏转极磁铁连接的一引出静磁切割磁铁。4.根据权利要求1所述的医用超导质子同步加速器，其特征在于，所述同步加速器包括八个所述偏转二极磁铁，分别为：依次连接的第一至第八偏转二极磁铁，且该第一偏转二极磁铁还与第八偏转二极磁铁相连以构成一环形结构；所述同步加速器包括四个直线节，分别为：连接在第一偏转二极磁铁与第八偏转二极磁铁之间、第一偏转二极磁铁与第二偏转二极磁铁之间、第四偏转二极磁铁与第五偏转二极磁铁之间以及第五偏转二极磁铁与第六偏转二极磁铁之间的第一至第四直线节。5.根据权利要求4所述的医用超导质子同步加速器，其特征在于，所述同步加速器包括两个所述水平散焦四极磁铁，分别为：设置在所述第一直线节中的第一水平散焦四极磁铁以及设置在所述第三直线节中的第二水平散焦四极磁铁；所述第一直线节包括：依次连接在所述第一偏转二极磁铁与第八偏转二极磁铁之间的所述第一水平散焦四极磁铁、一第一共振六极磁铁和注入静电切割板、以及与所述注入静电切割板连接的一注入静磁切割磁铁；所述第二直线节包括：依次连接在所述第一偏转二极磁铁与所述第二偏转二极磁铁之间的一第一注入凸轨磁铁、一高频加速装置和一第一色品六极磁铁；所述第三直线节包括：依次连接在所述第四偏转二极磁铁与所述第五偏转二极磁铁之间的一引出静电切割板、一第二共振六极磁铁和所述第二水平散焦四极磁铁；所述第四直线节包括：依次连接在所述第五偏转二极磁铁与所述第六偏转二极磁铁之间的一横向高频激励电极、一第二注入凸轨磁铁和一第二色品六极磁铁，还包括与所述第五偏转极磁铁连接的一引出静磁切割磁铁。6.根据权利要求1所述的医用超导质子同步加速器，其特征在于，所述同步加速器包括六个偏转二极磁铁，分别为：依次连接的第一至第六偏转二极磁铁，且该第一偏转二极磁铁还与第六偏转二极磁铁相连以构成一环形结构；所述同步加速器包括四个直线节，分别为：连接在第一偏转二极磁铁与第六偏转二极磁铁之间、第一偏转二极磁铁与第二偏转二极磁铁之间、第三偏转二极磁铁与第四偏转二极磁铁之间以及第四偏转二极磁铁与第五偏转二极磁铁之间的第一至第四直线节。7.根据权利要求6所述的医用超导质子同步加速器，其特征在于，所述同步加速器包括两个所述水平散焦四极磁铁，分别为：设置在所述第一直线节中的第一水平散焦四极磁铁以及设置在所述第三直线节中的第二水平散焦四极磁铁；所述第一直线节包括：依次连接在所述第一偏转二极磁铁与所述第六偏转二极磁铁之间的所述第一水平散焦四极磁铁、一第一共振六极磁铁和一注入静电切割板、以及与所述注入静电切割板连接的一注入静磁切割磁铁；所述第二直线节包括：依次连接在所述第一偏转二极磁铁与所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张满洲，李德明，赵振堂，
申请(专利权)人：中国科学院上海应用物理研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31