一种超高剂量率医用质子同步加速器制造技术

本发明专利技术涉及一种超高剂量率医用质子同步加速器，其包括依次连接以构成一环形结构的四个偏转二极磁铁组，每个偏转二极磁铁组由至少两个偏转二极磁铁组成且其偏转角的总和为90度，四个直线节连接在相邻偏转二极磁铁组之间，每个直线节包括一个水平聚焦四极磁铁和一个水平散焦四极磁铁，质子经过注入切割磁铁和注入冲击磁铁注入到超高剂量率医用质子同步加速器内，在高频加速装置的作用下提升能量，在引出冲击磁铁的作用下进入引出切割磁铁从超高剂量率医用质子同步加速器引出，其循环频率高达25Hz。根据本发明专利技术的超高剂量率医用质子同步加速器，实现25Hz快循环、快引出，满足束流包络函数小，对真空室内径要求低等要求。对真空室内径要求低等要求。对真空室内径要求低等要求。

【技术实现步骤摘要】
一种超高剂量率医用质子同步加速器


[0001]本专利技术涉及肿瘤治疗，更具体地涉及一种超高剂量率医用质子同步加速器。

技术介绍

[0002]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，质子治疗也在朝着更加精确和副作用更小的方向发展。闪疗(FLASH)或者超高剂量率治疗就是其中一个方向。非专利文献Sci Transl Med 2014；6:245ra93给出了平均剂量率大于60Gy/s的这种治疗可以在杀死肿瘤细胞的同时降低正常组织的副作用。而非专利文献Appl.Phys.Lett.101,243701给出了瞬时剂量率达到108Gy/s，平均剂量率不高但也能达到较好的效果。
[0003]目前设计和试验的高剂量率质子治疗加速器主要是回旋加速器和激光加速器。回旋加速器可以提供稳定的连续束，其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，治疗时最低能量70MeV时的通过效率不到1％，在低能时的剂量率已经不满足治疗要求，所以目前的FLASH实验采用穿透治疗，无法发挥质子的布拉格峰的优势；此外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。激光加速器在目前的阶段还无法提供高于100MeV的质子束用于治疗。已有专利文献CN112657072A设计了超高剂量率的直线加速器，可以满足瞬时剂量率和平均剂量率的要求，但是其能量调节性还尚未证实。
[0004]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。例如CN105392270A公开了一种同步加速器，其提到要保持同步加速器周长尽量小的情况下，尽量减小包络函数，特别地，通过增强偏转磁铁场强可以有效增强水平聚焦强度，从而降低包络函数。但是，该同步加速器的结构限制使得其循环周期长，瞬时和平均剂量率低，剂量率无法提高到闪疗需要的程度。

技术实现思路

[0005]为了解决上述现有技术中的传统同步加速器的循环周期长，瞬时和平均剂量率低等问题，本专利技术提供一种超高剂量率医用质子同步加速器。
[0006]根据本专利技术的超高剂量率医用质子同步加速器，其包括：依次连接的第一偏转二极磁铁组、第二偏转二极磁铁组、第三偏转二极磁铁组和第四偏转二极磁铁组，且第四偏转二极磁铁组与第一偏转二极磁铁组相连以构成一环形结构，其中，每个偏转二极磁铁组由至少两个偏转二极磁铁组成且其偏转角的总和为90度；连接在第四偏转二极磁铁组与第一偏转二极磁铁组之间的第一直线节，第一直线节包括第一水平聚焦四极磁铁、第一水平散焦四极磁铁、注入切割磁铁和注入冲击磁铁，其中，第一水平聚焦四极磁铁靠近第四偏转二极磁铁组设置，第一水平散焦四极磁铁靠近第一偏转二极磁铁组设置，注入切割磁铁和注入冲击磁铁与第一水平聚焦四极磁铁连接；连接在第一偏转二极磁铁组与第二偏转二极磁
铁组之间的第二直线节，第二直线节包括第二水平聚焦四极磁铁、第二水平散焦四极磁铁和引出冲击磁铁，其中，第二水平聚焦四极磁铁靠近第一偏转二极磁铁组设置，第二水平散焦四极磁铁靠近第二偏转二极磁铁组设置，引出冲击磁铁与第二水平聚焦四极磁铁连接；连接在第二偏转二极磁铁组与第三偏转二极磁铁组之间的第三直线节，第三直线节包括第三水平聚焦四极磁铁、第三水平散焦四极磁铁和引出切割磁铁，其中，第三水平聚焦四极磁铁靠近第二偏转二极磁铁组设置，第三水平散焦四极磁铁靠近第三偏转二极磁铁组设置，引出切割磁铁与第三水平聚焦四极磁铁连接；连接在第三偏转二极磁铁组与第四偏转二极磁铁组之间的第四直线节，第四直线节包括第四水平聚焦四极磁铁、第四水平散焦四极磁铁和高频加速装置，其中，第四水平聚焦四极磁铁靠近第三偏转二极磁铁组设置，第四水平散焦四极磁铁靠近第四偏转二极磁铁组设置，高频加速装置与第四水平聚焦四极磁铁连接；质子经过注入切割磁铁和注入冲击磁铁注入到超高剂量率医用质子同步加速器内，在高频加速装置的作用下提升能量，在引出冲击磁铁的作用下进入引出切割磁铁从超高剂量率医用质子同步加速器引出，其循环频率高达25Hz。
[0007]优选地，第一、第二、第三和/或第四偏转二极磁铁组由偏转角分别为45度的两个偏转二极磁铁串联组成，或由偏转角分别为30度的三个偏转二极磁铁串联组成，或由偏转角分别为22.5度的四个偏转二极磁铁串联组成。
[0008]优选地，注入切割磁铁和注入冲击磁铁连接在第一水平聚焦四极磁铁和第四偏转二极磁铁组之间。
[0009]优选地，注入切割磁铁和注入冲击磁铁连接第一水平聚焦四极磁铁和第一水平散焦四极磁铁之间。
[0010]优选地，引出冲击磁铁连接在第二水平聚焦四极磁铁和第一偏转二极磁铁组之间。
[0011]优选地，引出冲击磁铁连接在第二水平聚焦四极磁铁和第二水平散焦四极磁铁之间。
[0012]优选地，引出切割磁铁连接在第三水平聚焦四极磁铁和第二偏转二极磁铁组之间。
[0013]优选地，引出切割磁铁连接在第三水平聚焦四极磁铁和第三水平散焦四极磁铁之间。
[0014]优选地，高频加速装置连接在第四水平聚焦四极磁铁和第三偏转二极磁铁组之间。
[0015]优选地，高频加速装置连接在第四水平聚焦四极磁铁和第四水平散焦四极磁铁之间。
[0016]根据本专利技术的超高剂量率医用质子同步加速器，其为快循环同步加速器，其快引出(单圈引出)的方式可以在几十纳秒的时间内将质子束全部引出到靶区，其瞬时剂量率可以高达107Gy/s以上，而其高达25Hz的循环频率可以达到30
‑
60Gy每分钟的同时满足剂量均匀度的要求，其平均剂量率也可以更高。总之，根据本专利技术的超高剂量率医用质子同步加速器，在实现25Hz快循环、快引出的同时，满足束流包络函数小，对真空室内径要求低，可以使用低电导率不锈钢材料的真空室的要求。
附图说明
[0017]图1是根据本专利技术的一个优选实施例的超高剂量率医用质子同步加速器的整体结构示意图；
[0018]图2是根据本专利技术的另一优选实施例的超高剂量率医用质子同步加速器的整体结构示意图；
[0019]图3是根据本专利技术的又一优选实施例的超高剂量率医用质子同步加速器的整体结构示意图；
[0020]图4是根据本专利技术的又一优选实施例的超高剂量率医用质子同步加速器的整体结构示意图；
[0021]图5示出了图1的超高剂量率医用质子同步加速器的包络函数。
具体实施方式
[0022]下面结合附图，给出本专利技术的较佳实施例，并予以详细描述。
[0023]如图1所示，根据本专利技术的一个优选实施例的超高剂量率医用质子同步加速器包括依次连接的第一偏转二极磁铁组A1、第二偏转二极磁铁组A2、第三偏转二极磁铁组A3和第四偏转二极磁铁组A4，且第四偏转二极磁铁组A4与第一偏转二极磁铁组A1相连以构成一环形结构。在本实施例中，第一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超高剂量率医用质子同步加速器，其特征在于，该超高剂量率医用质子同步加速器包括：依次连接的第一偏转二极磁铁组、第二偏转二极磁铁组、第三偏转二极磁铁组和第四偏转二极磁铁组，且第四偏转二极磁铁组与第一偏转二极磁铁组相连以构成一环形结构，其中，每个偏转二极磁铁组由至少两个偏转二极磁铁组成且其偏转角的总和为90度；连接在第四偏转二极磁铁组与第一偏转二极磁铁组之间的第一直线节，第一直线节包括第一水平聚焦四极磁铁、第一水平散焦四极磁铁、注入切割磁铁和注入冲击磁铁，其中，第一水平聚焦四极磁铁靠近第四偏转二极磁铁组设置，第一水平散焦四极磁铁靠近第一偏转二极磁铁组设置，注入切割磁铁和注入冲击磁铁与第一水平聚焦四极磁铁连接；连接在第一偏转二极磁铁组与第二偏转二极磁铁组之间的第二直线节，第二直线节包括第二水平聚焦四极磁铁、第二水平散焦四极磁铁和引出冲击磁铁，其中，第二水平聚焦四极磁铁靠近第一偏转二极磁铁组设置，第二水平散焦四极磁铁靠近第二偏转二极磁铁组设置，引出冲击磁铁与第二水平聚焦四极磁铁连接；连接在第二偏转二极磁铁组与第三偏转二极磁铁组之间的第三直线节，第三直线节包括第三水平聚焦四极磁铁、第三水平散焦四极磁铁和引出切割磁铁，其中，第三水平聚焦四极磁铁靠近第二偏转二极磁铁组设置，第三水平散焦四极磁铁靠近第三偏转二极磁铁组设置，引出切割磁铁与第三水平聚焦四极磁铁连接；连接在第三偏转二极磁铁组与第四偏转二极磁铁组之间的第四直线节，第四直线节包括第四水平聚焦四极磁铁、第四水平散焦四极磁铁和高频加速装置，其中，第四水平聚焦四极磁铁靠近第三偏转二极磁铁组设置，第四水平散焦四极磁铁靠近第四偏转二极磁铁组设置，高频加速装置与第四水平聚焦四极磁铁连接；质子经过注入切割磁铁和注入冲击磁铁注入到超高剂量率医用质子同...

【专利技术属性】
技术研发人员：张满洲，欧阳联华，陈志凌，赵振堂，李瑞，史莹，
申请(专利权)人：中国科学院上海高等研究院，
类型：发明
国别省市：