[發明專利]用于從回旋加速器提取粒子束的剝離部件、剝離總成和方法

無效

• 申請號: 200980120211.6
• 申請日: 2009-05-29
• 公開（公告）號: CN102067740A
• 公開（公告）日: 2011-05-18
• 發明（設計）人: V·克拉德
• 申請（專利權）人: 離子束應用股份有限公司
• 主分類號: H05H7/10
• 分類號: H05H7/10;H05H13/00;G21K1/14
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 柳愛國

技術領域

本發明涉及諸如回旋加速器的帶電粒子加速器領域。特別是，本發明涉及用于從回旋加速器提取粒子束的剝離部件、剝離總成和方法。

背景技術

回旋加速器大量用于諸如醫療應用(例如，產生放射性同位素或粒子治療)、科學研究和工業應用的許多應用中。

回旋加速器是一種再循環粒子加速器，這種加速器在高真空下工作并且將離子加速到高達幾MeV甚至更高的能量。由離子源預先產生的帶電粒子在回旋加速器中以螺旋運動的方式被加速，并且在所述螺旋運動的末尾借助于提取系統從回旋加速器被提取。

在回旋加速器中粒子加速一方面通過利用由電磁鐵產生的磁場(該磁場使來自離子源的粒子在垂直于所述磁場的平面中遵循圓形路徑)，另一方面借助于由RF系統(包括高頻電源)產生的電場，該RF系統能夠施加使粒子逐漸加速的高頻交變電壓。

結果，粒子通過獲得能量(能量的增加意味著粒子軌道半徑的增加)遵循螺旋路徑直到回旋加速器的外徑，在這里它們(粒子)或者被提取到回旋加速器的外面，或者在特定應用中在回旋加速器自身里面例如被用于產生同位素。但是，在大多數應用中，需要將離子束提取到回旋加速器的外面，并且將離子束引導到能夠利用離子束的靶。在這種情況下，提取系統通常安裝在回旋加速器的內部的外半徑附近。

為了提取帶正電粒子，通常的提取方法借助于靜電偏轉器來實現，該靜電偏轉器產生很強的電場，能夠將被加速的粒子從其加速軌道偏離到提取軌道。這種靜電偏轉器通常由叫做隔膜(septum)的很薄的電極構成，該薄電極設置在回旋加速器的最后的內部軌道和提取軌道之間，粒子通過該提取軌道被提取。但是，這種提取方法具有如下的兩個主要缺點。第一個缺點是這種提取方法的提取效率非常受限制，由于隔膜被截取的粒子束加熱因而限制能夠被提取的最大粒子束強度。第二個缺點是隔膜對粒子的截取對回旋加速器構成很強的放射激化。

另一種提取方法從(本申請人的)EP0853867中知道，其中離子束能夠從回旋加速器提取而不用任何提取系統。但是，這種技術的主要缺點在于所述方法很復雜。

另一種常用的提取方法是剝離提取法，這種方法利用碳剝離器箔以便剝離來自負離子源的負離子束，通過剝離負離子的一個或多個電子該負離子束被轉換成正離子束。這種方法的剝離效率能夠高達99％并且比前面的方法簡單得多并且取決于材料的厚度。剝離材料越厚，離子束增大越多。結果，當剝離器箔的厚度增加時離開回旋加速器的離子束的散射增大。

通常，碳剝離器箔安裝在探頭或叉上并且借助于回旋加速器外部區域中的剝離器臂插入回旋加速器的真空室的里面(這種插入在現有技術中是已知的)。剝離器箔通常用碳制成，并且具有2cm×2cm量級的尺寸。高強度的負離子束(例如H^-或D^-)在加速器的內部沿著螺旋路徑被加速，并且然后它被這種剝離器箔散射。在所述負離子束和所述剝離器箔的表面碰撞期間，由于所述剝離器箔物質的原子核和負離子束之間的庫侖力，負離子束的兩個電子被剝離器箔剝離。結果，例如，獲得諸如質子的所需帶電粒子，同時兩個被剝離的電子借助于接地的探測電子設備用于測量負離子束的電流。

由于在回旋加速器中，在提供加速軌道的旋轉分量的磁場中發生這種相互作用，粒子的特定電荷的變化導致在剝離器箔后面的離子軌道方向的變化。這種特定的效果通常被用于從回旋加速器提取離子束，如圖1所示，其中，在剝離器箔100前面的負離子H^-軌道由實線表示，而在剝離器箔100后面的正離子H⁺軌道用虛線表示，其中B表示垂直于該離子束軌道的磁場方向。兩個被剝離的電子2e^-用于借助于接地的探測電子設備101測量離子束的電流。

圖2類似地示出在回旋加速器的提取區域中剝離負離子束的過程，在該提取區域中設置剝離器箔100。在通過剝離器箔100之后負離子束改變其軌道半徑并且因此離開回旋加速器。

在許多應用中，由回旋加速器產生的離子束的能量不是固定的。事實上，通常需要產生具有不同能量(即具有不同軌道半徑)的若干個離子束，在這種情況下，每個所需離子束在提取區內具有對應的箔位置，以便將離子束提取到回旋加速器的外面。