[發明專利]一種采用組合型磁鐵的質子同步加速器

在審

• 申請號: 201810071330.8
• 申請日: 2018-01-25
• 公開（公告）號: CN108307578A
• 公開（公告）日: 2018-07-20
• 發明（設計）人: 張滿洲;李德明;趙振堂;王坤;謝修璀
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海應用物理研究所
• 主分類號: H05H13/04
• 分類號: H05H13/04;H05H7/04
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 鄧琪;宋麗榮

本發明涉及一種采用組合型磁鐵的質子同步加速器，包括通過八個直線節連接以形成環形結構的八個偏轉組合磁鐵；或者質子同步加速器包括通過八個直線節連接以形成環形結構的六個偏轉組合磁鐵和兩個偏轉二極磁鐵；所述偏轉組合磁鐵為兼具偏轉二極磁鐵和水平聚焦、水平散焦四極磁鐵功能的二四極組合磁鐵，所述直線節中包括具有水平聚焦或水平散焦功能的四六極組合磁鐵。通過首次在醫用質子加速器上采用四極二極組合磁鐵和四極六極組合磁鐵，將全環包絡函數控制在較小水平和同時保持了強聚焦結構，有效增加了同步加速器的接受度和質子儲存數目，降低了誤差影響，提高了質子利用率和占空比，縮短治療時間。

技術領域

本發明涉及用于腫瘤治療的同步加速器領域，尤其涉及一種采用組合型磁鐵的質子同步加速器。

背景技術

質子在深度方向上優異的布拉格峰特性使得其成為腫瘤治療中最為先進的手段之一，目前世界上質子治療裝置和治療中心的建設越來越多。目前運行及建造中的質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穩定的連續束，其束流切斷和開啟速度很快，可以滿足呼吸門控的要求。但是回旋加速器改變能量依靠的是安放在高能線上的機械裝置——降能器，利用散射將束流能量降低；其優點是能量調節迅速，可以實現50毫秒一檔的改變能量速度，能夠支持快速重復掃描模式來治療移動腫瘤；但缺點是散射造成束流利用率很低，治療時最低能量70MeV時的通過效率不到1％，降能造成的散射和之后能量選擇造成的大量束流損失會導致極大的輻射，對輻射防護以及設備安全造成很大的壓力。

與回旋加速器相比，同步加速器的明顯優點在于它可以對束流的能量方便地進行調節，以適應放射治療對離子能量精確變化的需要，不需要額外的能量降能片，能夠確保相對干凈(輻射小)的環境。采用了新的多能量引出方式之后，其固有的換能時間緩慢、造成無效治療時間長而無法適應快速重復掃描的缺點基本不存在。

已有專利文獻CN105392270A在具體磁鐵、電源等設計時，考慮上述這種新的技術，從而極大減少了治療時間。但是這種加速器的設計一是較為復雜，采用了8塊偏轉二極磁鐵和12塊聚焦和散焦四極磁鐵，元件的增加意味著可靠性的下降；二是結構不夠緊湊，元件與元件之間的空隙成了浪費；三是磁場強度很高，接近飽和，勵磁效率不高，造成能耗較高，磁鐵是大功率設備，循環的升能降能過程浪費了大量能量。

發明內容

為了解決上述現有技術存在的問題，本發明旨在提供一種采用組合型磁鐵的質子同步加速器。

本發明的一種采用組合型磁鐵的質子同步加速器，包括通過八個直線節連接以形成環形結構的八個偏轉組合磁鐵；或者質子同步加速器包括通過八個直線節連接以形成環形結構的六個偏轉組合磁鐵和兩個偏轉二極磁鐵；所述偏轉組合磁鐵為兼具偏轉二極磁鐵和水平聚焦、水平散焦四極磁鐵功能的二四極組合磁鐵，所述直線節中包括具有水平聚焦或水平散焦功能的四六極組合磁鐵。

所述偏轉組合磁鐵為第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八偏轉組合磁鐵，其中，第一偏轉組合磁鐵和第二偏轉組合磁鐵相連，第二偏轉組合磁鐵和第三偏轉組合磁鐵相連，第三偏轉組合磁鐵和第四偏轉組合磁鐵相連，第四偏轉組合磁鐵與第五偏轉組合磁鐵相連，第五偏轉組合磁鐵與第六偏轉組合磁鐵相連，第六偏轉組合磁鐵與第七偏轉組合磁鐵相連，第七偏轉組合磁鐵與第八偏轉組合磁鐵相連，第八偏轉組合磁鐵還與第一偏轉組合磁鐵相連以構成一環形結構。

所述四六極組合磁鐵包括第一、第二、第三和第四水平散焦四極與六極組合磁鐵，其中，第一水平散焦四極與六極組合磁鐵連接在第八偏轉組合磁鐵和第一偏轉組合磁鐵之間，第二水平散焦四極與六極組合磁鐵連接在第二偏轉組合磁鐵和第三偏轉組合磁鐵之間，第三水平散焦四極與六極組合磁鐵連接在第四偏轉組合磁鐵和第五偏轉組合磁鐵之間，第四水平散焦四極與六極組合磁鐵連接在第六偏轉組合磁鐵和第七偏轉組合磁鐵之間。

第一偏轉組合磁鐵和第二偏轉組合磁鐵之間依次連接有高頻加速裝置和第一注入凸軌磁鐵。