[發(fā)明專利]一種粒子加速器能量選擇與分析系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810191469.6
• 申請(qǐng)日: 2018-03-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108566720B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-05-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王忠明;閆逸花;楊業(yè);屈二淵;王敏文;王迪;陳偉;邱孟通
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北核技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): H05H7/00
• 分類號(hào): H05H7/00;H05H7/12;G01T1/29
• 代理公司: 西安智邦專利商標(biāo)代理有限公司 61211
• 代理人: 汪海艷

本發(fā)明涉及一種粒子加速器能量選擇與分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)由一個(gè)降能器、兩個(gè)能量分析狹縫、兩塊二極磁鐵、若干四極磁鐵和一個(gè)束流強(qiáng)度探測(cè)器組成。兩個(gè)能量分析狹縫位于第一塊二極磁鐵兩側(cè)，通過(guò)調(diào)節(jié)四極磁鐵的強(qiáng)度，令粒子通過(guò)兩個(gè)能量分析狹縫間的傳輸段時(shí)，其位置變化與粒子的初始散角無(wú)關(guān)；兩塊二極磁鐵呈45度對(duì)稱放置；降能器有若干檔位，可將入射粒子能量調(diào)節(jié)至應(yīng)用所需范圍。能量分析狹縫寬度可調(diào)，可通過(guò)調(diào)節(jié)兩個(gè)能量分析狹縫的寬度實(shí)現(xiàn)能量的精確選擇。本發(fā)明基于固定能量加速器實(shí)現(xiàn)了特定能量的選擇與分析，以及能量分辨率和束流強(qiáng)度的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，在需要能量精確可調(diào)的粒子加速器領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于粒子加速器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種粒子加速器的能量選擇與分析系統(tǒng)。

背景技術(shù)

在粒子加速器技術(shù)領(lǐng)域，回旋加速器和直線加速器引出的粒子能量通常是固定的，同步加速器往往也有一個(gè)最低引出能量，而物理實(shí)驗(yàn)或其他應(yīng)用中常常希望引出的粒子能量和束流強(qiáng)度是可調(diào)的，而且能量分散性要盡可能小，即能量精度盡可能高。

為改變粒子能量，常采用一種利用粒子與物質(zhì)相互作用損失能量原理實(shí)現(xiàn)的被動(dòng)降能裝置。當(dāng)粒子通過(guò)這種被動(dòng)降能裝置時(shí)，雖然實(shí)現(xiàn)了能量調(diào)節(jié)，但很多束流參數(shù)也會(huì)變差。例如，束流的強(qiáng)度會(huì)降低，束流的能量分散性會(huì)增加，束流的發(fā)射度也會(huì)增大。當(dāng)用戶(如物理實(shí)驗(yàn)或放射性治療等應(yīng)用中)對(duì)束流有很高的能量精度要求時(shí)，為調(diào)節(jié)這些束流參數(shù)以滿足用戶需要，特別是控制束流能量的分散性，實(shí)現(xiàn)能量的精確選擇，需要建立一種束流能量選擇與分析系統(tǒng)。

國(guó)家發(fā)明專利CN106211535A提出了一種有效控制降能器后質(zhì)子束流發(fā)射度的裝置和方法，該裝置由兩個(gè)圓孔型準(zhǔn)直器和一個(gè)轉(zhuǎn)盤(pán)式降能器組成，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較緊湊，但由于準(zhǔn)直孔直徑是固定的，無(wú)法靈活調(diào)節(jié)所需的能量分散度。

國(guó)家發(fā)明專利CN107018619A提出了一種緊湊型質(zhì)子束流能量和能散度控制結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的核心是一個(gè)能量選擇狹縫，通過(guò)調(diào)節(jié)狹縫的孔徑控制能量分散度。該方法的缺點(diǎn)是沒(méi)有對(duì)經(jīng)過(guò)降能器的束斑橫向尺寸進(jìn)行控制，無(wú)法確定狹縫處的束流寬度，而且進(jìn)入該結(jié)構(gòu)的粒子散角也會(huì)影響?yīng)M縫處的束斑橫向尺寸，因此這種方法無(wú)法直接通過(guò)狹縫寬度得出所需的能量分辨率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一個(gè)能量分析精度精確可調(diào)的粒子加速器能量選擇與分析系統(tǒng)。

束流能量分析系統(tǒng)通常由能量分析狹縫和分析磁鐵等元件構(gòu)成。根據(jù)束流傳輸理論，粒子從一個(gè)位置傳輸?shù)搅硗庖粋€(gè)位置，其水平方向的位置關(guān)系為：

x₂＝R₁₁x₁+R₁₂x′₁+Dδ (1)

其中，其中x₁和x₂是兩個(gè)縱向位置處粒子的橫向坐標(biāo)，x₁′是第一個(gè)位置處粒子在水平方向(X方向)上的散角，R₁₁和R₁₂為從第一個(gè)位置到第二個(gè)位置之間的2×2傳輸矩陣的元素，D為第一個(gè)位置到第二個(gè)位置的色散函數(shù)(即6×6傳輸矩陣中的R₁₆)，δ為粒子相對(duì)中心能量的動(dòng)量分散(與能量分散一一對(duì)應(yīng))。

若在上述兩個(gè)位置放置兩個(gè)能量分析狹縫，并且通過(guò)優(yōu)化兩個(gè)能量分析狹縫間幾塊四極磁鐵的強(qiáng)度和位置，使得R₁₂＝0，從而消除散角的影響。此時(shí)，能量選擇系統(tǒng)的分辨率δ可以寫(xiě)成：

在上式中，R₁₁和D取決于兩個(gè)狹縫間四極鐵和二極鐵的位置和強(qiáng)度，在設(shè)計(jì)確定后一般是不變的。x₁取決于第一個(gè)狹縫的寬度，x₂取決于第二個(gè)狹縫的寬度。因此，只要調(diào)節(jié)兩個(gè)狹縫的寬度就可直接得到所需的能量分辨率。在實(shí)際調(diào)束工作中一般是通過(guò)固定x₁，調(diào)節(jié)x₂實(shí)現(xiàn)的。