[發(fā)明專利]一種質(zhì)子束靶點(diǎn)和束線中心位置測量裝置及其測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010236443.6
• 申請日: 2020-03-30
• 公開（公告）號: CN111399026B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱軍高;顏學(xué)慶;林晨
• 申請（專利權(quán)）人: 北京大學(xué)
• 主分類號: G01T1/29
• 分類號: G01T1/29
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11360
• 代理人: 王巖

本發(fā)明公開了一種質(zhì)子束靶點(diǎn)和束線中心位置測量裝置及其測量方法。本發(fā)明的測量裝置包括N元四極透鏡、激光器、靶和閃爍屏；靶和閃爍屏分別位于N元四極透鏡的前方和后方，測量質(zhì)子束經(jīng)N元四極透鏡聚焦后在閃爍屏上的位置，將N元四極透鏡變換到M元四極透鏡，測量質(zhì)子束經(jīng)M元四極透鏡聚焦后在閃爍屏上的位置，根據(jù)放大倍數(shù)和質(zhì)子束位置，計(jì)算出靶點(diǎn)處產(chǎn)生的質(zhì)子束相對于束線中心的偏移量以及閃爍屏上的束線中心位置；本發(fā)明利用N元四極透鏡和由N元四極透鏡變換的M元四極透鏡，結(jié)合閃爍屏，利用放大倍數(shù)的差異，精確確定束線中心和質(zhì)子束靶點(diǎn)的位置，從而實(shí)現(xiàn)高精度的對心。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及加速器對心與激光加速器應(yīng)用技術(shù)，具體涉及一種質(zhì)子束靶點(diǎn)和束線中心位置測量裝置及其測量方法。

背景技術(shù)

加速器在人類的科學(xué)研究和生活中發(fā)揮了越來越重要的作用。除了大型對撞機(jī)等前沿科學(xué)研究，加速器在癌癥治療領(lǐng)域發(fā)揮了不可替代的作用。傳統(tǒng)光子治療腫瘤，不可避免對淺層的健康組織造成傷害，而加速器產(chǎn)生的質(zhì)子和重離子，得益于布拉格峰更集中的末端能量沉積，對淺層健康組織的傷害顯著改善，因而質(zhì)子和重離子治療成為目前最先進(jìn)的癌癥治療手段。然而以射頻加速器為主體的離子加速裝置體積大、造價(jià)高、維護(hù)和運(yùn)行費(fèi)用不菲，限制了質(zhì)子和重離子治療的廣泛應(yīng)用，腫瘤醫(yī)療需求得不到滿足。

超強(qiáng)激光脈沖與靶作用時(shí)，加速梯度可以達(dá)到100GV/m以上(比射頻加速器高3個(gè)數(shù)量級)，不受材料擊穿電場的限制，可以顯著降低加速器的尺寸和造價(jià)。報(bào)道中激光加速已獲得接近100MeV的質(zhì)子束，激光加速器逐漸走向成熟，在很多領(lǐng)域應(yīng)用前景已引起越來越多的重視。

超強(qiáng)激光與靶作用后，產(chǎn)生質(zhì)子束團(tuán)。質(zhì)子束通常需要傳輸束線聚焦和能量選擇后應(yīng)用。這要求質(zhì)子束在束線中心，定位精確，以保障傳輸?shù)木_。如果質(zhì)子束源偏離束線中心，將導(dǎo)致傳輸?shù)浇K端后質(zhì)子束位置偏移，造成癌癥治療時(shí)位置偏差。通常的方法是通過模擬光確定激光與靶作用的靶點(diǎn)位置和四極磁鐵等聚焦元件的位置，但實(shí)驗(yàn)中證明這種方法麻煩又不精確。

發(fā)明內(nèi)容

針對以上現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提出了一種質(zhì)子束靶點(diǎn)和束線中心位置測量裝置及其測量方法，從而能夠方便、精確地確定束線中心和質(zhì)子束相對于束線中心的位置。

本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出一種質(zhì)子束靶點(diǎn)和束線中心位置測量裝置。

本發(fā)明的質(zhì)子束靶點(diǎn)和束線中心位置測量裝置包括：N個(gè)四極磁鐵、激光器、靶和閃爍屏；其中，N個(gè)四極磁鐵共軸沿著束線中心線排成一條直線構(gòu)成N元四極透鏡，相鄰的四極磁鐵之間有距離，N為≥3的自然數(shù)；沿著束線中心線的方向，與超強(qiáng)激光作用產(chǎn)生質(zhì)子束的靶設(shè)置在N元四極透鏡的前方；在N元四極透鏡的后方設(shè)置閃爍屏，閃爍屏的探測平面垂直于束線中心線；激光器產(chǎn)生超強(qiáng)激光脈沖，激光脈沖與靶相互作用產(chǎn)生質(zhì)子束，沿束線中心線傳輸；經(jīng)N元四極透鏡聚焦后，在閃爍屏上測量質(zhì)子束的束斑的水平方向位置為a₁，在閃爍屏上測量質(zhì)子束的束斑的豎直方向位置為a₂，N元四極透鏡聚焦后到閃爍屏上的放大倍數(shù)在水平方向?yàn)镕₁，豎直方向?yàn)镕₃；將N元四極透鏡變換到M個(gè)四極磁鐵組成的M元四極透鏡，M＜N且M為≥2的自然數(shù)，激光器產(chǎn)生超強(qiáng)激光脈沖，激光脈沖與靶相互作用產(chǎn)生質(zhì)子束，沿束線中心線傳輸，經(jīng)M元四極透鏡聚焦后，在閃爍屏上測量質(zhì)子束的束斑的水平方向位置為b₁，在閃爍屏上測量質(zhì)子束的束斑的豎直方向位置為b₂，M元四極透鏡聚焦后到閃爍屏上的放大倍數(shù)在水平方向?yàn)镕₂，豎直方向?yàn)镕₄，根據(jù)放大倍數(shù)和質(zhì)子束的位置，分別計(jì)算出靶點(diǎn)處產(chǎn)生的質(zhì)子束相對于束線中心的水平偏移量L₁和豎直偏移量L₂以及閃爍屏上水平方向束線中心的位置c₁和豎直方向束線中心的位置c₂：