[發明專利]低能帶電粒子引出的隔離窗結構及裝置

在審

• 申請號: 202110010150.0
• 申請日: 2021-01-05
• 公開（公告）號: CN112839423A
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發明（設計）人: 隋麗;郭剛;孔福全;劉建成;龔毅豪
• 申請（專利權）人: 中國原子能科學研究院
• 主分類號: H05H7/00
• 分類號: H05H7/00;H05H7/14;A61N5/10
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 張成新

一種低能帶電粒子引出的隔離窗結構及裝置，上述隔離窗結構包括：用于與真空腔室連接的密封件、密封薄膜以及網格狀的內襯結構。密封件設置有開口，密封件的外側為大氣環境，密封件的內側用于形成真空環境。密封薄膜固定于密封件上并遮擋于開口處。網格狀的內襯結構，固定于密封件上且位于密封薄膜的內側。內襯結構與密封薄膜之間具有間隙，內襯結構的投影覆蓋開口。網格狀的內襯結構作為密封薄膜的支撐結構，可以實現真空腔室真空度的保持；同時還能夠減少低能粒子通過該隔離窗結構的能量損失，保證出射的粒子的能量與劑量可以滿足生物輻照要求。

技術領域

本公開屬于粒子加速和輻射技術領域，涉及一種低能帶電粒子引出的隔離窗結構及裝置。

背景技術

對基于加速器的粒子束治癌和輻射生物學效應研究來說，涉及的治療和研究對象均為生命體，其必須處于大氣環境下才能維持正常生存，因此需要采用隔離窗的方式將粒子束流由真空引入大氣。

中高能粒子的能量高，射程遠，通常會采用具有一定厚度的強度高的金屬材料，如鈦和鋁作為封窗材料。但粒子束流在穿過金屬材料時，能量損失較大，產生的次級粒子，如中子和γ射線的產額較多，可能會對患者或生物樣本造成額外劑量照射，而且由于金屬材料的活化，緩發的γ射線也會造成治療環境或實驗環境本底劑量增加的問題，無法滿足生物體的輻照需求。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本公開提供了一種低能帶電粒子引出的隔離窗結構及裝置，以至少部分解決以下提出技術問題：使得粒子從真空環境引出至大氣的劑量和射程可以滿足生物體需求。

(二)技術方案

本公開的第一個方面提供了一種低能帶電粒子引出的隔離窗結構。上述隔離窗結構包括：密封件、密封薄膜以及網格狀的內襯結構。密封件用于與真空腔室連接，密封件設置有開口，密封件的外側為大氣環境，密封件的內側用于形成真空環境。密封薄膜固定于密封件上并遮擋于開口處。網格狀的內襯結構固定于密封件上且位于密封薄膜的內側，內襯結構與密封薄膜之間具有間隙，內襯結構的投影覆蓋開口。

根據本公開的實施例，網格狀的內襯結構包括：環狀的載體以及纖維。其中，載體上分布有多個通孔，纖維沿著預定路徑在各個通孔之間穿設以形成網格狀。

根據本公開的實施例，隔離窗結構還包括：第一固定密封件，用于將密封薄膜可拆卸式固定于密封件上；以及第二固定密封件，用于將內襯結構可拆卸式固定于密封件上。

根據本公開的實施例，密封件的外側設置有第一臺階，第一固定密封件的形狀與第一臺階相匹配，以在實現密封薄膜固定的同時增強密封性。

根據本公開的實施例，密封件的內側邊緣設置有第二臺階，第二臺階用于與真空腔室進行裝配。

根據本公開的實施例，纖維的材料為同時具有高強度且在粒子束流通過時使得粒子束流的能量損失很小的材料，例如為PBO。

根據本公開的實施例，密封薄膜的材料為聚酯薄膜。

根據本公開的實施例，低能帶電粒子包括以下帶電粒子的至少一種：質子、⁷Li、¹²C、¹⁴N、¹⁶O以及¹⁹F。

本公開的第二個方面提供了一種低能帶電粒子引出的裝置。上述裝置包括：真空腔室和如上所述的任一種隔離窗結構。隔離窗結構與真空腔室進行裝配，以使得真空腔室內的低能帶電粒子經過隔離窗結構引出至大氣環境。

根據本公開的實施例，上述低能帶電粒子引出的裝置還包括：真空泵以及手動調節閥。真空泵與真空腔室通過管路進行連接，用于滿足真空腔室的真空度要求。手動調節閥設置于管路上，用于基于手動調節閥的調節使得真空泵啟動到真空腔室達到真空度要求狀態之間的時間段內密封薄膜發生緩慢形變，以減少壓力對密封薄膜的損害。