一種基于直線加速段的質(zhì)子CT增能裝置
一種基于直線加速段的質(zhì)子ct增能裝置
技術(shù)領(lǐng)域
1.本發(fā)明涉及粒子放射技術(shù)領(lǐng)域，更具體地涉及一種基于直線加速段的質(zhì)子ct增能裝置。
背景技術(shù)：
2.質(zhì)子ct(computed tomography)成像是新型質(zhì)子技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)之一，要求質(zhì)子能量在330mev及以上，保證照射質(zhì)子束的布拉格峰(bragg peak)完全落在人體之外。傳統(tǒng)的質(zhì)子裝置主要基于回旋加速器和同步加速器，引出能量為70-250mev，很難直接提高質(zhì)子的最高輸出能量到質(zhì)子ct所需能量，而重新建造一臺(tái)330mev或者330mev能量以上的質(zhì)子加速器成本高昂且技術(shù)復(fù)雜。直線加速結(jié)構(gòu)具有能量可調(diào)的優(yōu)勢(shì)，不僅能夠通過增加射頻加速單元的方式提高質(zhì)子能量，還能夠在已有的回旋加速器和同步加速器基礎(chǔ)上簡(jiǎn)單方便地實(shí)現(xiàn)能量提升，滿足臨床ct的能量需求。然而，同步加速器和回旋加速器引出的質(zhì)子束流為長(zhǎng)脈沖或連續(xù)波，直接進(jìn)入直線加速結(jié)構(gòu)加速，會(huì)造成80％以上的束流損失，污染加速管并引發(fā)活化效應(yīng)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
3.為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明提供一種基于直線加速段的質(zhì)子ct增能裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)質(zhì)子束流的增能，將質(zhì)子能量提升到330mev及以上，同時(shí)降低回旋加速器或同步加速器引出的質(zhì)子束流在直線加速段中的束流損失。
4.本發(fā)明提供的一種基于直線加速段的質(zhì)子ct增能裝置，包括依次連接的預(yù)聚束結(jié)構(gòu)、真空漂移段、直線加速段以及具有刮束器的彎轉(zhuǎn)磁鐵，所述直線加速段由若干子單元組成，每個(gè)子單元包括一個(gè)四極磁鐵和至少一根質(zhì)子直線加速管，每根質(zhì)子直線加速管通過波導(dǎo)系統(tǒng)與功率源連接，且功率源和低電平控制系統(tǒng)連接；相鄰的兩個(gè)所述子單元中的質(zhì)子直線加速管的β值不同，以在所述直線加速段中形成分段多β值分布，其中，β值等于所述質(zhì)子直線加速管的單腔長(zhǎng)度的兩倍與所述質(zhì)子直線加速管工作頻率下的自由空間波長(zhǎng)的比值。
5.進(jìn)一步地，所述子單元包括兩根或兩根以上質(zhì)子直線加速管。
6.進(jìn)一步地，一個(gè)所述子單元中的質(zhì)子直線加速管的β值相同。
7.進(jìn)一步地，所述預(yù)聚束結(jié)構(gòu)的整管調(diào)制幅度小于
±
0.7mev，束流孔徑大于22mm，且輸入功率不超過1mw。
8.進(jìn)一步地，所述真空漂移段的長(zhǎng)度小于等于16m。
9.進(jìn)一步地，所述直線加速段的長(zhǎng)度小于11m。
10.進(jìn)一步地，所述質(zhì)子直線加速管的束流孔徑大于18mm，長(zhǎng)度小于500mm，能量增益大于7mev@10mw。
11.進(jìn)一步地，所述功率源包括輸出功率為10mw的速調(diào)管和/或輸出功率為50mw的速調(diào)管。
12.進(jìn)一步地，所述彎轉(zhuǎn)磁鐵為二極磁鐵。
13.進(jìn)一步地，所述刮束器設(shè)置在所述彎轉(zhuǎn)磁鐵的前端、內(nèi)部或后端，包括大小可控的窗口。
14.本發(fā)明提供的一種基于直線加速段的質(zhì)子ct增能裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)質(zhì)子束流的增能，使質(zhì)子束加速到330mev及以上，束流損失降低到40％以下，并在
±
1mev能散范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)30％的高俘獲率質(zhì)子束團(tuán)輸出。同時(shí)，本發(fā)明能夠保證在直線加速段的高梯度加速結(jié)構(gòu)非工作狀態(tài)下，保留質(zhì)子裝置的作用，實(shí)現(xiàn)質(zhì)子ct成像和質(zhì)子裝置一體化。
附圖說明
15.圖1是按照本發(fā)明的基于直線加速段的質(zhì)子ct增能裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
16.圖2是圖1中直線加速段的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
17.下面結(jié)合附圖，給出本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并予以詳細(xì)描述。
18.本發(fā)明提供的基于直線加速段的質(zhì)子ct增能裝置，采用預(yù)聚束技術(shù)實(shí)現(xiàn)回旋加速器或同步加速器與射頻直線加速段的匹配，利用功率源和低電平系統(tǒng)控制質(zhì)子束流通過直線加速段后的能量分布，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)能量的高俘獲率質(zhì)子束團(tuán)輸出，以滿足質(zhì)子ct成像的需求。
19.如圖1和圖2所示，本發(fā)明的質(zhì)子ct增能裝置，包括依次連接的預(yù)聚束結(jié)構(gòu)1、真空漂移段2、直線加速段以及具有刮束器的彎轉(zhuǎn)磁鐵5，回旋加速器或者同步加速器引出的質(zhì)子連續(xù)束6經(jīng)過預(yù)聚束結(jié)構(gòu)1，實(shí)現(xiàn)能量調(diào)制7，再經(jīng)過真空漂移段2，實(shí)現(xiàn)質(zhì)子束在特定的相位范圍內(nèi)聚集，達(dá)到預(yù)聚束8。預(yù)聚束8在直線加速段中實(shí)現(xiàn)增能，最高能量達(dá)到目標(biāo)能量(例如350mev)，并實(shí)現(xiàn)能量聚集分布9，經(jīng)過彎轉(zhuǎn)磁鐵5及刮束后，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)能量的輸出束團(tuán)10。
20.其中，預(yù)聚束結(jié)構(gòu)1用于對(duì)回旋加速器或同步加速器引出的質(zhì)子連續(xù)束進(jìn)行小幅度能量調(diào)制，置于與回旋加速器或同步加速器連接的高能輸運(yùn)線上。在本發(fā)明中，預(yù)聚束結(jié)構(gòu)1采用s波段質(zhì)子直線加速結(jié)構(gòu)，整管調(diào)制幅度小于
±
0.7mev，束流孔徑大于22mm，且輸入功率不超過1mw。
21.真空漂移段2用于實(shí)現(xiàn)質(zhì)子束在特定的相位范圍內(nèi)聚集，長(zhǎng)度小于等于16m。
22.直線加速段用于實(shí)現(xiàn)質(zhì)子束流從引出能量到質(zhì)子ct目標(biāo)能量(例如230mev～350mev)的增能，以及指定能量范圍內(nèi)的聚集。直線加速段由若干子單元組成，每個(gè)子單元包括一個(gè)四極磁鐵3和至少一根質(zhì)子直線加速管4，每根質(zhì)子直線加速管4通過波導(dǎo)系統(tǒng)12與功率源11連接，且功率源11和低電平控制系統(tǒng)13連接，直線加速段的總長(zhǎng)度小于11m。
23.四極磁鐵3用于聚焦，約束質(zhì)子束流的橫向尺寸，降低質(zhì)子束流在加速過程中的束流損失。質(zhì)子直線加速管4用于對(duì)質(zhì)子束流進(jìn)行加速，提高質(zhì)子束能量，其采用高梯度、大束流孔徑(即大于質(zhì)子束流的橫向尺寸)的加速管，以降低質(zhì)子束流由于碰壁造成的束流損失。由于質(zhì)子束流的初始發(fā)射度不為0，在經(jīng)過長(zhǎng)距離的漂移后產(chǎn)生發(fā)散，高梯度的質(zhì)子直線加速管4能夠減小漂移長(zhǎng)度，從而抑制束流發(fā)散。在本發(fā)明中，質(zhì)子直線加速管4的束流孔徑大于18mm，長(zhǎng)度小于500mm，能量增益大于7mev@10mw。對(duì)于一個(gè)子單元，若其包括兩根或
兩根以上的質(zhì)子直線加速管4，一個(gè)子單元中的質(zhì)子直線加速管4的β值相同。其中，β值一般是指質(zhì)子速度與光速的比值，在本發(fā)明中，β值等于質(zhì)子直線加速管4的單腔長(zhǎng)度的兩倍與質(zhì)子直線加速管4工作頻率下的自由空間波長(zhǎng)的比值。質(zhì)子直線加速管4的β值取決于通過其所在的子單元的質(zhì)子束流的速度，由于質(zhì)子速度沿束流方向變化，因而相鄰的子單元中的質(zhì)子直線加速管4的β值不同，從而在直線加速段中形成分段多β值分布。
24.功率源11用于提供脈沖微波功率，其包括輸出功率為10mw的速調(diào)管和/或輸出功率為50mw的速調(diào)管。波導(dǎo)系統(tǒng)12包括標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)、彎轉(zhuǎn)波導(dǎo)和功分器，起到微波傳輸和分配的作用，配合功率源11將脈沖微波功率傳輸至質(zhì)子直線加速管4。低電平控制系統(tǒng)13包括機(jī)箱、控制板卡、控制程序等部件，用于控制功率源11的輸出功率水平和質(zhì)子束流進(jìn)入質(zhì)子直線加速管4時(shí)的微波相位，達(dá)到控制能量分布的目的。具體來說，低電平控制系統(tǒng)13通過改變功率源11中的調(diào)制器電壓，從而控制功率源11的輸出功率水平。低電平控制時(shí)序，影響功率源11輸出功率的時(shí)刻，從而影響微波功率傳輸?shù)劫|(zhì)子直線加速管4的時(shí)刻，進(jìn)而控制質(zhì)子進(jìn)入質(zhì)子直線加速管4感受到的微波相位和功率大小。
25.質(zhì)子在質(zhì)子直線加速管4中加速時(shí)，為了保證峰值加速或同步加速，質(zhì)子直線加速管4的相速度應(yīng)與質(zhì)子速度一樣。然而，質(zhì)子在本發(fā)明的質(zhì)子直線加速管4中一直是非光速運(yùn)動(dòng)，質(zhì)子速度沿著束流方向變化。為了使盡可能多的質(zhì)子被加速，質(zhì)子直線加速管4的β值須與質(zhì)子在該加速管中的速度匹配。功率源11為質(zhì)子直線加速管4提供輸入功率，輸入功率的水平?jīng)Q定了質(zhì)子直線加速管4中的電磁場(chǎng)強(qiáng)度，影響質(zhì)子在該加速管的能量增益。輸入功率的微波相位決定了質(zhì)子進(jìn)入質(zhì)子直線加速管4時(shí)感受到的電磁場(chǎng)強(qiáng)度，同樣影響質(zhì)子在該加速管的能量增益。前一根質(zhì)子直線加速管4的能量增益的變化，決定質(zhì)子在該加速管末端的運(yùn)動(dòng)速度，影響下游的質(zhì)子直線加速管4的質(zhì)子同步和質(zhì)子進(jìn)入下游質(zhì)子直線加速管4感受到的微波相位。由于質(zhì)子束有縱向長(zhǎng)度，質(zhì)子束不同位置處的質(zhì)子在進(jìn)入質(zhì)子直線加速管4時(shí)感受到的電磁場(chǎng)強(qiáng)度不同，能量增益不同，則質(zhì)子束流經(jīng)過加速結(jié)構(gòu)后就形成能量分布。因此，本發(fā)明通過調(diào)節(jié)每根質(zhì)子直線加速管4的β值、輸入功率、功率微波相位，來優(yōu)化直線加速段末端的能量分布，從而實(shí)現(xiàn)質(zhì)子束流在目標(biāo)能量?jī)?nèi)聚集，使質(zhì)子束流的最高能量達(dá)到330mev及以上。
26.由于質(zhì)子束流的橫向尺寸不為0，在經(jīng)過質(zhì)子直線加速管4時(shí)，偏離質(zhì)子直線加速管4軸線的質(zhì)子會(huì)受到橫向的電磁場(chǎng)，改變質(zhì)子束流的橫向尺寸。當(dāng)質(zhì)子束流的橫向尺寸大于束流孔徑時(shí)，質(zhì)子碰撞束流管道壁，產(chǎn)生束流損失，嚴(yán)重會(huì)產(chǎn)生活化效應(yīng)。本發(fā)明在直線加速段中設(shè)置四極磁鐵，對(duì)質(zhì)子束流進(jìn)行聚焦，約束質(zhì)子束流的橫向尺寸，進(jìn)一步降低質(zhì)子束流通過整個(gè)直線加速段時(shí)的束流損失，提高全能量通過率。
27.彎轉(zhuǎn)磁鐵5為二極磁鐵，用于偏轉(zhuǎn)質(zhì)子束流。不同能量的質(zhì)子束流在磁場(chǎng)下具有不同的彎轉(zhuǎn)半徑，通過改變二極磁鐵的磁場(chǎng)強(qiáng)度，使得目標(biāo)能量的質(zhì)子束流能通過本發(fā)明裝置的束流輸運(yùn)線，其余能量的質(zhì)子由于彎轉(zhuǎn)半徑與輸運(yùn)線管道不匹配，會(huì)碰撞到管道壁上損失。刮束器可以設(shè)置在彎轉(zhuǎn)磁鐵5的前端、內(nèi)部或者后端，其為可移動(dòng)的窗口，且窗口大小可控，用于篩選輸出束團(tuán)的能量和橫向尺寸。質(zhì)子束流通過刮束器，橫向尺寸超過刮束器窗口的部分，會(huì)碰壁到刮束器上損失。因此，通過調(diào)節(jié)二極磁鐵的磁場(chǎng)強(qiáng)度和刮束器的窗口大小，能夠?qū)崿F(xiàn)目標(biāo)能量的質(zhì)子束團(tuán)輸出，進(jìn)一步約束質(zhì)子束的橫向尺寸。
28.本發(fā)明通過預(yù)聚束結(jié)構(gòu)對(duì)質(zhì)子束流進(jìn)行小幅度能量調(diào)制，使質(zhì)子連續(xù)束在相位分
布上形成速度差，經(jīng)過足夠長(zhǎng)的真空漂移段后，使質(zhì)子束流在進(jìn)入直線加速段前聚集在特定的相位范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)質(zhì)子束流的縱向預(yù)聚束，解決基于回旋加速器或同步加速器的裝置與基于直線加速段的增能裝置之間的匹配問題，提高質(zhì)子束流在目標(biāo)能量范圍的占比。本發(fā)明還通過磁鐵聚焦方式和加大直線加速管的束流孔徑，降低質(zhì)子束流在加速過程中由于碰壁造成的束流損失。同時(shí)，本發(fā)明通過功率源和低電平控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)同步粒子進(jìn)入直線加速管的相位，控制每根直線加速管的能量增益和輸出的能量分布情況。本發(fā)明綜合預(yù)聚束技術(shù)、磁鐵技術(shù)、大孔徑加速管、功率和相位控制技術(shù)，最終實(shí)現(xiàn)質(zhì)子束流從引出能量到質(zhì)子ct目標(biāo)能量(例如330mev及以上)的增能，降低質(zhì)子束流在增能裝置中的束流損失，實(shí)現(xiàn)質(zhì)子束在指定能量范圍(例如
±
1mev)的高俘獲率輸出，為質(zhì)子ct成像提供束流基礎(chǔ)。
29.為方便理解，以下通過一具體示例來對(duì)本發(fā)明的質(zhì)子ct增能裝置進(jìn)一步說明。
30.本發(fā)明的質(zhì)子ct增能裝置包括預(yù)聚束結(jié)構(gòu)1、真空漂移段2、四極磁鐵3、質(zhì)子直線加速管4、彎轉(zhuǎn)磁鐵5、功率源11、波導(dǎo)系統(tǒng)12和低電平控制系統(tǒng)13，旨在實(shí)現(xiàn)一種基于分段變?chǔ)轮捣植嫉闹本€加速段的質(zhì)子ct增能裝置，達(dá)到質(zhì)子束流增能的目的，實(shí)現(xiàn)從引出能量到質(zhì)子ct目標(biāo)能量的增能，同時(shí)降低回旋加速器或同步加速器引出的質(zhì)子束流在直線加速段中的束流損失，將質(zhì)子束能量聚集在指定范圍，實(shí)現(xiàn)高俘獲率的束團(tuán)輸出，達(dá)到質(zhì)子ct成像的技術(shù)需求。
31.預(yù)聚束結(jié)構(gòu)1的整管調(diào)制幅度為
±
0.5mev，束流孔徑為35mm，輸入功率為1mw。回旋加速器或同步加速器引出的質(zhì)子連續(xù)束6的能量為230mev，經(jīng)過預(yù)聚束結(jié)構(gòu)1后，質(zhì)子束流的能量沿著相位呈正弦分布，形成能量調(diào)制7。
32.調(diào)制后的質(zhì)子束流由于存在速度差異，在進(jìn)入直線加速段前，經(jīng)過真空漂移段2，在
±
10
°
相位范圍內(nèi)發(fā)生聚集，實(shí)現(xiàn)質(zhì)子束流的預(yù)聚束8。在該示例中，真空漂移段2的長(zhǎng)度為16米，取決于預(yù)聚束結(jié)構(gòu)1的能量調(diào)制幅度和最終輸出束團(tuán)的能量分布。預(yù)聚束結(jié)構(gòu)1的能量調(diào)制幅度與真空漂移段2的長(zhǎng)度具有反比例關(guān)系，能量調(diào)制幅度越小，加速器末端的能量分布在目標(biāo)能量附近越集中，在同樣的目標(biāo)能量范圍內(nèi)質(zhì)子束占比越大。
33.在直線加速段中，四極磁鐵3和質(zhì)子直線加速管4交錯(cuò)分布，相鄰四極磁鐵3之間設(shè)置兩根質(zhì)子直線加速管4，共有9塊四極磁鐵和16根加速管。四極磁鐵3的有效長(zhǎng)度為100mm，最大梯度為31t/m，相鄰兩個(gè)四極磁鐵3的中心距離為1.3m。質(zhì)子直線加速管4采用s波段11腔軸耦合駐波加速結(jié)構(gòu)，束流孔徑為22mm，總長(zhǎng)為450mm，能量增益為8mev@10mw。質(zhì)子束流在直線加速段中實(shí)現(xiàn)增能，增能過程中存在束流發(fā)散，通過四級(jí)磁鐵3將質(zhì)子束流的橫向尺寸約束在一定范圍。為了降低加速過程中的束流損失，質(zhì)子直線加速管4采用大束流孔徑方案，同時(shí)保證10mw功率水平下的高加速梯度，實(shí)現(xiàn)裝置緊湊化。
34.16根質(zhì)子直線加速管的β值從0.617到0.685分布，在直線加速段中共分為10小段，其中第1根、第2根、第15根和第16根單獨(dú)為1段，其他每相鄰的兩根為1段，每段內(nèi)的β值相同。即，第1根質(zhì)子直線加速管以及與其相鄰的四極磁鐵構(gòu)成第一子單元，第2根質(zhì)子直線加速管以及與其相鄰的四極磁鐵構(gòu)成第二子單元，第3根質(zhì)子直線加速管、第4根質(zhì)子直線加速管以及與第4根質(zhì)子直線加速管相鄰的四極磁鐵構(gòu)成第三子單元，
……
，依次類推，直線加速段中共有10個(gè)子單元，一個(gè)子單元中的質(zhì)子直線加速管的β值相同，而相鄰的兩個(gè)子單元中的質(zhì)子直線加速管的β值不同，從而形成分段多β值分布。通過設(shè)置質(zhì)子直線加速管的β
值，能夠使更多的質(zhì)子被加速到目標(biāo)能量。第1根加速管是質(zhì)子束從能量均勻分布到能量聚集的關(guān)鍵，適合進(jìn)行單獨(dú)調(diào)節(jié)。第2根加速管對(duì)能量分布影響也較大，因而也進(jìn)行單獨(dú)調(diào)節(jié)控制。對(duì)于中間的12根加速管，每相鄰2根加速管的β值設(shè)置為相同，目標(biāo)能量分布可行，且不會(huì)增加結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)和制造成本。最后2根加速管單獨(dú)設(shè)計(jì)，為了保證將質(zhì)子束加速到目標(biāo)能量，并方便單獨(dú)調(diào)節(jié)能量增益，控制直線加速段的最終能量分布。
35.功率源11采用10mw速調(diào)管和50mw速調(diào)管，通過波導(dǎo)系統(tǒng)12分配和傳輸脈沖微波功率，饋入每根質(zhì)子直線加速管。低電平控制系統(tǒng)13配合功率源11，控制速調(diào)管輸出功率水平和質(zhì)子束流進(jìn)入加速管時(shí)的微波相位，達(dá)到能量分布控制的目的。其中，前2根和最后2根加速管采用單獨(dú)的10mw功率源和低電平，便于單獨(dú)調(diào)節(jié)同步粒子進(jìn)入加速管的相位和能量增益，并快速改變最終的輸出能量。其它12根加速管由三套50mw速調(diào)管提供功率。每套50mw速調(diào)管通過波導(dǎo)系統(tǒng)12將功率平均分為四份，饋入相鄰的四根高梯度直線加速管，微波饋入相位一致。
36.直線加速段末端的質(zhì)子束流經(jīng)過彎轉(zhuǎn)磁鐵5，實(shí)現(xiàn)
±
1mev能散內(nèi)(例如349mev～351mev)或
±
0.5mev能散內(nèi)(例如349.5mev～350.5mev)的束團(tuán)輸出，調(diào)節(jié)磁鐵參數(shù)，控制束團(tuán)的輸出能量。并且，通過調(diào)節(jié)刮束器的參數(shù)，約束質(zhì)子輸出束團(tuán)的橫向尺寸。
37.本發(fā)明的直線加速段結(jié)合變?chǔ)轮翟O(shè)計(jì)、大孔徑加速結(jié)構(gòu)、功率水平和相位控制及磁鐵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)質(zhì)子束從引出能量到質(zhì)子ct目標(biāo)能量的增能，實(shí)現(xiàn)輸出能量在300mev至最高能量范圍內(nèi)快速可調(diào)，降低加速管內(nèi)的束流損失，同時(shí)配合預(yù)聚束技術(shù)，提高質(zhì)子束的全能量通過率。本發(fā)明通過調(diào)節(jié)相位和功率，改變直線加速段末端的能量分布，配合彎轉(zhuǎn)磁鐵及刮束器，實(shí)現(xiàn)輸出束團(tuán)在不同能量范圍的最優(yōu)俘獲率。本發(fā)明的較佳實(shí)施例將質(zhì)子束流損失從原有技術(shù)的80％降低到40％以下，最終實(shí)現(xiàn)67％的全能量通過率，并在
±
1mev能散范圍內(nèi)獲得37％的束團(tuán)輸出俘獲率，在
±
0.5mev能散范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)28％的束團(tuán)輸出高俘獲率。同時(shí)保證高梯度加速結(jié)構(gòu)在非工作狀態(tài)下，230mev能量的質(zhì)子束流通過基于直線加速段的增能裝置的損失低于2％。本發(fā)明還能夠保留質(zhì)子裝置的作用，實(shí)現(xiàn)質(zhì)子裝置和質(zhì)子ct成像一體化。
38.本發(fā)明的基于分段變?chǔ)轮捣植嫉闹本€加速段的質(zhì)子ct增能裝置同樣能夠?qū)⒅本€加速段的引出質(zhì)子束流增能到目標(biāo)能量，只需調(diào)整預(yù)聚束結(jié)構(gòu)的能量調(diào)制幅度或者取消預(yù)聚束結(jié)構(gòu)，改變功率源和低電平控制系統(tǒng)，從而控制功率源輸出功率水平和質(zhì)子束流進(jìn)入加速管時(shí)的微波相位，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)能量的聚集和高俘獲率的質(zhì)子束團(tuán)輸出，達(dá)到質(zhì)子ct成像的技術(shù)需求。本發(fā)明的增能裝置還可以調(diào)整每根加速管的β值，配合功率源和低電平控制系統(tǒng)，進(jìn)一步提高目標(biāo)能量下輸出束團(tuán)的俘獲率。
39.以上所述的，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非用以限定本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的上述實(shí)施例還可以做出各種變化。即凡是依據(jù)本發(fā)明申請(qǐng)的權(quán)利要求書及說明書內(nèi)容所作的簡(jiǎn)單、等效變化與修飾，皆落入本發(fā)明專利的權(quán)利要求保護(hù)范圍。本發(fā)明未詳盡描述的均為常規(guī)技術(shù)內(nèi)容。
技術(shù)特征：
1.一種基于直線加速段的質(zhì)子ct增能裝置，其特征在于，包括依次連接的預(yù)聚束結(jié)構(gòu)、真空漂移段、直線加速段以及具有刮束器的彎轉(zhuǎn)磁鐵，所述直線加速段由若干子單元組成，每個(gè)子單元包括一個(gè)四極磁鐵和至少一根質(zhì)子直線加速管，每根質(zhì)子直線加速管通過波導(dǎo)系統(tǒng)與功率源連接，且功率源和低電平控制系統(tǒng)連接；相鄰的兩個(gè)所述子單元中的質(zhì)子直線加速管的β值不同，以在所述直線加速段中形成分段多β值分布，其中，β值等于所述質(zhì)子直線加速管的單腔長(zhǎng)度的兩倍與所述質(zhì)子直線加速管工作頻率下的自由空間波長(zhǎng)的比值。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于直線加速段的質(zhì)子ct增能裝置，其特征在于，所述子單元包括兩根或兩根以上質(zhì)子直線加速管。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于直線加速段的質(zhì)子ct增能裝置，其特征在于，一個(gè)所述子單元中的質(zhì)子直線加速管的β值相同。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于直線加速段的質(zhì)子ct增能裝置，其特征在于，所述預(yù)聚束結(jié)構(gòu)的整管調(diào)制幅度小于
±
0.7mev，束流孔徑大于22mm，且輸入功率不超過1mw。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于直線加速段的質(zhì)子ct增能裝置，其特征在于，所述真空漂移段的長(zhǎng)度小于等于16m。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于直線加速段的質(zhì)子ct增能裝置，其特征在于，所述直線加速段的長(zhǎng)度小于11m。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于直線加速段的質(zhì)子ct增能裝置，其特征在于，所述質(zhì)子直線加速管的束流孔徑大于18mm，長(zhǎng)度小于500mm，能量增益大于7mev@10mw。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于直線加速段的質(zhì)子ct增能裝置，其特征在于，所述功率源包括輸出功率為10mw的速調(diào)管和/或輸出功率為50mw的速調(diào)管。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于直線加速段的質(zhì)子ct增能裝置，其特征在于，所述彎轉(zhuǎn)磁鐵為二極磁鐵。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于直線加速段的質(zhì)子ct增能裝置，其特征在于，所述刮束器設(shè)置在所述彎轉(zhuǎn)磁鐵的前端、內(nèi)部或后端，包括大小可控的窗口。
技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種基于直線加速段的質(zhì)子CT增能裝置，包括依次連接的預(yù)聚束結(jié)構(gòu)、真空漂移段、直線加速段以及具有刮束器的彎轉(zhuǎn)磁鐵，所述直線加速段由若干子單元組成，每個(gè)子單元包括一個(gè)四極磁鐵和至少一根質(zhì)子直線加速管，每根質(zhì)子直線加速管通過波導(dǎo)系統(tǒng)與功率源連接，且功率源和低電平控制系統(tǒng)連接；相鄰的兩個(gè)所述子單元中的質(zhì)子直線加速管的β值不同，以在所述直線加速段中形成分段多β值分布，其中，β值等于所述質(zhì)子直線加速管的單腔長(zhǎng)度的兩倍與所述質(zhì)子直線加速管工作頻率下的自由空間波長(zhǎng)的比值。本發(fā)明能夠?qū)①|(zhì)子能量提升到330MeV及以上，同時(shí)降低回旋加速器或同步加速器引出的質(zhì)子束流在直線加速段中的束流損失。器引出的質(zhì)子束流在直線加速段中的束流損失。器引出的質(zhì)子束流在直線加速段中的束流損失。
