[发明专利]重离子治癌同步加速器束流累积的方法及其装置

说明书

技术领域：

本发明主要涉及一种提高重离子束治癌同步加速器中重离子数目的束流累积方法和装置。

背景技术：

由于质子和重离子束照射中倒转的深度剂量分布(Bragg峰)、侧向散射小、较高的相对生物学效应(RBE)和低的氧增比(OER)等特点，使质子、重离子束治癌成为当今国际上先进有效的癌症放射治疗方法。目前，只有少数发达国家及我国开展相应研究，初步临床治疗试验研究结果显示质子、重离子束治癌具有非常显著的疗效，且没有明显的毒副作用。

在实施重离子束照射治疗中，提供重离子束的同步加速器是最基本的装置。根据临床治疗肿瘤时的生物有效剂量要求，需要同步加速器能够调节重离子束流的强度，而注入器单次提供的束流强度会低于某些临床治疗的要求，因此在实际应用的质子-重离子癌症治疗装置中，往往采用一些束流累积方法，将注入器多次提供的束流在同步加速器中累积后引出，使束流强度满足临床治疗要求。

公知的质子-重离子治癌装置中，电子冷却技术是一种常用的束流累积方法(Physics Report 196)。已知的电子冷却装置都是采用实心电子束冷却离子束，实心电子束是指电子束的横向剖面分布符合高斯函数，位于电子束边缘的电子密度小，中心密度大。这种分布对冷却累积过程的缺陷在于：第一，由于冷却率与电子束密度近似成正比，因此边缘密度小，对发射度大的重离子冷却很慢，中心密度大，对已经冷却的发射度小的重离子冷却作用依旧较大，造成重离子束得不稳定。第二，由于重离子束被冷却后位于电子束的中心，因此中心密度大造成电子-重离子俘获概率变大，束流损失增大。

发明内容：

本发明的目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种重离子治癌同步加速器束流累积的方法及其装置，克服回旋加速器单次提供的离子束流强小、不能满足临床治疗要求的缺陷，提高储存离子的数目，使其应用到临床治疗当中。

本发明的目的可以通过采用以下技术方案来实现：一种重离子治癌同步加速器束流累积的方法，包括有如下步骤：

1)将注入器提供的重离子束注入到同步加速器中；

2)将电子冷却装置(1)内，电子枪产生边缘密度较大，中心密度较小的空心电子束，利用阴极电势将电子束加速到与重离子束具有相同的平均速度；

3)将电子束偏转到同步加速器环上的一个冷却段；

4)重离子通过冷却段，与电子发生相互碰撞作用，冷却重离子束；

5)将作用后的电子偏转出去，进入电子冷却装置的收集器收集，重离子在同步加速器中继续循环运动；

6)重离子束重复通过冷却段，被不断更新的电子束持续冷却。进一步，在步骤6)之后还包括有以下步骤，

7)由于重离子束被冷却，尺寸缩小，能够腾出空间接受新的重离子注入，重新实施重离子注入同步加速器过程。

进一步，所述的步骤5)中所述的重离子做周期性运动，是将重离子在所述的步骤4)中重复与电子发生作用，重复冷却重离子束。

进一步，所述的一种重离子治癌同步加速器束流累积的装置，在同步加速器的直线段的上游中依次设有四级磁铁(4a，4b，4c)、补偿螺旋管(2a)，在补偿螺旋管的上游及下游设有校正磁铁(3a，3b)；在同步加速器的直线段的下游与上游设置相同且对应设置；在同步加速器的直线段中段设置有束流冷却装置(1)。

进一步，所述的束流冷却装置为U形，在U形口一端设有电子枪，所述的束流冷却装置为U形，在U形口一端设有电子枪(5)，电子枪的出口处设有电子束通道，电子束通道与在U形直线段设有的冷却段(7)连接，在冷却装置的出口处设有静电偏转板(10)，静电偏转板与设置在U形口的另一端的收集器(11)连接。

进一步，还包括有冷却部分是由冷却段(7)与螺线管(8)组成，冷却段的进口和出口处设有弯曲螺线管(12)。

进一步，在所述的静电偏转板(10)处还设有与静电偏转板平行设置的弯曲螺线管(12)，在弯曲螺线管的入口端设有校正线圈(13)。

进一步，所述的重离子治癌同步加速器束流累积的装置，所述的电子枪包括有阴极(14)、阳极(16)、加速管(17)，在阳极(16)与阴极(14)之间设有控制极(15)。

空心电子束通过特殊的电子枪产生，包括氧化物阴极，用于加热氧化物阴极的灯丝，用于将阴极产生的电子引出的阳极，用于调整阴极电子束分布、获得不同形状的空心电子束控制极。这种电子枪产生空心电子束的原理是通过在控制极与阴极之间施加不同的电势，抑制位于阴极中心区域的电子发射能力，达到产生中心密度小，边缘密度大的空心电子束的目的。