[发明专利]离子源及其电极以及将待电离的气体导入离子源的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于产生粒子束的离子源以及用于这种离子源的电极。本发明此外还涉及将待电离的气体导入这种离子源的方法。

背景技术

尤其在对癌症进行粒子治疗时，例如由质子或重离子，例如碳离子，产生粒子束。粒子束在加速器中产生，被导向治疗室并经过出口窗进入治疗室。按一种特殊的设计，来自加速器的粒子束可以交替地导向不同的治疗室。在治疗室内要治疗的病人例如定位在病人卧台上以及必要时使之固定不动。

为产生粒子束，加速系统含有离子源，例如电子回旋共振离子源(EZR-离子源)。在离子源内产生有规定能量分布的自由离子定向运动，此时离子的逸出能量是非常精确的。在这里，正电荷离子，如质子或碳离子，理想地用于放射某些特定的肿瘤。其原因在于，它们借助加速器可以具有高的能量，而它们又重新将其能量非常精确地释放到身体组织中。在离子源中产生的粒子在环形加速器内以超过50MeV/u的能量在一个圆形轨道上循环。因此为治疗提供一种有事先准确规定的能量、聚焦和强度的脉冲式或连续的粒子束。

离子源包含用于电离工作气体的等离子体腔，在所述等离子体腔中为真空。围绕等离子体腔同心地布设了成形和保持等离子体的永磁体。待电离的气体通过连接件被供入到等离子体腔中。位于对输入的气体进行电离的等离子体腔中的自由的电子，通过微波射线进行加速。所述微波射线通过布设在连接件中的空心导体，同样被导入等离子体腔中。此外，电极、即所谓的偏置电极穿过所述连接件朝等离子体腔的方向延伸，所述电极相对于等离子体腔的壳体而言带负电荷并且从等离子体腔中离析出自由的电子，并且将这些自由的电子以此锁闭在等离子体腔内。电子通过碰冲电离在等离子体腔内产生离子(等离子体)。

在连接件上，垂直于电极布设着连接缸，在所述连接缸旁侧向延伸一管件。通过所述管件，待电离的气体通过其出口对准连接件方向的弯曲的气体管道，到达连接件，并且从这儿出发经空心导体到达等离子体腔。在连接缸上设有真空泵，以便引导未到达等离子体腔的气体。

上述的用于将气体导入等离子体腔的装置具有一系列的缺点。气体管道的直径，在不同的部段上变化得非常厉害，从而形成了气流的死区。因为由此明显地延长了一些气体微团的停留时间，所以工作气体的变换可能持续数分钟。为此将气体从气体管道中直接经真空泵导入连接缸中，从而使大部分气体被吸入，而不到达等离子体腔。到达等离子体腔的气体份额，取决于真空泵的效率且只可以估计。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，实现有效地输送气体以及在变换离子源的工作气体时能够具有快速的反应时间。

该技术问题按照本发明是通过一种用于产生粒子束的离子源加以解决的，所述离子源包含等离子体腔和延伸到所述等离子体腔的电极，其中用于待电离的气体的气体管道，平行于电极地沿电极的全长延伸。

所述电极在此处涉及一种相对于离子源电压而言带负电荷的偏置电极，它被用于对释放在等离子体腔中的电子进行离析。

本发明以下列思想为出发点，即，通过将待电离的气体尽可能多地导入离子源中的方式，获得特别有效的气体输送，从而使待电离的气体在等离子体腔附近从气体管道中流出，并以此使绝大部分的气体微团到达等离子体腔中。为了实现这一点，气体不是“从下面”经由用于真空泵的连接缸被导入的，气体管道而是从另一侧，即在电极区域被引入的，并且在离子源中具有平行于电极的笔直的走向，也就是说，气流在离子源内是无转向地流动的。因为气体管道是笔直的，所以尤其便于在技术上加以实现并且安装到离子源中。除此以外，气体管道尤其具有基本上恒定不变的横截面，因而不产生死区。此外，气体管道沿电极的全长延伸，从而使气流至少如电极延伸那么深地被导入离子源中。气体管道此时通向等离子体腔附近，气体的输送因而没有因为真空泵的运行而受到妨碍，并且从输入的气体中产生离子的效率获得了明显的改善。

通过将气体管道优选布设在电极管内的方法，获得设计上尤其简单的结构形式。因为电极基本上被设计成空心体，通过将气体管道敷设在电极管内的方法，实现良好的空间利用率。此时在离子源上不需要为了穿过气体管道而开设附加的孔。

优选将气体管道布设得相对于电极同心。鉴于在离析来自等离子体腔的电子时的尤其高的效率，使电极沿等离子体腔的对称轴延伸。在相对于电极同心地布设气体管道时，气体管道也沿等离子体腔的对称轴延伸，从而使气体可以居中地流入等离子体腔中。