[发明专利]一种重离子同步加速器

说明书

一种重离子同步加速器，包括环形真空管道，所述环形真空管道具有多个直线离子束段和多个曲线离子束段，其中所述多个直线离子束段和所述多个曲线离子束段交替排列，重离子从第一直线离子束段注入，从另一个直线离子束段引出，每个曲线离子束段包括串联的第一二极磁铁和第二二极磁铁，重离子由第一二极磁铁运行至第二二极磁铁，第一二极磁铁和第二二极磁铁之间顺序设置有垂直校正磁铁和垂直聚焦四极磁铁，第二二极磁铁下游的直线离子束段依次设置有水平校正磁铁、六极磁铁和水平聚焦四极磁铁。本发明的同步加速器结构简单，可以节约加工成本，也便于设备的安装和调试，更易达到较高的累积流强，可以充分利用同步加速器的横向接受度。

技术领域

本发明涉及同步加速器领域，具体涉及一种FODO结构的重离子同步加速器。

背景技术

由于重离子束对生物体的照射具有倒转的深度剂量分布、较小的侧向散射、较高的相对生物学效应和较低的氧增比等特点，使得重离子治癌成为当今国际上先进有效的癌症放射治疗方法。常用的深层重离子治癌的束流能量为120MeV/u-400MeV/u。

同步加速器是一种通过控制前端注入器的时序结构、同步加速器磁铁的磁场、纵向高频电场、束诊元件、注引元件等实现带电粒子束流的注入、加速和引出的装置。它广泛应用于核物理、原子核物理，材料辐照、生物辐照、以及癌症治疗等领域。通过合理排列二极磁铁、四极磁铁、六极磁铁等磁铁元件的位置和对应的磁场强度，可以实现对束流包络的操控，利用三阶共振慢引出系统，可以实现束流的均匀缓慢引出，满足医用重离子治疗需求。

目前已存在的医用同步加速器装置主要有专利号为201010252492.5，以及201210264179.2的发明专利。其中，201210264179.2非常适合于质子治癌加速器，对于重离子治癌加速器，尽管适用，但由于采用6块二极磁铁的结构，单台二极磁铁重量达20吨，弯转弧度达60度，不便于磁铁的加工，也给磁铁安装带来了难度；而专利201010252492.5，采用的是8个45度的偏转二极磁铁，并采用回旋加速器作为注入器，因此不易达到较高的束流流强，导致治疗时间较长。另外，该方案由于束流在引出静电切割器处相对同步加速器中心轨道的偏角较大，需要静电切割器提供较高的电压。现有技术中还有一种采用FODO结构的加速器，采用的是多圈注入方式，慢引出静电切割器以及引出磁切割铁放置于水平束流包络接近平均值的地方，慢引出没有采用凸轨，同步加速器的横向接受度的利用率低。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一种FODO结构的重离子同步加速器，可以最大限度的提高注入增益，并实现加速器装置横向接收度的充分利用。

本发明的重离子同步加速器包括环形真空管道，所述环形真空管道具有多个直线离子束段和多个曲线离子束段，其中所述多个直线离子束段和所述多个曲线离子束段交替排列，重离子从第一直线离子束段注入后，流向第一曲线离子束段，加速完成后从另一个直线离子束段引出，每个曲线离子束段包括串联的第一二极磁铁和第二二极磁铁，重离子由第一二极磁铁运行至第二二极磁铁，第一二极磁铁和第二二极磁铁之间顺序设置有垂直校正磁铁和垂直聚焦四极磁铁，第二二极磁铁的下游的直线离子束段依次设置有水平校正磁铁、六极磁铁和水平聚焦四极磁铁。

优选地，所述直线离子束段和曲线离子束段的数量为六个或八个。

优选地，其中有两个曲线离子束段包括一个六极磁铁，设置在垂直聚焦四极磁铁与第二二极磁铁之间。

优选地，还包括注入装置，所述注入装置包括注入切割磁铁、剥离膜装置和多个注入凸轨磁铁，所述注入切割磁铁设置在第一直线离子束段，所述剥离膜装置设置在第一曲线离子束段的第一二极磁铁中，第一注入凸轨磁铁设置在第一直线束段上游的曲线离子束段中，且位于垂直聚焦四极磁铁和第二二极磁铁之间；第二注入凸轨磁铁设置在第一曲线束段，且位于垂直聚焦四极磁铁和第二二极磁铁之间；第三凸轨磁铁设置在第二直线束段，且位于水平聚焦四极磁铁下游。