[发明专利]可加速α粒子和H2

说明书

本发明公开了一种可加速𝛼粒子和H₂⁺粒子的回旋加速器及高增益高精度方法，该加速器包括双ECR离子源系统、基于磁分析器的双束注入线传输系统、主磁铁系统、基于八次谐波的的高频系统、基于偏转板精准控制引出𝛼束流能量的双束引出系统；该高增益方法包括八次谐波腔频率提升了一倍，腔体高度和D板张角分别相比四次谐波高频腔减小了一半，将内杆直径、腔体外半径角宽度、D板厚度做适应性调整；该高精度方法包括设定束流引出点位置；束流调试观察径向靶粒子分布并实时调节偏转板位置；本发明在国际上首次研制一种可加速𝛼粒子和H₂⁺粒子的回旋加速器，首次实现𝛼粒子和H₂⁺粒子的双束高亮度合并注入，国内首次紧凑型回旋加速器使用八次谐波高频腔加速。

技术领域

本发明属于回旋加速器领域，具体涉及一种可加速α粒子和H₂⁺粒子的回旋加速器及高增益高精度方法。

背景技术

多用途、高产额、高能量增益、精准引出能量的加速器在核物理、大众健康、先进能源、国防安全等领域均有重要应用。

现阶段制约多用途、高产额、高能量增益、精准引出能量的加速器的瓶颈问题有：

第一、加速器用途单一。α粒子加速器是专门用于生产诊疗一体化α核素的加速器，典型的核素为²¹¹At，²¹¹At核素的物理特性决定了它可作为诊疗一体化的良好载体，可将放射免疫显像与α射线靶向治疗有机结合，根据显像剂在肿瘤及全身其它脏器的摄取，决定给药剂量，即实现有效的肿瘤治疗，又确保重要脏器不受损坏。由于α粒子加速器用途单一，α粒子加速器只能生产α粒子而无法满足多样化的同位素生产需求。加速器用途单一的原因是，不同粒子加速器对于加速粒子的高频腔参数要求不同，如果加速器改换生产另外一种粒子加速，则需要重新调整高频腔参数、以及与高频腔配合的磁场参数，而高频腔参数和磁场参数这两块是加速器参数的主要技术参数，调整这两类参数的工作量不亚于重建一台加速器的工作量。正因为实现起来难度太大、工作量太大，所以长期以来，绝大多数的回旋加速器都是用途单一的加速器。

第二、现有四次谐波的高频腔设计很难实现峰值加速。因为高频腔为四次谐波高频腔，四次谐波高频腔要想达到峰值加速，要求高频腔的张角必须为45度，才能使得粒子在分别进入、离开高频间隙时被加速的高频电压为峰值电压。但45度高频腔张角只是理想值，实际加速器磁场谷区的物理空间留给高频腔的张角的空间一定不足45度(加速器设有上下两层八块磁极，每层均匀分布四块磁极，磁极和磁极之间为磁场谷区，上下两层高频腔180度对称安装在磁场谷区内)，留给高频腔的张角的空间不足45度的原因是：磁极张角会大于45度张角：为了满足等时性需要，在每块磁极两侧安装磁极垫补镶条，磁极垫补镶条占据了原本留给高频腔体的空间，致使实际磁场谷区留给高频腔体的张角不足45度。

第三、从离子源注入到加速器的α粒子和H₂⁺粒子不全为预期的粒子，杂质相对比较多，对于常规的H^-离子由于杂质很少，基本不考虑杂质的处理。当α粒子和H₂⁺粒子共用一套传输系统时，其难点在于，既能兼顾两个离子源分离杂质的需求，还要兼顾工程成本的需求。

第四、粒子在引出点附近的能量不一定是想要的能量。表现在粒子在引出点径向位置不同，径向位置接近大半径其能量就大，越接近小半径其能量就相对小。其在引出点径向位置不同是和初始相位不同有关，不同初始相位的粒子导致在引出的能量不同，

综上，现有技术加速器存在的瓶颈问题有：加速器用途单一、高频腔设计很难实现峰值加速、注入粒子存在杂质、引出点附近的粒子能量不一定是想要的能量。

发明内容