《醫用偏轉磁聚焦結構的重離子或質子同步加速器》是中國科學院近代物理研究所於2010年8月10日申請的發明專利，該專利的申請號為2010102524925，公布號為CN101917815A，公布日為2010年12月15日，發明人是夏佳文、楊建成、詹文龍、石健、柴偉平、李國宏，該專利涉及醫用帶電粒子同步加速器磁聚焦結構的設計方法技術領域。
《醫用偏轉磁聚焦結構的重離子或質子同步加速器》包括有八個偏轉二極鐵和八個同步加速器直線段，所述的八個偏轉二極鐵和八個同步加速器直線段依次通過環形真空管道交替連線，所述的八個偏轉二極鐵均為45°偏轉二極鐵。採用45°偏轉磁聚焦結構包括一個帶電粒子運行在其中的環形真空管道，以及布置在環形管道上的磁鐵元件、加速元件、注入引出元件。有效的利用同步加速器空間，安裝儘可能少的元件實現醫用重離子/質子醫用同步加速器功能，最大程度的降低製造成本和安裝空間，提高治療效率，降低治療成本。
2014年11月6日，《醫用偏轉磁聚焦結構的重離子或質子同步加速器》獲得第十六屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《醫用偏轉磁聚焦結構的重離子或質子同步加速器》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：醫用偏轉磁聚焦結構的重離子或質子同步加速器
- 公布號：CN101917815A
- 公布日：2010年12月15日
- 申請號：2010102524925
- 申請日：2010年8月10日
- 申請人：中國科學院近代物理研究所
- 地址：甘肅省蘭州市南昌路509號
- 發明人：夏佳文、楊建成、詹文龍、石健、柴偉平、李國宏
- 分類號：H05H13/04（2006.01）I
- 代理機構：蘭州振華專利代理有限責任公司
- 類別：發明專利
- 代理人：張真
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,有益效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
同步加速器是一種帶電粒子沿環形軌道循環運動實現累積和加速的裝置，廣泛套用於核物理、原子物理實驗研究和輻射材料、腫瘤治療等套用研究領域。布置在環形軌道上的二極磁鐵、四極磁鐵、六極磁鐵等電磁元件產生的電、磁場約束和引導著帶電粒子束流的運動，使束流在同步加速器不同位置具有不同尺寸，同步加速器軌道上各點處束流尺寸依次連線起來，構成同步加速器束流包絡圖。帶電粒子在同步加速器中的包絡，主要由二極鐵和四極鐵在軌道上產生的磁場決定。由於能夠提供能量範圍可調、流強可調及精確控制掃描的離子束，同步加速器可醫用於重離子或質子束治療腫瘤
2010年8月前已有技術中的公開的同步加速器都是有多個周期接連線而成，每個周期節都具有相同的束流包絡圖。醫用同步加速器採用六重同步環技術路線，詳見中國已公開的專利號為200580019535.2的發明專利。這種同步加速器環的採用增加了對同步加速器的注入器的性能要求，造成投資成本上升。同時，該同步加速器注入方式為多次多圈方法，單次注入效率低，造成治療時間增長。
發明內容
專利目的
《醫用偏轉磁聚焦結構的重離子或質子同步加速器》的目的在於避免2010年8月前已有技術的不足提供醫用偏轉磁聚焦結構的重離子或質子同步加速器，從而有效解決相關技術中的問題。
技術方案
《醫用偏轉磁聚焦結構的重離子或質子同步加速器》包括有偏轉二極鐵和同步加速器直線段，其特點在於：所述的偏轉二極鐵和同步加速器直線段均為八個，所述的八個偏轉二極鐵和八個同步加速器直線段依次通過環形真空管道交替連線，所述的八個偏轉二極鐵均為45°偏轉二極鐵；其中一個同步加速器直線段上設有兩個引出切割鐵裝置，與設有兩個引出切割鐵裝置的同步加速器直線段對稱設定的同步加速器直線段上設有注入切割鐵裝置，沿束流方向位於設有兩個引出切割鐵裝置的同步加速器直線段前部相鄰的同步加速器直線段上設有靜電偏轉板，沿束流方向位於設有兩個引出切割鐵裝置的同步加速器直線段後部相鄰的同步加速器直線段上設有高頻加速裝置。
所述的45°偏轉二極鐵為上下對開設定的H型磁鐵，包括上鐵芯和下鐵芯，上鐵芯和下鐵芯上分別設有上磁鐵線圈和下磁鐵線圈，上鐵芯和下鐵芯端部設有電連線排，上鐵芯和下鐵芯兩側邊設有拉桿組件和吊裝環；真空室設定在上鐵芯和下鐵芯中心接合處。
所述的設有注入切割鐵裝置的同步加速器直線段沿束流方向後部相鄰的同步加速器直線段上設有RF-knockout慢引出裝置，設有靜電偏轉板的同步加速器直線段與設有RF-knockout慢引出裝置的同步加速器直線段之間的同步加速器直線段上設有第一踢軌磁鐵慢引出裝置，第四踢軌磁鐵剝離注入裝置和第二六極鐵，設有高頻加速裝置的同步加速器直線段沿束流方向後部相鄰的同步加速器直線段上設有第一踢軌磁鐵剝離注入裝置，第一快四極鐵和第六六極鐵，與設有靜電偏轉板的同步加速器直線段對稱設定的同步加速器直線段上設有第八四極鐵，第五六極鐵，第二踢軌磁鐵剝離注入裝置和第七四極鐵。
所述的設有靜電偏轉板的同步加速器直線段上還設有第一四極鐵、第二踢軌磁鐵慢引出裝置、第一六極鐵和第二四極鐵；設有兩個引出切割鐵裝置的同步加速器直線段上還設有第十一四極鐵，第三踢軌磁鐵慢引出裝置和第十二四極鐵；設有高頻加速裝置的同步加速器直線段上還設有第九四極鐵，第七六極鐵，第八六極鐵和第十四極鐵；設有注入切割鐵裝置的同步加速器直線段上還設有第六四極鐵和第五四極鐵；設有RF-knockout慢引出裝置的同步加速器直線段上還設有第三四極鐵，第三六極鐵，第三踢軌磁鐵剝離注入裝置，第二快四極鐵，第四四極鐵和第四六極鐵。
所述的設有注入切割鐵裝置的同步加速器直線段沿束流方向後部相鄰的偏轉二極鐵上設有剝離膜。所述的吊裝環至少為四個。所述的45°偏轉二極鐵採用沖片疊壓焊接結構，其沖片選取0.5毫米矽鋼片衝壓，線圈結構採用外方內圓銅導線，內孔加去離子水冷卻；整個線圈採用真空環氧澆注固化成型。
有益效果
該發明所述的醫用偏轉磁聚焦結構的重離子或質子同步加速器，採用45°偏轉磁聚焦結構包括一個帶電粒子運行在其中的環形真空管道，以及布置在環形管道上的磁鐵元件、加速元件、注入引出元件。有效的利用同步加速器空間，安裝儘可能少的元件實現醫用重離子/質子醫用同步加速器功能，最大程度的降低製造成本和安裝空間，提高治療效率，降低治療成本。
附圖說明
圖1為該發明實施例的同步加速器結構原理示意圖；
圖2為該發明實施例的同步加速器中的45°偏轉二極鐵的軸側示圖；
圖3為該發明圖2中45°偏轉二極鐵的主視結構示意圖；
圖4為該發明圖2中45°偏轉二極鐵的俯視結構示意圖；
圖5為該發明圖2中45°偏轉二極鐵的左視結構示意圖；
圖6為該發明圖2中45°偏轉二極鐵的截面結構示意圖；
圖7為該發明實施例的同步加速器中重離子束流包絡圖。
圖中所示：1-1～1-8，偏轉二極鐵；2-1～2-8，同步加速器直線段；3，高頻加速裝置；4.靜電偏轉板；5-1、5-2，引出切割鐵裝置；6.注入切割鐵裝置；7-1～7-3，踢軌磁鐵慢引出裝置；7-4，RF-knockout慢引出裝置；8-1～8-4，踢軌磁鐵剝離注入裝置；8-5，剝離膜；9-1、9-2，快四極鐵；10-1～10-12，四極鐵；11-1～11-8，六極鐵；12-1，下鐵芯；12-2，下磁鐵線圈；12-3，電連線排；12-4，真空室；12-5，上磁鐵線圈；12-6，上鐵芯；12-7，拉桿組件；12-8，吊裝環。
權利要求
1.《醫用偏轉磁聚焦結構的重離子或質子同步加速器》包括有偏轉二極鐵和同步加速器直線段，其特徵在於：所述的偏轉二極鐵和同步加速器直線段均為八個，所述的八個偏轉二極鐵和八個同步加速器直線段依次通過環形真空管道交替連線，所述的八個偏轉二極鐵均為45°偏轉二極鐵；其中一個同步加速器直線段上設有兩個引出切割鐵裝置，與設有兩個引出切割鐵裝置的同步加速器直線段對稱設定的同步加速器直線段上設有注入切割鐵裝置，沿束流方向位於設有兩個引出切割鐵裝置的同步加速器直線段前部相鄰的同步加速器直線段上設有靜電偏轉板，沿束流方向位於設有兩個引出切割鐵裝置的同步加速器直線段後部相鄰的同步加速器直線段上設有高頻加速裝置；所述重離子或質子同步加速器的操作方法是在一個治療周期內由注入器提供的低能量重離子束或質子束首先經注入切割鐵裝置、剝離膜、靜電偏轉板、四個剝離注入踢軌磁鐵以及8個45°偏轉二極鐵器件剝離注入至同步加速器，然後根據治療需要由高頻加速裝置加速至小於等於430MeV/u的治療能量，再由兩個引出切割鐵裝置、射頻激勵慢引出裝置、慢引出踢軌磁鐵慢引出至治療終端。
2.根據權利要求1所述的醫用偏轉磁聚焦結構的重離子或質子同步加速器，其特徵是還包括有：所述的45°偏轉二極鐵為上下對開設定的H型磁鐵，包括上鐵芯和下鐵芯，上鐵芯和下鐵芯上分別設有上磁鐵線圈和下磁鐵線圈，上鐵芯和下鐵芯端部設有電連線排，上鐵芯和下鐵芯兩側邊設有拉桿組件和吊裝環；真空室設定在上鐵芯和下鐵芯中心接合處。
3.根據權利要求1所述的醫用偏轉磁聚焦結構的重離子或質子同步加速器，其特徵是還包括有：所述的設有注入切割鐵裝置的同步加速器直線段沿束流方向後部相鄰的同步加速器直線段上設有RF-knockout慢引出裝置，設有靜電偏轉板的同步加速器直線段與設有RF-knockout慢引出裝置的同步加速器直線段之間的同步加速器直線段上設有第一踢軌磁鐵慢引出裝置，第四踢軌磁鐵剝離注入裝置和第二六極鐵，設有高頻加速裝置的同步加速器直線段沿束流方向後部相鄰的同步加速器直線段上設有第一踢軌磁鐵剝離注入裝置，第一快四極鐵和第六六極鐵，與設有靜電偏轉板的同步加速器直線段對稱設定的同步加速器直線段上設有第八四極鐵，第五六極鐵，第二踢軌磁鐵剝離注入裝置和第七四極鐵。
4.根據權利要求1所述的醫用偏轉磁聚焦結構的重離子或質子同步加速器，其特徵是還包括有：所述的設有靜電偏轉板的同步加速器直線段上還設有第一四極鐵，第二踢軌磁鐵慢引出裝置，第一六極鐵和第二四極鐵；設有兩個引出切割鐵裝置的同步加速器直線段上還設有第十一四極鐵，第三踢軌磁鐵慢引出裝置和第十二四極鐵；設有高頻加速裝置的同步加速器直線段上還設有第九四極鐵，第七六極鐵，第八六極鐵和第十四極鐵；設有注入切割鐵裝置的同步加速器直線段上還設有第六四極鐵和第五四極鐵；設有RF-knockout慢引出裝置的同步加速器直線段上還設有第三四極鐵，第三六極鐵，第三踢軌磁鐵剝離注入裝置，第二快四極鐵，第四四極鐵和第四六極鐵。
5.根據權利要求1所述的醫用偏轉磁聚焦結構的重離子或質子同步加速器，其特徵是還包括有：所述的設有注入切割鐵裝置的同步加速器直線段沿束流方向後部相鄰的偏轉二極鐵上設有剝離膜。
6.根據權利要求2所述的醫用偏轉磁聚焦結構的重離子或質子同步加速器，其特徵在於：所述的吊裝環至少為四個。
實施方式
如圖1至6所示，所述的醫用偏轉磁聚焦結構的重離子或質子同步加速器，包括有偏轉二極鐵和同步加速器直線段，其特點在於：所述的偏轉二極鐵和同步加速器直線段均為八個，所述的八個偏轉二極鐵1-1至1-8和八個同步加速器直線段2-1至2-8依次通過環形真空管道交替連線，所述的八個偏轉二極鐵1-1至1-8均為45°偏轉二極鐵；其中一個同步加速器直線段2-2上設有兩個引出切割鐵裝置5-1、5-2，與設有兩個引出切割鐵裝置5-1、5-2的同步加速器直線段2-2對稱設定的同步加速器直線段2-6上設有注入切割鐵裝置6，沿束流方向位於設有兩個引出切割鐵裝置5-1、5-2的同步加速器直線段2-2前部相鄰的同步加速器直線段2-1上設有靜電偏轉板4，沿束流方向位於設有兩個引出切割鐵裝置5-1、5-2的同步加速器直線段2-2後部相鄰的同步加速器直線段2-3上設有高頻加速裝置3。
所述的45°偏轉二極鐵為上下對開設定的H型磁鐵，包括上鐵芯12-6和下鐵芯12-1，上鐵芯12-6和下鐵芯12-1上分別設有上磁鐵線圈12-5和下磁鐵線圈12-2，上鐵芯12-6和下鐵芯12-1端部設有電連線排12-3，上鐵芯12-6和下鐵芯12-1兩側邊設有拉桿組件12-7和吊裝環12-8；真空室12-4設定在上鐵芯12-6和下鐵芯12-1中心接合處。
所述的設有注入切割鐵裝置6的同步加速器直線段2-6沿束流方向後部相鄰的同步加速器直線段2-7上設有RF-knockout慢引出裝置7-4，設有靜電偏轉板4的同步加速器直線段2-1與設有RF-knockout慢引出裝置7-4的同步加速器直線段2-7之間的同步加速器直線段2-8上設有第一踢軌磁鐵慢引出裝置7-1、第四踢軌磁鐵剝離注入裝置8-4和第二六極鐵11-2，設有高頻加速裝置3的同步加速器直線段2-3沿束流方向後部相鄰的同步加速器直線段2-4上設有第一踢軌磁鐵剝離注入裝置8-1、第一快四極鐵9-1和第六六極鐵11-6，與設有靜電偏轉板4的同步加速器直線段2-1對稱設定的同步加速器直線段2-5上設有第八四極鐵10-8、第五六極鐵11-5、第二踢軌磁鐵剝離注入裝置8-2和第七四極鐵10-7。
所述的設有靜電偏轉板4的同步加速器直線段2-1上還設有第一四極鐵10-1、第二踢軌磁鐵慢引出裝置7-2、第一六極鐵11-1和第二四極鐵10-2；設有兩個引出切割鐵裝置5-1、5-2的同步加速器直線段2-2上還設有第十一四極鐵10-11、第三踢軌磁鐵慢引出裝置7-2和第十二四極鐵10-11；設有高頻加速裝置3的同步加速器直線段2-3上還設有第九四極鐵10-9、第七六極鐵11-7、第八六極鐵11-8和第十四極鐵10-10；設有注入切割鐵裝置6的同步加速器直線段2-6上還設有第六四極鐵10-6和第五四極鐵10-6；設有RF-knockout慢引出裝置7-4的同步加速器直線段2-7上還設有第三四極鐵10-3、第三六極鐵11-3、第三踢軌磁鐵剝離注入裝置8-3、第二快四極鐵9-2、第四四極鐵10-4和第四六極鐵11-4。
所述的設有注入切割鐵裝置6的同步加速器直線段2-6沿束流方向後部相鄰的偏轉二極鐵1-7上設有剝離膜8-5。所述的吊裝環12-8為四個。所述的45°偏轉二極鐵採用沖片疊壓焊接結構，其沖片選取0.5毫米矽鋼片衝壓，線圈結構採用外方內圓銅導線，內孔加去離子水冷卻；整個線圈採用真空環氧澆注固化成型。
如圖7所示，其為所述的醫用偏轉磁聚焦結構的重離子或質子同步加速器的束流作迴旋運動的包絡，曲線x表示水平方向離子束的半徑，曲線y表示垂直方向離子束的半徑。每條曲線在圖中縱坐標以毫米為單位，同步加速器中以米為單位的軌跡長度在圖中橫坐標表示。與公知的醫用重離子/質子同步加速器相比較，具有束流尺寸小、變化小，滿足醫用慢引出束流的要求。
所述的醫用偏轉磁聚焦結構的重離子或質子同步加速器，其在使用時，一個治療周期內由注入器提供的低能量重離子束或質子束首先經注入切割鐵裝置6、剝離膜8-5、靜電偏轉板4、四個剝離注入踢軌磁鐵8-1～8-4以及8個45°偏轉二極鐵等器件剝離注入至同步加速器，然後根據治療需要由高頻加速裝置3加速至≤430MeV/u的治療能量，再由兩個引出切割鐵裝置5-1～5-2、RF-knockout慢引出裝置7-4、慢引出踢軌磁鐵7-1～7-3等器件慢引出至治療終端治療腫瘤病人。
榮譽表彰
2014年11月6日，《醫用偏轉磁聚焦結構的重離子或質子同步加速器》獲得第十六屆中國專利優秀獎。
