离子注入器

本发明涉及粒子加速器，更具体地涉及一种离子注入器。

背景技术：

1、多离子粒子治疗是目前最先进的肿瘤放疗技术，需要使用带电粒子加速器将不同种类的重离子加速。

2、现有的离子注入器主要包括离子源系统、射频四极加速器(rfq，radio frequencyquadruple)、漂移管直线加速器(dtl，drifting tube linac)，通过离子源系统产生离子，然后将离子加速并引出至rfq，rfq将对离子进行加速，然后进入dtl进行加速，得到满足要求的离子束。

3、现有的离子注入器的工作频率集中在100-217mhz，频率较低，且现有的离子注入器体积较大。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种离子注入器，其体积较小，且工作频率较高。

2、基于上述目的，本发明提供一种离子注入器，包括至少一个离子源以及沿束流传输方向依次设置的射频四极加速器和交叉指磁型漂移管直线加速器，所述离子源和所述射频四极加速器之间设置有低能传输线，所述射频四极加速器和交叉指磁型漂移管直线加速器之间设置有匹配段，所述交叉指磁型漂移管直线加速器包括四个腔体，任意相邻的两个腔体之间均设置有聚焦段。

3、进一步地，所述匹配段包括四块依次排列的第四四极铁，第一块第四四极铁和第二块第四四极铁之间设置有第三束测装置，所述匹配段设置为使得经过的束流的相空间分布变为一致，运动趋势均为聚焦。

4、进一步地，所述聚焦段由三块依次排列的第五四极铁组成，所述聚焦段设置为使得经过的束流在两个方向上的运动趋势回到聚焦。

5、进一步地，所述交叉指磁型漂移管直线加速器的每个腔体对应于一个konus周期，每个腔体内均设置有两段聚束段，两聚束段均设置为负相位以控制束流长度。

6、进一步地，至少一个离子源包括第一离子源、第二离子源和第三离子源，所述第一离子源用于产生c4+离子束，所述第二离子源用于产生h3+离子束，所述第三离子源用于产生3he+和o6+离子束。

7、进一步地，所述离子源的数量是多个，所述低能传输线包括偏转磁铁，用于使重离子束产生偏转，所述偏转磁铁在每一个离子源的下游分别设置一个。

8、进一步地，所述低能传输线包括沿束流传输方向依次设置的第一螺线管、第一束测装置、第一校正磁铁、第一四极铁、偏转磁铁、第二校正磁铁、三个第二四极铁、二极铁、第二束测装置、三个第三四级铁和第二螺线管，所述二极铁、第二束测装置、三个第三四级铁和第二螺线管由多个离子源共用，所述第一螺线管、第一束测装置、第一校正磁铁、第一四极铁、偏转磁铁、第二校正磁铁和三个第二四极铁在每一个离子源下游均设置一套。

9、进一步地，所述射频四极加速器的极头半径沿束流传输方向而变化。

10、进一步地，所述交叉指磁型漂移管直线加速器的下游还设置有中能传输线，以将经过所述交叉指磁型漂移管直线加速器加速后的重离子束传输到主加速器中。

11、进一步地，所述中能传输线包括沿束流传输方向依次设置的第四束测装置、三个第六四极铁、第三校正磁铁、散束器、三个第七四极铁、第八四极铁、第四校正磁铁和剥离器。

12、本发明的离子注入器，ih-dtl采用分段式设计，其包括四个腔体，每个腔体的相位和功率独立可调，相邻腔体之间的距离不受束流相位的影响，可以有效缩短ih-dtl的长度，同时分段独立可调的工作模式有助于运行前的束流调试，分段式设计也方便后续运行过程中的维护与升级；每个腔体内均设有两个聚束段，可以提高传输效率，有效增加konus周期中加速段的长度，有利于提高平均加速梯度从而减小ih-dtl长度；ih-dtl的漂移管和腔体可以整体加工，从而消除装配误差、提高束流品质，同时使加工装配更方便快捷；采用多个离子源，可以产生不同类型的重离子束，从而实现不同种类粒子的快速切换，满足多粒子治疗的要求，当任一离子源发生故障时，可以由其他离子源代替；rfq采用变化的聚焦因子，从而有效的减少束流损失，同时允许加速段有更高的加速梯度，实现rfq的小型化和高效率。

技术特征：

1.一种离子注入器，其特征在于，包括至少一个离子源以及沿束流传输方向依次设置的射频四极加速器和交叉指磁型漂移管直线加速器，所述离子源和所述射频四极加速器之间设置有低能传输线，所述射频四极加速器和交叉指磁型漂移管直线加速器之间设置有匹配段，所述交叉指磁型漂移管直线加速器包括四个腔体，任意相邻的两个腔体之间均设置有聚焦段。

2.根据权利要求1所述的离子注入器，其特征在于，所述匹配段包括四块依次排列的第四四极铁，第一块第四四极铁和第二块第四四极铁之间设置有第三束测装置，所述匹配段设置为使得经过的束流的相空间分布变为一致，运动趋势均为聚焦。

3.根据权利要求1所述的离子注入器，其特征在于，所述聚焦段由三块依次排列的第五四极铁组成，所述聚焦段设置为使得经过的束流在两个方向上的运动趋势回到聚焦。

4.根据权利要求1所述的离子注入器，其特征在于，所述交叉指磁型漂移管直线加速器的每个腔体对应于一个konus周期，每个腔体内均设置有两段聚束段，两聚束段均设置为负相位以控制束流长度。

5.根据权利要求1所述的离子注入器，其特征在于，至少一个离子源包括第一离子源、第二离子源和第三离子源，所述第一离子源用于产生c4+离子束，所述第二离子源用于产生h3+离子束，所述第三离子源用于产生3he+和o6+离子束。

6.根据权利要求1所述的离子注入器，其特征在于，所述离子源的数量是多个，所述低能传输线包括偏转磁铁，用于使重离子束产生偏转，所述偏转磁铁在每一个离子源的下游分别设置一个。

7.根据权利要求6所述的离子注入器，其特征在于，所述低能传输线包括沿束流传输方向依次设置的第一螺线管、第一束测装置、第一校正磁铁、第一四极铁、偏转磁铁、第二校正磁铁、三个第二四极铁、二极铁、第二束测装置、三个第三四级铁和第二螺线管，所述二极铁、第二束测装置、三个第三四级铁和第二螺线管由多个离子源共用，所述第一螺线管、第一束测装置、第一校正磁铁、第一四极铁、偏转磁铁、第二校正磁铁和三个第二四极铁在每一个离子源下游均设置一套。

8.根据权利要求1所述的离子注入器，其特征在于，所述射频四极加速器的极头半径沿束流传输方向而变化。

9.根据权利要求1所述的离子注入器，其特征在于，所述交叉指磁型漂移管直线加速器的下游还设置有中能传输线，以将经过所述交叉指磁型漂移管直线加速器加速后的重离子束传输到主加速器中。

10.根据权利要求9所述的离子注入器，其特征在于，所述中能传输线包括沿束流传输方向依次设置的第四束测装置、三个第六四极铁、第三校正磁铁、散束器、三个第七四极铁、第八四极铁、第四校正磁铁和剥离器。

技术总结
本发明涉及一种离子注入器，包括至少一个离子源以及沿束流传输方向依次设置的射频四极加速器和交叉指磁型漂移管直线加速器，所述离子源和所述射频四极加速器之间设置有低能传输线，所述射频四极加速器和交叉指磁型漂移管直线加速器之间设置有匹配段，所述交叉指磁型漂移管直线加速器包括四个腔体，任意相邻的两个腔体之间均设置有聚焦段。本发明的离子注入器采用更高的工作频率，通过优化的束流动力学设计和结构设计，实现了离子注入器的小型化和高效率。

技术研发人员：方文程,郭玉森,陆羿行,赵振堂
受保护的技术使用者：中国科学院上海高等研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15