使带电粒子偏转的偏转板和偏转装置制造方法
【专利摘要】用于使带电粒子偏转的偏转板具有非平面的形状。
【专利说明】使带电粒子偏转的偏转板和偏转装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及根据权利要求1所述使带电粒子偏转的偏转板，以及根据权利要求5所述使带电粒子偏转的偏转装置。
【背景技术】
[0002]已知通过电场和/或磁场使得运动的带电粒子偏转。同样已知通过对导电板施加电压的方式生成电场。
【发明内容】
[0003]本发明的任务在于提供一种使带电粒子偏转的改善偏转板。通过具有权利要求1所述特征的偏转板解决这一任务。本发明的另一任务在于提供一种使带电粒子偏转的改善偏转装置。通过具有权利要求5所述特征的偏转装置解决这一任务。在从属权利要求中说明优选的改进方式。
[0004]本发明的使带电粒子偏转的偏转板具有非平面形状。该偏转板与平面偏转板相比有利地生成具有改善的空间分布的电场。
[0005]在一种优选的偏转板实施方式中，使该偏转板围绕指向第一空间方向的轴线弯曲。于是，通过偏转板生成的电场垂直于第一空间方向的分量有利地在垂直于第一空间方向的另一个空间方向上具有比在平面偏转板情况下更加平缓的分布。这样有利地简化了来自具有大量连续粒子团的射线的各个带电粒子团的偏转。
[0006]在一种特别优选的偏转板实施方式中，偏转板具有圆柱壳弧形形状。有利地，试验表明，圆柱壳弧形形状生成特别有利的电场分布。另一优点是能够以比较简单的方式制造具有圆柱壳弧形形状的偏转板。
[0007]在一种适宜的偏转板实施方式中，偏转板具有导电材料，尤其是金属。于是有利地可以对偏转板加载电势。
[0008]本发明所述使得带电粒子偏转的偏转装置具有上述类型的第一偏转板。有利地，可以将该偏转装置用于使粒子束的带电粒子偏转。于是由于偏转板的该有利设计，可以使用该偏转装置从连续带电粒子团束中选择性偏转各个粒子团。
[0009]在偏转装置的一种优选实施方式中，偏转装置具有上述类型的第二偏转板。于是有利地，可以在偏转装置的偏转板之间生成电势差。
[0010]在偏转装置的一种特别优选的实施方式中，第二偏转板相对于第一偏转板镜像布置。于是有利地，在偏转装置的两个偏转板之间产生特别有利的空间电场分布。
[0011]在偏转装置的一种特别优选的实施方式中，使得两个偏转板各自围绕指向第一空间方向的轴线弯曲。在此，第一偏转板和第二偏转板在垂直于第一空间方向的第二空间方向上彼此有间隔。此外还将第一偏转板和第二偏转板相对于垂直于第二空间方向的平面镜像布置。在该偏转装置中，有利地指向第二空间方向的电场分量在垂直于第一空间方向和第二空间方向的空间方向上扁平地分布。
[0012]特别优选的是，偏转板的凹表面彼此相对。于是，指向第二空间方向的电场分量在垂直于第一空间方向和第二空间方向的第三空间方向上的场分布有利地是扁平的，而偏转装置的偏转板不必在第三空间方向上具有大的长度。
[0013]在偏转装置的一种附加改进方式中，偏转装置具有第三偏转板和第四偏转板。在此,第三偏转板相对于第一偏转板朝向垂直于第一空间方向和第二空间方向的第三空间方向偏移。此外还使得第四偏转板相对于第二偏转板朝向第三空间方向偏移。于是可以在第三偏转板和第四偏转板之间有利地施加与第一偏转板和第二偏转板之间不同的电势差。
[0014]优选地，偏转装置被设计为将在第三空间方向上运动的带电粒子朝向第二空间方向偏转。于是可以有利地将偏转装置用来从粒子束中选择性偏转各个粒子或者粒子团。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]结合以下将结合附图进一步阐述的实施例的描述，本发明的上述特性、特征和优点以及如何实现这些特性、特征和优点的方式方法将更加清楚和更易于理解。在此示出:
[0016]图1粒子治疗设备的示意图；
[0017]图2偏转装置的示意图；
[0018]图3偏转装置的板对的第一剖面；
[0019]图4偏转装置的板对的顶视图；
[0020]图5偏转装置的板对的第二剖面；
[0021]图6板对之内的第一场强分布图；以及
[0022]图7板对之内的第二场强分布图。
【具体实施方式】
[0023]图1所示为粒子治疗设备100作为偏转装置的示范应用的强烈示意图。但是也可以将偏转装置用于很多其它应用领域。
[0024]本发明并不局限于粒子治疗设备领域。
[0025]粒子治疗设备100可以用来进行粒子治疗，其中利用带电粒子(粒子)轰击患者的患病身体部位。所述带电粒子可以是例如质子。患者的疾病可以是例如肿瘤。
[0026]粒子治疗设备100包括离子源110、聚集装置120、偏转装置130、光阑140以及粒子加速器150，它们在2方向103上依次排列。离子源110用来产生带电粒子束115。所述粒子束115的粒子可以是例如质子。粒子束115的粒子在2方向上离开离子源110。粒子束115的粒子在离开离子源110的时候例如可以具有10匕7至201^7的能量。
[0027]聚集装置120用来将连续的粒子束115划分成离散的粒子团125。粒子团125在2方向103上离开聚集装置120。也可以省去聚集装置120。
[0028]偏转装置130用来使得各个粒子团125(或者连续粒子束115的各个粒子)选择性地相对于其在2方向103上分布的运动朝向垂直于2方向103的7方向102偏转。
[0029]被偏转装置130偏转的粒子和粒子团125不通过或者不完全通过在偏转装置130下游的光阑140，而未偏转的粒子和粒子团125则通过光阑140。在粒子治疗设备100的替换实施方式中，仅仅被偏转装置130朝向7方向102偏转的粒子和粒子团125完全通过光阑 140。
[0030]通过了光阑140的粒子和粒子团125进入粒子加速器150，在这里将其加速到例如801^至2501^的更高的动能。粒子加速器150可以是例如直线加速器。所述粒子加速器150尤其可以是射频直线加速器。
[0031]图2所示为偏转装置130的示意图。偏转装置130在图2所示的实施方式中包括八个用于偏转带电粒子的粒子团125的偏转板。具体来说，在所示实施方式中的偏转装置130包括第一偏转板210、第二偏转板220、第三偏转板230、第四偏转板240、第五偏转板250、第六偏转板260、第七偏转板270和第八偏转板280。
[0032]第一偏转板210和第二偏转板220构成第一板对201。第三偏转板230和第四偏转板240构成第二板对202。第五偏转板250和第六偏转板260构成第三板对203。第七偏转板270和第八偏转板280构成第四板对204。在其它实施方式中，偏转装置130也可以具有四个以下的板对201、202、203、204或者四个以上的板对201、202、203、204。
[0033]板对201、202、203、204在2方向103上依次布置。每个板对201、202、203、204的两个偏转板各自在2方向103以及垂直于7方向102和2方向103的X方向101上分别处在相同的位置上，并且在7方向102上彼此有间隔。粒子团125在2方向103上分别在板对201、202、203、204的两个偏转板之间经过。
[0034]偏转板210、220、230、240、250、260、270、280由导电材料构成，优选由金属构成，
或者具有至少一种例如涂层形式的导电材料。
[0035]可以分别在板对201、202、203、204的偏转板之间生成电势差和由此生成电场，以使得在2方向103上运动的粒子团125的粒子朝向7方向102偏转。例如可以将第一板对201的第一偏转板210接正电压，将第一板对201的第二偏转板220接等值的负电压。在不同板对201、202、203、204中产生的电势差可以彼此不同。为了仅仅使得在快速时间序列中连续的粒子团125的各个粒子团125朝向7方向102偏转，必须对偏转板210、220、230、240、250、260、270、280施加短时电压脉冲。
[0036]如果将偏转板210、220、230、240、250、260、270、280设计成平面板，那么板对201、202,203,204中生成的电场指向7方向102的分量就会在2方向103上具有高斯形分布。但是更有利的是，指向7方向102的电场分量在板对201、202、203、204之内的2方向103中的分布遵循近似的矩形函数。
[0037]为了接近指向7方向102的电场分量的这种优选空间分布，偏转装置130的偏转板210、220、230、240、250、260、270、280均具有非平面的几何形状。以下将根据示出第一板对201的图3?5对此加以阐述。其余板对202、203、204优选被设计为与第一板对201 —致。
[0038]图3所不为第一板对201的第一剖面。所述剖面在此垂直于2方向103。第一板对201的第一偏转板210和第二偏转板220在X方向101上具有宽度301。宽度301例如可以为4臟。偏转板210、220在7方向102上各自具有厚度302。厚度302例如可以为0.1臟1。第一偏转板210和第二偏转板220在7方向102上彼此间具有距离312。距离312例如可以为6111111。
[0039]图4所示为在与7方向102相反的观察方向上第一板对201的第一偏转板210的顶视图。第一偏转板210在2方向103上具有长度303，该长度例如可以为4臟。第一板对201的第二偏转板220在2方向103上优选具有与第一偏转板210相同的长度303。
[0040]图5所示为第一板对201的偏转板210、220的第二剖面。该剖面在图5中垂直于X方向101。偏转板210、220的每一个均围绕平行于X方向101的轴线弯曲。该弯曲在此优选遵循圆弧，使得偏转板210、220被设计为圆柱壳弧形形状。偏转板210、220在此各自具有曲率半径313。曲率半径313例如可以在Imm和4mm之间。弯曲的偏转板210、220各自具有凹表面510和凸表面520。偏转板210、220的凹表面510彼此相对。
[0041]图6所示为偏转板210、220、230、240、250、260、270、280的不同曲率半径313时所产生的第一空间场强分布图600。第一图600的水平轴线表示板对201、202、203、204范围内的z方向103。第一图600的垂直轴线表不指向y方向102的电场强度分量601。
[0042]第一场分布610说明了在曲率半径313非常大的时候(例如选择为1000mm)电场强度在y方向102上的分布。如此大的曲率半径313是对平面的偏转板210、220、230、240、250、260、270、280的近似。因此第一场分布610近似说明了在使用平面偏转板210、220、230、240、250、260、270、280时所产生的场分布。第二场分布620说明了在曲率半径313为4mm的时候指向y方向102的场分量的分布。第三场分布630说明了在曲率半径313为3mm的时候场强的分布。第四场分布640说明了在曲率半径313为2.5mm的时侯指向y方向102的电场分量的分布。在此，分别在y方向102上处在板对201、202、203、204的偏转板之间的中心位置处说明场分布610、620、630、640。可以看出，场强601在y方向102上的分布越接近于矩形，所选择的曲率半径313越小，也就是偏转板210、220、230、240、250、260,270,280弯曲程度越大。
[0043]此外在图6的第一图600中还不出了第五场分布650、第六场分布660、第七场分布670和第八场分布680。当曲率半径313为100mm的时候产生第五场分布650。当曲率半径313为4_的时候产生第六场分布660。当曲率半径313为3_的时候产生第七场分布670。当曲率半径313为2.5mm的时候产生第八场分布680。场分布650、660、670、680分别在y方向102中的以下位置处产生，该位置并非正好在各自板对201、202、203、204的两个板之间，而是布置在靠近各自板对201、202、203、204的其中一个板处。可以看出每个场分布650、660、670、680均在板对201、202、203、204的中心周围的范围内在z方向103上呈凸起形状。凸起度越大，则所选的曲率半径313越小。由于指向y方向102的电场分量在z方向103上的分布的这种凸起度可能伴随着缺点，因此不应选择太小的曲率半径313。
[0044]图7所示为指向y方向102的电场分量沿着z方向103的分布的第二图700。第二图700的水平轴线又表示板对201、202、203、204范围内的z方向103。第二图700的垂直轴线表不指向Y方向102的电场分量的归一化场强701。第一场分布710、第二场分布720、第三场分布730和第四场分布740说明了指向y方向102的电场分量沿着z方向103在各自板对201、202、203、204的两个偏转板之间的中间的分布。在此，在第一场分布710的情况下曲率半径313为1000mm，在第二场分布720的情况下曲率半径313为4mm，在第三场分布730的情况下曲率半径313为3mm，在第四场分布740的情况下曲率半径313为2.5mm。从第二图700的归一化显示中还可以明显看出，指向y方向102的电场分量在z方向103上的分布越接近矩形，所选择的偏转板210、220、230、240、250、260、270、280的曲率半径313越小。
[0045]尽管已通过优选实施例详细地进一步图解和描述了本发明，但本发明并不局限于所公开的示例。专业人士可以在不脱离本发明保护范围的情况下从中导出其它变型方案。
【权利要求】
1.用于使带电粒子偏转的偏转板(210)，其中所述偏转板(210)具有非平面的形状。
2.根据权利要求1所述的偏转板(210)，其中所述偏转板(210)围绕指向第一空间方向(101)的轴线弯曲。
3.根据权利要求2所述的偏转板(210)，其中所述偏转板(210)具有圆柱壳弧形形状。
4.根据上述权利要求中任一项所述的偏转板(210)，其中所述偏转板(210)具有导电材料，尤其是金属。
5.用于使带电粒子偏转的偏转装置(130)，其中所述偏转装置(130)具有根据以上权利要求中任一项所述的第一偏转板(210)。
6.根据权利要求5所述的偏转装置(130)，其中所述偏转装置(130)具有权利要求1?4中任一项所述的第二偏转板(220)。
7.根据权利要求6所述的偏转装置(130)，其中所述第二偏转板(220)相对于第一偏转板(210)镜像布置。
8.根据权利要求7所述的偏转装置(130)，其中按照权利要求2来设计所述偏转板(210,220)， 其中第一偏转板(210)和第二偏转板(220)在垂直于第一空间方向(101)的第二空间方向(102)上彼此有间隔， 其中第一偏转板(210)和第二偏转板(220)相对于垂直于第二空间方向(102)的平面镜像布置。
9.根据权利要求8所述的偏转装置(130)，其中偏转板(210，220)的凹表面(510)彼此相对。
10.根据权利要求8或9中任一项所述的偏转装置(130)， 其中所述偏转装置(130)具有第三偏转板(230)和第四偏转板(240)， 其中第三偏转板(230)相对于第一偏转板(210)朝向垂直于第一空间方向(101)和第二空间方向(102)的第三空间方向(103)偏移， 其中第四偏转板(240)相对于第二偏转板(220)朝向第三空间方向(103)偏移。
11.根据权利要求10所述的偏转装置(130)，其中所述偏转装置(130)被设计为使得在第三空间方向(103)上运动的带电粒子朝向第二空间方向(102)偏转。
【文档编号】H05H7/00GK104396351SQ201280073627
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2012年5月31日 优先权日:2012年5月31日
【发明者】P·S·阿普塔克, P·比斯利, O·海德 申请人:西门子公司