一种高精度法拉第筒的制作方法
【专利摘要】本发明属于回旋加速器技术领域，具体涉及一种高精度法拉第筒，包括法拉第筒主体，其中，还包括设置在所述法拉第筒主体开口外侧的二次电子抑制偏压电极，设置在所述法拉第筒主体内的中空的锥形结构，所述锥形结构能够使所述法拉第筒主体内产生的二次电子不会沿所述法拉第筒主体的中轴线向外发射。现有的法拉第筒装置无法有效避免二次电子逸出，且易发热造成损坏。采用本发明所提供的高精度法拉第筒结构简单，占用空间小，可有效减少二次电子逸出，提高测量精度的优点，同时该结构设计可以增大法拉第筒的热容量，提高安全性，可广泛应用于在质子治疗领域束流强度的测量，并具有向相关领域推广使用的价值。
【专利说明】
一种高精度法拉第筒
技术领域
[0001]本发明属于回旋加速器技术领域，具体涉及一种高精度法拉第筒。
【背景技术】
[0002]回旋加速器是利用磁场和电场共同使带电粒子作回旋运动，在运动中经高频电场反复加速的装置，是高能物理中的重要仪器，其中超导回旋加速器是目前医用质子治疗加速器的核心设备。医用质子治疗加速器能够实现用微观世界中的质子、重离子射线治疗肿瘤，是当今世界最尖端的放射治疗技术，仅有个别发达国家掌握并应用该技术。国内已经展开、但暂时还没有完成超导回旋加速器的研制工作。
[0003]束流强度是加速器中非常重要的束流参数之一，在医用质子治疗加速器中，束流强度不仅直接关系到治疗的质量和效果，而且涉及患者的生命安全。在对患者进行质子治疗时，需要使用无阻挡型的束流强度测量装置。对无阻挡型的束流强度测量装置，需要使用高精度法拉第筒对其测量值进行相应的校准。
[0004]现有的法拉第筒多采用二次电子抑制偏压来防止二次电子逸出法拉第筒造成测量的偏差，同时采用加大法拉第筒长度的方法防止二次电子逸出。也可采用永磁铁，利用磁场对二次电子进行抑制，如对1eV动能的二次电子，在1mT的磁场中，其运动半径为Imm左右，可以保证二次电子不逸出法拉第筒。但无论电抑制或磁抑制，对法拉第筒中心线上二次电子逸出最明显的区域其抑制效果都较差，且永磁铁存在热影响下的失效。
【发明内容】
[0005]目前，国内许多单位均在开展质子治疗的相关研究，对质子束流强度进行高精度测量的法拉第筒装置具有广阔的应用前景。由于质子治疗装置结构设计紧凑，因此如何在有限空间内实现对束流强度的直接精确测量并以此为依据对无阻挡型的束流强度测量装置进行校准具有非常重要的意义。现有的法拉第筒装置所存在的二次电子逸出及发热等问题，无法满足质子治疗仪的设计要求。
[0006]针对上述需求，本发明旨在提供一种结构简单、占用空间小、造价低廉、有效减少法拉第筒中心线上二次电子逸出、并降低发热的高精度法拉第筒装置用于质子治疗回旋加速器束流强度的测量。
[0007]为达到以上目的，本发明采用的技术方案是一种高精度法拉第筒，包括法拉第筒主体，其中，还包括设置在所述法拉第筒主体开口外侧的二次电子抑制偏压电极，设置在所述法拉第筒主体内的中空的锥形结构，所述锥形结构能够使所述法拉第筒主体内产生的二次电子不会沿所述法拉第筒主体的中轴线向外发射。
[0008]进一步，所述锥形结构与所述法拉第筒主体同轴，大口径一端的开口朝向被测束流的射入方向，小口径一端与所述法拉第筒主体相连。
[0009]更进一步，所述法拉第筒主体、锥形结构的制作材质为铜。
[0010]进一步，在所述法拉第筒主体远离开口的另一端的底部设有水冷管路。
[0011]更进一步，根据被测束流的粒子在所述法拉第筒主体所采用的制作材质中的射程，所述法拉第筒主体底部的厚度大于所述射程，所述水冷管路设置在所述射程之外，避免所述水冷管路中的冷却水被活化。
[0012]进一步，还包括设置在所述二次电子抑制偏压电极远离所述法拉第筒主体一侧的保护接地电极。
[0013]本发明的有益效果在于:所采用的法拉第筒具有结构简单，占用空间小，可有效减少二次电子逸出，提高测量精度的优点，同时该结构设计可以增大法拉第筒的热容量，提高安全性;在束流能量集中时，可以有效分散束流能量，防止局部温度过高造成损坏;可广泛应用于在质子治疗领域束流强度的测量，并具有向相关领域推广使用的价值。
【附图说明】
[0014]图1是本发明【具体实施方式】中所述高精度法拉第筒的示意图；
[0015]图2是本发明【具体实施方式】中所述法拉第筒的工作原理图；
[0016]图中:1-保护接地电极，2-二次电子抑制偏压电极，3-锥形结构，4-法拉第筒主体，5-水冷管路，6-放大电路，7-PLC数据采集模块，8-控制计算机，9-质子束流。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
[0018]如图1所示，本发明提供的一种高精度法拉第筒，包括法拉第筒主体4，其中，还包括设置在法拉第筒主体4开口外侧的二次电子抑制偏压电极2，设置在法拉第筒主体4内的中空的锥形结构3，锥形结构3能够使法拉第筒主体4内产生的二次电子不会沿法拉第筒主体4的中轴线向外发射。
[0019]锥形结构3与法拉第筒主体4同轴，大口径一端的开口朝向被测束流的射入方向，小口径一端与法拉第筒主体4相连。对被测的质子束流入射产生的二次电子，其通量与cosΘ成正比(Θ为电子发射轨迹与发射表面的夹角)，能量通常低于10eV。在法拉第筒主体4内采用锥形结构3，由于这样的结构特点，产生的二次电子不会沿法拉第筒的中轴线向外发射，而法拉第筒的中轴线正是二次电子抑制偏压效果比较差的区域。锥形结构3也可以非常有效的分散束流能量，防止局部温度过高造成法拉第筒的损坏。
[0020]法拉第筒主体4、锥形结构3的制作材质为铜。
[0021 ]在法拉第筒主体4远离开口的另一端的底部设有水冷管路5，使用冷却水对法拉第筒进行冷却。根据被测粒子束流的粒子在法拉第筒主体4所采用的制作材质中的射程进行推算，法拉第筒主体4底部的厚度需要大于上述的射程，水冷管路5设置在该射程之外(图1中R为射程)，能够避免水冷管路5中的冷却水被活化。在本实施例中，法拉第筒主体4采用铜材料制作，所测质子束流中的质子在铜中的射程为57mm，因此水冷管路5与法拉第筒主体4底部的设置距离超过57mm(即R>57mm)。
[0022]本发明提供的高精度法拉第筒，还包括设置在二次电子抑制偏压电极2远离法拉第筒主体4 一侧的保护接地电极I。二次电子抑制电极2上载加数百伏的负高压，能够进一步防止二次电子逸出法拉第筒，保证测量结果的准确性。在二次电子抑制电极2之前，设有保护接地电极I，能够减小二次电子抑制偏压对入射的被测质子束流的影响，并防止杂散束流造成二次电子抑制偏压电极2与法拉第筒主体4之间的短路。
[0023]如图2所示，需要对质子束流9进行测量时，使用控制计算机8通过PLC数据采集模块7对本发明提供的高精度法拉第筒加以控制，利用气动装置将高精度法拉第筒运动至工作位置，质子束流9能量完全沉积于高精度法拉第筒内，输出信号通过真空接头与放大电路6输入端相连，放大后的束流强度信号送入PLC数据采集模块7并通过控制计算机8完成束流强度的显示。
[0024]本发明所述的装置并不限于【具体实施方式】中所述的实施例，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。
【主权项】
1.一种高精度法拉第筒，包括法拉第筒主体(4)，其特征是:还包括设置在所述法拉第筒主体(4)开口外侧的二次电子抑制偏压电极(2)，设置在所述法拉第筒主体(4)内的中空的锥形结构(3)，所述锥形结构(3)能够使所述法拉第筒主体(4)内产生的二次电子不会沿所述法拉第筒主体(4)的中轴线向外发射。2.如权利要求1所述的高精度法拉第筒，其特征是:所述锥形结构(3)与所述法拉第筒主体(4)同轴，大口径一端的开口朝向被测束流的射入方向，小口径一端与所述法拉第筒主体(4)相连。3.如权利要求1或2所述的高精度法拉第筒，其特征是:所述法拉第筒主体(4)、锥形结构(3)的制作材质为铜。4.如权利要求2所述的高精度法拉第筒，其特征是:在所述法拉第筒主体(4)远离开口的另一端的底部设有水冷管路(5)。5.如权利要求4所述的高精度法拉第筒，其特征是:根据被测束流的粒子在所述法拉第筒主体(4)所采用的制作材质中的射程，所述法拉第筒主体(4)底部的厚度大于所述射程，所述水冷管路(5)设置在所述射程之外，避免所述水冷管路(5)中的冷却水被活化。6.如权利要求1所述的高精度法拉第筒，其特征是:还包括设置在所述二次电子抑制偏压电极(2)远离所述法拉第筒主体(4) 一侧的保护接地电极(I)。
【文档编号】G01T1/29GK106094006SQ201610614177
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年7月29日 公开号201610614177.X, CN 106094006 A, CN 106094006A, CN 201610614177, CN-A-106094006, CN106094006 A, CN106094006A, CN201610614177, CN201610614177.X
【发明人】温立鹏, 管锋平, 杨光
【申请人】中国原子能科学研究院