一种控制超导回旋加速器束流相宽的装置及超导回旋加速器的制作方法

本实用新型属于回旋加速器领域，具体涉及一种控制超导回旋加速器束流相宽的装置及超导回旋加速器。

背景技术：

在一些质子超导回旋加速器中，为了提高引出效率，减小引出束流损失，采用单圈引出的方式，即从超导回旋加速器中引出束流只包含加速器内最后一圈的贡献，而没有来自其他圈的粒子。在回旋加速器中，不存在稳相效应，即粒子在纵向上不会往返振荡。因此在束团中处在不同相位的粒子收到的高频电场的加速不同，因此积累的能散逐渐变大。由于在回旋加速器中存在着强烈的径向-纵向运动的耦合，随着能散的增大，束团的径向尺寸也会加大。因此为了实现单圈引出，要求束流的径向尺寸要小，使得最后一圈和其他全束团在径向上的重叠程度降低，这就要求束流在加速过程中的积累的能散要小，即束流初始的纵向相宽要小，一般要在10°以内。在超导回旋加速器的中心区出口，束团的纵向相宽比较大，一般在20°以上。为此，需要采取措施减小相宽。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的缺陷，本实用新型提供一种控制超导回旋加速器束流相宽的装置及超导回旋加速器，能够在低能区刮掉一些远离中心粒子的边缘粒子，从而减小束流相宽，提高束流引出效率，降低在引出区高能粒子损失带来的辐射剂量和部件活化。

为达到以上目的，本实用新型采用的技术方案是：提供一种控制超导回旋加速器束流相宽的装置，该设置在超导回旋加速器中心低能区的磁极上，其包括支撑杆及穿设在支撑杆内的内杆，内杆的头部并排设置两根准直柱，两个准直柱之间形成一定宽度的狭缝，当束团的径向尺寸大于该狭缝的宽度时，部分粒子打到两根准直柱上损失掉，实现束流相宽的控制。

进一步，所述支撑杆为偏心中空的柱形结构，可转动的设置在磁极上。

进一步，所述内杆为实心柱形结构，可上下移动的设置在支撑杆内。

进一步，所述内杆内部安装水冷回路，用于间接冷却两个准直柱。

进一步，所述支撑杆通过电机驱动实现转动，所述内杆通过压缩空气气动驱动实现上下移动。

进一步，两个准直柱的一端固定在内杆的头部，另一端固定在一个托盘上，准支柱和托盘随着内杆上下移动。

进一步，所述支撑杆与内杆均选用非导磁材料；准直柱选用耐辐射、耐高温材料。

进一步，包括两个束流相宽的装置，设置在相邻两个磁极的相同半径上。

本实用新型的有益技术效果在于：本实用新型通过在超导回旋加速器 中心区安装控制束流相宽的装置，能够在中心低能区刮掉一些远离中心粒子的边缘粒子，从而减小束流相宽，提高束流引出效率，降低在引出区高能粒子损失带来的辐射剂量和部件活化；结构简单，操作方便。

附图说明

图1是本实用新型控制超导回旋加速器束流相宽的装置的轴向剖视图；

图2是本实用新型控制超导回旋加速器束流相宽的装置的径向剖视图；

图3是本实用新型控制超导回旋加速器束流相宽的装置的安装位置图。

图中：

1、2-准直器 3-托盘 4-内杆 5-支撑杆 6、7-控制束流相宽的装置 8-磁极 9-芯柱

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的描述。

如图1、2所示，是本实用新型提供的控制超导回旋加速器束流相宽的装置，该设置在超导回旋加速器中心低能区的磁极8上，其包括支撑杆5及穿设在支撑杆5内的内杆4，内杆4的头部并排设置两根准直柱1、2，两个准直柱1、2之间形成一定宽度的狭缝，当束团的径向尺寸大于该狭缝的宽度时，部分粒子打到两根准直柱上损失掉，从而控制束流相宽，避免在引出区高能粒子损失带来的辐射剂量和部件活化。

支撑杆5为偏心中空的柱形结构，可转动的设置在磁极8上，通过电机驱动实现转动，从而粗调准直柱1、2之间狭缝的位置和方向。支撑杆5可选用非导磁材料，减少磁极的损耗。

内杆4为实心柱形结构，可上下移动的设置在支撑杆5内。内杆4通过压缩空气气动驱动实现其上下移动，同时可通过电机驱动实现旋转，从而微调准直柱1、2之间狭缝的位置和方向。内杆4也选用非导磁材料，减少磁极的损耗。内杆4内部安装水冷回路，用于间接冷却两个准直柱1、2，保证两个准直柱的正常温度，避免长期在高温下工作，减少寿命。

两个准直柱1、2的头部共设一个托盘3，用于固定两个准直柱1、2，两个准直柱和托盘3能够随着内杆上下移动。

如图3所示，本实用新型可在超导回旋加速器中心低能区放置两个控制束流相宽的装置6、7，且两个控制束流相宽的装置6、7分别放置在相邻磁极8的对称线上的相同半径处，本实用新型同时安装两个束流相宽的装置，可以更有效、更灵活地控制束流相宽。

本实用新型是这样实现的，在相邻的两个磁极8上各钻一个孔，用来放置支撑杆5，支撑杆5可以围绕其轴心旋转。支撑杆5内孔安装一个内杆4，内杆4可以上下移动。内杆4头部并排放置两根由耐辐射、耐高温材料制成的圆柱形的准直柱1和2，两个准直柱1和2的头部设置一托盘3。由此，支撑杆5就可以实现准直柱1、2在加速器的径向和方位角方向的位置移动，狭缝的有效宽度也随之变化，从而改变该准直器的径向接受度，阻拦那些在径向上远离设计轨道的粒子。支撑杆5通过电机驱动进行旋转，内杆4通过压缩空气气动驱动相位准直装置进行升降，实现灵活应用的目的。需要大束流流强时，将控制束流相宽的装置的准直柱移离中心平面，实现多圈引出；而需要提高引出效率实现单圈引出时，则将控制束流相宽的装置的准直柱移到中心平面。由此，本实用新型的控制束流相宽的装置，结构简单，使用灵活。

下面以一台引出质子能量为230兆电子伏超导质子回旋加速器为例，对具体实施方式作进一步描述。该加速器有四个螺旋形磁极8，在磁极8靠近芯柱9的位置打一个通孔，安装两个控制束流相宽的装置6、7。在需 要单圈引出时，利用气动驱动将从中心区区域引出的粒子束团经过两次准直后可将束流相宽控制在8°范围内，减小束团径向尺寸，降低在高能区束流在引出元件上的损失，从而降低引出束流损失和加速器活化。

本实用新型可精确控制束流相宽，减小引出束流损失，对建造质子治疗用的230MeV超导回旋加速器具有重要价值。

本实用新型的控制超导回旋加速器束流相宽的装置并不限于上述具体实施方式，本领域技术人员根据本实用新型的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本实用新型的技术创新范围。