一种回旋加速器剥离靶驱动装置的制作方法

本发明涉及医用回旋加速器技术领域，更具体地，涉及一种回旋加速器剥离靶驱动装置。

背景技术：

正电子发射断层显像(positronemissiontomography/computedtomography，pet/ct)作为一种对于肿瘤的早发现、早治疗有着极大优势的新型医疗设备不断被国内各大医院引进，应用于临床诊断和分子影像学研究。短寿命放射性核素¹¹c、¹³n、¹⁵o、¹⁸f是pet检测中使用的药物，这些放射性核素绝大部分是由专门用于生产同位素的小型医用回旋加速器生产的。医用回旋加速器结构紧凑、生产效率高、性能稳定及易于使用和维护，在成套pet检测设备中应用十分广泛。负氢束流采用剥离电子方式引出，具有效率高、结构简单、成本低的特点。对于不同类型的同位素，需要在不同的靶位进行生产，对束流进行引出时需要分别将束流引出到不同的靶位上，因此需要剥离薄膜处于不同的引出位置上。为了提高不同生产靶位的束流切换效率，需要对剥离薄膜的位置和姿态进行可在线调整。同时，为了诊断引出束流的品质，需要对引出束流流强大小进行监测。

图1所示为现有采用剥离引出方式的pet回旋加速器设备，如图1所示，包括：剥离膜支架20、磁极10以及剥离薄膜30。磁极10用于约束粒子束的运行轨道。剥离膜支架20伸入磁极10区域，其旋转中心位于磁极10表面，需在磁极10上开孔进行固定，以使剥离薄膜可以围绕磁极运动。

但是，采用图1所示的回旋加速器设备，位于磁极区域的剥离膜支架20及其轴承部件材料均要求不导磁且受到粒子轰击时不易活化，对材料的要求很高。另外，在磁极10表面开孔会引起局部磁场畸变。

综上，现有回旋加速器设备剥离膜支架的一端固定在磁极上，对磁极产生的磁场造成了破坏，且对剥离膜支架及其轴承部件材料的要求较高。

技术实现要素：

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于解决剥离靶驱动装置影响粒子加速区域磁场、剥离膜支架及其轴承部件材料特殊性技术问题。

需要说明的是，本发明以下实施例以碳膜作为剥离薄膜为例，进行说明。本发明实施例还可选用其他材料作为剥离薄膜。

为实现上述目的，本发明提供了一种回旋加速器剥离靶驱动装置，该装置包括：双通道碳膜结构和弧形导轨；弧形导轨设置在回旋加速器的磁极的周围，用于使双通道碳膜结构在其上进行滑动；双通道碳膜结构包括剥离薄膜单元，所述剥离薄膜单元用于对所述回旋加速器的粒子源产生的负氢离子剥离电子形成质子。

本发明实施例提供回旋加速器剥离靶驱动装置，可以根据束流实际位置和束流靶位要求，实时在弧形导轨上调节剥离薄膜至相应的束流轨道和方位，无需再将剥离膜支架的一端固定在磁极上，避免了对磁极的破坏，同时无需特殊材料制备剥离膜支架及其轴承部件。

在一个可选的实施例中，剥离薄膜单元包括第一碳膜和第二碳膜，第一碳膜和第二碳膜的位置相错；回旋加速器剥离靶驱动装置还包括：楔形滑道；楔形滑道固定在弧形导轨上，用于切换第一碳膜和第二碳膜的位置。

具体地，通过两个可以切换相互位置的碳膜，降低了对真空室的破坏频率，节约了时间和成本。

在一个可选的实施例中，双通道碳膜结构还包括：碳膜座滑轨单元、碳膜座、滚轮单元以及位置探针单元；碳膜座用于承载碳膜座滑轨单元；碳膜座滑轨单元贯穿碳膜座，顶端固定第一碳膜和第二碳膜；滚轮单元固定在碳膜座滑轨单元上，用于当双通道碳膜结构在弧形导轨上滑动至楔形滑道的位置时，滚轮单元在楔形滑道的作用下切换第一碳膜和第二碳膜的位置；位置探针单元固定在碳膜座的上方，与碳膜座滑轨单元接触以检测第一碳膜和第二碳膜的位置。

具体地，通过双通道碳膜结构与楔形滑轨作用，完成碳膜的位置切换，有效降低了碳膜的拆卸更换频率。

在一个可选的实施例中，该装置还包括：剥离靶座、定力发条、绕线轮组、v型滚轮组；双通道碳膜结构固定在剥离靶座上，剥离靶座底部固定v型滚轮组，剥离靶座通过v型滚轮组在弧形导轨上进行滑动，定力发条和绕线轮组分别固定在弧形导轨上，定力发条和绕线轮组分别与剥离靶座的两端连接；通过控制绕线轮组旋转以带动剥离靶座在弧形导轨上滑动，以控制双通道碳膜结构在弧形导轨上滑动。

在一个可选的实施例中，该装置还包括：剥离靶驱动结构，剥离靶驱动结构用于驱动剥离靶座在弧形导轨上滑动。磁极、粒子源、双通道碳膜结构、弧形导轨、楔形滑道、剥离靶座、定力发条、绕线轮组以及v型滚轮组设置在真空室内；剥离靶驱动结构设置在真空室外。

具体地，可通过设置在真空室外的剥离靶驱动结构驱动真空室内的剥离靶座在弧形导轨上滑动，以带动固定在剥离靶座上的双通道碳膜结构滑动到相应位置，使得粒子源产生的负氢离子被加速至两个碳膜中的一个碳膜时，在碳膜处负氢离子被剥离电子形成质子，在磁极的作用下偏转至相应的靶，完成对粒子束的回旋加速和剥离。

在一个可选的实施例中，剥离靶驱动结构包括：磁流体密封结构、绕线轮、电机、联轴器。电机通过联轴器与磁流体密封结构进行连接，绕线轮与磁流体密封结构的转轴连接，绕线轮用于缠绕钢丝绳，绕线轮组用于控制钢丝绳的行进方向，以驱动剥离靶座在弧形导轨上滑动，磁流体密封结构用于在不破坏真空的情况下，将真空室外电机的动力传递至真空室内的绕线轮，绕线轮驱动钢丝绳，在绕线轮组的配合下驱动剥离靶座在弧形导轨上滑动。

具体地，通过磁流体密封结构可以有效保护真空室的真空环境，同时将真空室外的电机动力传递至真空室内，驱动剥离靶座在弧形导轨上滑动。

在一个可选的实施例中，预设剥离靶座朝电机运动的方向为正方向，远离电机运动的方向为反方向；定力发条固定在剥离靶座的反方向，绕线轮组固定在剥离靶座的正方向；电机正转时，通过联轴器驱动磁流体密封结构的转轴，带动绕线轮正向旋转，进而驱动钢丝绳沿预设正方向行进，通过绕线轮组驱动剥离靶座在弧形导轨上正向滑动，同时拉动定力发条。

在一个可选的实施例中，电机反转时，通过联轴器驱动磁流体密封结构转轴，带动绕线轮反向旋转，进而释放绕线轮上的钢丝绳，此时，在定力发条的驱动下，剥离靶座在弧形导轨上反向滑动。

在一个可选的实施例中，楔形滑道包括上楔形结构和下楔形结构，上楔形结构和下楔形结构在空间上交错布置。

在一个可选的实施例中，碳膜座滑轨单元包括第一碳膜座滑轨和第一碳膜座滑轨；滚轮单元包括第一滚轮和第二滚轮；第一碳膜和第一滚轮固定在第一碳膜座滑轨上，第二碳膜和第二滚轮固定在第二碳膜座滑轨上。初始状态下，第一碳膜处在工作位置，第二碳膜处于待工作位置，当第一碳膜失效后，电机正转，驱动剥离靶座在弧形导轨上正向滑动，到达楔形滑道所在位置，第一滚轮在上楔形的作用下驱动第一碳膜座滑轨运动，带动第一碳膜运动至其相应的待工作位置，同时，第二滚轮在下楔形的作用下驱动第一碳膜座滑轨运动，带动第二碳膜运动至其相应的工作位置，完成第一碳膜和第二碳膜的位置切换。在两个碳膜的位置切换后，电机反转，在定力发条的驱动下，剥离靶座滑动到正常工作位置。

在一个可选的实施例中，该装置还包括：至少两个靶，当粒子源产生的负氢离子被加速至两个碳膜中的一个碳膜时，在碳膜处负氢离子被剥离电子形成质子，在磁极的作用下偏转至相应的靶。

具体地，由于将双通道碳膜结构通过剥离靶座可在弧形导轨上滑动到不同位置，即碳膜的位置可以通过弧形导轨很好的调控，碳膜的位置与靶的位置是对应的，则可设置多个靶位，更好的发挥弧形导轨的调控功能，通过不同靶位生产出不同类型的同位素。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

(1)本发明实施例提供回旋加速器剥离靶驱动装置，可以根据束流实际位置和束流靶位要求，实时在弧形导轨上调节剥离薄膜至相应的束流轨道和方位，无需再将剥离膜支架的一端固定在磁极上，避免了对磁极的破坏，同时无需特殊材料制备剥离膜支架及其轴承部件。

(2)本发明实施例提供回旋加速器剥离靶驱动装置，通过磁流体密封结构可以有效保护真空室的真空环境，同时将真空室外的电机动力传递至真空室内，驱动剥离靶座在弧形导轨上滑动。

(3)本发明实施例提供回旋加速器剥离靶驱动装置，通过在真空室外的剥离靶驱动结构程开关，对回旋加速器剥离靶驱动装置进行保护，防止剥离靶座超过弧形导轨的行程范围。

(4)本发明实施例设计的回旋加速器剥离靶驱动装置，将剥离靶驱动结构设置在磁轭侧的空隙，结构比较紧凑。

附图说明

图1为现有回旋加速器剥离靶驱动装置局部结构示意图；

图2为本发明实施例提供的回旋加速器剥离靶驱动装置全局结构示意图；

图3为本发明实施例提供的回旋加速器剥离靶驱动装置的一种局部结构示意图；

图4为本发明实施例提供的回旋加速器剥离靶驱动装置的另一种局部结构示意图；

图5为本发明实施例提供的双通道碳膜结构示意图；

图6为本发明实施例提供的剥离靶驱动结构示意图；

图7为本发明实施例提供的楔形滑道与碳膜座滑轨结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图2为本发明实施例提供的回旋加速器剥离靶驱动装置全局结构示意图；如图2所示，包括：双通道碳膜结构100、弧形导轨200、楔形滑道300；剥离靶座400、定力发条500、绕线轮组600、v型滚轮组700、剥离靶驱动结构800、至少两个靶900、磁极1000、粒子源1100以及磁轭1200。

弧形导轨200设置在回旋加速器的磁极的周围，用于使双通道碳膜结构100在其上进行滑动；双通道碳膜结构100包括剥离薄膜单元101，剥离薄膜单元101用于对所述回旋加速器的粒子源产生的负氢离子剥离电子形成质子。

在一个示例中，剥离薄膜单元101包括第一碳膜111和第二碳膜121，第一碳膜111和第二碳膜121的位置相错；回旋加速器剥离靶驱动装置还包括：楔形滑道300；楔形滑道300固定在弧形导轨200上，用于切换第一碳膜111和第二碳膜121的位置。

在一个示例中，双通道碳膜结构100固定在剥离靶座400上，剥离靶座400的底部固定v型滚轮组700，剥离靶座400通过v型滚轮组700在弧形导轨200上进行滑动，定力发条500和绕线轮组600分别固定在弧形导轨200上，定力发条500和绕线轮组600分别与剥离靶座400的两端连接；通过控制绕线轮组600旋转以驱动剥离靶座400在弧形导轨200上滑动，以控制双通道碳膜结构100在弧形导轨200上滑动。

具体地，磁轭1200和磁极1000组成的磁铁系统产生磁场，以约束粒子束的运行轨道。

具体地，剥离靶驱动结构800用于驱动剥离靶座400在弧形导轨200上滑动。

具体地，由于将双通道碳膜结构通过剥离靶座可在弧形导轨上滑动到不同位置，即碳膜的位置可以通过弧形导轨很好的调控，碳膜的位置与靶的位置是对应的，则可设置多个靶位，更好的发挥弧形导轨的调控功能，通过不同靶位生产出不同类型的同位素。

具体地，磁极1000、粒子源1100、双通道碳膜结构100、弧形导轨200、楔形滑道300、剥离靶座400、定力发条500、绕线轮组600、v型滚轮组700、磁极1000以及粒子源1100设置在真空室内；磁轭1200、剥离靶驱动结构800、至少两个靶900设置在真空室外。

具体地，弧形导轨200的曲率半径和曲率中心符合多靶位引出所需的剥离引出点要求。由于导轨系统距离束流引出轨道较近，导轨系统材料均为耐辐射的无磁材料。

具体地，当粒子源产生的负氢离子被加速至剥离薄膜单元101中的一个碳膜时，在碳膜处负氢离子被剥离电子形成质子，在磁极的作用下偏转至相应的靶900。

本发明实施例通过弧形导轨可以使得双通道碳膜结构可以在弧形导轨上滑动，避免了现有技术需要对磁极打孔通过剥离膜支架固定碳膜结构，以减少对磁极的破坏，同时避免了剥离膜支架对粒子加速区域磁场的影响。通过双通道碳膜结构可以降低对碳膜更换的频率，例如在真空环境下对粒子加速时，通过双通道碳膜结构可以降低破坏真空的频率，节约成本和时间。

另外，如图2所示，剥离靶驱动结构800设置在磁轭1200侧的空隙，整个回旋加速器剥离靶驱动装置的结构设计比较紧凑，充分利用了磁轭侧的空隙，大大节约了设计空间。

图3为本发明实施例提供的回旋加速器剥离靶驱动装置的一种局部结构示意图；具体各部件的功能，参照图2中的介绍，在此不做赘述。

图4为本发明实施例提供的回旋加速器剥离靶驱动装置的另一种局部结构示意图；如图4所示，双通道碳膜结构100还包括：碳膜座滑轨单元102、碳膜座103、滚轮单元104以及位置探针单元105。

碳膜座103用于承载碳膜座滑轨单元102；碳膜座滑轨单元102贯穿碳膜座103，顶端固定第一碳膜111和第二碳膜121；滚轮单元104固定在碳膜座滑轨单元102上，用于当双通道碳膜结构100在弧形导轨200上滑动至楔形滑道300的位置时，滚轮单元104在楔形滑道300的作用下切换第一碳膜111和第二碳膜121的位置；位置探针单元105固定在碳膜座103的上方，与碳膜座滑轨单元102接触以检测第一碳膜111和第二碳膜121的位置。

楔形滑道300包括上楔形301结构和下楔形结构302，上楔形301结构和下楔形结构302在空间上交错布置。

当双通道碳膜结构100在弧形导轨200上滑动至楔形滑道300的位置时，滚轮单元104在楔形滑道300的作用下切换第一碳膜111和第二碳膜121的位置，具体可参照图7所示。

图5为本发明实施例提供的双通道碳膜结构示意图；如图5所示，剥离薄膜单元101可分为第一碳膜111和第二碳膜121。第一碳膜111和第二碳膜121位置相错，其中，可设距离粒子源位置相对较进的位置为工作位置，距离粒子源位置相对较远的位置为待工作位置。例如图5中，第一碳膜111处在工作位置，第二碳膜121处于待工作位置。也可将第二碳膜121理解为备用碳膜。本发明实施例以两个碳膜为例进行说明，也可根据实际需要设计多个备用碳膜和多个备用碳膜的切换方案，以充分利用真空室环境，降低对真空室的破坏频率，提高实验效率，节约成本。

碳膜座滑轨单元102可分为第一碳膜座滑轨112和第一碳膜座滑轨122。滚轮单元104可分为第一滚轮114和第二滚轮124。第一碳膜111和第一滚轮114固定在第一碳膜座滑轨112上，第二碳膜121和第二滚轮124固定在第二碳膜座滑轨122上。

图6为本发明实施例提供的剥离靶驱动结构示意图；如图6所示，剥离靶驱动结构800包括：磁流体密封结构801、绕线轮802、电机803、联轴器804以及行程开关805。

电机803通过联轴器804与磁流体密封结构801进行连接，绕线轮802与磁流体密封结构801的转轴连接，绕线轮802用于缠绕钢丝绳，绕线轮组600用于控制钢丝绳的行进方向。

需要说明的是，剥离靶驱动结构800的绕线轮802部分位于真空室内，其他部分均位于真空室之外。

磁流体密封结构801用于在不破坏真空的情况下，将真空室外电机803的动力传递至真空室内的绕线轮802，绕线轮802驱动钢丝绳，在绕线轮组600配合下驱动剥离靶座400在弧形导轨200上滑动。在一个示例中，预设剥离靶座400朝电机803运动的方向为正方向，远离电机803运动的方向为反方向；定力发条500固定在剥离靶座400的反方向，绕线轮组600固定在剥离靶座400的反方向。

在一个示例中，电机803正转时，通过联轴器804驱动磁流体密封结构801的转轴，带动绕线轮802正向旋转，进而驱动钢丝绳沿预设正方向行进，通过绕线轮组600驱动剥离靶座400在弧形导轨200上正向滑动，同时拉动定力发条500。

在一个示例中，电机803反转时，通过联轴器804驱动磁流体密封结构801的转轴，带动绕线轮802反向旋转，进而释放绕线轮802上的钢丝绳，此时，在定力发条500的驱动下，剥离靶座400在弧形导轨200上反向滑动。

在一个示例中，行程开关805，用于对回旋加速器剥离靶驱动装置进行保护，防止剥离靶座超过弧形导轨的行程范围，当超出行程范围时触动行程开关，触发回旋加速器剥离靶驱动装置的连锁保护。

此外，剥离靶驱动结构还可包括其他结构，以记录或获取剥离薄膜或双通道碳膜结构的实际位置，以便研究人员准确获知剥离薄膜或双通道碳膜结构的实际位置，并根据实际需要进行调节。

图7为本发明实施例提供的楔形滑道与碳膜座滑轨结构示意图。如图7所示，在一个示例中，初始状态下，第一碳膜111处在工作位置，第二碳膜121处于待工作位置，当第一碳膜111失效后，电机803正转，驱动剥离靶座400在弧形导轨200上正向滑动，到达楔形滑道300所在位置，第一滚轮114在上楔形301的作用下驱动第一碳膜座滑轨112运动，带动第一碳膜111运动至其相应的待工作位置。同时，第二滚轮124在下楔形302的作用下驱动第一碳膜座滑轨122运动，带动第二碳膜121运动至其相应的工作位置，完成第一碳膜111和第二碳膜121的位置切换。在第一碳膜111和第二碳膜121的位置切换后，电机803反转，在定力发条500的驱动下，剥离靶座400滑动到正常工作位置。

本发明实施例提供的回旋加速器剥离靶驱动装置，在回旋加速器束流动力学计算基础上，提出了基于可变位置剥离靶的多靶位引出方案和装置，利用真空室外的微型电机驱动安装于真空室内的剥离靶，剥离靶在弧形导轨系统上，按照预定的曲率半径和曲率中心运动，使得剥离薄膜分别处于不同的束流引出轨道位置上，顺利将加速到预定能量的束流偏转至引出轨道。根据不同的束流靶位要求，剥离靶驱动装置在线切换引出通道。对于易损耗的剥离薄膜，一次安装两块，当一块损耗完后，通过剥离靶驱动结构在线切换至另一块薄膜。这样延长了更换损耗件的时间，提高了回旋加速器的运行效率，降低了运行和维护成本。

本领域的技术人员容易理解，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。