其它气体的混合物。例如，该混合物可以包含氢和一种或多种惰性气体，例如氦、氖、氩、氪、氙和/或氡(虽然混合物并不限于与惰性气体一起使用)。在一些实施方式中，混合物可以是氢和氦的混合物。例如，混合物可以包含约75%或更多的氢和约25%或更少的氦(包括可能的微量气体)。在另一示例中，混合物可以包含约90 %或更多的氢和约10 %或更少的氦(包括可能的微量气体)。在示例中，氢/氦混合物可以是以下任何一种:>95%/〈5%、>90%/〈10%、>85% /<15%, >80% /<20%, >75% /〈20%等。
[0079]在粒子源中使用惰性(或其他)气体与氢的组合的可能的优点可以包括:增加的束强度、增加的阴极寿命、以及增加的束输出的一致性。
[0080]在该示例中，放电电子电离通过小孔从管194排出的气体，以创建正离子(质子)的供给，用于由跨越由磁体结构所包围的空间的一半的一个半圆形(D形状的)射频板100和一个虚拟D形板102加速。在中断粒子源(该示例描述在美国专利申请序列号11/948662中)的情况下，含有等离子体的管的全部(或大致一部分)在加速区域移除，从而允许离子在相对高的磁场中得到更迅速地加速。
[0081]如图10所示，D形板100是具有包围空间107的两个半圆形表面103、105的空心金属结构，其中质子在围绕由磁体结构所包围的空间的旋转的一半过程中得到加速。打开到空间107中的导管109延伸穿过轭至外部位置，真空泵111可从该外部位置连接来抽空空间107以及其中发生加速的真空室119内的其余空间。虚拟D形件102包括在D形板的曝露边附近间隔开的矩形金属环。将虚拟D形件接地至真空室和磁轭。通过在射频传输线的端部施加的射频信号驱动D形板100，以在空间107中赋予电场。随着加速的粒子束距几何中心的距离增加，射频电场适时地变化。可以以在标题为“Matching A ResonantFrequency Of A Resonant Cavity To A Frequency Of An Input Voltage”的美国专利申请序列号11/948359号中所述的方式控制射频电场，其内容通过引用并入本文。
[0082]对于产生自位于中央的粒子源以在其开始向外螺旋形上升时清除粒子源结构的束来说，在整个射频板上需要大的电压差。在整个射频板上施加20000伏特。在某些版本中，可以在整个射频板上施加从8000至20000伏特。为了减少驱动该大电压所需的电力，磁体结构布置成减少射频板与接地之间的电容。这是通过穿过外轭和低温恒温器壳体形成具有与射频结构存在足够间隙的孔以及在磁体极面之间产生足够空间来完成的。
[0083]驱动D形板的高压交流电位具有在加速循环期间向下扫掠来考虑质子的增加的相对质量以及减小的磁场的频率。虚拟D形件不需要空心半圆柱形结构，因为其连同真空室壁一起处于接地电位。还可以使用其它板布置，比如以不同电相位或多倍基频驱动的一对以上的加速电极。可以调谐RF结构，以在所需频率扫掠期间例如通过使用具有互相啮合的旋转及固定叶片的旋转电容器来保持Q很高。在叶片的每个啮合期间，电容增加，因此降低了 RF结构的谐振频率。叶片可以成形为创建所需的精确频率扫掠。用于旋转冷凝器的驱动电机可以被相位锁定到RF发生器，用于进行精确控制。一个粒子集束在旋转冷凝器的叶片的每个啮合期间得以加速。
[0084]其中发生加速的真空室119是中心较薄、边沿较厚的大体圆柱形容器。真空室包围RF板和粒子源，并且由真空泵111抽空。维持高真空确保加速离子不丧失与气体分子的碰撞，并且使得RF电压能够保持在较高的水平，而不产生电弧接地。
[0085]质子穿越在粒子源处开始的大体螺旋形轨道路径。在螺旋形路径的每个回路的一半中，质子随着它们穿过空间107中的RF电场而获得能量。随着离子获得能量，其螺旋形路径的每个连续回路的中心轨道的半径大于先前回路，直至回路半径达到极面的最大半径。在该位置，磁场及电场扰动将离子引导到其中磁场快速减小的区域中，且离子离开高磁场的区域并被引导穿过抽空的管38 (在本文中称为提取通道)，以退出回旋加速器的轭。可以使用磁再生器来改变磁场扰动以引导离子。退出回旋加速器的离子将会随着它们进入存在于围绕回旋加速器的室中的显著减小的磁场的区域而趋于分散。提取通道38中的束成形元件107、109重新引导离子，使得它们停留在有限空间范围的直束中。
[0086]极隙内的磁场需要具有特定性能来将束随着加速而维持在抽空的室内。下面所示的磁场指数n，
[0087]η = - (r/B) dB/dr,
[0088]应保持为正，以维持此“弱”聚焦。这里的r是束的半径，B是磁场。另外，在某些实施方式中，场指数需要维持在0.2以下，因为在该值，束的径向振荡和垂直振荡的周期性以V r = 2 V z谐振。电子感应加速器频率由vr= (1-η) 1/2和ν ζ= η 1/2限定。铁磁极面设计成将由线圈产生的磁场成形为使得场指数η维持为正，并且在与给定磁场中的250MeV束一致的最小直径中小于0.2。
[0089]随着束退出提取通道，其穿过束形成系统125 (图5)，该系统可被编程地控制以创建用于束的散射角度和范围调制的所期望的组合。可以将束形成系统125与内台架601 (图14)相结合，以将束引导至患者。
[0090]在操作期间，由于沿着板的表面的导电电阻，板从所施加的射频场吸收能量。该能量表现为热量，并且通过使用将热量释放在热交换器113(图3)中的水冷却管路108而从板移除。
[0091]从回旋加速器退出的杂散磁场受到药盒磁轭(其还用作屏蔽)和单独磁屏蔽114限制。单独磁屏蔽包括包围药盒轭的一层117铁磁材料(例如，钢或铁)，由空间116分离。包括轭、空间以及屏蔽的夹层结构的这种配置以较低重量为给定的泄漏磁场实现足够的屏蔽。
[0092]如所提及，台架允许同步回旋加速器围绕水平旋转轴线532旋转。桁架结构516具有两个大体平行的跨件580、582。同步回旋加速器架在跨件之间约支腿之间的中途。通过使用安装在与桁架相对的支腿的端部上的配重122、124来平衡台架，用于绕轴承旋转。
[0093]通过安装至台架支腿中的一个或二者并且由驱动齿轮而连接至轴承壳体的电动机来驱动台架旋转。台架的旋转位置源自于由并入到台架驱动电机及驱动齿轮中的轴角编码器提供的信号。
[0094]在离子束退出回旋加速器的位置，束形成系统125作用于离子束上，以给予其适于患者治疗的性能。例如，束可以得到扩散，其穿透深度可以变化，以在给定的目标体积上提供均匀的辐射。束形成系统可以包括被动散射元件以及主动扫描元件。
[0095]可以通过适当的末示出的同步回旋加速器控制电子器件(例如其可包括采用适当程序来进行编程以实现控制的一个或多个计算机)来控制同步回旋加速器的所有主动系统(例如，电流驱动的超导线圈、RF驱动的板、用于真空加速室及用于超导线圈冷却室的真空泵、电流驱动的粒子源、氢气源以及RF板冷却器)。
[0096]通过适当的治疗控制电子器件(未示出)来实现控制台架、患者支撑、主动束成形元件以及同步回旋加速器以执行疗程。
[0097]如图1、11和12所示，台架轴承由回旋加速器穴室524的壁支撑。台架使得回旋加速器能够摆动通过包括在患者上方、侧面以及下方的位置的180度(或更多)的范围520。穴室足够高以在台架运动的顶部及底部极限处给台架空隙。由壁148、150作为侧面的曲径146为治疗师和患者提供进入及退出路线。因为至少一个壁152不直接从回旋加速器与质子束并排，所以其可制得相对薄，并且仍执行其屏蔽功能。可能需更注重屏蔽的该室的其它三个侧壁154、156、150/148可能掩埋在土山(未示出)内。壁154、156以及158的所需厚度可能得到减小，因为陆地本身可以提供某些所需的屏蔽。
[0098]参照图12和13，出于安全和美学的原因，治疗室160可构造于穴室内。以给摇摆的台架空隙并且还尽量增大治疗室的地板空间164的范围的方式，将治疗室从容纳室的壁154,156,150以及底座162悬伸到台架支腿之间的空间中。可以在抬高的地板下方的空间中完成加速器的定期检修。当加速器旋转到台架上的向下位置时，可以在与治疗区域分离的空间中完全接近加速器。电源、冷却设备、真空泵及其它支撑设备可以在此分离的空间中位于抬尚的地板之下。在治疗室内，可以以允许支撑被抬尚和降低并且允许患者旋转和移动至各个位置及定向的各种方式来安装患者支撑170。
[0099]在图14的系统602中，本文所述类型的产生束的粒子加速器(在此情况下为同步回旋加速器604)安装在旋转台架605上。旋转台架605是本文所述的类型，并且可围绕患者支撑606成角度地旋转。该特征使得同步回旋加速器604能够从各个角度将粒子束直接提供给患者。例如，如在图14中，如果同步回旋加速器604在患者支撑606上方，则可以向下引导粒子束朝向患者。可替代地，如果同步回旋加速器604在患者支撑606下方，则可以向上引导粒子束朝向患者。在不需要中间束定路线机构的意义上将粒子束直接施加至患者。在此上下文中，定路线机构与成形或定大小机构的不同之处在于成形或定大小机构不会重新确定束路线，而是定大小和/或成形束，同时维持束的相同大体轨迹。
[0100]关于前述系统的示例性实施方式的其它细节可参见2006年11月16日提交的标题为“Charged Particle Radiat1n Therapy” 的美国专利第 7728311 号以及 2008 年 11月20日提交的标题为“Inner Gantry”的美国专利申请序列号12/275103。美国专利第7728311号和美国专利申请序列号12/275103的内容在此通过引用并入本文。在一些实施方式中，同步回旋加速器可以是可变能量的装置，比如在2013年6月12日提交的美国专利申请序列号13/916401中所述，其内容通过引用并入本文。
[0101]示例性实施方式
[0102]如上文所解释，超导磁体的超导线圈通常冷却至低温来实现其超导性能。在某些实施方式中，通过将线圈组件(超导线圈和保持线圈的结构)包围在抽空的环形铝或不锈钢低温恒温室内来将超导线圈维持在接近绝对零度(例如约4°开尔文(K))的温度，该低温恒温室提供围绕线圈结构的自由空间，除了在一组有限支撑点之外。
[0103]图15示出了可用于粒子加速器700的超导磁体700的一部分的剖面图。图16示出了同一超导磁体的透视图。超导磁体700包括结构化半体701、702 (称为“线圈架”)，所述半体包括将预卷绕的超导线圈放置到其中的线圈室704、705。
[0104]包括线圈架和超导线圈的组件是称为“冷物块”的结构的一部分，因为该组件的至少一部分在操作期间维持在例如低超导温度。在示例性实施方式中，冷物块是支撑在结构性不锈钢线圈架中的分裂超导螺线管线圈对。冷却转塔用来将超导线圈维持在适当温度。在某些实施方式中，冷却转塔包括低温冷却器冷凝器组件(如上文所述)、电流引线以及二极管组组件。冷物块是低温恒温器的一部分，所述转塔被组装至其上来形成超导磁体。可以通过支撑条带将冷物块悬于轭内。
[0105]在图15和16的示例性实施方式中，冷却室707、708沿着每个相应线圈架701、702的外部圆周。可以将冷却室707、708机械加工到相应线圈架的结构中，并且经由不锈钢板710、711(仅在图15中示出用于线圈架702)被包围(例如，制成为液体密封的)。通常，不锈钢是不良热导体，尽管其可以传导某些热。液态氦在某些实施方式中可被用作冷却剂。因此，每个冷却室可以填充有液态氦。然而，还可以使用其它液体和/或气态冷却剂，即使本文所述的实施方式使用的是液态氦。
[0106]在每个线圈架中，线圈室704、705维持预卷绕的超导线圈。在某些实施方式中，超导线圈并非卷绕着