紧凑型强流H2+超导回旋加速器

本发明涉及一种紧凑型强流氢气离子(h2+)超导回旋加速器，属于回旋加速器领域。

背景技术：

1、回旋加速器经过近一个世纪的发展，逐步在科研和应用领域发挥着重要的作用。近十年来国际上有大量的回旋加速器应用于质子放射治疗和医用同位素生产等领域，但是传统的常温回旋加速器系统的设计规模较大，需要占用医院等部门更大的空间资源。伴随着超导磁铁技术的发展，应运而生的紧凑型超导回旋加速器以更低的功率损耗、更小的尺寸和占地面积等优势逐步成为新加速器的设计趋势。

2、目前国际上普遍运行的质子超导回旋加速器虽然降低了加速器尺寸，但受制于束流流强小，只能满足传统放射治疗和较少的医用同位素生产，面对不断发展的核医学领域，对于前沿的质子闪疗和批量化、规模化医用同位素生产方面，仍然存在很大的技术短板。高流强一直是制约回旋加速器发展的最大问题之一，而紧凑型超导加速器在尺寸大幅缩小的情况下会造成空间电荷效应更加明显，增加了实现高流强技术的难度，我们需要满足强流和超导两方面技术在一台回旋加速器上的结合。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明的目的是提供一种紧凑型强流h2+超导回旋加速器，解决目前质子回旋加速器设计规模大、引出流强低等技术短板问题，满足以批量化医用同位素生产与质子闪疗为主要目标的产业化应用需求。

2、为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

3、本发明提供了一种紧凑型强流h2+超导回旋加速器，包括：

4、强流分子束离子源，用于产生含h2+分子束的混合束；

5、紧凑型lebt，所述紧凑型lebt的顶端与所述强流分子束离子源的底端连通，所述紧凑型lebt用于对所述含h2+分子束的混合束进行筛选得到h2+分子束，以及对所述h2+分子束进行聚焦和聚束；

6、rfq加速器，所述rfq加速器的顶端与所述紧凑型lebt的底端连通，用于将所述h2+分子束进行预加速和纵向聚束；

7、超导回旋加速器，所述rfq加速器的底端插入至所述超导回旋加速器并将h2+分子束注入到回旋加速器的中心位置处，所述超导回旋加速器用于对所述h2+分子束进行回旋加速。

8、优选的，所述超导回旋加速器包括磁场装置和高频系统，所述磁场装置用于形成等时性磁场，所述高频系统用于为所述h2+分子束提供加速电压。

9、优选的，所述高频系统包括4个双缝高频腔，4个所述双缝高频腔设置在所述超导回旋加速器的谷区，4个所述双缝高频腔沿着圆周方向均匀间隔布置。

10、优选的，所述还包括剥离膜，所述剥离膜设置在粒子达到引出能量的位置处，用于剥去h2+粒子的一个电子而形成两个质子，获得双倍流强的质子束流。

11、优选的，还包括氦冷凝器和支架，所述氦冷凝器固定安装在所述超导回旋加速器上用于冷却所述超导回旋加速器，所述超导回旋加速器固定安装在所述支架上。

12、优选的，所述含h2+分子束的混合束为10ma级。

13、优选的，rfq加速器用于将所述h2+分子束的能量提高至80kev。

14、优选的，所述rfq加速器为cw型rfq加速器。

15、优选的，所述超导回旋加速器的入口处设有静电反射镜，所述rfq加速器的底端与所述静电反射镜的入口连通，并通过所述静电反射镜将束流水平注入到回旋加速器的入口处。

16、优选的，所述超导回旋加速器的中心位置处还设有刮束器，用于对束流进行主动刮束，控制束流的发射度和包络等参数。

17、本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

18、1)紧凑型强流分子束离子源与紧凑型lebt组合向rfq加速器预注入器提供强流h2+离子束；

19、2)采用紧凑型强流cw(连续波)rfq加速器作为回旋预加速注入器，注入强流h2+离子束，实现束流的预加速并兼顾纵向聚束，提高对回旋加速器强流h2+离子束的耦合效率；

20、3)通过ma级h2+加速，降低空间电荷效应的影响，提高回旋加速器的强流离子束加速能力与束流品质；

21、4)采用引出剥离靶结构，获得双倍流强的质子束。

22、5)产生ma级束流强度，能量在30～250mev的紧凑型强流质子超导回旋加速器，通过采用紧凑型强流分子束离子源、紧凑lebt、cw型(连续波)rfq以及引出剥离靶等结构，不仅解决了目前质子回旋加速器设计规模大、引出流强低等技术短板问题，而且满足了以批量化医用同位素生产与质子闪疗为主要目标的产业化应用需求。

技术特征：

1.一种紧凑型强流h2+超导回旋加速器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的紧凑型强流h2+超导回旋加速器，其特征在于，所述超导回旋加速器包括磁场装置和高频系统，所述磁场装置用于形成等时性磁场，所述高频系统用于为所述h2+分子束提供加速电压。

3.根据权利要求2所述的紧凑型强流h2+超导回旋加速器，其特征在于，所述高频系统包括4个双缝高频腔，4个所述双缝高频腔设置在所述超导回旋加速器的谷区，4个所述双缝高频腔沿着圆周方向均匀间隔布置。

4.根据权利要求1所述的紧凑型强流h2+超导回旋加速器，其特征在于，所述还包括剥离膜，所述剥离膜设置在粒子达到引出能量的位置处，用于剥去h2+粒子的一个电子而形成两个质子，获得双倍流强的质子束流。

5.根据权利要求9所述的紧凑型强流h2+超导回旋加速器，其特征在于，还包括氦冷凝器和支架，所述氦冷凝器固定安装在所述超导回旋加速器上用于冷却所述超导回旋加速器，所述超导回旋加速器固定安装在所述支架上。

6.根据权利要求1所述的紧凑型强流h2+超导回旋加速器，其特征在于，所述含h2+分子束的混合束为10ma级。

7.根据权利要求1所述的紧凑型强流h2+超导回旋加速器，其特征在于，所述rfq加速器为cw型rfq加速器。

8.根据权利要求1所述的紧凑型强流h2+超导回旋加速器，其特征在于，所述超导回旋加速器的入口处设有静电反射镜，所述rfq加速器的底端与所述静电反射镜的入口连通，并通过所述静电反射镜将束流水平注入到回旋加速器的入口处。

9.根据权利要求1所述的紧凑型强流h2+超导回旋加速器，其特征在于，所述超导回旋加速器的中心位置处还设有刮束器，用于对束流进行主动刮束，控制束流的发射度和包络参数。

技术总结
本发明涉及一种紧凑型强流H<subgt;2</subgt;<supgt;+</supgt;超导回旋加速器，包括强流分子束离子源、紧凑型LEBT、RFQ加速器和超导回旋加速器。所述强流分子束离子源用于产生H<subgt;2</subgt;<supgt;+</supgt;分子束。所述强流分子束离子源的底端与所述紧凑型LEBT的顶端连通，所述紧凑型LEBT用于对所述含H<subgt;2</subgt;<supgt;+</supgt;分子束的混合束进行筛选和聚焦。所述RFQ加速器用于将强流H<subgt;2</subgt;<supgt;+</supgt;分子束进行预加速和纵向聚束。所述RFQ加速器的底端插入至所述超导回旋加速器并将H<subgt;2</subgt;<supgt;+</supgt;分子束注入到回旋加速器的中心位置处，所述超导回旋加速器用于对所述H<subgt;2</subgt;<supgt;+</supgt;分子束进行回旋加速。所述超导回旋加速器系统能够产生mA级束流强度，且束流能量在30～250MeV，结构紧凑占地面积小。

技术研发人员：赵红卫,孙良亭,王兵,王贤武,姚庆高,杨尧,窦国梁
受保护的技术使用者：中国科学院近代物理研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13