用于医用质子重离子同步加速器的束流位置探针

作者：杨超月

1.本发明涉及一种用于医用质子重离子同步加速器的束流位置探针，属于医疗设备技术领域。

背景技术：

2.束流诊断系统作为加速器的眼睛是其重要系统之一，通过束流诊断系统对束流参数的测量来监视束流的传输和测定加速器的性能及参数，是实现机器稳定运行和各部分之间匹配的必要手段。其中，束流位置探针是加速器运行、调试必需的测量元件，准确的逐圈位置和闭轨测量，对于加速器的优化、研究具有重要的意义。其中医用质子离子同步加速器要求束流位置探针具有结构紧凑，位置灵敏度高，性能稳定，造价低等特点。目前大部分医用质子重离子同步加速器环的束流位置探针采用矩形斜切式结构，此类结构具有机械复杂，极板间隔离度差，同时需要专门占用同步环空间而不利于同步环进一步减小周长等缺点。

技术实现要素：

3.针对上述技术问题，本发明提供一种用于医用质子重离子同步加速器的束流位置探针，该探针结构紧凑，可集成于二极、四极磁铁或校正磁铁内，极板间的隔离度好，真空度极高，性能稳定，造价低，能广泛应用于面向生命健康的医用质子离子同步加速器。
4.为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
5.一种用于医用质子重离子同步加速器的束流位置探针，包括：
6.束流真空管道，所述束流真空管道的两端装配有法兰；
7.极板支撑参考管组件，包括两极板支撑参考管，所述极板支撑参考管为中空筒状结构；
8.极板组件，包括若干极板，若干所述极板装配于所述极板支撑参考管的内壁上，两所述极板支撑参考管的一端装配于所述法兰上，另一端位于所述束流真空管道的空腔中。
9.所述的束流位置探针，优选地，还包括与所述极板支撑参考管组件相连接的极板隔离环组件，用于将若干所述极板隔开。
10.所述的束流位置探针，优选地，所述极板组件包括水平方向的第一极板和第二极板以及垂直方向的第三极板和第四极板，所述极板隔离环组件包括设置在所述第三极板和第四极板之间的第一极板隔离环和设置在所述第一极板和第二极板之间的第二极板隔离环。
11.所述的束流位置探针，优选地，所述极板支撑参考管组件包括第一极板支撑参考管和第二极板支撑参考管，二者通过极板支撑参考管隔离环隔开。
12.所述的束流位置探针，优选地，所述极板支撑参考管隔离环为u形环状结构，套设在所述第二极板支撑参考管的外部。
13.所述的束流位置探针，优选地，所述第一极板支撑参考管和第二极板支撑参考管
上均匀分布有极板支撑参考管通孔。
14.所述的束流位置探针，优选地，还包括手指弹簧片，所述第一极板支撑参考管通过所述手指弹簧片与所述极板支撑参考管隔离环接触。
15.所述的束流位置探针，优选地，所述束流真空管道上还设置有真空馈通组件，用于将所述极板组件静电感应出的高频信号引出。
16.所述的束流位置探针，优选地，所述极板组件通过绝缘支撑圆柱设置于所述极板支撑参考管的内壁上。
17.所述的束流位置探针，优选地，所述极板的厚度为1.5-2.5mm，所述极板支撑参考管的厚度为1-2mm，所述极板与所述极板支撑参考管的距离设置为15-35mm。
18.本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
19.本发明所提供的束流位置探针，具有结构紧凑，可集成于二极、四极磁铁或校正磁铁内，集成度高，极板间隔离度好从而位置灵敏度高，线性度好，真空度极高，性能稳定，造价低等优点，并能广泛应用于医用质子重离子加速器束流诊断领域中。
附图说明
20.图1为本发明一实施例提供的束流位置探针的三维结构示意图；
21.图2为图1的轴向剖面示意图；
22.图3为束流位置探针(有极板隔离环)的位置灵敏度随着频率变化的关系；
23.图4为束流位置探针(无极板隔离环)的位置灵敏度随着频率变化的关系；
24.图5为束流位置探针实测束流极板感应输出信号与仿真结果；
25.图中各标记如下：
26.1-束流真空管道；2-极板支撑参考管组件，201-第一极板支撑参考管，202-第二极板支撑参考管，203-极板支撑参考管通孔；3-极板组件，301-第一极板，302-第二极板，303-第三极板，304-第四极板；4-极板隔离环组件，401-第一极板隔离环，402-第二极板隔离环；5-绝缘支撑圆柱；6-真空馈通组件；7-法兰；8-手指弹簧片；9-极板支撑参考管隔离环。
具体实施方式
27.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”、“第三”、“第四”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
29.如图1、2所示，本发明所提供的用于医用质子重离子同步加速器的束流位置探针，包括束流真空管道1、极板支撑参考管组件2、极板组件3、极板隔离环组件4、绝缘支撑圆柱
5、真空馈通组件6、法兰7、手指弹簧片8和极板支撑参考管隔离环9。其中，极板组件3通过绝缘支撑圆柱5固定设置在极板支撑参考管组件2的内壁上，并通过与极板支撑参考管组件2相连的极板隔离环组件4隔开；装有极板组件3的极板支撑参考管组件2分别从束流真空管道1的两端塞入并分别固定在位于束流真空管道1两端的法兰7上。
30.极板支撑参考管组件2包括水平方向的第一极板支撑参考管201和垂直方向的第二极板支撑参考管202，二者通过极板支撑参考管隔离环9隔开，同时第一极板支撑参考管201通过手指弹簧片8与极板支撑参考管隔离环9良好接触，极板组件3静电感应出的高频信号通过真空馈通组件6引出。
31.在本发明一个优选的实施例中，如图2所示，极板组件3包括水平方向的第一极板301和第二极板302以及垂直方向的第三极板303和第四极板304；极板隔离环组件4包括设置在垂直极板(第三极板303和第四极板304)之间的第一极板隔离环401和设置在水平极板(第一极板301和第二极板302)之间的第二极板隔离环402；极板组件3通过绝缘支撑圆柱5固定在极板支撑参考管组件2的内壁上。
32.在本发明一个优选的实施例中，极板支撑参考管组件2上均匀分布有直径为4-6mm的通孔，开孔中心距为8-10mm，目的是为了改善真空度。
33.在本发明一个优选的实施例中，绝缘支撑圆柱5采用相对介电常数小(εr＝3.5)且耐250℃烘烤的材料(聚酰亚胺)，目的是为了减小极板对地电容。
34.在本发明一个优选的实施例中，极板隔离环组件4采用厚度为1-2mm，宽度为3-5mm，极板隔离环组件4与极板单边空隙为2-3mm，引入极板隔离环组件4的目的主要为了减小极板之间的耦合，从而提高位置灵敏度。
35.在本发明一个优选的实施例中，极板支撑参考管隔离环9的厚度为15-20mm，目的是减小水平和垂直方向极板之间的耦合。
36.在本发明一个优选的实施例中，极板厚度为1.5-2.5mm，支撑参考管的厚度为1-2mm，极板与极板支撑参考管组件2距离设置为15-35mm。
37.在本发明一个优选的实施例中，水平方向的第一极板支撑参考管201和垂直方向的第二极板支撑参考管202的端面分别通过螺栓固定在束流真空管道1的两个法兰7端面上，其中极板支撑参考管组件2的端面上对称开四个长圆弧通孔，目的为了改善真空度。
38.在本发明一个优选的实施例中，手指弹簧片8采用哈氏合金，以确保手指弹簧片8在250℃多次烘烤后不失去弹性。
39.在本发明一个优选的实施例中，当医用加速器为快循环同步环加速器时，为了减小束流位置探针受到快变化磁铁电流的影响，极板支撑参考管组件2与束流真空管道1通过陶瓷垫片和陶瓷螺栓来实现电气绝缘隔离。
40.如图3、4所示，图3加了极板隔离环后，200mhz以下该结构线性度良好，且随着频率增大，有极板隔离环的位置分辨率比无极板隔离环(如图4所示)时的好。从图5可以看出仿真与束流测试结果吻合良好，说明仿真是准确有效的。
41.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和
范围。