超光速加速器设计共65页文档
加速器讲义
治疗机照射的时序控制（一）
Cone_beam CT加速器
采集高分 辨率影像 与模拟和计 划的参考影 像比较 瞬时移动 体位自动 调整误差 Varian Trilogy 出束治疗
标准X射线片——显示骨骼解剖、植入标记 “锥形束CT”模式——产生三维软组织目标影像
线束与加速器的MV级线束垂直安装 KV级X射 线球管
CARR和FOIL联锁
剂量监测系统
作用
是加速器上测量和显示直接与吸收剂量有关的辐 射量的装置，该装置可以具有当到达预选值时终 止辐照的功能
跳数与输出量的关系
加速器剂量监测系统以机器单位(Monitor Unit， MU)作为显示单位，也称“跳数”，MU反映的 是辐射量而不是吸收剂量，但它与吸收剂量有直 接的联系。一旦条件确定，便可以MU转换计算 为确定条件下的吸收剂量。要求： SSD=NTD=100cm 10X10cm 中心轴最大剂量 处：1MU=1cG
初级准直器
• 位于加速管电子引出窗下，为X线和电子线所 共有 • 限制了X线束的最大治疗射野，同时减少治疗 头的辐射
次级准直器
• 可调的，为减少X线束的穿射半影，准直器的 内端面必须与以靶为圆心的径向线一致 • 两对光阑组成，上下排列，相互垂直
准直器
独立准直器
形成对称或不对称规则野
多叶准直器
医用加速器的种类 类型
• 医用电子加速器 • 医用质子加速器 • 医用重离子加速器 • 中子治疗加速器 • 术中放射治疗加速器
医用电子加速器
类型
电子感应加速器
• 电子在交变的涡旋电场中加速较高能量的装置 • 优点: 技术较简单，成本低，电子束可以达到较高的 能量，可调范围大，输出量大 • 最大缺点: X线输出量小，射野小，剂量分布差
bnct加速器设计和调试
第34卷第2期白城师范学院学报Vol.34No.2 2020年4月Journal of Baicheng Normal University Apr.2020BNCT加速器设计和调试欧阳华甫，肖永川，刘盛进,曹秀霞，吕永佳,薛康佳，李辉,朱仁丽，李志平,傅世年（中国科学院高能物理研究所东莞分部，广东东莞523803）摘要:硼中子俘获治疗（BNCT）是一种安全的二元靶向放疗技术，是脑胶质瘤、黑色素瘤的极佳治疗手段，同时对复发性脖颈癌、肝转移癌等有良好的治疗响应.基于加速器的硼中子俘获治疗（AB-BNCT）具有靶向精确、副作用低、适应性广、体积较小、费用合理、一次性解决等优点-BNCT治疗需要的中子由加速器输出的质子束打锂（或皱）靶产生，经过慢化达到治疗需要的能量.BNCT作为医疗设备，其可靠性、稳定性、易运行和维护至关重要•文章主要介绍中国科学院高能物理研究所第一台BNCT加速器D-BNCT01的设计和调试，目前，加速器的打靶束流功率已大于1kW.同时简要介绍下一台加速器D-BNCT02的设计理念.关键词:BNCT；RFQ加速器冲子;ECR离子源;RF功率;RF电场分布;束流传输效率中图分类号:TL503文献标识码:A文章编号：1673-3118（2020）02-0001-090引言统计表明，中国每年新增的癌症患者接近500万人,死亡人数接近300万人，而现有的治疗手段如手术、化疗或普通放疗对人体或有损伤或有副作用•质子或重离子治疗虽可克服常规放疗的剂量毒性问题,但装置造价及维护昂贵、体积庞大、经济性差、难以规模化且治疗的人数极为有限•基于加速器的硼中子俘获治疗（BNCT）则具有靶向精确、副作用低、适应性广、体积较小、费用合理、一次性解决等优点.在我国现有放疗设备严重不足的情况下.BNCT具有广阔的市场前景.BNCT是一种安全的二元靶向放疗技术，是脑胶质瘤、黑色素瘤的极佳治疗手段，同时对复发性脖颈癌、肝转移癌等有良好的治疗响应.BNCT治疗需要的中子由加速器输出的质子束打锂（或披）靶产生,经过慢化达到治疗需要的能量.BNCT作为医疗设备，其可靠性、稳定性、易运行及易维护至关重要.BNCT的发展历程大致可分为四个阶段:理论发展阶段（1936~1950年）、尝试阶段（1951~1970年）、取得初步成效阶段（1971~2010年）、基于加速器BNCT的发展阶段（2011年~至今）.BNCT能从理论到成功实践，离不开四个关键要素：中子源、靶向药物、剂量系统和治疗计划、临床研究•近年来强流加速器技术的进步促进了AB-BNCT快速发展,加快了BNCT的临床治疗研究口勺.国内、国际都有计划或正在开展BNCT的研究.近年来，国际上对BNCT锂靶的研究持续深化,锂靶性能不断提升,采用固态转动锂靶来产生中子的技术越来越确实可行，锂靶的采用对加速器输出能量的需求进一步降低，加速器只需要一台电子回旋共振（ECR）离子源、一台射频四极加速器（RFQ）及必要的束流传输线即可.经过束流整形体（BSA）的中子学计算，当RFQ的输出能量为2.8MeV,束流功率为40kW,中子的通量满足BNCT治疗要求,治疗时间约为半小时同.中国科学院高能物理研究所与广东东阳光药业集团联合成立的东莞东阳光高能医疗设备有限收稿日期:2020-03-09作者简介：欧阳华甫（1965—）,男，二级研究员，博士生导师，研究方向：加速器物理与技术.基金项目：广东“珠江人才计划”项目“硼中子俘获（BNCT）治疗肿瘤装备研发及产业化”•白城师范学院学报第34卷第2期公司，正在建造基于加速器的硼中子俘获治疗（AB-BNCT）设备及进行BNCT设备的市场化推广工作.同时,BNCT的产业化也得到广东2018年“珠江人才计划”的支持（3000万元）及东莞地方配套资金的支持（2100万元）.目前，完成了AB-BNCT的第一台实验设备（D_BNCT01）的建造、设备调试及机器保护控制系统，现正在同时进行射频高功率老练及出束打靶实验，已得到大于1kW打靶束流功率.预计2020年上半年打靶束流功率可达5kW,在此基础上开展相关动物治疗实验.同时也在进行下一台AB-BNCT设备（D-BNCT02）设计和研发.1D-BNCTO1加速器如图1所示,D_BNCT01加速器包括一台75kV的ECR离子源、一段长度约2.5m的低能束流传输线（LEBT）、一台能量为3.5MeV的RFQ加速器和一条长度约为10m的高能束流传输线（HEBT）. D-BNCT01加速器设计的最终束流输出功率为35kW,即束流能量为3.5MeV,脉冲流强为30mA,平均流强为10mA,束流占空比为33.3%.图1安装在隧道的D-BNCT01加速器1.1ECR离子源离子源提供BNCT加速器所需要的质子束，质子束经过加速器的加速后打靶产生中子,中子慢化成形后用来治病.D-BNCT01离子源原来是一台旧的连续波（CW）ECR质子源,我们通过离子源的脉冲放电和直流引出，实现了离子源脉冲模式下的出束功能•现该离子源既可在连续波（CW）模式下工作,也可在脉冲模式下工作•离子源的引出能量为75keV,引出束流大小随占空比变化，约为45mA.脉冲模式下，束流占空比最低可至0.2%.离子源的能量、束流强度及占空比均满足BNCT实验装置的调束、运行要求.另外，由于该离子源闲置多年,离子源的很多子系统及部件需要重新研制和更换，更换的子系统和部件主要包括:磁控管及其电源（5kV、300mA,脉冲模式和CW模式）、高压电源（80kV、80mA）、离子源束流测量（CT）、离子源真空系统（两套3500I7s涡轮分子泵机组、真空计及真空规）、控制系统（高、低电位PLC控制系统）、离子源励磁电源（50A、150V）、氢气供给系统（30SCCM氢气流量控制器）、抑制电源（5kVJO mA）等.在完成了离子源子系统和部件的研制更换后，对离子源进行了重新准直安装及各个子系统的调试，重新安装后的离子源如图2所示.在离子源静态真空达到1Xi。
加速器驱动次临界系统课件
加速器驱动次临界系统的发展历程
20世纪70年代
01
加速器驱动次临界系统概念提出，但未得到实际应用。
20世纪90年代
02
随着科技的发展和环保意识的提高，加速器驱动次临界系统重
新受到关注。
21世纪初
03
随着技术进步和资金投入的增加，加速器驱动次临界系统逐渐
走向实际应用阶段。
02
加速器驱动次临界系统的原 理
05
加速器驱动次临界系统的未 来发展与挑战
加速器驱动次临界系统的未来发展趋势
高效能
随着科技的不断进步，加速器驱动次临界系统将朝着更高能级、 更高效的方向发展，以满足更广泛的应用需求。
智能化
智能化技术将在加速器驱动次临界系统中得到广泛应用，实现系统 的自动化、远程控制和智能诊断。
环保化
随着环保意识的提高，加速器驱动次临界系统将更加注重环保设计， 减少对环境的影响。
加速器驱动次临界系 统课件
• 加速器驱动次临界系统的设计与 • 加速器驱动次临界系统的应用案 • 加速器驱动次临界系统的未来发
01
引言
加速器驱动次临界系统的定义
加速器驱动次临界系统是一种利用加 速器将次临界核物质加速到接近光速， 通过与目标核的相互作用产生大量中 子，进而实现核能利用的装置。
它是一种新型的核能利用方式，具有 高效、安全、环保等优点，被认为是 未来核能发展的重要方向之一。
加速器驱动次临界系统利用了中子倍增效应，使得少量的 中子在次临界系统中引发链式反应，实现核能的释放和利 用。
加速器驱动次临界系统的关键技术
粒子加速技术 加速器是该系统的核心部件，需要高精度的粒子加速技术， 以保证注入到次临界系统中的粒子能量和流强的稳定性。
电子感应加速器共18页文档
2、要冒一次险!整个生命就是一场冒险。走得最远的人，常是愿意 去做，并愿意去冒险的人。“稳妥”之船，从未能从岸边走远。-戴尔．卡耐基。
梦 境
3、人生就像一杯没有加糖的咖啡，喝起来是苦涩的，回味起来却有 久久不会退去的余香。
电子感应加速器 4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失 去今生对你的记忆，我不求天长地久的美景，我只要生生世世的轮 心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
Thank you
加速器原理介绍 ppt课件
五、微波传输系统
加速器原理介绍
微波传输系统由真空窗（陶瓷窗）、吸收负载、定向耦合器、微波传输元 件等组成。
要求：各部件能承受额定功率和驻波比。 参数：1）频率：2856.25MHZ
2）平均功率：8Kw 3）驻波比：＜1.05 4）测损耗：主要是真空窗的损耗 5）耦合度 6）系统通带 注意事项： （1）平均功率 （2）充气：低于额定值，则会出现打火现象 （3）连接安装时要拧紧，否则会出现漏气 （4）开机时注意微波渗漏
加速器原理介绍
——原理及各系统介绍
2014年1月
一、基本概念
加速器原理介绍
电子加速器是一种使用人工方法使电子在真空中受磁场力控制、电
场力加速而达到高能量的电磁装置。 电子加速器是一种复杂的技术装备，综合了电子加速器原理、电磁场理
论、高电压、微波、磁铁、电源、电气电子、自动控制、传热学、机械设计 和加工、真空、束流诊断与测量、剂量测量、辐射防护等多个领域的综合科 学技术。
加速器原理介绍
八、充气系统
充气系统使用的是六氟化硫气体，其作用：1）提高微波绝缘强度，防 止打火；2）利于速调管输出陶瓷窗散热。
充气操作系统结构图如下：
1—气瓶 2—减压阀 3—过滤干燥器 4—充气阀 5—放气阀 6—气体分流器（五通） 7—大气压表 8—隔离阀 9—小气压表(大小气压表均有上、下限保护触点信号输出)
一、电子枪
加速器原理介绍
电子枪是加速器的电子源，它产生一定能量 、流强和形状要求的电子束，并进入加速管进行 加速。
电子枪为二极型的皮尔斯电子枪，由阴极（ 阴极热子组件）、聚焦极和阳极组成。阴极发射 的电子，经聚焦极聚焦，通过阳极孔进入加速管 ，电子枪的导流系数为0.068微朴。根据加速器 的设计要求，电子枪的工作电压为55-65KV ，发 射束流连续可调，最大束流为1A 。
RFQ加速器总结
RFQ加速器总结RFQ直线加速器射频四极场，Radio-Frequency Quadrupole，驻波加速器————————————————————————————————射频直线加速器背景：因被加速粒子速度（能量）的不同，加速方式和加速结构有所不同：●超相对论能区（β接近1）、短脉冲结构→行波加速行波的优点是：束流随电场峰值一起运动，加速效率高、但RF功率利用率不高，高β（β≥ 0.8）结构，一般采用盘荷波导加速结构，行波加速方式；●其余情况应采用驻波加速受渡越时间因子的影响加速效率较低，但可以加速长脉冲和CW 的束流。
中β（0.3≤β≤0.8）结构，一般采用边耦合（轴耦合）加速结构，驻波加速方式；低β（β≤ 0.3）结构，一般采用驻波加速方式，相应的加速结构有Wider?e、Alvarez、RFQ结构。
————————————————————————————————历史：1970年前苏联ITEP的I.Kapchinskij和V. Teplyakov提出了RFQ型直线加速器的方案，解决了质子直线加速器的低能端的困难。
1980年R.Stokes在Los Alamos 建成了一台实际可运行的强流质子RFQ。
原理：由高频四极场同时实现横向聚焦和纵向聚束及加速。
特点：通过电极极面调制，可同时进行加速和聚焦，无须外加透镜适合低β粒子，可作为离子源后首级加速结构可实现聚束，束流传输效率高，可超过90％，省去了俘获效率不太高的预聚束器可加速超过100mA的强流束解决了过去DTL采用静电加速器作为预注入器时注入能量低造成的空间电荷效应难以克服的问题结构紧凑、体积小、使用方便正负离子均可加速，应用广泛适用范围：低β结构（β<=0.3），一般采取驻波加速方式。
分类：（1）四翼型——较高频，轻离子，E210模式，高分路阻抗；四翼型：工作模式为四极模TE210，结构的最低模式为二极模TE110。
TE110模具有很多高阶模TE11n。
加速器第3章
链式输电系统（Pelletron） 1）组成输电链： 金属圆筒、绝缘接头 上下拉轮 感应电源 感应电极板
2）复激原理 ） I1使筒节感应带电，上行至高压 电极释放；I5复激，下行入地； 上下连接触拉轮放电，I4、I7消火花； ， I2/p1，I3/p2，I6/p3提取电位； p1→I7 p2→I5 p3→I4 +V φ+V φ-V
3）与带式的比较优点： 磨损小、寿命长、无粉尘 吸潮少、伸长小 不宜击穿 不受临界气压限制 充电电源功率小 纹波小、稳定度高 梯式：两条输电链接金属板 梯式： 缺点： 单链的输电能力弱 多链 驱动功率小，带不动发电机 另外的传动轴 4）梯式输电系统可克服上述二个缺点，但风耗大。
静电加速器
离子源
能 量 E = q V + E0 V 球形 电极
高频高压发生器 实际上是倍压电路的另一种接线方法 串激式 并激式
多级时亦可画为
充放电回路皆并联，不通过其它电容， 理想条件下V=VCN=NVa
结构 20年代即提出，但直到60 年代才实现。 困难： 电容耐压~MV 60年代Cleland利用电 极间分布电容解决了 耐压问题，结构如右 图，利用分压环与高 频电极间的分布电容， 均为半环，交替充电。
倍压加速器 端电压(MV) 0.1-4 特点 束流品质及能量稳定度较静电加速器差， 但负载能力大，可加速各种粒子，提供连 续或脉冲束流
主要用途 质子与重离子直线加速器的注入器，中 子发生器，离子注入机，电子辐照等
高频高压加速器 端电压(MV) 0.4-4.5 特点 束流品质较好，高压纹波小，稳定 可靠，束流功率可达150KW，但电 源利用率低 电子辐照，也可供核物理实 验及分析用
主要用途
表面涂层固化辐照
加速器类型——精选推荐
粒子加速器：particle accelerator 一种用人工方法产生快速带电粒子束的装置。
粒子加速器有三个基本组成部分：粒子源；真空加速系统和导引、聚焦系统。
粒子加速器的效能通常以粒子所能达到的能量来表征。
粒子能量在100MeV以下的称为低能加速器，能量在0.1～1GeV间的称为中能加速器，能量在1GeV以上的称为高能加速器。
按照被加速粒子的种类，加速器可分为电子加速器、质子加速器和重粒子加速器等。
按照加速电场和粒子轨道的形态，又可分为四大类：直流高压式加速器、电磁感应式加速器、直线谐振式加速器和回旋谐振式加速器。
它们各自都有适于工作的粒子品种、能量范围以及性能特色。
近年来，大中型的粒子加速器（如重离子加速器和高能加速器等）往往采用多种加速器的串接组合：例如由直流高压型加速器作预加速器，注入直线谐振式加速器加速至中间能量，再注入回旋谐振式加速器加速至终能量。
这样的系统有利于发挥每一类加速器的效率和特色。
（撰写：陈佳滠审订：关遐令）串列加速器：tandem accelerator 利用一个高压使带电粒子获得两次加速的静电型加速器。
串列加速器的直流高压通常由输电系统将电荷从低电位输送到高压电极上而形成。
它的工作原理是将由负离子源产生负离子注入到加速器主体中，在高压电极的正电场的作用下，经低能段加速管被第一次加速。
当负离子到达高压电极后，通过电子剥离器并被剥掉2个或多个电子，变为正离子。
在高压电极作用下，正离子经高能段加速管再次被加速。
图为中国原子能科学研究院的HI-13串列加速器主体外貌。
（撰写：秦久昌审订：关遐令）高压倍加器：Cockcroft-Walton accelerator 利用倍压整流方法产生直流高压，对离子或电子加速。
其倍压整流工作原理如图所示，主要由高压变压器，高压整流器和高压电容器等组成。
在无负载时，倍压整流线路输出的高压V随倍压级数n增加而线性增加，可表达为V-2nV a，式中V a为高压变压器T的次级绕组交流电压峰值。
瓦里安加速器VitalBeam
瓦里安加速器VitalBeam简介瓦里安加速器VitalBeam是一种高能线性加速器，适用于医疗领域的肿瘤治疗。
它采用了先进的技术和设计，通过向患者体内释放高能粒子来摧毁肿瘤细胞。
VitalBeam加速器具有高效、精确和可靠的性能，是现代放射治疗的重要设备之一。
技术特点快速模式切换VitalBeam加速器具备快速模式切换功能，能够在不同的治疗模式之间快速切换。
这使得医生可以根据患者的具体情况选择最适合的治疗方案。
快速模式切换不仅提高了治疗效率，也减少了患者等待时间。
高能束流VitalBeam加速器能够产生高能束流，可针对深层肿瘤提供精确的放射治疗。
它采用了先进的线性加速器和能量选择系统，能够生成高速电子束或光子束，以切割和摧毁肿瘤细胞。
精确定位VitalBeam加速器具有精确的定位能力，能够准确地将辐射束聚焦于目标区域。
它配备了先进的成像系统，可以实时监测患者的位置和肿瘤位置，确保辐射治疗的精确性和安全性。
自动化控制VitalBeam加速器采用自动化控制系统，可以根据医生的指令进行精确的治疗。
它具备智能化的功能，能够根据患者的解剖结构和病变特点，自动调整辐射束的形状和剂量，以实现更精确的放射治疗。
应用领域肿瘤治疗VitalBeam加速器主要用于肿瘤治疗，可以通过放射治疗的方式摧毁肿瘤细胞。
它适用于各种类型的肿瘤，包括头颈部、腹部、盆腔、胸部以及其他部位的肿瘤。
VitalBeam加速器提供了多种治疗模式和剂量调整选项，以满足不同患者的需求。
放射外科VitalBeam加速器可以用于放射外科治疗，即以放射治疗的方式取代传统的外科手术。
放射外科治疗通过精确的辐射束切割和摧毁肿瘤组织，实现无创伤、无痛苦的治疗效果。
它适用于一些难以手术切除的肿瘤，如位于脑部和脊髓周围的肿瘤。
使用效果VitalBeam加速器在临床实践中取得了显著的成果。
通过精确的定位和治疗方式，VitalBeam加速器可以最大限度地减少对正常组织的辐射损伤，同时最大限度地摧毁肿瘤细胞。
加速器(二)加速管
0
-
---
--
e-
++ ++
+ +
++
---
+ +
---
++
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14
驻波加速过程
+ +
---
e+- + ++
--
+
--
+
腔中电压 + 0 -
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驻波加速过程
e
-
腔中电 +
压
0
-
2019/12/13
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驻波加速过程
-
++
- -e
++
-
-
++
- --
++
-
腔中电 +
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低能机
中高能机
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2019/12/13
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2019/12/13
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加速管
14MeV驻波加速管
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2019/12/13
主要内容
1、加速管的作用 2、加速管的分类 3、加速管的工作原理 4、常见医用电子直线加速器中的加速管 5、加速管的工作环境 6、电子枪
如果被加速后的电子直接从辐射系统的“窗口”输
出，就是高能电子射线，若为打靶后输出，就是
高能X线。
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产生射线
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3