誘鋼反向線圈架56上。加熱毯55放置在繞組 層的間隔處,W在磁體失超的情況下保護該組件。
[0078] 整個線圈然后可W用銅片覆蓋W提供熱傳導性和機械穩定性,然后被包含在環氧 樹脂附加層中。線圈的預壓縮可W通過加熱不誘鋼反向線圈架并將線圈裝配到反向線圈架 內提供。反向線圈架內徑被選擇為使得當整個物塊被冷卻到4K時,反向線圈架保持與線圈 接觸并提供了少許壓縮。加熱不誘鋼反向線圈架到約50攝氏度并將線圈適配在100開氏 度可W實現該一點。
[0079]線圈的幾何形狀通過安裝在反向矩形線圈架56上施加恢復力60而維持,所述恢 復力抵抗在線圈通電時所產生的扭曲力。如圖5所示,線圈的位置使用一組熱到冷的支撐 帶402、404、406相對于磁輛和低溫恒溫器保持。用薄帶支撐冷塊減小了由剛性支撐系統給 予所述冷塊的熱量泄漏。所述帶布置為當磁體在臺架上旋轉時承受線圈上的變化重力。它 們承受重力和由線圈從相對于磁輛完全對稱的位置擾動時實現的較大偏屯、力的聯合作用。 另外,在一些實施方案中,在其位置被改變時,連桿起到減少隨著臺架加速和減速而施加到 線圈上的動態力的作用。每個熱到冷的支撐包括一個S2玻璃纖維連桿和一個碳纖維連桿。 碳纖維連桿跨接引腳而被支撐在熱的輛與中間溫度巧0-70K)之間,而S2玻璃纖維連桿408 跨越在中間溫度引腳與附接到冷物件的引腳而被支撐。每個連桿都是5cm長(引腳中屯、到 引腳中屯、),并且是17mm寬。連桿厚度為9mm。各引腳都是由高強度不誘鋼制成的,并且直 徑是40mm。
[0080]參照圖3,作為半徑的函數的磁場強度剖面在很大程度上是通過選擇線圈幾何結 構和極面形狀而確定的;可滲透輛材料的極面44、46可W成形W微調磁場的形狀,W確保 粒子束在加速期間保持聚焦。
[0081] 通過將線圈組件(線圈和線圈架)圍繞在抽成真空的環狀侶或不誘鋼低溫腔室 70之內,超導線圈被保持在接近絕對零度(例如,約4開氏度)的溫度下,除了在一組有限 的支撐點71、73處之外,所述腔室提供了繞線圈結構的自由空間。在一個可選版本(圖4) 中,低溫恒溫器的外壁可由低碳鋼制成,W提供用于磁場的額外返回磁通路徑。
[0082] 在一些實施方案中,接近絕對零度的溫度是使用單級吉福德-麥克馬洪 (GifTord-McMahon)低溫冷卻器和S個兩級吉福德-麥克馬洪低溫冷卻器實現并保持的。 每個兩級低溫冷卻器具有附連到冷凝器的第二級冷端,所述冷凝器將氮蒸氣再凝結成液態 氮。低溫冷卻頭供應有來自壓縮機的壓縮氮。單級吉福德-麥克馬洪低溫冷卻器被布置為 冷卻供應電流到超導繞組的高溫(例如,50-70開氏度)導線。
[0083] 在一些實施方案中,接近絕對零度的溫度由布置在線圈組件的不同位置處的兩個 吉福德-麥克馬洪低溫冷卻器72、74實現并維持。每個低溫冷卻器具有與線圈組件接觸的 冷端76。低溫冷卻頭78被供應有來自壓縮機80的壓縮氮。兩個其他的吉福德-麥克馬洪 低溫冷卻器77、79被布置為冷卻供應電流到超導繞組的高溫(例如,60-80開氏度)導線。
[0084] 線圈組件和低溫恒溫腔室安裝在藥丸盒形狀的(pil化ox-shaped)磁輛82的兩個 半部81、83內,并由其完全圍繞。在該個例子中,線圈組件的內徑是約74. 6cm。鐵輛82提 供了返回磁場通量84的路徑,并且將極面44、46之間的體積86磁學地屏蔽,W防止外磁影 響擾動所述體積內磁場的形狀。所述輛還用于減少在加速器附近的雜散磁場。在一些實施 方案中,同步回旋加速器可W具有主動返回系統,W減少雜散磁場。主動返回系統的一個例 子在2013年5月31日提交的美國專利申請編號13/907, 601中描述,其內容通過引用并入 本文。在主動返回系統中,本文所描述的相對較大的磁輛由被稱為極塊的較小磁性結構代 替。超導線圈運行與本文所描述的主線圈相反的電流,W提供磁返回,從而減小雜散磁場。
[0085] 如圖3和圖9所示,同步回旋加速器包括潘寧離子規幾何結構的粒子源90,其定位 靠近磁體結構82的幾何中屯、92。所述粒子源可W是如下所述的,或者粒子源可W是在美國 專利申請編號11/948,662中所描述的類型,其內容通過引用并入本文。
[0086] 粒子源90通過輸送氣態氨的氣體管線101和管194得到氨供給99。電纜94承載 來自電流源95的電流,W激勵電子從與磁場200對準的陰極192、190放出。
[0087] 在一些實施方案中,在氣體管101中的氣體可包括氨和一種或多種其他氣體的混 合物。例如,該混合物可W含有氨和一種或多種惰性氣體,例如,氮、氛、氣、氯、氣和/或氮 (雖然混合物并不限于利用稀有氣體)。在一些實施方案中,該混合物可W是氨和氮的混合 物。例如,該混合物可含有約75%或更多的氨和大約25%或更少的氮(可能包括痕量氣 體)。在另一例子中,該混合物可化含有約90%或更多的氨和大約10%或更少的氮(可能 包括痕量氣體)。在例子中,所述氨/氮混合物可W是W下任何一種;〉95%八5%、>90% /<10%、〉85% /<15%、〉80% /<20%、〉75% /<20%,依此類推。
[008引在粒子源中使用惰性(或其他)氣體與氨氣組合的優點可W包括;增大的束流強 度、增加的陰極壽命,W及增加的束流輸出一致性。
[0089] 在該個例子中,放出的電子電離從管194通過小孔排出的氣體,W產生用于通過 一個半圓形值形)射頻板100加速的正離子(質子)供給,所述射頻板橫跨由磁體結構和 一個虛擬D形板102圍繞的空間的一半。在斷續粒子源(它的一個例子在美國專利申請編 號11/948,662中描述)的情況下,所述管含有的所有(或絕大部分)等離子體在加速區域 被除去,從而允許離子在相對高的磁場中更迅速地加速。
[0090] 如圖10所示,D形板100是中空的金屬結構,其具有包圍空間107的兩個半圓形表 面103、105,其中,質子在它們繞由磁體結構圍繞的空間旋轉的一半期間中加速。通向空間 107的管道109延伸穿過磁輛到外部位置,真空累111可附接到所述外部位置W對空間107 和真空腔室119內加速發生的其余空間抽真空。虛擬D(dummydee) 102包括靠近D形板的 暴露邊緣隔開的矩形金屬環。虛擬D接地到真空腔室和磁輛。D形板100由在射頻傳輸線的 端部施加的射頻信號驅動,W在空間107中施加電場。隨著加速的粒子束距幾何中屯、的距 離增加,射頻電場被做成是隨著時間變化的。射頻電場可按在題為"MatchingAResonant Rrequen巧OfAResonantCavityToARrequen巧OfAnInputVoltage"的美國專利申 請編號11/948, 359中描述的方式控制,其內容通過引用并入本文。
[0091] 為了從中屯、定位的粒子源出現的束流在它開始螺旋向外時避開粒子源結構,需要 跨射頻板的大電壓差。20, 000伏特跨射頻板而施加。在一些版本中,從8000至20, 000伏 特可跨射頻板而施加。為了減少驅動該種大電壓所需的功率,所述磁體結構布置為降低射 頻板與地之間的電容。該是通過穿過外部輛和低溫恒溫器殼體形成與射頻結構有足夠間隙 的孔、并且使所述磁極面之間有足夠的空間而實現的。
[0092] 考慮到質子相對論質量的增加和磁場的減小,驅動D形板的高壓交變電勢在加速 周期中具有向下掃描的頻率。因為它與真空腔室的壁一起處于地電勢,虛擬D不需要中空 半圓柱形結構。可W使用其他的板布置,諸如用不同的電相位或基頻的倍數驅動的一對W 上的加速電極。RF結構可W被調諧W在所需的頻率掃描期間保持Q較高,所述調諧通過使 用例如具有曬合旋轉和固定葉片的旋轉電容器。在葉片的每個曬合期間,電容增加,由此降 低RF結構的諧振頻率。葉片可W成形為產生所需的精確掃描頻率。用于旋轉冷凝器的驅 動電機可W被鎖相到RF發生器W用于精確控制。一束粒子在旋轉冷凝器的葉片的每個曬 合期間被加速。
[0093] 加速發生在其中的真空腔室119是大致圓柱形的容器,其中屯、較薄而邊緣較厚。 真空腔室圍繞RF板和粒子源,并且由真空累111抽真空。保持高真空確保了加速離子不會 與氣體分子碰撞而損失,并且使RF電壓能夠保持在較高的水平,而不產生電弧接地。
[0094] 質子橫越開始于粒子源的大致螺旋形的軌道路徑。在螺旋路徑各環的一半處,質 子在它們通過在空間107中的RF電場時獲得能量。隨著離子獲得能量,其螺旋路徑的每個 相繼環的中央軌道半徑大于在先環的半徑,直至環半徑達到極面的最大半徑。在該位置處, 電場和磁場的擾動將離子引導進入磁場迅速減小的區域,然后離子離開所述高磁場區域, 并被引導通過在本文中稱為引出通道的引出管38,W離開回旋加速器的輛。磁再生器可被 用來改變磁場擾動W引導離子。離開回旋加速器的離子在它們進入磁場顯著降低的區域時 會趨于分散,所述磁場在房間中存在于回旋加速器周圍。在引出通道38中的束流成形元件 107、109重定向離子,使它們停留在有限空間范圍內的筆直束流中。
[0095] 在極間隙中的磁場需要具有特定的性質W將束流在其加速時維持在抽真空的腔 室中。在下面示出的磁場指數n,
[0096]n= - (r/B)地/dr
[0097] 應當被保持為正數W維持該種"弱"聚焦。該里r是束流半徑而B是磁場。另外, 磁場指數需要被保持在0. 2之下,因為在該個值,束流的徑向振蕩和豎直振蕩的周期在Vf = 2v,共振中重合。電子感應加速器化etatron)的頻率由Vf= (1-n)I/2和v,=ni/2限定。 鐵磁極面設計為使由線圈產生的磁場成形,使得在與給定磁場中的250MeV束流相符的最 小直徑中,場指數n維持為正并小于0. 2。
[0098] 當束流離開引出通道時,它經過束流形成系統125 (圖5),其可W被可編程地控制 W產生用于束流的所需散射角和范圍調制的組合。束流形成系統125可與內臺架601 (圖 14)結合使用W將束流引導至患者。
[0099] 在操作期間,作為沿所述板的表面的傳導電阻的結果,板從所施加的射頻場吸收 能量。此能量表現為熱量,并使用水冷管線108從板中除去,所述管線將熱量釋放在熱交換 器113(圖3)中。
[0100] 從回旋加速器離開的雜散磁場被兩個藥丸盒形狀的磁輛(其也用作屏蔽)和獨立 的磁屏蔽114限制。獨立的磁屏蔽包括圍繞所述藥丸盒形狀的輛的鐵磁材料(例如,鋼或 鐵)層117,其由間隔116隔開。該種包括輛、