KR1020230048537A
审中
用于在波束系统中启动波束传输的系统、设备和方法
技术领域
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请于 2021 年 6 月 22 日提交,标题为“束系统中束传输的调制启动的系统、设备和方法”,美国临时申请号 63/213,618,2020 年 8 月 13 日要求优先权美国临时申请号 63/065,436,于该日期提交,标题为“系统、设备和方法,用于在光束系统中启动光束传输”,两者的全部内容均以引用方式并入本文目的。
[0003] 场地
[0004] 本文描述的主题一般涉及用于在波束系统中启动波束传输的系统、设备和方法,以及用于波束系统中波束传输的调制启动的系统、设备和方法。它是关于
背景技术
[0005] 硼中子俘获疗法 (BNCT) 是一种治疗多种癌症的方法,包括一些最困难的癌症类型。 BNCT 是一种选择性地旨在治疗肿瘤细胞同时使用硼化合物保护正常细胞的技术。 将含硼物质注入血管,然后从肿瘤细胞中收集硼。 然后患者接受中子放射治疗(例如,以中子束的形式)。 与替代疗法相比,中子与硼反应杀死肿瘤细胞,减少它们对正常细胞造成的损害。 长期临床研究表明,能量谱在 3-30 千电子伏 (keV) 范围内的中子束对于实现更有效的癌症治疗同时减少患者的辐射负荷是理想的。 该能谱或范围通常称为超热能。 产生超热中子(例如超热中子束)的最常见方法是铍或锂(例如铍靶或锂靶)和质子(例如质子束)。
[0006] 串联加速器是一种静电加速器,可以使用单个高压端子对带电粒子进行两级加速。 高压被施加到带负电离子的入射束上,并用于产生一个电场,将其加速到加速器的中心。 此时,光束在电荷交换的过程中被转换成一束极性相反的带电粒子(例如正离子)。 带电束粒子与反向电场的进一步传播和相互作用再次导致加速和能量提升。 因此,要产生能量为 3 MeV 的带电粒子束,仅需要 1.5 MV 的加速电压,这完全在电隔离领域的现有技术水平的范围内。 这种束加速的串联方法是有益的,因为串联加速器的离子源可以置于地电位,这使得离子源的控制和维护更容易。
[0007] 出于硼中子俘获疗法 (BNCT) 的目的,串联加速器提供的质子束具有在下游设备中产生或产生中子所需的能量(例如,用于在锂 (Li) 靶上高效产生中子)。一个等级 对于相当短的治疗时间,需要一定的中子通量密度阈值,并且所需的阈值是最小质子束电流。 与这种质子束相关的功率密度大大超过了中子束系统部件所用材料的安全限制。
[0008] 在非常高的电压水平(例如,兆伏)下通过串联加速器启动射束传输涉及各种效应,这些效应可以根据等效电路表示为串联电源的瞬时负载。 如果与带电粒子束相关的束电流太高,例如,如果电源不能输出所需幅值的电流,则可能无法充分补偿负载波动。 在这种情况下,负责维持串联加速器电压的电源会降低提供给加速器的电压。 提供给加速器的电压降低会导致射束能量降低,这是一种不良现象,会增加加速器下游射束线组件损坏的可能性。 根据监控光束能量的联锁装置的设置和可用性,光束终止是可能的。 因此,必须小心处理由整个中子束系统内的其他现象引起的射束终止后的恢复以及射束传输的启动。 复杂且低效的恢复或启动时间会导致不希望的系统停机。
[0009] 此外,射束能量依赖于时间(与基于其他变量进行控制相反)的恢复或启动过程是有问题的,因为射束光学性能可能取决于射束能量。 添加射束收集器以在射束启动或恢复期间吸收射束引入了对射束线尺寸(长度)、复杂性等的限制。 此外,串联加速器内的内部射束损失会导致二次粒子发射(例如,X 射线),从而对串联加速器的性能和寿命产生负面影响。
[0010] 出于这些和其他原因,存在对改进的、高效的和紧凑的系统、设备和方法的需要,这些系统、设备和方法为波束系统的波束传输提供操作的安全恢复或启动。
[0011] 系统、设备和方法的实施例涉及波束系统的波束传输操作的安全恢复或启动。 示例性方法包括将加速器系统的一个或多个电极的偏置电压增加到第一电压水平。 该方法还可以包括从束源提取带电粒子束,使得束传输通过加速器系统。 射束可以具有第一射束电流水平的射束电流,导致加速器系统的第一瞬态电压降在阈值内。 该方法可以进一步包括以导致加速器系统中的一个或多个后续瞬态电压降直到加速器系统达到标称条件的速率增加射束电流。 一个或多个后续瞬态电压降可能在阈值内。
[0012] 系统、设备和方法的实施例还涉及波束系统的波束传输操作的调制启动。 一种示例性方法包括将加速器系统的一个或多个电极偏置到电压水平。 示例性方法还包括根据占空比函数从射束源选择性地提取带电粒子束,使得带电粒子束传输通过加速器系统。 占空比函数可以是线性的或非线性的,并且可以包括频率f,其可以是固定的(恒定的)或可变的频率。 占空比函数可以包括可变脉冲持续时间,使得随着带电粒子束的每次选择性提取,可变脉冲持续时间随时间增加。
[0013] 本说明书中描述的主题的其他系统、设备、方法、特征和优点在阅读以下附图和详细描述后对本领域技术人员来说是或将变得显而易见。 所有这些额外的系统、方法、特征和优点旨在包括在本说明书中,在本文描述的主题的范围内,并由所附权利要求保护。 示例性实施例的特征决不能被解释为限制所附权利要求,除非权利要求明确地叙述这些特征。
附图简要说明
[0014]本说明书中公开的主题的细节,包括其结构和操作,可以通过研究附图而显而易见,其中相同的参考数字表示相同的部分。 附图中的组件不一定按比例绘制,而是强调说明要求保护的主题的原理。 此外,所有示例旨在传达概念,其中可以示意性地而不是字面地或精确地说明相对大小、形状和其他详细属性。
附图说明图1A是中子束系统的示例的示意图。
图1B是中子束系统的另一示例的示意图。
图2说明与本发明的实施例一起使用的示范性预加速器系统或离子束植入器。
图3A为图2所示离子源及离子源真空盒的立体图。
图3B是示出图3A所示单透镜的示例的分解透视图。
图4A描绘了与本公开的实施例一起使用的示例性离子束源系统。
图4B描绘了图4A中所示的示例性离子源。
图5A-5D示出与本公开的实施例相关联的示例时序图。
图6A-6D示出与本公开的实施例相关联的示例时序图。
图7图示了用于在与本公开的实施例一起使用的波束系统中发起波束传输的示例操作。
图8A-8B是说明用于波束提取的脉冲序列的示范性实施例的时序图。
图9是描绘与本公开的实施例一起使用的占空比函数的示例性实施例的曲线图。
图10是示出本公开的实施例可以在其中运行的系统的框图。
图11是示出根据本公开的实施例可以专门配置的计算设备的示例性实施例的框图。
实施发明的具体细节
[0015] 在详细描述要求保护的主题之前,应当理解,本公开不限于所描述的特定实施例并且当然可以相应地变化。 还应当理解,本文使用的术语旨在仅描述特定实施例而不是限制,因为本公开的范围仅由所附权利要求限制。
[0016] 术语“粒子”在本文中广泛使用,并且除非另有限制,电子、质子(或 H+ 离子)或中子,以及多于一个的电子、质子和/或中子(例如,不同的离子、原子、和分子)。
[0017] 本文描述了用于射束系统(例如,包括粒子加速器)的操作恢复的系统、设备和方法的示例性实施例。 本文所述的实施例可与任何类型的粒子加速器一起使用,或用于涉及以指定能量生成带电粒子束以馈入粒子加速器的任何粒子加速器应用。 本文的实施例可用于多种应用,一个示例是用于生成用于硼中子俘获疗法(BNCT)的中子束的中子束系统。 为了便于解释,本文描述的许多实施例将在用于 BNCT 的中子束系统的背景下完成,但实施例不仅限于中子束或 BNCT 应用。
[0018] 电压性能是静电粒子加速器的重要指标或目标。 电压能力广泛地指输出电压能力和稳定性,因为在粒子加速器中施加到带电粒子束的加速电压优选地是已知的和可控的。 加速电压 (V)(以及射束能量)的稳定性通常由功率输出电流(充电电流)I 决定 CH , 带电粒子束电流 I B 受 和加速器体积内放电电流 I 的限制 dis 受到波动的影响 在稳态条件下,电流平衡可以表示为:
[0019] ![]()
[0020] 其中 Z 是加速器电源的总负载。 我 dis 包括暗电流(例如,沿绝缘体的漏电流)、电晕和火花放电等。
[0021] 对于涉及相对高放电电流幅度的火花产生,由于功率限制,现有稳压电路不能很好地处理感应电压波动。 根据放电电流的大小,加速器可能会经历部分或完全电压击穿。 加速器电压降可能超过阈值,超过该阈值带电粒子束传输变得不安全并且因此被控制系统终止。 这种行为可防止损坏光束线组件(包括加速器下游)。
[0022] 在加速器电压击穿事件后重新启动射束传输对于相对高电流射束来说是一项不平凡的任务。 实际上,考虑到上面的等式 (1),带电粒子束电流 I B 是充电电流我 CH , 突然打开光束可能会导致不希望的加速器电压下降或击穿。 反过来,由于安全程序,这可能会再次终止光束。 因此,击穿恢复对于电流相对较高的光束来说是一个挑战,因为它是稳态 I B 去我 CH 很可能会被超过,系统可能无法有效地恢复。
[0023] 由于本发明实施例通过对离子源工作状态的微调,实现了从离子源引出的负离子束电流逐渐变化,因此引出的负离子束的束流可以平滑地变化并逐渐增大。 . 提取的射束电流的平滑变化和逐渐增加使中子束系统内的射束传输能够安全恢复和启动。
[0024] 如本文所指,用于调谐离子源的方法包括离子提取区域附近的等离子体参数、离子源组件偏压和电流、离子提取和束以在离子源下游产生具有期望电流大小的离子束。促进传输匹配光学。 离子源的调谐可能涉及预设相关组件的参数或使用更复杂的控制逻辑来适应束电流与期望值的不希望的偏差。 例如,在体积型离子源中,可以通过控制电弧放电电流、灯丝电流、等离子体和提取电极电压、供应到离子源中的氢气的速率等来实现这种调谐。
[0025] 有利地,本公开的实施例实现波束系统内的波束传输的有效且安全的操作恢复,同时节约波束能量。 在某些实施例中,在所提出的射束恢复方法期间仅调整射束电流。
[0026] 虽然在执行本文描述的操作之前可能存在多个中子束系统的初始状态,但是中子束系统的初始状态的示例包括:a)当前没有射束被提取(例如待机或启动之前),或者 b) 没有电压施加到串联加速器(例如击穿,因此需要恢复)。 尽管在此描述的实施例可以指代波束传输的“恢复”,但是应当理解,在不脱离本公开的范围的情况下,在此描述的操作可以应用于发起波束传输。
[0027]波束传输的启动可能伴随着加速器和波束线组件上的互锁(例如,上述用于终止波束传输的触发器)以确保正确且安全的波束传输。 在 DC 光束生成的稳定状态下,这些互锁是与某个测量量的安全走廊值的偏差(例如,给定 MV 间隔之外的电压读数,例如 2:2.1),或给定的阈值。它可以是设置为响应超过某个值(例如 40 C)的温度。 特定测量量的此类安全区间可以根据作为射束和射束线组件(例如加速器)参数的函数的值来定义。 安全区间的函数相关性可能不是线性的并且可能相当复杂。 因此,改变射束线的操作参数可能导致联锁装置的调整以保持射束线部件或其他相关设备的安全标准。 这种方法会导致复杂的控制系统,并且需要非常复杂的实施、测试、更长的调试时间以及专用硬件和诊断。
[0028] 本公开的实施例通过在具有(或不修改)控制和联锁系统并且没有额外的硬件或诊断的情况下发起DC波束传输来克服上述缺点和更多缺点。 本实施例进一步减少了启动具有全部性能的波束传输所需的总时间(例如,波束恢复的关键过程)。
[0029] 本公开的实施例使得能够通过可变占空比函数用以全电流幅度提取的射束加载加速器。 可变占空比函数可包括可随时间变化的周期1/f和射束提取的脉冲持续时间。 例如,在实施例中,在具有第一脉冲持续时间的第一脉冲之后的第二脉冲的第二脉冲持续时间可能导致射束终止或其他不希望的组件条件(例如,允许电压达到第一脉冲持续时间的特定百分比而不触发加速器电压下降超过下降阈值)。 也就是说,在某些实施例中,后续脉冲持续时间可以增加先前脉冲持续时间的10%。 在各种实施例中,随后的脉冲持续时间可以增加的百分比可以在25%或更少、20%或更少、15%或更少、或者10%或更少的范围内。 该百分比可能取决于光束线组件或应用程序的特定要求。 在一些实施例中,每个连续脉冲的持续时间可以增加,而在其他实施例中,持续时间增加的脉冲可以在该增加的持续时间连续重复,然后脉冲持续时间的其他增加可能发生。 脉冲可重复预定次数,或重复预定持续时间,或直到系统稳定或恢复足够量(例如,基于电压传感器反馈)。 例如,每个具有第一持续时间的第一组脉冲可重复第一时间段,接着是第二组脉冲,每个脉冲具有相同的第二持续时间(长于第一持续时间)。该组可重复第二段时间(与第一段时间相同或不同),依此类推,直到光束完全恢复。 此处描述的实施例能够实现更快的射束恢复,因为射束转移可以在任何电流幅度下启动(例如,甚至在对应于标称性能的射束电流下)。
[0030] 详细地转向附图,图1A是与本公开的实施例一起使用的波束系统10的示例性实施例的示意图。 如图1A所示,射束系统10包括源12、低能射束线(LEBL) 14、耦合到低能射束线(LEBL) 14的加速器16和来自加速器16的目标100。它包括高能射束线(HEBL) ) 18 延伸至 . LEBL 14被配置为将光束从源12传输到加速器16的输入端,加速器16又被配置为通过加速由LEBL 14传输的光束来生成光束。 HEBL 18将射束从加速器16的输出传送到目标100。 目标100可以是被配置为响应于入射光束施加的刺激而产生期望结果的结构,或者它可以修改光束的特性。 目标100可以是系统10的部件或者可以是至少部分地由系统10调节或制造的工件。
[0031] 图1B是说明用于硼中子俘获疗法(BNCT)的中子束系统10的另一个示例性实施例的示意图。 这里,源12是离子源并且加速器16是串联加速器。 中子束系统 10 包括用作带电粒子束注入器的预加速器系统 20、耦合到预加速器系统 20 的高压 (HV) 串联加速器 16 和串联加速器 16。中子靶组件 200 包括HEBL 18 延伸到外壳目标 100(未显示)中。 在该实施例中,靶100被配置为响应于具有足够能量的质子的轰击而产生中子,并且可以被称为中子产生靶。 中子束系统10以及预加速器系统20也可以用于其他应用,例如本文描述的其他示例并且不限于BNCT。
[0032] 预加速器系统20被配置成将离子束从离子源12传输到串联加速器16的输入端(例如,输入孔径)并且因此也用作LEBL 14。 由耦合到串联加速器16的高压电源42供电的串联加速器16产生质子束,其能量大约等于施加到位于加速器16内的加速电极的电压的两倍。可以产生 质子束的能级将负氢离子束从加速器16的输入端加速到最里面的高电位电极,从每个离子中剥离两个电子,然后通过向下游加速产生的质子可以达到相同的施加电压经过
[0033] HEBL 18可以将来自加速器16的输出的质子束输送到中子靶组件200中的靶,中子靶组件200位于延伸到患者护理室中的射束线的分支70的末端。 系统10可以被配置为将质子束引导至任意数量的一个或多个目标和相关联的治疗区域。 在该实施例中,HEBL 18包括三个分支70、80和90,它们可以延伸到三个不同的患者治疗室中,其中每个分支具有靶组件200和下游光束整形装置(未示出)。 HEBL 18 包括泵室 51、四极磁铁 52、72 以防止射束散焦,偶极或弯曲磁铁 56 以将射束引导到治疗室,58),射束校正器 53,诊断设备,例如电流监测器在图54和76中,高速光束位置监视器部分55和扫描磁体74。
[0034] HEBL 18 的设计取决于处理设施的配置(例如处理设施的单层配置、处理设施的两层配置等)。 可以使用弯曲磁体56将射束传送到靶组件200(例如,位于治疗室附近)。 然后可以包括四极磁铁72以将射束聚焦到目标处的特定尺寸。 射束然后被引导到一个或多个扫描磁体(例如,螺旋形、弯曲的、步进成行和列、它们的组合等),从而提供射束在目标表面上的横向移动。74)通过。 束流横向移动有助于实现质子束在锂靶上的平滑且均匀的时间平均分布,防止过热并使锂层内的中子产生尽可能均匀。
[0035]在进入扫描磁体74之后,射束可以进入测量射束电流的电流监视器76。 靶组件200可以通过闸阀77与HEBL容积物理分离。 闸阀的主要功能是在加载目标和/或将使用过的目标更换为新目标时,将光束线的真空体积与目标分开。 在实施例中,光束可能不会通过弯曲磁铁 56 弯曲 90 度,而是沿直线行进到图 1B 的右侧,然后进入位于水平光束线上的四极磁铁 52。 根据建筑物和房间配置,梁随后可以通过不同的弯曲磁铁58弯曲到所需的角度。 或者,弯曲磁体58可以用Y形磁体代替以在两个方向上为位于同一楼层的两个不同治疗室分开光束线。
[0036] 图2展示与本发明的实施例一起使用的预加速器系统或离子束植入器的实例。 在该示例中,预加速器系统20(例如,LEBL 14)包括单透镜30(图2中未示出,但在图3A和3B中示出)、预加速器管(26)和螺线管510,配置为加速从离子源12注入的负离子束。 预加速器系统 20 将射束粒子加速到串联加速器 16 所需的能量,并提供负离子以匹配串联加速器 16 输入孔或入口处的输入孔面积。光束。 预加速器系统20允许来自串列加速器16的逆流通过预加速器系统以减少对离子源12的损坏和/或逆流到达离子源的灯丝的可能性。进一步配置最小化或散焦回流时
[0037] 在实施例中,离子源 12 可以被配置为在单透镜 30 的上游提供负离子束,该负离子束耦合到预加速器管 26 并且磁聚焦装置(例如,螺线管)继续通过(510)。 螺线管510可以定位在预加速器管26和串联加速器16之间并且可以电联接到电源。 负离子束穿过螺线管510到达串联加速器16。
[0038] 预加速器系统20还可以包括用于脱气的离子源真空箱24和泵室28,上述泵室以及预加速器管26。除其他元件外,它是相对通向串联加速器 16 的低能束线。 从离子源12延伸的是离子源真空箱24,其中可以放置单透镜30。 预加速器管26可以耦合到离子源真空箱24和螺线管510。 用于脱气的真空泵室28可连接至螺线管510和串联加速器16。 离子源12用作带电粒子源,当中子被加速、调节并最终被输送到中子产生靶时,该带电粒子可用于产生中子。 本文将参照产生负氢离子束的离子源来描述示例性实施例,但实施例不限于此,源可以产生其他正粒子或负粒子。
[0039] 预加速器系统20可以具有零个、一个或多个磁性元件,用于诸如调整光束的对准和/或聚焦之类的目的。 例如,可以使用任何这样的磁性元件来使束与串联加速器16和束线轴的接收角相匹配。 离子真空箱24可以具有定位在其中的离子光学器件。
[0040] 一般来说,负离子源12根据产生负离子的机制不同,分为表面型和体积型两种。 表面类型通常要求某些内表面存在铯 (Cs)。 体积类型取决于高电流放电等离子体体积内负离子的形成。 尽管两种类型的离子源都可以为涉及串联加速器的应用提供所需的负离子电流,但表面型负离子源不适用于调制。 也就是说,对于在此描述的实施例中的负离子束的调制,体积型负离子源(例如,不使用铯(Cs))是优选的。
[0041] 参考图3A,离子束植入器20(例如,或LEBL 14)的离子源真空箱24可包含定位于其中的单透镜30。 如图3B详细所示,可安装在真空箱24中离子源12的接地透镜25下游的单透镜30包括安装板32、安装板(32)和两个接地电极34与安装杆 35 和通电(通过单)电极 38 以间隔关系相互耦合。 电极34和38被制造成圆柱形孔的形式并且装配有与光束路径重合的轴向轴线。 通电电极38由在接地电极或孔34之间延伸的绝缘体(或绝缘体)36支撑。
[0042] 支座隔离器36可以具有被配置为抑制电子雪崩的产生并且抑制可能导致闪络形成的流光形成和传播的几何设计。 支座隔离器36的几何设计可以部分屏蔽驱动电子雪崩的绝缘体表面的外部电场,有效增加路径长度。 此外,绝缘体/隔离体 36 的材料往往会降低溅射效应、表面负离子损失、体积污染以及在绝缘体或隔离体表面形成导电涂层,从而导致电气强度降低。
[0043] 在功能上,单透镜30对从离子源12前进的带电粒子束的作用类似于光学聚焦透镜对光束的作用。 即,单透镜30将入射的发散光束聚焦到焦平面中的一点。 然而,这里,在通电电极38和成对的两个接地电极34之间形成的电场决定了单透镜的聚焦强度(焦距距离)。
[0044] 通过将 Einzel 透镜 30 安装在离子源接地透镜 25 的下游,减少了束自由空间传输,其中束由于固有空间电荷而发散。
[0045] 单透镜30的轴对称或基本轴对称设计的尺寸被优化以避免提取的离子与单透镜30的暴露表面直接相互作用。
[0046] 在操作中,与正偏置极性相比,Einzel 透镜 30 的负极性偏置导致更高的聚焦能力。 此外,在操作中,向 Einzel 透镜 30 供电的方法提供逐渐的电压增长而不是瞬时电压施加,这负责通过例如突发喷射机制 Einzel 透镜 (30) 形成等离子体降低存在于表面上的微凸起中电场的增长率 (dE/dt) 这种等离子体形成的中断提高了电气强度。
[0047] 由于电击穿,在高背景压力下 Einzel 透镜的负偏置电位通常是不可能的。 本文提供的Einzel透镜的示例性实施例的配置使得能够施加足够高的负偏置电压以实现100%的电流利用而没有电击穿。
[0048] 图4A描绘了与本公开的实施例一起使用的示例性离子束源系统。 在图4A中,离子源12可选地容纳在离子源外壳内。 离子源12包括多个电极,例如等离子体电极320、接地透镜310和引出电极330。 可选地,离子源12与单透镜30耦合,负离子束从离子源12通过单透镜30、预加速管26和螺线管510注入或传播到输入孔中串联加速器 16 通过
[0049] 参考图4B,离子源12可以在接地透镜310处电连接到电源PS3的第一(接地)端,并且电源PS3最终可以在第二端连接到离子源12。 . 电耦合。 离子源12相对于接地透镜310的偏置允许提取和传输离子源下游的高电流负离子束。 在一些实施例中,电源PS3可以提供-30kV的电压。 通过在预加速器管26中加速束进一步抑制由于自空间电荷引起的高电流负离子束的发散,同时螺线管510耦合到注入束和串联加速器16。它用于精细匹配的输入孔径。
[0050] 离子源12的等离子体电极320可以电耦合到电源PS5,离子源12的提取电极330可以电耦合到调制器350,并且调制器350最终电耦合到电源PS4。 等离子体电极320的偏压使得离子源12能够保持期望的电子能量分布,并且因此使用提取电极330从离子源12中的等离子体边界的负离子。促进更有效的提取。
[0051] 当引出电极330被偏置时,负离子束从离子源12引出并被接地透镜310加速朝向离子源12下游的植入器部件。 当提取电极330未被偏压时,不提取负离子束。
[0052] 如上所述,串联加速器16由与其耦合的高压电源PS6供电并产生能量大约等于施加到位于串联加速器16内的加速电极的电压的两倍的质子。可以产生束。 电源PS6可以由反馈回路控制,由此保持串联加速器16内的电压稳定性。 也就是说,测量或控制装置360(例如电压表)可以监测串联加速器16的多个串联电极G两端的电压。
[0053] 为加速器 16 供电的电源(例如 PS6)可能对其输出电压和电流具有物理和设计相关的限制。 控制电路(例如,测量或控制装置 360)也可能具有用于信号采集和处理的有限带宽,以及用于输出电压稳定的比例-积分-微分(PID)。环路可以被表征。 与电源(例如PS6)相关联的这些和其他因素可以导致电源(例如PS6)在触发事件下对加速器16的响应时间的有效增加。 因此,加速器 16 很容易被频率为 10Hz(例如,占空比为 1%)的持续时间小于(或大约 1 毫秒)的射束脉冲加载。而射束电流可以一样大为 10 毫安 (mA)。 相反,启动 10 mA DC 射束传输会导致加速器电压下降近 50% 并触发射束终止。
[0054] 本说明书的实施例提供提供给加速器16的电源(例如,PS6)以及整体性能的射束电流,其中射束占空比具有随时间逐渐增加的变化。推进负载解决了物理和设计问题与监测加速器16的参数的电源和控制电路相关的相关限制。 加速器的整体性能可能受应用程序特定要求的约束(例如,用于患者护理)。 在一些实施例中,射束电流在 2.7 MeV 时为 15 mA。
[0055] 图5A-5C是说明梁系统10的操作的一个示例性实施例的图。 图5A是加速器电源(供应电极)的电压对时间的曲线图。 图5B是显示在输入到加速器40之前LEBL 190处的射束电流的曲线图,并且图5C是显示射束源22中的电流的设定点的曲线图。 在时间t0之前,加速器40正常工作用于医疗,加速器电压为正常电压V N 是。 束流是标称束流水平 I LD 稳定在 在时间 t0,发生导致加速器电压下降的事件。 这可能是系统 10 的故意关闭、故障事件(例如,如果使用非常高的电压,则来自加速器 40 中的电弧放电)或其他情况。 响应于检测到该事件,系统10(图8)的控制系统3001A终止射束的提取并且电流降至零(图5B)。
[0056] 控制系统 3001A 还将源的设置点设置为 I,例如,在 t0。 LN 较低的电流水平 I 适用于从以下位置启动或重新启动光束 LI 发出改变或调谐到光束源22的命令。 束源22将被调谐到新设定点的速度取决于束源的设计和实施,并且将随着实施例的不同而变化。 在该实施例中,束源22的动力学需要时间来调整到新的设定点,并且束源22在时间t2或之前达到新的设定点。 调谐束源 22 将加速器电压增加到 V N 可能发生在之前、期间(同时)或之后。
[0057] 调谐射束源 22 的过程与源 22 的射束或离子提取区域附近的等离子体参数(例如等离子体密度)相匹配,以便等离子体有助于在请求的电流下可靠地提取离子束。它可以包括使足够了。 调谐可以进一步包括通过将提取的离子束的参数(例如,能量、对准、焦距)与下游束传输光学器件匹配来最小化损失。 可以通过调整离子源组件的可控设置来执行调谐。 例如,调谐可以包括控制或调整源的电弧放电电流、调整源的灯丝电流、调整等离子电极电压、调整提取电极电压和/或调整源22。它可以包括调整速率供应的氢气。
[0058] 在决定重新启动系统 10 之后,在时间 tR,控制系统 3001A 使偏置电压施加到加速器 40 的电极,并且加速器电压为 V N ,在时间 t1 达到该水平。 在时间 t2,控制系统 3001A(例如,通过偏置源 22 的提取电极)返回 I LI 在设定点,可以启动射束提取,射束电流为 I LI 升起到 光束通过加速器 40 的瞬时传播幅度为 V D 导致瞬时加速器电压下降 501 更高的我 LI 更高级别V D 导致我 LI 和V D 的大小之间有直接的关系
[0059] 加速器电压的波动转化为射束能量的变化,这又转化为偏离最佳轴。 尽管系统 10 中存在光束光学器件以在离轴未对准的情况下重新对准光束,但是这些光学器件通常需要很短的时间来检测和响应未对准。 在相对较高的射束电流下,即使是短暂的未对准也会对射束系统组件造成损坏。 因此,我 LO 光束优选地保持在相对低的水平以避免在未对准时损坏。
[0060] 在这些示例性实施例中,我 LI 瞬态电压降 V 的大小 D (因此偏差程度)是阈值 V T 可以选择以确保它保持在 换句话说,我 LI 加速器电压的大小取决于具体的 I LI 允许的最小电压以避免损坏系统 10 在电平 (V M) 可以降低到更高的水平。 阈值选择我 LI 对应于光束离开光束轴的最大允许偏转时间 这考虑了射束电流的大小,以及射束光学元件(例如磁性元件)检测和补偿任何离轴偏转(在较弱的射束造成损坏之前)所需的时间。相对较长的时间)。 该阈值可以对应于梁系统的各种组件的调整响应时间。 根据串联加速器下游的光束线参数,光束能量中的某些小波动不足以导致光束线损坏,这是由于小的离轴光束偏差造成的,或者可以通过使用基于反馈信号的活性离子光学器件进行补偿。是。
[0061] 在时间 t3,加速器电压处于标称电平 V N ,并且控制系统3001A将射束源22设置为标称射束电流水平I LN (图5c)发出调谐命令。 在该实施例中,束源22从时间t3到t4具有I。 LN 它通过逐渐增加射束电流来响应。 这种逐渐增加的阈值 V T 对应于另一个瞬态压降502保持在 在一些实施例中,可以发出用于在不断增加的水平上调整设定点的多个顺序命令,以引起源22递增地增加或以阶跃函数方式增加。 在时间t4,加速器电压和射束电流均已返回到它们用于治疗的标称水平并且系统10已完全恢复或启动。 在一些实施例中,系统 10 可能具有 V 的瞬态压降 T 以相对较慢的速率从零开始束流并控制在 I 内 LN 可以增加到
[0062] 图5D示出了另一示例性实施例的加速器电压,其中斜升过程tR'的开始时间比图5A实施例中的tR早。 此处,当从 t0 处的初始事件开始的电压降仍在持续且尚未达到零时,就会出现 tR'。 因此,加速器电压V N 上升到的时间减少,并且系统10能够在t4'比图5A中的t4快得多地返回到标称条件。 也就是说,tR 的变化可以对应于t4 的大得多的变化,因此系统10可以更快地返回到标称治疗条件。
[0063] 图6A-6D是描绘用于波束传输恢复和/或启动的图5A-5D的示例性实施例的实现的代表数据的曲线图,供与本公开的实施例一起使用。 图 6a 显示了电源提供的加速器电极上的电压,图 6b 显示了加速器电源的充电电流 (I CH ),图6c显示了在输入到加速器40之前LEBL 190中的负离子束流,而图6d显示了从加速器40输出之后HEBL 50中的质子流。显示了束流。 时间t2、t3和t4在图6A-6D中被标记并且对应于关于图5A-5C描述的时间。
[0064] 这里,在时间 t2 之前,加速器电压处于标称电平 V N 打开,光束关闭。 在时间t2之前,束源22具有I,其在本实施例中大约为1毫安(mA)。 LI 调到 在时间 t2,光束是 I LI 从中提取,加速器40经历瞬态压降501,供电电流为I LI 比我大大约 2 mA 的稳态电平 SS ), 然后在上升前短暂下降。 在时间 t3,加速器是 V N 达到并且光束源 22 的设定点是 I LN ,此时约为 10 mA,我 LN 束电流逐渐增加,直到达到(图 6c)。 同时,加速器电压经历第二次瞬态下降(502)。 压降 501 或 502 都不会导致加速器电压为 V M 不要让它掉下来 在加速并转换成质子束之后,束电流变成大约7mA(图6d)。
[0065] 图7是图示在波束系统中发起波束传输的方法700的示例性实施例的流程图。 在 701,加速器系统的一个或多个电极的偏置电压被设置为第一电压电平(例如,标称电压 V N ) 增加。 在 702,第一射束电流水平(例如,I LI ), 从束源中提取 (或传播) 带电粒子束。 第一束电流水平是加速器系统的第一瞬态电压降(V D ) ,并且第一瞬态电压降是阈值(V T ) 内。 加速器电压是第一电子束电流水平的最小允许电压 (V M ) 不会掉下来。 在 703,射束电流使加速器系统达到第二射束电流水平,在该水平下一个或多个后续瞬态电压降在阈值(例如,I LN ) 以导致加速器系统中一个或多个后续瞬态电压下降的速率。
[0066] 在图6A的示例性实施例中,阈值V N -V M ) 对于大约 1 mA 的射束电流大约为 70 千伏 (kV)。 阈值可以并且将基于射束电流的大小、系统10在离轴时对射束冲击的弹性、可以检测到射束未对准的速率以及可以检测未对准的速率而变化。更正。
[0067] 我 LI 我的大小 LN 稳态充电电流I以满足较低的任意电流值和特定应用需求 SS 可 例如,在图6C的实施例中,我 LI 是 1 毫安 (mA),而我 SS 是2毫安,我 LN 约为 10 mA,但两个值可能会有所不同。 在一些实施例中,我 LI 我的大小 SS 是 0.01 到 75% 的值
[0068] 图8A和8B是示出示例性射束系统10内用于射束提取的脉冲序列的示例性实施例的曲线图。 示例性射束操作包括根据射束提取触发序列和给定的占空比函数来提取射束。 束提取触发序列由第一命令的控制系统(例如,3001A)执行,以将束源的设定点改变为期望的电流水平,使得源12准备好输出具有期望的电流幅度的束. 可能包括出版物。 控制系统(例如,3001A)然后可以使偏置电压施加到加速器16的电极(例如,通过发出第二命令),其中加速器电压是V N (例如,加速器的标称电压或所需的工作电压)。 控制系统3001A然后可以使射束提取开始(例如,通过偏置源12的提取电极)(例如,通过发出第三命令)。 图8A和8B涉及射束提取触发器,其可以包括根据本文的实施例的用于启动和/或引起射束提取的上述命令序列。
[0069]射束提取触发序列可以遵循给定的占空比函数。 占空比函数可以定义为周期 1/f(例如,以便可以提取光束或脉冲)、时间增加的脉冲持续时间(例如,提取光束脉冲的持续时间),或两者。可以包括 也就是说,控制系统(例如,图8A和8B中未示出的3001A)可以被配置(例如,被编程)以发出一个或多个命令,该命令在特定时间引起波束提取。 在图8A的示例性实施例中,第一脉冲501在时间零被提取。 射束提取可以在射束提取停止或终止之前继续第一脉冲持续时间,例如作为由控制系统3001A发出的一个或多个命令的结果。 控制系统3001A然后可以发出一个或多个命令,该命令导致在时间1/f进行比第一脉冲持续时间长的第二脉冲持续时间的射束提取。 第二脉冲持续时间可以作为控制系统3001A发出的停止射束提取的一个或多个命令的结果而结束。 控制系统3001A然后可以发出一个或多个命令,该命令导致在第二脉冲持续时间以及比第一脉冲持续时间更长的第三脉冲持续时间的时间2/f处进行射束提取。 第三脉冲持续时间可以作为控制系统3001A发出的停止射束提取的一个或多个命令的结果而结束。 控制系统3001A然后发出一个或多个命令导致在时间3/f进行射束提取持续比第三脉冲持续时间、第二脉冲持续时间和第一脉冲持续时间中的每一个更长的第四脉冲持续时间。 第四脉冲持续时间可以作为控制系统3001A发出的停止射束提取的一个或多个命令的结果而结束。 控制系统 3001A 然后在时间 4/f 引起光束提取,第五脉冲持续时间长于第四脉冲持续时间、第三脉冲持续时间、第二脉冲持续时间和第一脉冲持续时间中的每一个。您可以发出一个或多个命令来执行 示例性操作可以继续,直到第 N 个提取信号被启动以形成 DC 波束 510,其中 N 是一个数字并且可以根据特定实施例来设置(例如,N 是 5、50、500、5000 等)。
[0070] 图8A示出了其中脉冲持续时间随着每个连续脉冲而增加的实施例。 其他实施例可能有所不同。 图8B示出了示例性实施例,其中脉冲在下一个增量之前的特定持续时间重复。 这里,提取第一组551的脉冲501-1至501-3,其中每个脉冲具有相同的持续时间。 然后提取脉冲 501-4 到 501-6 的第二组 552,其中每个脉冲再次具有相同的持续时间,但持续时间是第一组 551 的脉冲持续时间,长于 然后,提取持续时间更长的脉冲 501-7 至 501-9 的第三组 553,并且持续时间更长的脉冲 501-10 至 501-12 的第四组 554 被提取。)之后是 该过程可以以多组连续增加的脉冲持续时间继续,直到发生DC波束形成。 在本实施例中,每一组包括三个脉冲,但是这些组可以具有彼此相同或不同的其他脉冲计数。 一组的时间段可以基于脉冲计数(例如,该组继续直到达到预定的脉冲计数)或流逝的时间(例如,一组继续直到预定的时间段已经流逝)来预先确定。它可以被确定(例如,预编程)。 该组可以基于来自系统的反馈而动态地结束,例如,该组可以继续直到加速器电压水平基于对控制系统的感测反馈已经稳定。 在其他实施例中,系统连续脉冲增加的持续时间,例如图8A的实施例,同时监测系统稳定性并且在感测到负载或不稳定性(例如,电压低于最小阈值)时,并过渡到例如那个的实施例图 8B 的脉冲重复,直到减轻负载或解决不稳定性(或直到达到预定时间或计数),然后系统可以转换回持续增加持续时间的脉冲(图 8B)。 8A). 在一些实施例中,在感测到负载或不稳定性时,系统可以返回到较短持续时间的脉冲,直到可以进行脉冲持续时间增加的时间。
[0071] 图9是说明与本公开的实施例一起使用的示例性占空比函数的曲线图。 例如,在图9中,用于波束操作的占空比(例如,如图8A和8B所示)可以包括线性或非线性函数。 在图9中,第一函数x 610(例如,由虚线指示)可以是能够计算或生成占空比的线性函数。 替代或第二功能 ![]()
620(例如,由实线表示)可以是能够计算或生成占空比的非线性函数。 应当理解,可以根据加速器16(例如PS6)的电源来选择或调整占空比。 用于确定占空比函数的标准的示例可以包括加速器电源将输出电压维持在指定范围内(例如,安全或安全区)的能力。 在示例中,可能希望在加速器电源开始检测到由脉冲束引起的负载增加时减慢占空比的变化率。
[0072] 图10是示出本公开的实施例可以在其中操作的示例系统的框图。 例如,所示示例系统包括梁系统10和一个或多个计算设备3002。 在实施例中,束系统10可以是示例性中子束系统(例如,上述系统10)的一部分。 在这样的实施例中,射束系统10允许一个或多个计算设备3002通信以与射束系统10的系统和组件(例如,中子射束系统10)交互。可以使用一个或多个控制系统3001A。 这些设备和/或系统中的每一个都被配置为直接或通过本地网络(例如网络3004)相互通信。
[0073] 计算设备3002可以由各种用户设备、系统、计算设备等来实现。 例如,第一计算设备3002可以是与特定用户相关联的台式计算机,而另一个计算设备3002可以是与特定用户相关联的膝上型计算机,并且另一个计算设备3002可以是移动设备(例如平板电脑或平板电脑)。智能设备)。 计算设备3002中的每一个都可以被配置为与束系统10通信,例如,通过可通过计算设备访问的用户界面。 例如,用户可以在被配置为与波束系统3001通信的计算设备3002上运行桌面应用程序。
[0074] 通过使用计算设备 3002 与梁系统 3001 通信,用户可以根据本文描述的实施例确定组件 3005 的操作参数(例如,操作电压等)。 在实施例中,射束系统10可以包括控制系统3001A,射束系统10可以通过该控制系统从计算设备3002接收和应用操作参数。
[0075]控制系统3001A可以配置成从梁系统10的部件3005和监测装置3003接收测量值、信号或其他数据。 例如,控制系统3001A可以从一个或多个监测装置3003接收信号,指示通过束系统3001的束的位置和/或操作条件。 控制系统3001A将根据在此描述的方法,根据穿过束系统的束的位置和/或操作条件,提供对一个或多个束线部件3005的输入的调整。 控制系统3001A还可以直接或经由通信网络3004向计算设备3002提供从束系统10的任何组件(包括监测设备3003)收集的信息。
[0076] 通信网络 3004 可以是任何有线或无线通信网络,包括例如有线或无线局域网 (LAN)、个域网 (PAN)、城域网 (MAN)、广域网 (WAN) 和它可能包括网络以及实现它所需的任何硬件、软件和/或固件(例如,网络路由器等)。 例如,通信网络3004可以包括802.11、802.16、802.20和/或WiMax网络。 此外,通信网络3004可以包括诸如因特网的公共网络、诸如内联网的专用网络或其组合,包括但不限于当前可用的或以后开发的基于TCP/IP的网络协议。协议可用。
[0077] 计算设备3002和控制系统3001A可以由一个或多个计算系统实现,例如图11所示的装置3100。 如图11所示,装置3100可以包括处理器3102、存储器3104、输入和/或输出电路3106以及通信设备或电路3108。 还应当理解,这些组件3102-3108中的某些组件可以包括类似的硬件。 例如,两个组件可以使用相同的处理器、网络接口、存储介质等来执行它们相关联的功能,从而每个设备不需要冗余硬件。 因此,如本文所描述的关于设备的组件的术语“设备”和/或“电路”的使用是被配置为执行与特定设备相关联的功能的软件组件。可以包括特定硬件。
[0078] 术语“设备”和/或“电路”应广义地理解为包括硬件,并且在一些实施例中,设备和/或电路还可以包括用于配置硬件的软件。 例如,在一些实施例中,设备和/或电路可以包括处理电路、存储介质、网络接口、输入/输出设备等。 在一些实施例中,装置3100的其他元件可以提供或补充特定设备的功能。 例如,处理器3102可以提供处理功能,存储器3104可以提供存储功能,通信设备或电路3108可以提供网络接口功能,等等。
[0079] 在一些实施例中,处理器3102(和/或辅助处理器或以其他方式与处理器相关联的协处理器或任何其他处理电路)可以在设备的组件(例如存储器)之间传递信息(3104)。 存储器3104可以是非暂时性的并且可以包括例如一个或多个易失性和/或非易失性存储器。 也就是说,例如,存储器可以是电子存储设备(例如,计算机可读存储介质)。 根据本公开的示例实施例,存储器3104可以被配置为存储信息、数据、内容、应用、指令等以使设备能够执行各种功能。
[0080] 处理器3102可以以多种不同方式实现,并且可以包括例如被配置为独立执行的一个或多个处理设备。 附加地或备选地,处理器可以包括一个或多个处理器,该处理器被配置为通过总线串联以实现指令的独立执行、流水线和/或多线程。 术语“处理设备”和/或“处理电路”的使用可以理解为包括单核处理器、多核处理器、装置内的多个处理器和/或远程或“云”处理器。
[0081] 在示例性实施例中,处理器3102可以被配置为执行存储在存储器3104中或处理器可访问的指令。 备选地或附加地,处理器可以被配置为执行硬编码功能。 因此,无论是通过硬件或软件方法配置,还是通过硬件和软件的组合,处理器都是一个实体(例如,物理上可以实现为电路)。 或者,作为另一个示例,当处理器被实现为软件指令的执行器时,指令可以具体地配置处理器以在指令被执行时执行本文描述的算法和/或操作。
[0082] 在一些实施例中,装置3100包括输入/输出设备3106,其可以转而与处理器3102通信以向用户提供输出并且在一些实施例中接收来自用户的输入。 输入/输出设备3106可以包括用户界面并且可以包括设备显示器,例如可以包括网络用户界面、移动应用程序、客户端设备等的用户设备显示器。 在一些实施例中,输入/输出设备3106还可以包括键盘、鼠标、操纵杆、触摸屏、触摸区域、软键、麦克风、扬声器或其他输入/输出机制。 处理器和/或包括处理器的用户接口电路可以经由存储在处理器可访问的存储器(例如,存储器3104等)上的一个或多个计算机程序指令(例如,软件和/或固件)来配置。它可以是配置为控制用户界面元素的一个或多个功能。
[0083] 通信设备或电路 3108 可以是实现为硬件或硬件和软件的组合的设备,被配置为从网络和/或与装置 3100 通信的任何其他设备或电路接收和/或传输数据,或者它可以是任何装置,例如电路。 在这方面,通信设备或电路3108可以包括例如网络接口以实现与有线或无线通信网络的通信。 例如,通信设备或电路3108可以包括一个或多个网络接口卡、天线、总线、交换机、路由器、调制解调器和支持硬件和/或软件,或任何其他适合于通过网络实现通信的设备。 . 附加地或备选地,通信接口包括用于与天线交互以引起经由天线的信号传输或处理经由天线接收的信号的接收的电路。 这些信号与许多无线电兼容,例如当前和未来的蓝牙标准(包括蓝牙和低功耗蓝牙 (BLE))、红外无线电(例如 IrDA)、FREC、超宽带 (UWB)、制导无线电传输等。可以由设备3100使用任何个域网(PAN)技术来传输。 还应当理解,这些信号可以使用 Wi-Fi、近场通信 (NFC)、全球微波接入互操作性 (WiMAX) 或其他基于接近度的通信协议来传输。
[0084]应当理解,任何此类计算机程序指令和/或其他类型的代码都可以加载到计算机、处理器或其他可编程设备的电路中以创建机器,从而在机器上执行代码。计算机、处理器、或其他可编程电路创建用于实现各种功能的方法,包括此处描述的功能。
[0085] 如上所述并且基于本公开将会理解,本公开的实施例可以被配置为系统、方法、移动设备、后端网络设备等。 因此,实施例可以包括多种手段,包括完全在硬件中或软件和硬件的任何组合。 此外,实施例可以采取在至少一个非暂时性计算机可读存储介质上的计算机程序产品的形式,该存储介质中包含计算机可读程序指令(例如,计算机软件)。 可以使用任何合适的计算机可读存储介质,包括非暂时性硬盘、CD-ROM、闪存、光存储设备或磁存储设备。
[0086] 与本公开的实施例一起使用的处理电路可以包括一个或多个处理器、微处理器、控制器和/或微控制器,每个处理器、微处理器、控制器和/或微控制器可以是单独的芯片,或者可以是可以分散的多个不同芯片(和一些)他们之中。 用于本公开的实施例的处理电路可以包括数字信号处理器,其可以在用于本公开的实施例的处理电路的硬件和/或软件中实现。 用于与本公开的实施例一起使用的处理电路可以与本文的图中的其他组件通信耦合。 与本公开的实施例一起使用的处理电路可以执行存储在存储器上的软件指令,这些指令使处理电路采取许多不同的动作并控制本文图中的其他组件。
[0087] 与本公开的实施例一起使用的存储器可以由各种功能单元中的一个或多个共享,或者在它们中的两个或多个之间共享(例如,作为驻留在不同芯片内的独立存储器)。可以分布在 内存也可以是它自己的分立芯片。 存储器可以是非暂时性的,并且可以是易失性的(例如,RAM等)和/或非易失性存储器(例如,ROM、闪存、F-RAM等)。
[0088] 根据描述的主题执行操作的计算机程序指令可以是面向对象的编程语言,例如 Java、JavaScript、Smalltalk、C++、C#、Transact-SQL、XML、PHP 等,以及“C”编程语言或者它可以用一种或多种编程语言的任意组合编写,包括常规的过程编程语言,例如类似的编程语言。
[0089] 下面公开主题的各个方面,回顾和/或补充迄今为止描述的实施例,其中重点针对以下实施例的相互关系和互换性。 也就是说,重点放在实施例的每个特征可以与每个其他特征组合的事实,除非另有明确说明或逻辑上合理。
[0090] 在一些实施例中,启动串联加速器系统的射束传输的方法包括将串联加速器系统的一个或多个电极偏置到第一电压电平。 在这些实施例的一些中,该方法进一步包括从束源提取带电粒子束并且使带电粒子束传输通过串联加速器系统。 在这些实施例的一些中,带电粒子束具有第一束流水平的束流,其导致串联加速器系统的第一瞬态电压降在阈值内。 在这些实施例的一些中,该方法进一步包括以引起串联加速器系统中的一个或多个后续瞬态电压降的速率增加射束电流,直到射束电流达到第二射束电流水平。 在这些实施例的一些中,一个或多个后续瞬态电压降在阈值内。
[0091] 在这些实施例的一些中,阈值对应于带电粒子束离开射束轴的小于最大射束偏转时间的射束偏转时间。
[0092] 在这些实施例的一些中,阈值对应于串联加速器系统位于其中的射束系统的射束光学器件的调整响应时间。
[0093] 在这些实施例的一些中,该方法还包括调谐射束源以提供具有处于第一射束电流水平的射束电流的带电粒子束。 在这些实施例的一些中,束源在提取带电粒子束之前被调谐。 在这些实施例的一些中,提取带电粒子束包括在确定射束源被调谐时偏置提取电极。
[0094] 在这些实施例的一些中,调谐射束源包括向射束源发送命令以在第一射束电流水平下操作。 在这些实施例的一些中,在将串联加速器系统的一个或多个电极偏置到第一电压电平之前执行调谐束源。
[0095] 在这些实施例的一些中,增加射束电流包括向射束源发送命令以在第二射束电流水平下操作。
[0096] 在这些实施例的一些中,束源是离子源。 在这些实施例的一些中,调谐离子源可以包括匹配离子提取区域附近的一个或多个等离子体参数,使得等离子体促进以请求的电流可靠地提取离子束。
[0097] 在这些实施例的一些中,离子源包括体积型离子源。 在这些实施例的一些中,调整离子源包括控制以下一项或多项:控制电弧放电电流、灯丝电流、等离子体电极电压、提取电极电压或供应到离子源中的氢气的速率。包括脚步。
[0098] 在这些实施例的一些中,提取带电粒子束是在串联加速器系统的一个或多个电极达到第一电压水平之后执行的。 在这些实施例的一些中,射束源被配置为向串联加速器系统提供带电粒子束,串联加速器系统定位在射束源的下游。
[0099] 在这些实施例中的一些中,束源被配置为产生负氢离子束。
[0100] 在这些实施例的一些中,束源包括非铯离子源。
[0101] 在这些实施例的一些中,串联加速器系统包括第一组电极、电荷交换装置和第二组电极。 在这些实施例的一些中,将串联加速器系统的一个或多个电极偏置到第一电压水平包括偏置第一组电极和第二组电极。
[0102] 在这些实施例的一些中,带电粒子束是负离子束,第一组电极被配置为加速来自预加速器系统的负离子束,并且电荷交换装置加速负离子束。并且第二组电极一组电极被配置为加速正射束。
[0103] 在这些实施例的一些中,该方法进一步包括使用目标装置从正射束形成中性射束。
[0104] 在这些实施例的一些中,该方法还包括在带电粒子束从束源通过预加速器系统传播到串联加速器系统时使用预加速器系统加速带电粒子束。
[0105]在这些实施例的一些中,在将串联加速器系统的一个或多个电极偏置到第一电压之前,该方法减少了串联加速器系统的一个或多个电极上由于串联加速器系统中的击穿事件而产生的偏压水平。包括进一步的步骤 在这些实施例的一些中,该方法还包括在将串联加速器系统的一个或多个电极偏置到第一电压水平之前确定重启串联加速器系统。
[0106] 在这些实施例的一些中,第一射束电流水平在串联加速器系统的稳态充电电流的0.01%至75%的范围内。
[0107] 在这些实施例的一些中,第二射束电流水平是标称治疗水平。
[0108] 在这些实施例的一些中,带电粒子束是负离子束。
[0109] 在一些实施例中,射束系统包括射束源、包括配置为偏置到第一电压水平的一个或多个电极的串联加速器系统,以及控制系统。 在这些实施例的一些中,控制系统控制射束源产生带电粒子束,该带电粒子束具有第一射束电流水平的射束电流,该第一射束电流水平对应于阈值内的串联加速器系统的第一瞬态电压降。 在这些实施例的一些中,控制系统被配置为控制射束源以导致串联加速器系统中的一个或多个后续瞬态电压降的速率增加射束电流,直到射束电流达到第二射束电流水平。额外构成。 在这些实施例的一些中,一个或多个后续瞬态电压降在阈值内。
[0110] 在这些实施例的一些中,阈值对应于带电粒子束离开射束轴的小于最大射束偏转时间的射束偏转时间。
[0111] 在这些实施例的一些中,阈值对应于光束系统的光束光学器件的调节响应时间。
[0112] 在这些实施例的一些中,控制系统还被配置成将射束源调谐到第一射束电流水平并且使得带电粒子束以处于第一射束电流水平的射束电流从射束源中提取。
[0113] 在这些实施例的一些中,控制系统还被配置成将射束源调谐到第二射束电流水平,同时使带电粒子束从射束源中提取。
[0114] 在这些实施例的一些中,束源包括提取电极。
[0115] 在这些实施例的一些中,束源是体积型离子源,并且控制系统控制电弧放电电流、灯丝电流、等离子体电极电压、提取电极电压或提供给束源的氢气速率中的一个或多个. 被配置为
[0116] 在这些实施例的一些中,控制系统进一步被配置成控制串联加速器系统的一个或多个电极的偏压。
[0117] 在这些实施例的一些中,控制系统导致(a)串联加速器系统的一个或多个电极上的偏压增加到第一电压水平,并且(b)导致束源与(a)第一射束电流水平。它进一步配置为调谐到。
[0118] 在这些实施例的一些中,控制系统导致(a)串联加速器系统的一个或多个电极上的偏压增加到第一电压水平,和(b)一个或多个电极上的偏压达到第一电压水平.被进一步配置成使射束源在之后被调谐到第一射束电流水平
[0119] 在这些实施例中的一些中,控制系统使(a)束源被调谐到第一束流水平,和(b)在束源被调谐到第一束之后串联加速器系统的一个或多个电极电流电平还被配置为使电压的偏置增加到第一电压电平。
[0120] 在这些实施例的一些中,束源包括非固定离子源。
[0121] 在这些实施例的一些中,串联加速器系统包括第一组电极、电荷交换装置和第二组电极。
[0122] 在这些实施例的一些中,带电粒子束是负离子束,第一组电极被配置为加速来自预加速器系统的带电粒子束,并且电荷交换装置将负离子束变成正离子束.并且第二组电极被配置为加速正离子束。
[0123] 在这些实施例中的一些中,射束系统还包括目标装置,其被配置为从从串联加速器系统接收的正射束形成中性射束。
[0124] 在这些实施例的一些中,射束系统还包括预加速器系统,其被配置为在带电粒子束从射束源传播到串联加速器系统时加速带电粒子束。
[0125] 在这些实施例的一些中,控制系统在增加串联加速器系统的一个或多个电极的偏压至第一电压电平。它还被配置为使偏置减小。
[0126] 在这些实施例的一些中,控制系统还被配置成在将串联加速器系统的一个或多个电极的偏压增加到第一电压水平之前确定重启串联加速器系统。
[0127] 在这些实施例的一些中,第一射束电流水平在串联加速器系统的稳态充电电流的0.01%至75%的范围内。
[0128] 在这些实施例的一些中,第二射束电流水平是标称治疗水平。 在这些实施例的一些中,带电粒子束是负离子束。
[0129] 在许多实施例中,一种调制用于射束系统的射束传输的方法包括将加速器系统的一个或多个电极偏置到电压电平,以及从射束源选择性地提取带电粒子射束脉冲,使得带电粒子射束脉冲是通过加速器系统传输并导致持续时间随时间增加。
[0130] 在这些实施例的一些中,根据线性和/或非线性的占空比函数提取带电粒子束脉冲。 在这些实施例的一些中,占空比函数可响应于检测到的由带电粒子束引起的负载增加而调整。 在这些实施例的一些中,以频率f提取带电粒子束脉冲,该频率可以是固定或可变频率。 在这些实施例的一些中,占空比函数对应于增加脉冲持续时间的连续带电粒子束脉冲。 在这些实施例的一些中,带电粒子束脉冲的每个连续提取具有比紧接在前的带电粒子束脉冲更长的持续时间。
[0131] 在这些实施例中的一些中,第一带电粒子束脉冲在第一时间1/f被提取第一脉冲持续时间并且第二带电粒子束脉冲在第二时间2/f被提取第二脉冲持续时间。从 在这些实施例的一些中,第二脉冲持续时间大于第一脉冲持续时间。
[0132] 在这些实施例的一些中,提取第一组带电粒子束脉冲,然后提取第二组带电粒子束脉冲。 在这些实施例的一些中,第一组中的每个脉冲具有第一持续时间并且第二组中的每个脉冲具有大于第一持续时间的第二持续时间。 在这些实施例的一些中,第二组带电粒子束脉冲在第一组中的预定数量的带电粒子束脉冲已经被提取之后被启动。 在这些实施例的一些中,第二组带电粒子束脉冲在第一组带电粒子束脉冲被提取的预定时间期满之后被启动。
[0133]在这些实施例的一些中,该方法包括在提取第一组带电粒子脉冲期间检测负载或不稳定性,以及在检测到的负载或不稳定性解决后提取第二组带电粒子脉冲。 在这些实施例的一些中,负载或不稳定性是电压降。
[0134] 在这些实施例的一些中,选择性地提取带电粒子束包括偏置提取电极。
[0135] 在这些实施例的一些中,加速器系统是串联加速器系统。 在这些实施例的一些中,选择性地提取带电粒子束是在串联加速器系统的一个或多个电极达到电压电平之后执行的。
[0136] 在这些实施例的一些中,射束源被配置为向加速器系统提供带电粒子束,并且加速器系统定位在射束源的下游。
[0137] 在这些实施例中的一些中,束源被配置为产生负氢离子束。
[0138] 在这些实施例的一些中,束源包括非固定离子源。
[0139] 在这些实施例的一些中,加速器系统是串联加速器系统,其包括第一组多个电极、电荷交换装置和第二组多个电极。 在这些实施例的一些中,将串联加速器系统的一个或多个电极偏置到电压水平包括偏置第一组多个电极和第二组多个电极。 在这些实施例的一些中,带电粒子束是负离子束。 在这些实施例的一些中,第一组中的多个电极被配置为加速来自预加速器系统的负离子束并且电荷交换装置被配置为将负离子束转换为正离子束,并且,第二组多个电极的组合被配置为加速正射束。 在这些实施例的一些中,该方法进一步包括使用目标装置从正射束形成中性射束。
[0140] 在这些实施例的一些中,该方法还包括使用预加速器系统在带电粒子束从束源传播通过预加速器系统到加速器系统时加速带电粒子束。
[0141] 在这些实施例的一些中,该方法进一步包括提取连续带电粒子束。
[0142] 在一些实施例中,射束系统包括射束源、加速器系统和控制系统,以使持续时间增加的带电粒子射束脉冲选择性地从射束源中提取并通过加速器系统传输。它被配置为控制来源。 在这些实施例的一些中,控制系统被配置成控制射束源,使得根据线性和/或非线性的占空比函数提取带电粒子束脉冲。 在这些实施例的一些中,控制系统还被配置成检测由带电粒子束引起的负载增加并且响应于检测到的负载增加调整占空比函数。
[0143] 在这些实施例的一些中,控制系统被配置为控制射束源,使得带电粒子射束脉冲以频率f选择性地提取,该频率可以是固定或恒定频率。 在这些实施例的一些中,占空比函数被配置为导致提取脉冲持续时间连续增加的带电粒子束脉冲。 在这些实施例的一些中,控制系统被配置成控制射束源,使得提取第一组带电粒子束脉冲,然后提取第二组带电粒子束脉冲。 在这些实施例的一些中,第一组中的每个脉冲具有第一持续时间并且第二组中的每个脉冲具有大于第一持续时间的第二持续时间。
[0144] 在这些实施例中的一些中,控制系统被配置成控制射束源在已经提取第一组带电粒子束脉冲中的预定数量的带电粒子束脉冲之后提取第二组带电粒子束脉冲。 在这些实施例的一些中,控制系统被配置成控制束源在第一组带电粒子束脉冲被提取的预定时间期满之后开始提取第二组带电粒子束脉冲。 在这些实施例的一些中,控制系统被配置为感测负载变化或不稳定性并且使束源继续提取相同持续时间的带电粒子脉冲直到感测的负载变化或不稳定性解决。
[0145] 在这些实施例的一些中,加速器系统是串联加速器系统,其包括一个或多个被配置为偏置到第一电压水平的电极。
[0146] 在这些实施例的一些中,控制系统还被配置成控制对提取电极施加偏压以引起带电粒子束的选择性提取。
[0147] 在这些实施例的一些中,束源包括提取电极。
[0148] 在这些实施例的一些中,控制系统被配置成控制偏压施加到加速器系统的一个或多个电极。
[0149] 在这些实施例的一些中,加速器系统是串联加速器系统,其包括第一组多个电极、电荷交换装置和第二组多个电极。 在这些实施例的一些中,带电粒子束是负离子束。 在这些实施例的一些中,第一组的多个电极被配置为加速来自预加速器系统的带电粒子束并且电荷交换装置被配置为将负离子束转换为正离子束;多个电极第二组配置为加速正光束。
[0150] 在这些实施例中的一些中,射束系统还包括目标装置,其被配置为从从串联加速器系统接收的正射束形成中性射束。
[0151] 在这些实施例中的一些中,射束系统还包括预加速器系统,其被配置成将带电粒子束脉冲从射束源加速到加速器系统。
[0152] 在这些实施例的一些中,带电粒子束脉冲是负离子束脉冲。
[0153] 旨在结合本文提供的任何实施例描述的所有特征、元件、组件、功能和步骤可以自由组合或替换来自任何其他实施例的那些。应该小心 如果特定特征、元件、组件、功能或步骤仅结合一个实施例进行描述,则该特征、元件、组件、功能或步骤在本文中被描述,除非另有明确说明。应当理解,它可以用于与任何其他实施例。 因此,本段可以在任何时候组合来自不同实施例的特征、元素、组件、功能和步骤,或者来自一个实施例的特征、元素、组件、功能和步骤。作为先行基础和书面支持引入替代其他实施例的权利要求,即使下面的描述没有明确说明在特定情况下,这样的组合或排列是可能的。 明确认识到,对所有可能的组合和排列的表达性叙述过于繁琐,尤其是如果本领域技术人员很容易理解每一种这样的组合和排列的允许性。
[0154] 就本文公开的实施例包括或结合存储器、存储和/或计算机可读介质操作而言,存储器、存储和/或计算机可读介质是非暂时性的。 因此,存储器、存储和/或计算机可读介质仅仅是非暂时性的,只要它们被一项或多项权利要求所涵盖。
[0155] 如在本说明书和所附权利要求中所使用的,单数形式“a”、“an”和“the”包括复数对象,除非上下文另有明确规定。
[0156]尽管实施例能够进行各种修改和替代形式,但是其具体示例已经在附图中示出并且在本文中被详细描述。 然而,应当理解,这些实施例不限于所公开的特定形式,相反,涵盖落入本公开的精神内的所有修改、等同物和替代。 此外,实施例的任何特征、功能、步骤或元素可以被引用或添加到权利要求中,以及不落入其范围内的特征、功能、步骤或元素可能是限定发明范围的消极限制索赔的
