本實用新型屬于回旋加速器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高精度法拉第筒。

背景技術(shù)：

回旋加速器是利用磁場和電場共同使帶電粒子作回旋運動，在運動中經(jīng)高頻電場反復(fù)加速的裝置，是高能物理中的重要儀器，其中超導(dǎo)回旋加速器是目前醫(yī)用質(zhì)子治療加速器的核心設(shè)備。醫(yī)用質(zhì)子治療加速器能夠?qū)崿F(xiàn)用微觀世界中的質(zhì)子、重離子射線治療腫瘤，是當(dāng)今世界最尖端的放射治療技術(shù)，僅有個別發(fā)達國家掌握并應(yīng)用該技術(shù)。國內(nèi)已經(jīng)展開、但暫時還沒有完成超導(dǎo)回旋加速器的研制工作。

束流強度是加速器中非常重要的束流參數(shù)之一，在醫(yī)用質(zhì)子治療加速器中，束流強度不僅直接關(guān)系到治療的質(zhì)量和效果，而且涉及患者的生命安全。在對患者進行質(zhì)子治療時，需要使用無阻擋型的束流強度測量裝置。對無阻擋型的束流強度測量裝置，需要使用高精度法拉第筒對其測量值進行相應(yīng)的校準(zhǔn)。

現(xiàn)有的法拉第筒多采用二次電子抑制偏壓來防止二次電子逸出法拉第筒造成測量的偏差，同時采用加大法拉第筒長度的方法防止二次電子逸出。也可采用永磁鐵，利用磁場對二次電子進行抑制，如對10eV動能的二次電子，在10mT的磁場中，其運動半徑為1mm左右，可以保證二次電子不逸出法拉第筒。但無論電抑制或磁抑制，對法拉第筒中心線上二次電子逸出最明顯的區(qū)域其抑制效果都較差，且永磁鐵存在熱影響下的失效。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

目前，國內(nèi)許多單位均在開展質(zhì)子治療的相關(guān)研究，對質(zhì)子束流強度進行高精度測量的法拉第筒裝置具有廣闊的應(yīng)用前景。由于質(zhì)子治療裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計緊湊，因此如何在有限空間內(nèi)實現(xiàn)對束流強度的直接精確測量并以此為依據(jù)對無阻擋型的束流強度測量裝置進行校準(zhǔn)具有非常重要的意義?，F(xiàn)有的法拉第筒裝置所存在的二次電子逸出及發(fā)熱等問題，無法滿足質(zhì)子治療儀的設(shè)計要求。

針對上述需求，本實用新型旨在提供一種結(jié)構(gòu)簡單、占用空間小、造價低廉、有效減少法拉第筒中心線上二次電子逸出、并降低發(fā)熱的高精度法拉第筒裝置用于質(zhì)子治療回旋加速器束流強度的測量。

為達到以上目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是一種高精度法拉第筒，包括法拉第筒主體，其中，還包括設(shè)置在所述法拉第筒主體開口外側(cè)的二次電子抑制偏壓電極，設(shè)置在所述法拉第筒主體內(nèi)的中空的錐形結(jié)構(gòu)，所述錐形結(jié)構(gòu)能夠使所述法拉第筒主體內(nèi)產(chǎn)生的二次電子不會沿所述法拉第筒主體的中軸線向外發(fā)射。

進一步，所述錐形結(jié)構(gòu)與所述法拉第筒主體同軸，大口徑一端的開口朝向被測束流的射入方向，小口徑一端與所述法拉第筒主體相連。

更進一步，所述法拉第筒主體、錐形結(jié)構(gòu)的制作材質(zhì)為銅。

進一步，在所述法拉第筒主體遠離開口的另一端的底部設(shè)有水冷管路。

更進一步，根據(jù)被測束流的粒子在所述法拉第筒主體所采用的制作材質(zhì)中的射程，所述法拉第筒主體底部的厚度大于所述射程，所述水冷管路設(shè)置在所述射程之外，避免所述水冷管路中的冷卻水被活化。

進一步，還包括設(shè)置在所述二次電子抑制偏壓電極遠離所述法拉第筒主體一側(cè)的保護接地電極。

本實用新型的有益效果在于：所采用的法拉第筒具有結(jié)構(gòu)簡單，占用空間小，可有效減少二次電子逸出，提高測量精度的優(yōu)點，同時該結(jié)構(gòu)設(shè)計可以增大法拉第筒的熱容量，提高安全性；在束流能量集中時，可以有效分散束流能量，防止局部溫度過高造成損壞；可廣泛應(yīng)用于在質(zhì)子治療領(lǐng)域束流強度的測量，并具有向相關(guān)領(lǐng)域推廣使用的價值。

附圖說明

圖1是本實用新型具體實施方式中所述高精度法拉第筒的示意圖；

圖2是本實用新型具體實施方式中所述法拉第筒的工作原理圖；

圖中：1-保護接地電極，2-二次電子抑制偏壓電極，3-錐形結(jié)構(gòu)，4-法拉第筒主體，5-水冷管路，6-放大電路，7-PLC數(shù)據(jù)采集模塊，8-控制計算機，9-質(zhì)子束流。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步描述。

如圖1所示，本實用新型提供的一種高精度法拉第筒，包括法拉第筒主體4，其中，還包括設(shè)置在法拉第筒主體4開口外側(cè)的二次電子抑制偏壓電極2，設(shè)置在法拉第筒主體4內(nèi)的中空的錐形結(jié)構(gòu)3，錐形結(jié)構(gòu)3能夠使法拉第筒主體4內(nèi)產(chǎn)生的二次電子不會沿法拉第筒主體4的中軸線向外發(fā)射。

錐形結(jié)構(gòu)3與法拉第筒主體4同軸，大口徑一端的開口朝向被測束流的射入方向，小口徑一端與法拉第筒主體4相連。對被測的質(zhì)子束流入射產(chǎn)生的二次電子，其通量與cosθ成正比(θ為電子發(fā)射軌跡與發(fā)射表面的夾角)，能量通常低于10eV。在法拉第筒主體4內(nèi)采用錐形結(jié)構(gòu)3，由于這樣的結(jié)構(gòu)特點，產(chǎn)生的二次電子不會沿法拉第筒的中軸線向外發(fā)射，而法拉第筒的中軸線正是二次電子抑制偏壓效果比較差的區(qū)域。錐形結(jié)構(gòu)3也可以非常有效的分散束流能量，防止局部溫度過高造成法拉第筒的損壞。

法拉第筒主體4、錐形結(jié)構(gòu)3的制作材質(zhì)為銅。

在法拉第筒主體4遠離開口的另一端的底部設(shè)有水冷管路5，使用冷卻水對法拉第筒進行冷卻。根據(jù)被測粒子束流的粒子在法拉第筒主體4所采用的制作材質(zhì)中的射程進行推算，法拉第筒主體4底部的厚度需要大于上述的射程，水冷管路5設(shè)置在該射程之外(圖1中R為射程)，能夠避免水冷管路5中的冷卻水被活化。在本實施例中，法拉第筒主體4采用銅材料制作，所測質(zhì)子束流中的質(zhì)子在銅中的射程為57mm，因此水冷管路5與法拉第筒主體4底部的設(shè)置距離超過57mm(即R>57mm)。

本實用新型提供的高精度法拉第筒，還包括設(shè)置在二次電子抑制偏壓電極2遠離法拉第筒主體4一側(cè)的保護接地電極1。二次電子抑制電極2上載加數(shù)百伏的負高壓，能夠進一步防止二次電子逸出法拉第筒，保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。在二次電子抑制電極2之前，設(shè)有保護接地電極1，能夠減小二次電子抑制偏壓對入射的被測質(zhì)子束流的影響，并防止雜散束流造成二次電子抑制偏壓電極2與法拉第筒主體4之間的短路。

如圖2所示，需要對質(zhì)子束流9進行測量時，使用控制計算機8通過PLC數(shù)據(jù)采集模塊7對本實用新型提供的高精度法拉第筒加以控制，利用氣動裝置將高精度法拉第筒運動至工作位置，質(zhì)子束流9能量完全沉積于高精度法拉第筒內(nèi)，輸出信號通過真空接頭與放大電路6輸入端相連，放大后的束流強度信號送入PLC數(shù)據(jù)采集模塊7并通過控制計算機8完成束流強度的顯示。

本實用新型所述的裝置并不限于具體實施方式中所述的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本實用新型的技術(shù)方案得出其他的實施方式，同樣屬于本實用新型的技術(shù)創(chuàng)新范圍。