RU2813848C9 - Betatron with adjustment of extracted electron beam - Google Patents

Abstract

FIELD: acceleration equipment.

SUBSTANCE: invention relates to acceleration engineering and can be used in developing betatrons with an extracted electron beam. Sector winding provides asymmetric displacement of electrons from equilibrium orbit, performing flight into edge magnetic field at preset azimuth in preset direction. Adjustment winding forms a magnetic field by changing the trajectory of the extracted electron beam so as to direct the electron beam coaxially. Each nominal energy of accelerated electrons corresponds to the optimum value of magnetic field induction, which is required to ensure coaxiality of the electron beam and the adjustment winding. After generating the optimum value of the magnetic field induction in the adjustment winding, it is possible to level the change in the trajectory of the extracted electron beam while maintaining the coaxiality of the beam when the energy of the accelerated electrons changes. Quasi-triangular, unipolar current pulses are formed in sector and adjustment windings. Adjustment of the extracted electron beam is carried out by adjusting the delay between current pulses of the sector and adjustment windings.

EFFECT: possibility of adjusting an electron beam extracted from the betatron acceleration chamber while maintaining the spatial position of the beam axis while changing the energy of accelerated electrons.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано при разработке бетатронов с выведенным электронным пучком.The invention relates to accelerator technology and can be used in the development of betatrons with an extracted electron beam.

Известен бетатрон с выведенным электронным пучком, содержащий секторные обмотки, которые формируют секторное возмущение, позволяющее увеличить радиус орбиты ускоренных электронов до радиуса освобождения от фокусирующих сил магнитного поля, исказив орбиту электронов таким образом, что вылет в краевое магнитное поле происходит на заданном азимуте в заданном направлении.A betatron with an extracted electron beam is known, containing sector windings that form a sector perturbation, which makes it possible to increase the radius of the orbit of accelerated electrons to the radius of release from the focusing forces of the magnetic field, distorting the orbit of the electrons in such a way that the flight into the edge magnetic field occurs at a given azimuth in a given direction .

Основной недостаток бетатрона с выведенным электронным пучком - это смещение оси электронного пучка при изменении номинальной энергии ускоренных электронов. После освобождения от фокусирующих сил магнитного поля, электронный пучок двигается в краевом магнитном поле и под действием силы Лоренца формируется электронный пучок с определенной траекторией. Ускорение в бетатроне происходит в нарастающем магнитном поле. Чем выше энергия ускоренных электронов, тем выше индукция основного и соответственно краевого магнитного поля. Поэтому для разных энергий ускоренных электронов, под действием разного значения силы Лоренца в краевом магнитном поле, выведенный электронный пучок имеет разный радиус криволинейной траектории. Указанная особенность бетатрона вызывает смещение оси выведенного электронного пучка при изменении номинальной энергии ускоренных электронов.The main disadvantage of a betatron with an extracted electron beam is the displacement of the electron beam axis when the nominal energy of the accelerated electrons changes. After being released from the focusing forces of the magnetic field, the electron beam moves in the edge magnetic field and, under the influence of the Lorentz force, an electron beam with a certain trajectory is formed. Acceleration in a betatron occurs in an increasing magnetic field. The higher the energy of the accelerated electrons, the higher the induction of the main and, accordingly, the edge magnetic field. Therefore, for different energies of accelerated electrons, under the influence of different values of the Lorentz force in the edge magnetic field, the extracted electron beam has a different radius of the curvilinear trajectory. This feature of the betatron causes a displacement of the axis of the extracted electron beam when the nominal energy of the accelerated electrons changes.

Наиболее близким к заявленному изобретению (прототипом) является бетатрон МИБ-6Э, разработанный для интраоперационной электронной лучевой терапии (ИОЭЛТ). Бетатрон, имеет фиксированную номинальную энергию. При этом система управления бетатрона допускает возможность менять энергию ускоренных электронов, изменяя время ускорения. Однако, бетатроны, предназначенные для ИОЭЛТ, имеют систему формирования полей облучения соосную с выведенным электронным пучком. При изменении номинальной энергии ускоренных электронов, происходит смещение оси выводимого электронного пучка, что приводит к нарушению соосности пучка и коллиматорной системы формирования полей облучения. Это, в свою очередь, приводит к недопустимому искажению полей облучения. Данная особенность бетатрона значительно ограничивает его применение в интраоперационной электронной лучевой терапии, так как не позволяет менять глубину проникновения, определяемую энергией электронов, и формировать максимум поглощенной дозы на заданной глубине в зависимости от локализации и анатомических особенностей патологического очага.The closest prototype to the claimed invention is the MIB-6E betatron, developed for intraoperative electron beam therapy (IOEBRT). Betatron has a fixed nominal energy. At the same time, the betatron control system allows for the possibility of changing the energy of accelerated electrons by changing the acceleration time. However, betatrons intended for IOCRT have a system for forming irradiation fields coaxial with the extracted electron beam. When the nominal energy of accelerated electrons changes, the axis of the output electron beam shifts, which leads to a violation of the alignment of the beam and the collimator system for forming irradiation fields. This, in turn, leads to unacceptable distortion of the irradiation fields. This feature of the betatron significantly limits its use in intraoperative electron beam therapy, since it does not allow changing the penetration depth, determined by the electron energy, and forming a maximum absorbed dose at a given depth, depending on the location and anatomical features of the pathological focus.

Задачей изобретения является создание бетатрона с юстировкой выведенного электронного пучка, способного работать в широком диапазоне энергий.The objective of the invention is to create a betatron with adjustment of the extracted electron beam, capable of operating in a wide energy range.

Техническим результатом является система вывода, позволяющая производить юстировку электронного пучка, выведенного из ускорительной камеры бетатрона, сохраняя неизменным пространственное положение оси пучка, при изменении энергии ускоренных электронов.The technical result is an output system that makes it possible to adjust the electron beam extracted from the betatron accelerating chamber, keeping the spatial position of the beam axis unchanged when the energy of the accelerated electrons changes.

Технический результат достигается за счет того, что заявленное решение позволяет, нивелировать изменение траектории выведенного электронного пучка при изменении энергии ускоренных электронов.The technical result is achieved due to the fact that the claimed solution makes it possible to level out the change in the trajectory of the extracted electron beam when the energy of the accelerated electrons changes.

Заявляемое устройство иллюстрируется чертежом, где изображены: корпус электромагнита 1, магнитопровод 2, вакуумная ускорительная камера 3, намагничивающая обмотка 4, юстировочная обмотка 5, секторная обмотка 6.The inventive device is illustrated by a drawing, which shows: electromagnet housing 1, magnetic circuit 2, vacuum accelerating chamber 3, magnetizing winding 4, adjustment winding 5, sector winding 6.

Заявляемое устройство состоит из секторной обмотки и юстировочной обмотки. Секторная обмотка состоят из двух полуобмоток, соединенных согласно последовательно и расположенных сверху и снизу, вакуумной ускорительной камеры. Обмотка выполнена из медной фольги на стеклотекстолитовой подложке. Секторная обмотка должна иметь возможность вращаться в радиальной плоскости для определения оптимального азимута. Изменение азимутальной протяжённости секторной обмотки в пределах 90-270° не влияет на эффективность вывода. Юстировочная обмотка располагается коаксиально на траектории выведенного электронного пучка. Обмотка выполнена медным проводом, конструктивно может быть каркасной и бескаркасной.The inventive device consists of a sector winding and an adjustment winding. Sector windings consist of two half-windings connected in series and located above and below the vacuum accelerating chamber. The winding is made of copper foil on a fiberglass substrate. The sector winding must be able to rotate in a radial plane to determine the optimal azimuth. Changing the azimuthal extent of the sector winding within the range of 90-270° does not affect the output efficiency. The adjustment winding is located coaxially on the trajectory of the extracted electron beam. The winding is made of copper wire and can be structurally framed or frameless.

Заявляемое устройство работает следующим образом. Секторная обмотка обеспечивает не симметричное смещение электронов с равновесной орбиты осуществляя вылет в краевое магнитное поле на заданном азимуте в заданном направлении. Юстировочная обмотка формирует магнитное поле, изменяя траекторию выведенного электронного пучка, таким образом, чтобы направить электронный пучок коаксиально. Каждой номинальной энергии ускоренных электронов соответствует оптимальное значение индукции магнитного поля, необходимое для обеспечения коаксиальности электронного пучка и юстировочной обмотки. Сформировав оптимальное значение индукции магнитного поля в юстировочной обмотке, можно нивелировать изменение траектории выведенного электронного пучка, сохраняя коаксиальность пучка, при изменении энергии ускоренных электронов.The inventive device operates as follows. The sector winding provides an asymmetrical displacement of electrons from the equilibrium orbit by flying into the edge magnetic field at a given azimuth in a given direction. The adjustment winding generates a magnetic field, changing the trajectory of the extracted electron beam, so as to direct the electron beam coaxially. Each nominal energy of accelerated electrons corresponds to the optimal value of magnetic field induction necessary to ensure coaxiality of the electron beam and the adjustment winding. Having formed the optimal value of the magnetic field induction in the adjustment winding, it is possible to level out the change in the trajectory of the extracted electron beam, maintaining the coaxiality of the beam when the energy of the accelerated electrons changes.

В секторной и юстировочной обмотках формируются квазитреугольные, однополярные импульсы тока. Каждая обмотка имеет свой формирователь импульсов. Для достижения оптимальных параметров формирователь импульсов тока должен иметь возможность регулировки амплитуды импульсов и их длительности. Юстировка выведенного электронного пучка осуществляется регулировкой задержки между импульсами тока секторной и юстировочной обмоток.Quasi-triangular, unipolar current pulses are formed in the sector and adjustment windings. Each winding has its own pulse shaper. To achieve optimal parameters, the current pulse shaper must be able to adjust the pulse amplitude and duration. Adjustment of the extracted electron beam is carried out by adjusting the delay between the current pulses of the sector and adjustment windings.

Claims (1)

Бетатрон с юстировкой выведенного электронного пучка имеет систему вывода, состоящую из секторной обмотки и юстировочной обмотки, отличающийся тем, что система вывода электронного пучка имеет юстировочную обмотку, расположенную коаксиально на траектории выведенного электронного пучка, магнитное поле которой нивелирует изменение траектории, сохраняя коаксиальность пучка, при изменении энергии ускоренных электронов.A betatron with adjustment of the extracted electron beam has an output system consisting of a sector winding and an adjustment winding, characterized in that the electron beam output system has an adjustment winding located coaxially on the trajectory of the extracted electron beam, the magnetic field of which neutralizes the change in trajectory, maintaining the coaxiality of the beam, while change in the energy of accelerated electrons.