ОТКЛОНЯЮЩАЯ ПЛАСТИНА И ОТКЛОНЯЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТКЛОНЕНИЯ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ Российский патент 2017 года по МПК H05H7/00 H01J29/58 G21K1/87 

Настоящее изобретение относится к отклоняющей пластине для отклонения заряженных частиц согласно пункту 1 формулы изобретения, а также к отклоняющему устройству для отклонения заряженных частиц согласно пункту 7 формулы изобретения.

Известно, что движущиеся заряженные частицы можно отклонять с помощью электрических и/или магнитных полей. Также известно, что электрические поля генерируются путем приложения электрического напряжения к проводящим пластинам.

Задачей настоящего изобретения является создание усовершенствованной отклоняющей пластины для отклонения заряженных частиц. Эта задача решается посредством отклоняющей пластины с признаками пункта 1 формулы изобретения. Еще одной задачей настоящего изобретения является создание усовершенствованного отклоняющего устройства для отклонения заряженных частиц. Эта задача решается посредством отклоняющего устройства с признаками пункта 7 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Соответствующая изобретению отклоняющая пластина для отклонения заряженных частиц имеет выемку. Предпочтительным образом эта отклоняющая пластина, по сравнению с отклоняющей пластиной без выемки генерирует электрическое поле с улучшенной пространственной характеристикой.

В предпочтительной форме выполнения отклоняющей пластины последняя выполнена как, по существу, плоская пластина. Предпочтительным образом отклоняющая пластина может тогда изготавливаться просто и экономично. В частности отклоняющая пластина предпочтительным образом может быть использована в качестве схемной платы, например, как схемная печатная плата.

В одной форме выполнения отклоняющей пластины выемка выполнена в виде отверстия. Предпочтительным образом за счет этого генерируемое отклоняющей пластиной электрическое поле ослабляется в области отверстия.

В другой форме выполнения отклоняющей пластины выемка выполнена в виде щели. Предпочтительным образом такое выполнение выемки приводит к ослаблению электрического поля, создаваемого посредством отклоняющей пластины, в области выемки.

Является рациональным расположение выемки в центре отклоняющей пластины. Предпочтительным образом пространственная характеристика создаваемого отклоняющей пластиной электрического поля имеет тогда плоский характер.

В рациональной форме выполнения отклоняющей пластины последняя содержит проводящий материал, в частности металл. Предпочтительным образом отклоняющая пластина может тогда заряжаться на электрический потенциал.

Соответствующее изобретению отклоняющее устройство для отклонения заряженных частиц включает в себя первую отклоняющую пластину вышеуказанного типа. Предпочтительным образом, это отклоняющее устройство может быть использовано для отклонения заряженных частиц пучка частиц. Ввиду предпочтительным образом выполненной отклоняющей пластины отклоняющее устройство может быть использовано для избирательного отклонения отдельных пакетов частиц из пучка следующих друг за другом пакетов заряженных частиц.

В предпочтительной форме выполнения отклоняющего устройства последнее содержит вторую отклоняющую пластину вышеуказанного типа. Предпочтительным образом, между отклоняющими пластинами отклоняющего устройства может тогда создаваться разность потенциалов.

В особенно предпочтительной форме выполнения отклоняющего устройства отклоняющие пластины выполнены в виде, по существу, плоских пластин. При этом первая отклоняющая пластина и вторая отклоняющая пластина ориентированы перпендикулярно к второму пространственному направлению. Первая отклоняющая пластина и вторая отклоняющая пластина, кроме того, во втором пространственном направлении разнесены друг от друга. Предпочтительным образом, в этом отклоняющем устройстве компонента электрического поля, указывающая во втором пространственном направлении, переходит в пространственное направление, перпендикулярное второму пространственному направлению, приблизительно в прямоугольной форме.

В дальнейшем развитии отклоняющего устройства последнее содержит третью отклоняющую пластину и четвертую отклоняющую пластину. При этом третья отклоняющая пластина по отношению к первой отклоняющей пластине в третьем пространственном направлении, перпендикулярном второму пространственному направлению. Кроме того, четвертая отклоняющая пластина относительно второй отклоняющей пластины смещена в третьем пространственном направлении. Предпочтительным образом между третьей отклоняющей пластиной и четвертой отклоняющей пластиной может тогда прикладываться другая разность потенциалов, по сравнению с прикладываемой между первой отклоняющей пластиной и второй отклоняющей пластиной.

В предпочтительной форме выполнения отклоняющего устройства последнее выполнено таким образом, чтобы движущиеся в третьем пространственном направлении заряженные частицы отклонять во второе пространственное направление. Предпочтительным образом отклоняющее устройство может тогда применяться для того, чтобы избирательно отклонять отдельные частицы или пакеты частиц из пучка частиц.

Описанные выше характеристики, отличительные признаки и преимущества настоящего изобретения, а также способ их достижения станут более ясно и четко понятными в связи с нижеследующим описанием примеров выполнения, которые объясняются со ссылками на чертежи, на которых показано следующее:

Фиг.1 - схематичное изображение прибора для терапии с использованием частиц;

Фиг.2 - схематичное изображение отклоняющего устройства;

Фиг.3 - первое сечение пары пластин отклоняющего устройства;

Фиг.4 - вид в плане пары пластин отклоняющего устройства;

Фиг.5 - второе сечение пары пластин отклоняющего устройства; и

Фиг.6 - график характеристики напряженности поля внутри пары пластин.

На Фиг.1 показано весьма схематичное представление прибора 100 для терапии с использованием частиц в качестве примерного применения отклоняющего устройства. Однако отклоняющие устройства могут также найти применение во множестве других областей применения. Настоящее изобретение никоим образом не ограничено областью терапии с использованием частиц.

Прибор 100 для терапии с использованием частиц может применяться для проведения терапии с использованием частиц, при которой заболевшая часть тела пациента облучается заряженными частицами. Заряженные частицы могут, например, представлять собой протоны. Заболевание пациента может, например, представлять собой рак.

Прибор 100 для терапии с использованием частиц включает в себя источник 110 ионов, пакетирующее устройство 120, отклоняющее устройство 130, диафрагму 140 и ускоритель частиц 150, которые расположены друг за другом в z-направлении 103.

Источник 110 служит для генерации пучка 115 заряженных частиц. Частицы пучка 115 частиц могут представлять собой, например, протоны. Частицы пучка 115 частиц покидают источник 110 ионов в z-направлении 103. Частицы пучка 115 частиц могут при выходе из источника 110 ионов иметь, например, энергию от 10 кэВ и 20 кэВ.

Пакетирующее устройство 120 служит для того, чтобы непрерывный пучок 115 частиц разделять на дискретные пакеты 125 частиц. Пакеты 125 частиц покидают пакетирующее устройство 120 в z-направлении 103. Пакетирующее устройство 120 также может отсутствовать.

Отклоняющее устройство 130 служит для того, чтобы отклонять отдельные пакеты 125 частиц (или отдельные частицы непрерывного пучка 115 частиц) избирательным образом относительно их движения, проходящего в z-направлении 103 в y-направление 102, перпендикулярное z-направлению 103.

Отклоненные отклоняющим устройством 130 частицы и пакеты 125 частиц либо не проходят через следующую за отклоняющим устройством 130 диафрагму 140, либо проходят не полностью, в то время как не отклоненные частицы и пакеты 125 частиц проходят через диафрагму 140. В альтернативной форме выполнения прибора 100 для терапии с использованием частиц только частицы и пакеты 125 частиц, отклоненные отклоняющим устройством 130 в y-направлении 102, полностью проходят через диафрагму 140.

Частицы и пакеты 125 частиц, которые прошли через диафрагму 140, попадают в ускоритель 150 частиц, где они ускоряются до более высокой кинетической энергии, например, от 80 МэВ до 250 МэВ. Ускоритель 150 частиц может быть, например, линейным ускорителем. В частности, ускоритель 150 частиц может представлять собой RF линейный ускоритель.

Фиг.2 показывает схематичное представление отклоняющего устройства 130. Отклоняющее устройство 130 включает в себя, в форме выполнения, показанной на Фиг.2, шесть отклоняющих пластин для отклонения пакетов 125 заряженных частиц. В частности, отклоняющее устройство 130 в показанной форме выполнения включает в себя первую отклоняющую пластину 210, вторую отклоняющую пластину 220, третью отклоняющую пластину 230, четвертую отклоняющую пластину 240, пятую отклоняющую пластину 250 и шестую отклоняющую пластину 260.

Первая отклоняющая пластина 210 и вторая отклоняющая пластина 220 образуют первую пару 201 пластин, третья отклоняющая пластина 230 и четвертая отклоняющая пластина 240 образуют вторую пару 202 пластин. Пятая отклоняющая пластина 250 и шестая отклоняющая пластина 260 образуют третью пару 203 пластин. В другой форме выполнения отклоняющая пластина 230 также может иметь меньше чем три пары 201, 202, 203 пластин или больше чем три пары 201, 202, 203 пластин.

Пары 201, 202, 203 пластин размещены в z-направлении 103 друг за другом. Обе соответствующие отклоняющие пластины каждой пары 201, 202, 203 пластин расположены в z-направлении 103 и в x-направлении 102, перпендикулярном к y-направлению 102 и к z-направлению 103, в соответственно общем положении и разнесены друг от друга в y-направлении 102. Пакеты 125 частиц проходят в z-направлении 103 между обеими соответствующими отклоняющими пластинами пары 201, 202, 203 пластин.

Отклоняющие пластины 210, 220, 230, 240, 250, 260 включают в себя электропроводный материал, предпочтительно металл. Отклоняющие пластины 210, 220, 230, 240, 250, 260 могут, например, выполняться как печатные платы с металлическим покрытием.

Между отклоняющими пластинами пар 201, 202, 203 пластин может, соответственно, генерироваться электрическая разность потенциалов и, следовательно, электрическое поле, чтобы отклонять движущиеся в z-направлении 103 частицы пакетов 125 частиц в y-направлении 102. Например, к первой отклоняющей пластине 210 из первой пары 201 пластин может прикладываться положительное напряжение, а к второй отклоняющей пластине 220 первой пары 201 пластин может прикладываться отрицательное напряжение той же величины. Разности потенциалов, формируемые в разных парах 201, 202, 203 пластин, могут отличаться друг от друга. Чтобы только отдельные пакеты 125 частиц в быстрой последовательности следующих друг за другом пактов 125 частиц отклонять в y-направлении 102, короткие по времени импульсы напряжения должны прикладываться к отклоняющим пластинам 210, 220, 230, 240, 250, 260.

Указывающая в y-направлении 102 компонента генерируемого в паре 201, 202, 203 пластин электрического поля имеет в z-направлении 103 гауссову характеристику, если отклоняющие пластины 210, 220, 230, 240, 250, 260 выполнены как замкнутые планарные пластины. В общем случае, более благоприятно, если характеристика указывающей в y-направлении 102 компоненты электрического поля следует в z-направлении 103 внутри пары 201, 202, 203 пластин приблизительно прямоугольной функции.

Чтобы аппроксимировать эту предпочтительную пространственную характеристику указывающей в y-направлении 102 компоненты электрического поля, отклоняющие пластины 210, 220, 230, 240, 250, 260 отклоняющего устройства 130 имеют соответствующую выемку. Это будет объяснено со ссылкой на Фиг.3-5, которые показывают представления первой пары 201 пластин. Остальные пары 202, 203 пластин предпочтительно выполнены идентично первой паре пластин 201.

На Фиг.3 показано первое сечение через первую пару 201 пластин. При этом первое сечение проходит перпендикулярно к z-направлению 103. Первая отклоняющая пластина 210 и вторая отклоняющая пластина 220 первой пары 201 пластин имеют в x-направлении 101 ширину 301. Ширина 301 может, например, составлять 4 мм. Отклоняющие пластины 210, 220 имеют в y-направлении 102 толщину 302. Толщина 302 может составлять, например, 0,1 мм. Первая отклоняющая пластина 210 и вторая отклоняющая пластина 220 имеют в y-направлении 102 расстояние 312 друг от друга. Расстояние 312 может составлять, например, 6 мм.

На Фиг.4 показан вид сверху первой отклоняющей пластины 210 первой пары 201 пластин в направлении наблюдения, противоположном y-направлению 102. Невидимая на Фиг.4 вторая отклоняющая пластина 220 предпочтительно выполнена идентично первой отклоняющей пластине 210. Первая отклоняющая пластина 210 имеет в z-направлении 103 длину 303, которая может составлять, например, 4 мм.

Первая отклоняющая пластина 210 также имеет прямоугольное отверстие 300. Отверстие 300 расположено по центру в первой отклоняющей пластине 210. В x-направлении 101 отверстие 300 имеет ширину 311 отверстия, которая может составлять, например, 1 мм. В z-направлении 103 отверстие 300 имеет длину 313 отверстия, которая, например, также может составлять 1 мм.

Если первая отклоняющая пластина 210 выполнена в виде печатной платы с металлическим покрытием, то достаточно, если отверстие 300 образовано в металлическом покрытии.

Вместо центрально расположенного отверстия 300, первая отклоняющая пластина 210 также может иметь расположенное не по центру отверстие.

Вместо отверстия 300, первая отклоняющая пластина 210 также может иметь сквозную щель 210, которая разделяет первую отклоняющую пластину на две части. Щель может быть ориентирована, например, в x-направлении 101 или в z-направлении 103. Если первая отклоняющая пластина 210 выполнена как печатная плата с металлическим покрытием, то достаточно, если щель сформирована в металлическом покрытии. Оба участка состоящей из двух частей отклоняющей пластины 210 могут тогда быть расположены на общей печатной плате.

На Фиг.5 показано второе сечение отклоняющей пластины 210, 220 первой пары 201 пластин. Сечение выполнено на Фиг.5 перпендикулярно x-направлению 101.

Фиг.6 показывает на графике 600 пространственную характеристику напряженности поля, которая получается в пределах пар 201, 202, 203 пластин. На горизонтальной оси графика 600, z-направление 103 нанесено в области пары 201, 202, 203 пластин. На вертикальной оси графика 600 нанесена компонента 601 напряженности электрического поля, указывающая в y-направлении 102.

Первая характеристика 610 поля показывает характеристику электрического поля в y-направлении 102 в центре между верхней и нижней отклоняющими пластинами пары 201, 202, 203 пластин. Можно видеть, что первая характеристика 610 поля, по сравнению с гауссовой характеристикой, более точно аппроксимирует прямоугольную функцию. Такое приближение к прямоугольной функции достигается за счет предусмотренных в отклоняющих пластинах 210, 220, 230, 240, 250, 260 отверстий 300.

Вторая характеристика 620 поля является характеристикой напряженности электрического поля в y-направлении 102 в положении, лежащем в y-направлении 102 ближе к одной отклоняющей пластине, чем к другой отклоняющей пластине пары 201, 202, 203 отклоняющих пластин. Можно видеть, что вторая характеристика 620 поля в центре пар 201, 202, 203 пластин выполнена выпуклой в z-направлении 103.

Хотя изобретение было подробно проиллюстрировано и описано на предпочтительном примере выполнения, изобретение не ограничено раскрытыми примерами. Другие варианты могут быть получены на этой основе специалистом в данной области без отклонения от объема защиты настоящего изобретения.

Изобретение относится к области электронной техники. Отклоняющая пластина (210) для отклонения заряженных
частиц выполнена в виде печатной платы с металлическим
покрытием, причем отклоняющая пластина (210) имеет выемку (300),
образованную в металлическом покрытии. Технический результат - генерирование электрического поля с улучшенной пространственной характеристикой. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Отклоняющая пластина (210) для отклонения заряженных частиц, выполненная в виде печатной платы с металлическим покрытием, причем отклоняющая пластина (210) имеет выемку (300), образованную в упомянутом металлическом покрытии.

2. Отклоняющая пластина (210) по п. 1, причем отклоняющая пластина (210) выполнена как, по существу, плоская пластина.

3. Отклоняющая пластина (210) по любому из п.1 или 2, причем выемка (300) выполнена в виде отверстия.

4. Отклоняющая пластина (210) по п. 1 или 2, причем выемка (300) выполнена в виде щели.

5. Отклоняющая пластина (210) по любому из п. 1 или 2, причем выемка (300) расположена в центре отклоняющей пластины (210).

6. Отклоняющая пластина (210) по п.3, причем выемка (300) расположена в центре отклоняющей пластины (210).

7. Отклоняющая пластина (210) по п.4, причем выемка (300) расположена в центре отклоняющей пластины (210).

8. Отклоняющая пластина (210) по любому из пп. 1, 2, 6, 7, причем отклоняющая пластина (210) содержит проводящий материал, в частности металл.

9. Отклоняющая пластина (210) по п. 3, причем отклоняющая пластина (210) содержит проводящий материал, в частности металл.

10. Отклоняющая пластина (210) по п. 4, причем отклоняющая пластина (210) содержит проводящий материал, в частности металл.

11. Отклоняющая пластина (210) по п. 5, причем отклоняющая пластина (210) содержит проводящий материал, в частности металл.

12. Отклоняющее устройство (130) для отклонения заряженных частиц, причем отклоняющее устройство (130) включает в себя первую отклоняющую пластину (210) согласно любому из пп. 1-11.

13. Отклоняющее устройство (130) по п.12, причем отклоняющее устройство (130) содержит вторую отклоняющую пластину (220) согласно любому из пп. 1-11.

14. Отклоняющее устройство (130) по п.13,

причем отклоняющие пластины (210, 220) выполнены согласно п. 2,

причем первая отклоняющая пластина (210) и вторая отклоняющая пластина (220) ориентированы перпендикулярно к второму пространственному направлению (102),

причем первая отклоняющая пластина (210) и вторая отклоняющая пластина (220) во втором пространственном направлении (102) разнесены друг от друга.

15. Отклоняющее устройство (130) по п.14,

причем отклоняющее устройство (130) содержит третью отклоняющую пластину (230) и четвертую отклоняющую пластину (240),

причем третья отклоняющая пластина (230) по отношению к первой отклоняющей пластине (210) сдвинута в третьем пространственном направлении (103), перпендикулярном второму пространственному направлению (102),

причем четвертая отклоняющая пластина (240) относительно второй отклоняющей пластины (220) смещена в третьем пространственном направлении (103).

16. Отклоняющее устройство (130) по п.15, причем отклоняющее устройство (130) выполнено таким образом, чтобы движущиеся в третьем пространственном направлении (103) заряженные частицы отклонять во второе пространственное направление (102).