БЕТАТРОН С СИСТЕМОЙ КОРРЕКЦИИ ОСИ ВЫВЕДЕННОГО ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА Российский патент 2024 года по МПК H05H11/00 

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано при разработке бетатронов с выведенным электронным пучком.

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.

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.

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, как по равномерности, так и по симметричности. 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.

Задачей изобретения является создание бетатрона с системой коррекции оси выведенного электронного пучка, способного работать в широком диапазоне энергий.

Техническим результатом является система вывода, позволяющая производить коррекцию оси выведенного электронного пучка, сохраняя неизменным пространственное положение оси пучка, при изменении энергии ускоренных электронов.

Технический результат достигается за счет того, что заявленное решение позволяет изменять траекторию выведенного электронного пучка в краевом магнитном поле бетатрона.

Заявляемое устройство иллюстрируется чертежом, где изображены: корпус электромагнита 1, магнитопровод 2, вакуумная ускорительная камера 3, намагничивающая обмотка 4, обмотка коррекции 5, секторная обмотка 6.

Заявляемое устройство состоит из секторной обмотки и обмотки коррекции. Обе обмотки состоят из двух полуобмоток, соединенных согласно последовательно и расположенных сверху и снизу, вакуумной ускорительной камеры. Обмотки выполнены из медной фольги на стеклотекстолитовой подложке. Обмотка коррекции располагается в краевом магнитном поле на траектории движения выведенного электронного пучка. Секторная обмотка должна иметь возможность вращаться для определения оптимального азимута. Изменение азимутальной протяжённости секторной обмотки в пределах 90-270° не влияет на эффективность вывода.

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. Обмотка коррекции формирует магнитное поле, локально изменяя значение магнитной индукции, на траектории движения выведенного электронного пучка. Магнитное поле обмотки коррекции, в зависимости от направления вектора магнитной индукции, локально усиливает или ослабляет краевое магнитное поле электромагнита бетатрона, уменьшая или увеличивая радиус криволинейной траектории электронного пучка.

В качестве исходной оси выведенного электронного пучка целесообразно использовать ось на крайней номинальной энергии. Если в качестве исходной выбрана ось выведенного электронного пучка на максимальной номинальной энергии, тогда обмотка коррекции должна иметь направление вектора магнитной индукции одинаковое с вектором магнитной индукции намагничивающей обмотки и локально усиливать краевое магнитное поле на других значениях энергии, уменьшая радиус криволинейной траектории электронного пучка. Если в качестве исходной выбрана ось выведенного электронного пучка на минимальной номинальной энергии, тогда обмотка коррекции должна иметь направление вектора магнитной индукции противоположное с вектором магнитной индукции намагничивающей обмоткой и локально ослаблять краевое магнитное поле на других значениях энергии, увеличивая радиус криволинейной траектории электронного пучка. Вывод электронного пучка на энергии исходной оси осуществляется только секторной обмоткой.

В секторной обмотке и обмотке коррекции формируются квазитреугольные, однополярные импульсы тока. Каждая обмотка должна иметь свой независимый формирователь импульсов. Для достижения оптимальных параметров формирователь импульсов тока должен иметь возможность регулировки амплитуды импульсов и их длительности. Коррекция оси выведенного электронного пучка осуществляется регулировкой задержки между импульсами тока секторной обмотки и обмотки коррекции.

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано при разработке бетатронов с выведенным электронным пучком. Технический результат – возможность сохранять неизменным пространственное положение оси пучка при изменении энергии ускоренных электронов. Секторная обмотка обеспечивает несимметричное смещение электронов с равновесной орбиты, осуществляя вылет в краевое магнитное поле на заданном азимуте в заданном направлении. Обмотка коррекции формирует магнитное поле, локально изменяя значение магнитной индукции, на траектории движения выведенного электронного пучка. Магнитное поле обмотки коррекции, в зависимости от направления вектора магнитной индукции, локально усиливает или ослабляет краевое магнитное поле электромагнита бетатрона, уменьшая или увеличивая радиус криволинейной траектории электронного пучка. В секторной обмотке и обмотке коррекции формируются квазитреугольные однополярные импульсы тока. Коррекция оси выведенного электронного пучка осуществляется регулировкой задержки между импульсами тока секторной обмотки и обмотки коррекции. 1 ил.

Бетатрон с системой коррекции оси выведенного электронного пучка, имеющий систему вывода, состоящую из секторной обмотки и обмотки коррекции, отличающийся тем, что система вывода электронного пучка имеет обмотку коррекции, расположенную на траектории выведенного электронного пучка, магнитное поле которой локально изменяет краевое магнитное поле бетатрона, нивелируя изменение траектории пучка и сохраняя неизменным пространственное положение оси пучка, при изменении энергии ускоренных электронов.