БЕТАТРОН С ЮСТИРОВКОЙ ВЫВЕДЕННОГО ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА Российский патент 2024 года по МПК H05H11/04 

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. 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 юстировкой выведенного электронного пучка, способного работать в широком диапазоне энергий.

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.

Технический результат достигается за счет того, что заявленное решение позволяет, нивелировать изменение траектории выведенного электронного пучка при изменении энергии ускоренных электронов.

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

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.

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.

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано при разработке бетатронов с выведенным электронным пучком. Технический результат - возможность производить юстировку электронного пучка, выведенного из ускорительной камеры бетатрона, сохраняя 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. 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. В секторной и юстировочной обмотках формируются квазитреугольные, однополярные импульсы тока. Юстировка выведенного электронного пучка осуществляется регулировкой задержки между импульсами тока секторной и юстировочной обмоток. 1 ил.

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.