СИСТЕМЫ, УСТРОЙСТВА И СПОСОБЫ ДЛЯ МОДУЛЯЦИИ ПУЧКА ИОНОВ Российский патент 2025 года по МПК H05H5/06 

Перекрестная ссылка на родственные заявки

[1] Настоящая заявка притязает на приоритет предварительной заявки на патент США с порядковым номером 63/044314, озаглавленной «SYSTEMS, DEVICES AND METHODS FOR ION BEAM MODULATION)), поданной 25 июня 2020 года, содержимое которой полностью включено в данный документ по ссылке.

Область изобретения

[2] Предмет изобретения, описанный в данном документе, в целом, относится к системам, устройствам и способам модуляции пучков для использования в пучковых системах.

Предпосылки изобретения

[3] Бор-нейтронозахватная терапия (БНЗТ) представляет собой модальность лечения множества типов рака, включающих в себя некоторые наиболее сложные типы. БНЗТ представляет собой технологию, которая избирательно нацелена на лечение опухолевых клеток при восстановлении жизнеспособности нормальных клеток с использованием соединения бора. Вещество, которое содержит бор, инжектируется в кровеносный сосуд, и бор собирается в опухолевых клетках. Пациент затем принимает лучевую терапию нейтронами (например, в форме пучка нейтронов). Нейтроны реагируют с бором, чтобы убивать опухолевые клетки без нанесения вреда нормальным клеткам. Длительное клиническое исследование доказывает то, что пучок нейтронов с энергетическим спектром в пределах 3-30 килоэлектронвольт (кэВ) является предпочтительным для того, чтобы достигать более эффективного лечения рака при снижении радиационной нагрузки на пациента. Этот энергетический спектр или диапазон часто называется «эпитермальным».

[4] Наиболее традиционные способы для генерации эпитермальных нейтронов (например, пучков эпитермальных нейтронов) основаны на ядерных реакциях протонов (например, пучка протонов) с бериллием или литием (например, с бериллиевой мишенью или литиевой мишенью).

[5] Тандемный ускоритель представляет собой тип электростатического ускорителя, который может использовать двухступенчатое ускорение ионных частиц с использованием одного контактного вывода высокого напряжения. Высокое напряжение используется для того, чтобы формировать, например, увеличивающийся положительный градиент, который применяется к входящему пучку отрицательных частиц, чтобы ускорять его, причем в этот момент тандемный ускоритель преобразует пучок отрицательных частиц в пучок положительных частиц, и затем высокое напряжение используется снова для того, чтобы формировать обратный уменьшающийся положительный градиент, который ускоряет (например, проталкивает) пучок положительных частиц из тандемного ускорителя. Поскольку высокое напряжение может использоваться два раза, генерация пучков протонов с энергией частицы в 3 МэВ типично требует ускоряющего напряжения только в 1,5 мВ, что находится в пределах досягаемости современных технологий электрической изоляции. Кроме того, источник ионов тандемного ускорителя размещается при потенциале земли, что упрощает управление и поддержание источника ионов.

[6] Пучок протонов, выдаваемый посредством тандемного ускорителя для целей бор-нейтронозахватной терапии (БНЗТ), имеет предпочтительный энергетический уровень для эффективности лечения и для использования с расположенным ниже по ходу оборудованием (например, для эффективной генерации нейтронов на литиевой (Li) мишени). Для обоснованно небольшого времени лечения, требуется конкретное пороговое значение плотности потока, и с таким требуемым пороговым значением поступает минимальный ток пучка протонов. Плотность мощности, связанная с такими пучками протонов, значительно превышает безопасные пределы для материалов, используемых в компонентах нейтронно-пучковой системы.

[7] Традиционные подходы к защите пучкового оборудования включают в себя совмещение пучков с высоким уровнем мощности при значительно уменьшенном токе пучка. Совмещение пучка может хорошо работать для пучков с относительно низкими токами, когда форма и положение пучка не зависят от собственного пространственного заряда пучка. Тем не менее, для тандемных ускорителей, в которых параметры пучка включают в себя гораздо более высокий ток пучка (и при этом собственный пространственный заряд оказывает значительное влияние на форму пучка), совмещение пучка при уменьшенном токе является затруднительным.

[8] Традиционные подходы к защите пучкового оборудования дополнительно включают в себя модуляцию пучка для таких типов ускорителей, как радиочастотные квадрупольные (RFQ) ускорители или линейные ускорители (например, не для тандемных ускорителей). Модуляция пучка используется в таких применениях, чтобы уменьшать среднюю мощность пучка, когда ток пучка не может быть уменьшен. Этот способ может оптимально подходить для таких типов ускорителей, как RFQ или линейные ускорители («линаки»), поскольку ток пучка спакетирован. Тем не менее, для ускорителей постоянного тока, таких как тандемные ускорители, модуляция является неприменимой вследствие неспособности изменять нагрузку ускорителя постоянного тока с нуля до номинала и обратно в течение небольшого количества времени.

[9] По этим и другим причинам, существует потребность в улучшенных, эффективных и компактных системах, устройствах и способах, которые модулируют источник пучка ионов так, что мощность пучка может уменьшаться для безопасности и сохранности оборудования нейтронно-пучковой системы при поддержании эффективности лечения.

Сущность изобретения

[10] Варианты осуществления систем, устройств и способов относятся к системе источника пучка, способной к модуляции пучка заряженных частиц. Источник ионов выполнен с возможностью выдавать пучок отрицательных ионов в систему тандемного ускорителя ниже по ходу от источника ионов, и система модулятора, соединенная с вытягивающим электродом источника ионов, выполнена с возможностью подавать напряжение смещения на вытягивающий электрод в течение длительности, достаточной для поддержания стабильности ускоряющего напряжения системы тандемного ускорителя.

[11] Другие системы, способы, признаки и преимущества объекта изобретения будут известны или станут очевидны специалисту в области техники после изучения прилагаемых чертежей и подробного описания. Подразумевается, что все такие дополнительные системы, способы, признаки и преимущества включены в объем этого описания, находятся в пределах объема предмета изобретения, описанного в данном документе, и защищаются посредством прилагаемой формулы изобретения. Никоим образом признаки примерных вариантов осуществления не должны истолковываться в качестве ограничения прилагаемой формулы изобретения, при отсутствии специального перечисления этих признаков в формуле изобретения.

Краткое описание чертежей

[12] Подробности предмета изобретения, изложенного в данном документе, как в отношении его структуры, так и в отношении его работы, могут быть очевидными посредством исследования прилагаемых чертежей, на которых аналогичные ссылки с номерами означают аналогичные части. Компоненты на чертежах не обязательно должны быть нарисованы в масштабе, причем акцент вместо этого ставится на иллюстрации принципов изобретения. Более того, все иллюстрации предназначены для того, чтобы передавать общие идеи, при этом относительные размеры, формы и другие подробные атрибуты могут иллюстрироваться схематично, а не буквально или точно.

[13] Фиг. 1А является принципиальной схемой примерного варианта осуществления нейтронно-пучковой системы для использования с вариантами осуществления по настоящему раскрытию.

[14] Фиг. 1В является принципиальной схемой примерного варианта осуществления нейтронно-пучковой системы для использования в бор-нейтронозахватной терапии (БНЗТ).

[15] Фиг. 2 иллюстрирует примерную систему предварительного ускорителя или инжектор пучка ионов для использования с вариантами осуществления по настоящему раскрытию.

[16] Фиг. 3А является видом в перспективе источника ионов и вакуумного контейнера с источником ионов, показанного на фиг. 2.

[17] Фиг. 3В является покомпонентным видом в перспективе, иллюстрирующим примерный вариант осуществления линзы Эйнцеля, показанной на фиг. 3А.

[18] Фиг. 4А иллюстрирует примерную систему источника пучка ионов для использования с вариантами осуществления по настоящему раскрытию.

[19] Фиг. 4В иллюстрирует примерный источник ионов, проиллюстрированный на фиг. 4А.

[20] Фиг. 5А иллюстрирует примерный желательный импульс эмиссии в установившемся состоянии источника пучка ионов для использования с вариантами осуществления по настоящему раскрытию.

[21] Фиг. 5В иллюстрирует примерный нежелательный импульс эмиссии в установившемся состоянии источника пучка ионов.

[22] Фиг. 6А иллюстрирует примерную желательную кривую емкостного разряда для использования с вариантами осуществления по настоящему раскрытию.

[23] Фиг. 6В иллюстрирует примерную желательную кривую импульса тока для использования с вариантами осуществления по настоящему раскрытию.

[24] Фиг. 7 является временной диаграммой примерной схемы подачи напряжения смещения для использования с вариантами осуществления по настоящему раскрытию.

[25] Фиг. 8 иллюстрирует блок-схему системы, в которой могут работать варианты осуществления по настоящему раскрытию.

[26] Фиг. 9 иллюстрирует примерное вычислительное оборудование, которое может, в частности, быть специально сконфигурировано в соответствии с вариантами осуществления по настоящему раскрытию.

Подробное описание изобретения

[27] До того, как настоящий предмет изобретения подробно описывается, следует понимать, что это раскрытие сущности не ограничено конкретными описанными вариантами осуществления, поскольку они, конечно, могут варьироваться. Также следует понимать, что терминология, используемая в данном документе, служит только для цели описания конкретных вариантов осуществления и не имеет намерение ограничивать объем настоящего раскрытия, который ограничен только посредством прилагаемой формулы изобретения.

[28] Термин «частица» используется широко в данном документе и, если не ограничивается в иных отношениях, может использоваться для того, чтобы описывать электрон, протон (или Н+-ион) или нейтрон, а также виды, имеющие более одного электрона, протона и/или нейтрона (например, другие ионы, атомы и молекулы).

[29] Примерные варианты осуществления систем, устройств и способов описываются в данном документе для системы источника пучка для использования с пучковой системой (например, включающей в себя ускоритель частиц). Варианты осуществления, описанные в данном документе, могут использоваться с любым типом ускорителя частиц либо в любом варианте применения ускорителя частиц, предусматривающем получение пучка заряженных частиц при указанных энергиях для подачи в ускоритель частиц.

[30] Варианты осуществления настоящей системы источника пучка ионов, в частности, подходят для того, чтобы подать пучок ионов, к примеру, пучок отрицательных частиц, в тандемный ускоритель, который также работает с системой предварительного ускорителя. Такая система использоваться во множестве вариантов применения, пример которых дается в качестве нейтронно-пучковой системы для генерации пучка нейтронов для использования в бор-нейтронозахватной терапии (БНЗТ). Для простоты описания, множество вариантов осуществления, описанных в данном документе, должны осуществляться в контексте нейтронно-пучковой системы для использования в БНЗТ, хотя варианты осуществления не ограничены ни просто пучками нейтронов, ни БНЗТ-вариантами применения.

[31] Варианты осуществления, описанные в данном документе, снижают среднюю мощность пучка системы ускорителя частиц так, что пучок протонов с параметрами, подходящими для источников эпитермальных нейтронов, может выдаваться для бор-нейтронозахватной терапии (БНЗТ) с литиевыми (Li) или бериллиевыми (Be) мишенями. Иными словами, варианты осуществления по настоящему раскрытию преодолевают несколько недостатков, связанных с ограничениями, введенными посредством оборудования и безопасности в контексте нейтронно-пучковой системы. Пучок протонов, выданный посредством тандемного ускорителя для целей бор-нейтронозахватной терапии (БНЗТ), имеет предпочтительный энергетический уровень для эффективности лечения и для использования с расположенным ниже по ходу оборудованием (например, для эффективной генерации нейтронов на литиевой (Li) мишени). Например, пучок протонов предпочтительно может иметь энергию в 1,9-3,0 мегаэлектронвольт (МэВ). Для обоснованно небольшого времени лечения, желательно конкретное пороговое значение плотности потока, и с таким желательным пороговым значением поступает минимальный ток пучка протонов (например, выше 5 миллиампер (мА)). Плотность мощности, связанная с такими пучками протонов (например, с пучками протонов, имеющими энергии в 1,9-3,0 МэВ и ток выше 5 мА), значительно превышает безопасные пределы для материалов, используемых в компонентах нейтронно-пучковой системы (например, в мишени для формирования нейтронов и т.д.).

[32] В качестве дополнительного примера, при примерных номинальных настройках с энергией пучка в 2,5 МэВ и с током пучка в 10 мА, мощность пучка составляет 25 киловатт (кВт). С учетом такой большой мощности, важно не допускать ситуаций, когда пучок может становиться неправильно совмещенным. Для пучка протонов с мощностью выше 10 кВт, фокусированного в местоположение (например, в круглое или эллиптическое пятно), имеющее диаметр менее 10 миллиметров (мм), плотность мощности, вероятно, существенно превышает безопасные пределы для материалов, используемых в тандемном ускорителе (и во всей нейтронно-пучковой системе). Любое небольшое отклонение пучка может вызывать его контакт с элементами тракта для пучка (например, в тандемном ускорителе) и почти немедленное повреждение и возможно разрушение элементов посредством пучка.

[33] Преимущественно, варианты осуществления по настоящему раскрытию обеспечивают модуляцию пучка отрицательных ионов в источнике пучка ионов посредством модуляции напряжения вытягивания ионов. Такая модуляция приводит к ограниченной длительности импульса пучка отрицательных ионов так, что средняя мощность пучка уменьшается до безопасного уровня для материалов пучковой системы, в то время как одновременно обнаруживаемый пучок ионов в установившемся состоянии выдается в тандемный ускоритель без влияния на стабильность напряжения тандемного ускорителя. Соответственно, пучок протонов с требуемой энергией пучка и током выдается в расположенные ниже по ходу компоненты без отрицательного влияния на компоненты всей нейтронно-пучковой системы (например, длительности излучения пучка в 10 миллисекунд (мс) - 100 мс могут приводить к повреждению мишени для генерирования нейтронов ниже по ходу от тандемного ускорителя).

[34] Требуемая длительность импульса пучка отрицательных ионов (например, то, сколько времени на вытягивающий электрод источника пучка ионов должно подаваться напряжение смещения) может быть основана на ряде факторов. Хотя варианты осуществления варьируются, в целом, желательно, если длительность импульса должна быть (1) достаточно большой для того, чтобы достигать вытягивания в установившемся состоянии отрицательных ионов водорода (Н-) из плазмы источника ионов, и (2) достаточно небольшой для того, чтобы не допускать интерференции с системой стабилизации напряжения тандемного ускорителя. В некоторых вариантах осуществления импульс имеет достаточно небольшую длительность для того, чтобы не допускать общего разряда конденсаторов в тандемном ускорителе более чем 10-15% и, более предпочтительно, более чем в 5-6%. Соответственно, энергетическая стабильность пучка, проходящего через тандемный ускоритель, поддерживается при том, что оборудование защищается.

[35] Относительно импульса (1), который является достаточно длительным, как описано выше, в некоторых вариантах осуществления, время на то, чтобы достигать вытягивания в установившемся состоянии отрицательных ионов водорода для нецезированного (например, без цезия (Cs)) источника ионов, составляет 0,1-0,3 мс. В некоторых вариантах осуществления тандемный ускоритель имеет конденсаторы, установленные в выводах секций выпрямителя высокого напряжения. Относительно импульса (2), который является достаточно коротким, как описано выше, в таких вариантах осуществления, когда тандемный ускоритель имеет номинальную энергию частиц пучка в 2,5 МэВ, разрядная емкость посредством распространения пучка с током в 10 мА и длительностью в одну миллисекунду предпочтительно не превышает 6%.

[36] Конкретные варианты осуществления, описанные в данном документе, могут достигать требуемой длительности импульса в 0,5-1,0 мс на частоте в 10 Гц или при коэффициенте заполнения импульсов в 0,5-1%. Коэффициент заполнения импульсов (время активности/общий период) должен варьироваться на основе рабочих параметров реализованной пучковой системы. Например, коэффициент заполнения импульсов может колебаться от 0,1% до 10%. В некоторых вариантах осуществления коэффициент заполнения импульсов составляет 1% или меньше, в других вариантах осуществления коэффициент заполнения импульсов составляет 2% или меньше, в других вариантах осуществления коэффициент заполнения импульсов составляет 5% или меньше, и в еще одних других вариантах осуществления коэффициент заполнения импульсов составляет 10% или меньше.

[37] Предпочтительно, такая модуляция пучка: (а) существенно не нарушает стабилизацию напряжения тандемного ускорителя; (b) не разряжает конденсаторы в тандемном ускорителе более чем на пороговую величину (например, на 15% или менее); (с) обеспечивает пучок с постоянным максимальным выходным значением (например, с плоской или практически с плоской вершиной) в течение порогового количества времени (например, 2 мс), которое является достаточно большим для типичного временного разрешения для большинства пучковые диагностических средств; и (d) снижает среднюю мощность пучка практически до уровня, безопасного для большинства материалов, используемых в пучковой системе, по сравнению с немодулированным пучком. В некоторых вариантах осуществления это уменьшение может составлять приблизительно 100 раз (до уровня приблизительно в 250 ватт (Вт)). В дополнение к поддержанию функциональности пучковой системы модуляция пучка согласно вариантам осуществления, описанным в данном документе, приводит к более долгосрочной целостности и надежности материалов и компонентов пучковой системы.

Примерные варианты применения БНЗТ

[1] Обращаясь подробно к чертежам, фиг. 1А является принципиальной схемой примерного варианта осуществления пучковой системы 10 для использования с вариантами осуществления по настоящему раскрытию. На фиг. 1А, пучковая система 10 включает в себя источник 12, низкоэнергетическую линию 14 движения пучка (LEBL), ускоритель 16, соединенный с низкоэнергетической линией 14 движения пучка (LEBL), и высокоэнергетическую линию 16 движения пучка (HEBL), простирающуюся от ускорителя 16 к мишени 100. LEBL 14 выполнена с возможностью транспортировать пучок из источника 12 к вводу ускорителя 16, который в свою очередь выполнен с возможностью получать пучок посредством ускорения пучка, транспортируемого посредством LEBL 14. HEBL 18 переносит пучок от вывода ускорителя 16 к мишени 100. Мишень 100 может представлять собой структуру, выполненную с возможностью приводить к требуемому результату в ответ на воздействие, прикладываемое падающим пучком, или может модифицировать характер пучка. Мишень 100 может представлять собой компонент системы 10 или может представлять собой обрабатываемую деталь, которая приводится к требуемым условиям или изготавливается по меньшей мере частично, посредством системы 10.

[2] Фиг. 1В является принципиальной схемой, иллюстрирующей другой примерный вариант осуществления нейтронно-пучковой системы 10 для использования в бор-нейтронозахватной терапии (БНЗТ). Здесь, источник 12 представляет собой источник ионов, и ускоритель 16 представляет собой тандемный ускоритель. Нейтронно-пучковая система 10 включает в себя систему 20 предварительного ускорителя, служащую в качестве инжектора пучка заряженных частиц, тандемный ускоритель 16 высокого напряжения (HV), соединенный с системой 20 предварительного ускорителя, и HEBL 18, простирающуюся от тандемного ускорителя 16 к узлу нейтронной мишени 200, размещающему мишень 100 (не показана). В этом варианте осуществления мишень 100 выполнена с возможностью генерировать нейтроны в ответ на ударное воздействие посредством протонов с достаточной энергией и может называться «мишенью для генерирования нейтронов». Нейтронно-пучковая система 10, как и система 20 предварительного ускорителя, также может использоваться для других применений, к примеру, для других примеров, описанных в данном документе, и не ограничена БНЗТ.

[3] Система 20 предварительного ускорителя выполнена с возможностью транспортировать пучок ионов от источника 12 ионов к вводу (например, во входную апертуру) тандемного ускорителя 16 и в силу этого также действует как LEBL 14. Тандемный ускоритель 16, который запитывается мощностью посредством источника 42 питания высокого напряжения, соединенного с ним, может выдавать пучок протонов с энергией, в целом, равной двукратному напряжению, прикладываемому к ускоряющим электродам, расположенным в ускорителе 16. Энергетический уровень пучка протонов может достигаться за счет ускорения пучка отрицательных ионов водорода от ввода ускорителя 16 к крайнему внутреннему электроду с высоким потенциалом, обдирки двух электронов из каждого иона и затем ускорения полученных протонов ниже по ходу посредством такого же прикладываемого напряжения.

[4] HEBL 18 может переносить пучок протонов от вывода ускорителя 16 к мишени в узле нейтронной мишени 200, расположенной в конце ветви 70 линии движения пучка, простирающейся в процедурный кабинет для пациентов. Система 10 может быть выполнена с возможностью направлять пучок протонов в любое число из одной или более мишеней и связанных зон лечения. В этом варианте осуществления HEBL 18 включает в себя три ветви 70, 80 и 90, которые могут простираться в три различных процедурных кабинета для пациентов, причем каждая ветвь может завершаться в узле мишени 200 и расположенном вниз по худу пучка оборудовании для придания формы пучку (не показано). HEBL 18 может включаться в себя насосную камеру 51, квадрупольные магниты 52 и 72, чтобы предотвращать дефокусировку пучка, дипольные или отклоняющие магниты 56 и 58, с тем чтобы отклонять пучок в процедурные кабинеты, корректоры 53 пучка, диагностические средства, такие как мониторы 54 и 76 тока, секцию быстрого монитора 55 положения пучка и сканирующий магнит 74.

[5] Конструкция HEBL 18 зависит от конфигурации лечебного учреждения (например, одноэтажной конфигурации лечебного учреждения, двухэтажной конфигурации лечебного учреждения и т.п.). Пучок может доставляться в узел мишени 200 (например, расположенный около процедурного кабинета) с использованием отклоняющего магнита 56. Квадрупольные магниты 72 могут включаться, чтобы затем фокусировать пучок с определенным размером на мишени. После этого пучок проходит через один или более сканирующих магнитов 74, что обеспечивает поперечное перемещение пучка на поверхность мишени в требуемом шаблоне (например, в спиральном, искривленном, ступенчатом в рядах и колонках, в их комбинациях и т.п.). Поперечное перемещение пучка может помогать достигать сглаженного и даже усредненного во времени распределения пучка протонов на литиевой мишени, предотвращая перегрев и обеспечивая максимально возможную равномерность генерации нейтронов в литиевом слое.

[6] После входа в сканирующие магниты 74, пучок может доставляться в монитор 76 тока, который измеряет ток пучка, узел мишени 200 может быть физически отделен от HEBL-объема с помощью запорного клапана 77. Основная функция запорного клапана представляет собой отделение вакуумного объема линии движения пучка от мишени при нагрузке мишени и/или замене используемой мишени на новую. В вариантах осуществления пучок не может отклоняться на 90 градусов посредством отклоняющего магнита 56, вместо этого он проходит прямо направо на фиг. 1 В, затем входит в квадрупольные магниты 52, которые расположены на горизонтальной линии движения пучка. Пучок может впоследствии отклоняться посредством другого отклоняющего магнита 58 до требуемого угла, в зависимости от конфигурации здания и кабинетов. В противном случае отклоняющий магнит 58 может заменяться Y-образным магнитом, чтобы разбивать линию движения пучка в двух направлениях для двух различных процедурных кабинетов, расположенных на одном этаже.

[38] Фиг. 2 иллюстрирует пример системы предварительного ускорителя или инжектора пучка ионов для использования с вариантами осуществления но настоящему раскрытии. В этом примере система 20 предварительного ускорителя (например, LEBL 14) включает в себя линзу 30 Эйнцеля (не показана на фиг. 2, но проиллюстрирована на фиг. 3А-3В), трубку 26 предварительного ускорителя и соленоид 510 и выполнена с возможностью ускорять пучок отрицательных ионов, инжектированный из источника 12 ионов. Система 20 предварительного ускорителя выполнена с возможностью обеспечивать ускорение частиц пучка до энергий, требуемых для тандемного ускорителя 16, и обеспечивать полную сходимость пучка отрицательных ионов так, что она совпадает с площадью входной апертуры во входной апертуре или на входе тандемного ускорителя 16. Система 20 предварительного ускорителя дополнительно выполнена с возможностью минимизировать или дефокусировать противоток по мере того, как он проходит из тандемного ускорителя 16 в систему предварительного ускорителя, чтобы уменьшать возможность повреждения источника 12 ионов и/или противоток, достигающий нитей источника ионов.

[39] В вариантах осуществления источник 12 ионов может быть выполнен с возможностью выдавать пучок отрицательных ионов выше по ходу от линзы 30 Эйнцеля, и пучок отрицательных ионов продолжает проходить через трубку 26 предварительного ускорителя и магнитное фокусирующее устройство 510 (например, соленоид). Соленоид 510 может быть расположен между трубкой 26 предварительного ускорителя и тандемным ускорителем 16 и является электрически соединяемым с источником питания. Пучок отрицательных ионов проходит через соленоид 510 к тандемному ускорителю 16.

[40] Система 20 предварительного ускорителя также может включать в себя вакуумный контейнер 24 с источником ионов для удаления газа, и насосную камеру 28, которые, вместе с трубкой 26 предварительного ускорителя, а также другими элементами, описанными выше, представляют собой часть относительно низкоэнергетической линии движения пучка, ведущей к тандемному ускорителю 16. Вакуумный контейнер 24 с источником ионов, в котором может быть расположена линза 30 Эйнцеля, простирается от источника 12 ионов. Трубка 26 предварительного ускорителя может соединяться с вакуумным контейнером 24 с источником ионов и с соленоидом 510. Вакуумная насосная камера 28 для удаления газа может соединяться с соленоидом 510 и тандемным ускорителем 16. Источник 12 ионов служит в качестве источника заряженных частиц, которые могут ускоряться, приводиться к требуемым условиям и, в конечном счете, использоваться для того, чтобы производить нейтроны при доставке в производящую нейтроны мишень. В дальнейшем в данном документе будут описаны примерные варианты осуществления со ссылкой на источник ионов, производящий пучок отрицательных ионов водорода, хотя варианты осуществления не ограничены такими, и другие положительные или отрицательные частицы могут формироваться посредством источника.

[41] Система 20 предварительного ускорителя может иметь нуль, один или множество магнитных элементов для таких целей, как фокусировка и/или регулирование совмещения пучка. Например, любые такие магнитные элементы могут использоваться для того, чтобы обеспечивать совпадение пучка с осью линии движения пучка и углом приема тандемного ускорителя 16. Ионный вакуумный контейнер 24 может иметь ионную оптику, расположенную в нем.

[42] В целом, предусмотрено два типа источников 12 отрицательных ионов, которые отличаются механизмом генерации отрицательных ионов: поверхностный и объемный. Поверхностный тип, в целом, требует присутствия цезия (Cs) на конкретных внутренних поверхностях. Объемный тип основывается на образовании отрицательных ионов в объеме сильноточной разрядной плазмы. Хотя оба типа источников ионов могут доставлять требуемый ток отрицательных ионов для применений, связанных с тандемными ускорителями, поверхностные источники отрицательных ионов являются нежелательным для модуляции. Иными словами, для модуляции пучка отрицательных ионов в вариантах осуществления, описанных в данном документе, источники отрицательных ионов объемного типа (например, без использования цезия (Cs)) являются предпочтительными.

[43] Обращаясь к фиг. 3А, вакуумный контейнер 24 с источником ионов инжектора 20 пучка ионов включает в себя линзу 30 Эйнцеля, расположенную в нем. Как подробно показано на фиг. 3В, линза 30 Эйнцеля, которая монтируется ниже по ходу от заземляющей линзы 25 источника 12 ионов в вакуумном контейнере 24, включает в себя монтажную пластину 32, два заземленных электрода 34, смонтированные на монтажной пластине 32 и соединенные между собой с разнесением с монтажными стержнями 35, и запитываемый (подвергаемый подаче напряжения смещения) электрод 38, расположенный между двумя заземленными электродами 34. Электроды 34 и 38 изготавливаются в форме цилиндрических апертур и собираются так, что они имеют аксиальную ось, совпадающую с трактом пучка. Запитываемый электрод 38 поддерживается посредством изоляторов/развязок 36, простирающихся между заземленными электродами или апертурами 34.

[44] Боковые опорные развязки 36 могут включать в себя геометрическую конструкцию, выполненную с возможностью запрещать развитие электронных лавин и подавлять образование и распространение шлейфа, которое типично может в итоге приводить к образованию искрения. Геометрическая конструкция боковых опорных развязок 36 может частично экранировать внешнее электрическое поле на поверхности изолятора, которое приводит в действие электронную лавину и эффективно увеличивает длину тракта. Помимо этого, материалы изоляторов/развязок 36 стремятся уменьшать эффекты напыления, потери отрицательных ионов на поверхностях, объемное загрязнение и образование проводящего покрытия на поверхностях изоляторов/развязок, приводящего к снижению электрической прочности.

[45] Функционально действие линзы 30 Эйнцеля на пучок заряженных частиц, выдвигающийся из источника 12 ионов, является аналогичным действию оптической фокусирующей линзы на пучок излучения. А именно, линза 30 Эйнцеля фокусирует входящий параллельный пучок в пятно в фокальной плоскости. Тем не менее, здесь электрические поля, сформированные между парами записываемого электрода 38 и двух заземленных электродов 34, определяют фокусирующую интенсивность линзы Эйнцеля (расстояние по фокальной длине).

[46] Благодаря монтажу линзы 30 Эйнцеля ниже по ходу от заземляющей линзы 25 источника ионов уменьшается транспортировка пучка в свободном пространстве, в котором пучок подвергается расходимости вследствие внутреннего пространственного заряда.

[47] Размеры осесимметричной конструкции линзы 30 Эйнцеля оптимизируются, чтобы не допускать прямого взаимодействия вытягиваемых ионов с открытыми поверхностями линзы 30 Эйнцеля.

[48] При работе подача напряжения смещения отрицательной полярности для линзы 30 Эйнцеля приводит к более высокой фокусирующей силе по сравнению с положительной полярностью напряжения смещения. Также в ходе работы способ доставки питания в линзу 30 Эйнцеля предоставляет постепенный рост напряжения вместо мгновенного приложения напряжения, что уменьшает темпы роста электрического поля (dE/dt) в микровыступах, существующих на поверхностях линзы 30 Эйнцеля, отвечающих за формирование плазмы, например, через механизм взрывной эмиссии. Воспрепятствование такому формированию плазмы повышает электрическую прочность.

[49] Отрицательный потенциал смещения для линзы Эйнцеля при высоком фоновом давлении обычно является невозможным вследствие электрических пробоев. Конфигурация примерных вариантов осуществления линзы Эйнцеля, предусмотренной в данном документе, обеспечивает приложение напряжений отрицательного смещения, достаточно высоких для 100%-го использования тока без электрических пробоев.

[50] Фиг. 4А иллюстрирует примерную систему источника пучка ионов для использования с вариантами осуществления по настоящему раскрытию. На фиг. 4А источник 12 ионов необязательно размещается в оболочке источника ионов. Источник 12 ионов включает в себя множество электродов, к примеру, плазменный электрод 320, ускорительный/ускоряющий электрод 310 (например, или заземляющую линзу) и вытягивающий электрод 330. Необязательно, источник 12 ионов соединяется с линзой 30 Эйнцеля, и пучок отрицательных ионов инжектируется или распространяется из источника 12 ионов через линзу 30 Эйнцеля, трубку 26 предварительного ускорителя и соленоид 510 во входную апертуру тандемного ускорителя 16.

[51] Ссылаясь на фиг. 4 В, источник 12 ионов может быть электрически соединен в ускоряющем электроде 310 с первым контактным выводом источника PS3 питания, который, в свою очередь, электрически соединен на втором контактном выводе с оболочкой источника 12 ионов. Подача напряжения смещения на источник 12 ионов в ускоряющем электроде 310 конфигурирует систему 20 предварительного ускорителя для поддержания и прохода пучка отрицательных ионов, когда такой пучок передается из источника 12 ионов. В некоторых вариантах осуществления источник PS3 питания может выдавать напряжение в -30 кВ.

[52] Плазменный электрод 320 источника 12 ионов может быть электрически соединен с источником PS5 питания, и вытягивающий электрод 330 источника 12 ионов может быть электрически соединен с модулятором 350, который, в свою очередь, электрически соединяется с источником PS4 питания. Подача напряжения смещения на плазменный электрод 320 обеспечивает возможность источнику 12 ионов поддерживать плазму в источнике 12 ионов, который должен использоваться для вытягивания в пучок отрицательных ионов, когда на вытягивающий электрод 330 подается напряжение смещения.

[53] В некоторых вариантах осуществления модулятор 350 и источник PS4 питания могут быть скомбинированы в одной интегрированной системе замедлителя. Модулятор 350 включает в себя переключатель, который может использоваться для того, чтобы управлять подачей напряжения смещения на вытягивающий электрод 330.

[54] Когда на вытягивающий электрод 330 подается напряжение смещения, пучок отрицательных ионов передается или распространяется из источника 12 ионов в тандемный ускоритель 16. Когда на вытягивающий электрод 330 не подается напряжение смещения, пучок отрицательных ионов не передается или не распространяется из источника 12 ионов в тандемный ускоритель 16.

[55] Как поясняется выше, тандемный ускоритель 16 запитывается посредством источника 42 питания высокого напряжения, соединенного с ним, и может производить пучок протонов с энергией, в целом, равной двукратному напряжению, прикладываемому к ускоряющим электродам, расположенным в ускорителе 16. Тандемный ускоритель 16 может включать в себя любое число из двух или более вложенных оболочек с ускоряющими электродами, расположенными в самых левых и самых правых апертурах каждой оболочки, как показано на фиг. 4А. В этом варианте осуществления ускоритель 16 включает в себя четыре оболочки G1, G2, G3, G4 плюс самую крайнюю внутреннюю оболочку, помеченную в качестве камеры высокого напряжения (HV). Источник PS6 питания может управляться посредством контура обратной связи, за счет чего поддерживается стабильность напряжения в тандемном ускорителе 16. Иными словами, измерительное или управляющее устройство 360 (например, вольтметр) может отслеживать напряжение через конденсаторы (С), установленные в выводах секций выпрямителя высокого напряжения тандемного ускорителя 16. По меньшей мере один конденсатор может быть подсоединен между каждой оболочкой и оболочкой(ками), непосредственно смежной с ней. В этом примере предусмотрено четыре конденсатора, соединенных через пять оболочек. Проведение пучка через ускоритель 16 может приводить к разряду конденсаторов. Стабильность напряжения может требовать того, чтобы разряд конденсаторов не мог превышать пороговое значение полностью заряженного состояния, чтобы поддерживать стабильность пучка 620. В некоторых вариантах осуществления это пороговое значение составляет 5%, в других вариантах осуществления это пороговое значение составляет 6%, в других вариантах осуществления это пороговое значение составляет 10%, и в еще одних других вариантах осуществления это пороговое значение составляет 15%. В таких примерах измерительное или управляющее устройство 360 может выдавать сигнал обратной связи в источник PS6 питания, указывающий нестабильность напряжения, и источник PS6 питания прерывает подачу напряжения смещения в тандемный ускоритель 16.

[56] Фиг. 5А иллюстрирует примерный желательный импульс эмиссии в установившемся состоянии источника пучка ионов для использования с вариантами осуществления по настоящему раскрытию. Фиг. 5В иллюстрирует примерный нежелательный импульс эмиссии в установившемся состоянии источника пучка ионов. Как показано на фиг. 5 А, подача напряжения смещения на вытягивающий электрод в источнике пучка ионов приводит к вытягиванию в установившемся состоянии отрицательных ионов водорода из плазмы источника ионов в течение небольшого периода времени, в противном случае, получение пучка ионов может быть безуспешным в пределах требуемого окна для защиты расположенных ниже по ходу компонентов. Фиг. 5В иллюстрирует нежелательное линейное нарастание вытягивания в установившемся состоянии.

[57] Фиг. 6А иллюстрирует примерную кривую емкостного разряда для использования с вариантами осуществления по настоящему раскрытию. Фиг. 6В иллюстрирует примерную желательную кривую импульса тока для использования с вариантами осуществления по настоящему раскрытию. Требуемая сигнатура импульсного тока пучка ионов напоминает идеальную ступенчатую функцию с минимальными уклонами подъемов и спусков и постоянным значением для активной длительности импульса, как показано на фиг. 6В, и приводит к кривой емкостного разряда, как показано на фиг. 6А, при этом модуляция не приводит к емкостному разряду, превышающему пороговое значение (например, пороговое значение в некоторых вариантах осуществления может составлять приблизительно 5-6%). Как поясняется выше, ограничение длительности импульса пучка 600 отрицательных ионов посредством модулятора 350 или системы модуляции, управляющей подачей напряжения смещения (или неподачей напряжения смещения) на вытягивающий электрод 330 источника 12 ионов, уменьшает вероятность того, что разряд множества конденсаторов превышает 5-6% и за счет этого уменьшает (или исключает полностью) вероятность того, что источник PS6 питания прерывает подачу питания в тандемный ускоритель 16.

[58] Номинальная емкость упомянутого множества конденсаторов может способствовать пределу для успешной длительности импульса пучка. Иными словами, чем крупнее конденсаторы, тем больше может быть длительность импульса пучка; тем не менее, пространственные и другие конструктивные ограничения приводят к отсутствию гибкости, когда дело доходит до увеличения емкости в различных пучковых системах.

[59] Фиг. 7 является временной диаграммой, показывающей примеры различных параметров во временной взаимосвязи между собой для использования с вариантами осуществления по настоящему раскрытию. В самой верхней схеме на фиг. 7, вытягивающее напряжение смещения прикладывается (например, U_extraction) в течение данной длительности от t1l до t3 (например, t_pulse), чтобы формировать вытягивающий импульс 700, который вызывает вытягивание пучка из источника частиц. Как показано здесь, вытягивающее напряжение смещения прикладывается в форме ступенчатой функции или квадратной волны, хотя это представляет собой идеализированную иллюстрацию, и специалисты в области техники должны признавать, что будет возникать некоторое отклонение. Ток (I_beam) вытягиваемого пучка проиллюстрирован на средней схеме. Ток I_beam отвечает на вытягивающее напряжение U_extraction смещения посредством быстрого увеличения с t1 до достижения постоянной или практически постоянной абсолютной величины в t2. Это проиллюстрировано посредством плоского или практически плоского самого верхнего контура импульса 702 тока. Эта область устойчивой абсолютной величины может называться «установившимся состоянием тока» и сохраняется в течение длительности (например, t_flat top) до тех пор, пока вытягивающее напряжение смещения не удаляется в t3. В конкретных вариантах осуществления временная длительность t2-t3 установившегося состояния (например, t_{flat top}) является достаточно большой для получения одного или более измерений, связанных с пучковой системой.

[60] До вытягивания пучка (например, от t0 до t1) ускоряющее напряжение U_tandem заряжается до уровня 704 в установившемся состоянии. В варианте осуществления тандемного ускорителя 16, описанного относительно фиг. 4А, этот уровень в установившемся состоянии может представлять собой полный заряд для конденсаторов (С) между соответствующими ускоряющими электродами. Когда вывод пучка начинается с источника ионов в t1, может возникать разряд этих конденсаторов. В этих вариантах осуществления разряд предпочтительно поддерживается в пределах порогового значения ΔU разряда (например, 15% или меньше, 10% или меньше, 6% или меньше). В некоторых вариантах осуществления система модуляции может задаваться или программироваться таким образом, что длительность t_pulse представляет собой временной интервал, который поддерживает величину разряда в пределах порогового значения ΔU. В некоторых вариантах осуществления длительность t_pulse может управляться с помощью контура обратной связи, так что величина разряда активно отслеживается посредством системы модуляции (или посредством систем управления, описанных в данном документе), и вытягивающий импульс завершается до того, как величина разряда (или, с другой стороны, до того, как U_tandem) падает или снижается ниже порогового значения ΔU разряда. Когда вытягивающий импульс 700 завершается в t3 таким образом, что пучок более не вытягивается из примерного источника ионов, заряд конденсаторов (например, U_tandem) возвращается к номинальному уровню 704. В вариантах осуществления минимальный период (например, t1-t4) импульсов заряда является достаточным, чтобы превышать длительность для зарядки конденсаторов обратно до уровня 704.

[61] Фиг. 8 является блок-схемой, показывающей примерную систему, в которой могут работать варианты осуществления по настоящему раскрытию. Например, проиллюстрированная примерная система включает в себя систему 3001 источника пучка ионов, одно или более вычислительных устройств 3002 и систему 3003 тандемного ускорителя. В вариантах осуществления система 3001 источника пучка ионов и система 3003 тандемного ускорителя могут совместно представлять собой часть примерной нейтронно-пучковой системы (например, вышеуказанной системы 10). В таких вариантах осуществления нейтронно-пучковая система 10 может использовать одну или более систем управления, с которыми могут обмениваться данными одно или более вычислительных устройств 3002, чтобы взаимодействовать с системами и компонентами нейтронно-пучковой системы 10. Каждое из этих устройств и/или систем выполнено с возможностью обмениваться данными непосредственно между собой (не показано) либо через локальную сеть, к примеру, через сеть 3004.

[62] Вычислительные устройства 3002 могут осуществляться посредством различных пользовательских устройств, систем, вычислительного оборудования и т.п. Например, первое вычислительное устройство 3002 может представлять собой настольный компьютер, связанный с конкретным пользователем, в то время как другое вычислительное устройство 3002 может представлять собой переносной компьютер, связанный с конкретным пользователем, и еще одно другое вычислительное устройство 3002 может представлять собой мобильное устройство (например, планшетное или интеллектуальное устройство). Каждое из вычислительных устройств 3002 может быть выполнено с возможностью обмениваться данными с системой 3001 источника пучка ионов и/или с системой 3003 тандемного ускорителя, например, через пользовательский интерфейс, доступный через вычислительное устройство. Например, пользователь может выполнять настольное приложение на вычислительном устройстве 3002, которое выполнено с возможностью обмениваться данными с системой 3001 источника пучка ионов и/или с системой 3003 тандемного ускорителя.

[63] Посредством использования вычислительного устройства 3002 для того, чтобы обмениваться данными с одним или более из системы 3001 источника пучка ионов или системы 3003 тандемного ускорителя, пользователь может выдавать рабочие параметры для любой из систем (например, рабочие напряжения и т.п.) согласно вариантам осуществления, описанным в данном документе. В вариантах осуществления система 3001 источника пучка ионов может включать в себя систему 3001А управления, посредством которой система 3001 источника пучка ионов может принимать и применять рабочие параметры из вычислительного устройства 3002. В вариантах осуществления система 3003 тандемного ускорителя может включать в себя систему 3003А управления, посредством которой система 3003 тандемного ускорителя может принимать и применять рабочие параметры из вычислительного устройства 3002.

[64] Сеть 3004 связи может включать в себя любую сеть проводной или беспроводной связи, включающую в себя, например, проводную или беспроводную локальную вычислительную сеть (LAN), персональную вычислительную сеть (PAN), общегородскую вычислительную сеть (MAN), глобальную вычислительную сеть (WAN) и т.п., а также любые аппаратные средства, программное обеспечение и/или микропрограммное обеспечение, требуемое для того, чтобы реализовывать это (такие как, например, сетевые маршрутизаторы и т.д.). Например, сеть 3004 связи может включать в себя 802.11-, 802.16-, 802.20- и/или WiMAX-сеть. Дополнительно, сеть 3004 связи может включать в себя сеть общего пользования, к примеру, Интернет, частную сеть, к примеру, интрасеть, либо комбинацию вышеозначенного, и может использовать множество сетевых протоколов, доступных на настоящий момент или разработанных в дальнейшем, включающих в себя, но не только, сетевые протоколы на основе TIP/IP.

[65] Вычислительное устройство 3002 и системы 3001А и 3003А управления могут осуществляться посредством одной или более вычислительных систем, таких как оборудование 3100, показанное на фиг. 9. Как проиллюстрировано на фиг. 9, оборудование 3100 может включать в себя процессор 3102, запоминающее устройство 3104, схему 3106 ввода и/или вывода и устройство или схему 3108 связи. Также следует понимать, что некоторые из этих компонентов 3102-3108 могут включать в себя аналогичные аппаратные средства. Например, два модуля могут обеспечивать использование идентичного процессора, сетевого интерфейса, носителя хранения данных и т.п. для того, чтобы выполнять свои связанные функции, так что дублированные аппаратные средства не требуются для каждого устройства. Использование терминов «устройство» и/или «схема» при использовании в данном документе относительно компонентов оборудования в силу этого может охватывать конкретные аппаратные средства, сконфигурированные с программным обеспечением с возможностью выполнять функции, связанные с этим конкретным устройством, как описано в данном документе.

[66] Термины «устройство» и/или «схема» должны пониматься широко как включающие в себя аппаратные средства; в некоторых вариантах осуществления, устройство и/или схема также может включать в себя программное обеспечение для конфигурирования аппаратных средств. Например, в некоторых вариантах осуществления, устройство и/или схема может включать в себя схему обработки, носители для хранения данных, сетевые интерфейсы, устройства ввода-вывода и т.п. В некоторых вариантах осуществления другие элементы оборудования 3100 могут обеспечивать или дополнять функциональность конкретного устройства. Например, процессор 3102 может обеспечивать функциональность обработки, запоминающее устройство 3104 может обеспечивать функциональность хранения данных, устройство или схема 3108 связи может обеспечивать функциональность сетевого интерфейса и т.п.

[67] В некоторых вариантах осуществления процессор 3102 (и/или сопроцессор или любая другая схема обработки, помогающая или иным образом связанная с процессором) может поддерживать связь с запоминающим устройством 3104 через шину для передачи информации между компонентами оборудования. Запоминающее устройство 3104 может быть энергонезависимым и может включать в себя, например, одно или более энергозависимых и/или энергонезависимых запоминающих устройств. Другими словами, например, запоминающее устройство может представлять собой электронное устройство для хранения данных (например, машиночитаемый носитель для хранения данных). Запоминающее устройство 3104 может быть выполнено с возможностью сохранять информацию, данные, контент, приложения, инструкции и т.п., для обеспечения возможности оборудованию выполнять различные функции в соответствии с примерными вариантами осуществления по настоящему раскрытию.

[68] Процессор 3102 может осуществляться рядом различных способов и, например, может включать в себя одно или более обрабатывающих устройств, выполненных с возможностью работать независимо. Дополнительно или альтернативно, процессор может включать в себя один или более процессоров, выполненных с возможностью совместно через шину обеспечивать независимое выполнение инструкций, конвейерную обработку и/или многопоточную обработку. Использование терминов «обрабатывающее устройство» и/или «схема обработки» может пониматься как включающее в себя одноядерный процессор, многоядерный процессор, несколько процессоров, внутренних для оборудования, и/или удаленных или «облачных» процессоров.

[69] В примерном варианте осуществления процессор 3102 может быть выполнен с возможностью выполнять инструкции, сохраненные в запоминающем устройстве 3104 или иными способами доступные для процессора. Альтернативно или дополнительно, процессор 3104 может быть выполнен с возможностью выполнять жестко закодированную функциональность. В связи с этим, независимо от того, сконфигурирован ли он посредством аппаратных или программных способов либо посредством комбинации аппаратных средств с программным обеспечением, процессор 3104 может представлять объект (например, физически осуществленный в схеме), допускающий выполнение операций согласно варианту осуществления по настоящему раскрытию, при надлежащем конфигурировании. Альтернативно, в качестве другого примера, когда процессор осуществляется в качестве модуля выполнения программных инструкций, инструкции могут конкретно конфигурировать процессор с возможностью выполнять алгоритмы и/или операции, описанные в данном документе, когда инструкции выполняются.

[70] В некоторых вариантах осуществления, оборудование 3100 может включать в себя устройство 3106 ввода-вывода, которое может, в свою очередь, поддерживать связь с процессором 3102, чтобы обеспечивать вывод пользователю и, в некоторых вариантах осуществления, принимать ввод от пользователя. Устройство 3106 ввода-вывода может включать в себя пользовательский интерфейс и может включать в себя дисплей устройства, к примеру, дисплей пользовательского устройства, который может включать в себя пользовательский веб-интерфейс, мобильное приложение, клиентское устройство и т.п.В некоторых вариантах осуществления устройство 3106 ввода-вывода также может включать в себя клавиатуру, мышь, джойстик, сенсорный экран, области касания, программируемые клавиши, микрофон, динамик или другие механизмы ввода-вывода. Процессор и/или пользовательская интерфейсная схема, включающая в себя процессор, может быть выполнена с возможностью управлять одной или более функций одного или более элементов пользовательского интерфейса через компьютерные программные инструкции (например, программное обеспечение и/или микропрограммное обеспечение), сохраненные в запоминающем устройстве, доступном для процессора (например, в запоминающем устройстве 3104 и т.п.).

[71] Устройство или схема 3108 связи может представлять собой средство, такое как схема устройства, осуществленное в аппаратных средствах либо в комбинации аппаратных средств и программного обеспечения, которое выполнено с возможностью принимать и/или передавать данные из/в сеть и/или любое другое устройство или схему, поддерживающую связь с оборудованием 3100. В этом отношении, устройство или схема 3108 связи может включать в себя, например, сетевой интерфейс для обеспечения связи с сетью проводной или беспроводной связи. Например, устройство или схема 3108 связи может включать в себя одну или более сетевых интерфейсных плат, антенн, шин, коммутаторов, маршрутизаторов, модемов и вспомогательные аппаратные средства и/или программное обеспечение либо любое другое устройство, подходящее для обеспечения связи через сеть. Дополнительно или альтернативно, интерфейс связи может включать в себя схему для взаимодействия с антенной(ами), с тем чтобы инструктировать передачу сигналов через антенну(ы) или обрабатывать прием сигналов, принимаемых через антенну(ы). Эти сигналы могут передаваться посредством оборудования 3100 с использованием любой из ряда технологий на основе беспроводных персональных вычислительных сетей (PAN), таких как текущие и будущие Bluetooth-стандарты (включающие в себя технологию Bluetooth и технологию Bluetooth с низким энергопотреблением (BLE)), инфракрасная беспроводная связь (например, IrDA), FREC, стандарт сверхширокополосной связи (UWB), индукционная беспроводная передача и т.п.Помимо этого, следует понимать, что эти сигналы могут передаваться с использованием Wi-Fi, связи ближнего радиуса действия (NFC), стандарта общемировой совместимости широкополосного беспроводного доступа (WiMax) или других протоколов связи на основе близости.

[72] Следует принимать во внимание, что любые такие компьютерные программные инструкции и/или другой тип кода могут загружаться на компьютер, процессор или другую программируемую схему оборудования, чтобы формировать машину, так что компьютер, процессор или другая программируемая схема, которая выполняет код на машине, создает средства для реализации различных функций, включающих в себя функции, описанные в данном документе.

[73] Как описано выше и следует принимать во внимание, что на основе этого раскрытия варианты осуществления по настоящему раскрытию могут быть сконфигурированы как системы, способы, мобильные устройства, внутренние интерфейсные сетевые устройства и т.п. Соответственно, варианты осуществления могут включать в себя различные реализации, в том числе полностью из аппаратных средств либо из любой комбинации программного обеспечения и аппаратных средств. Кроме того, варианты осуществления могут принимать форму компьютерного программного продукта на по меньшей мере одном энергонезависимом машиночитаемом носителе хранения данных, имеющем машиночитаемые программные инструкции (например, компьютерное программное обеспечение), осуществленные в носителе для хранения данных. Может использоваться любой подходящий машиночитаемый носитель хранения данных, включающий в себя энергонезависимые жесткие диски, CD-ROM, флэш-память, оптические устройства хранения данных или магнитные устройства хранения данных.

[74] Схема обработки для использования с вариантами осуществления по настоящему раскрытию может включать в себя один или более процессоров, микропроцессоров, контроллеров и/или микроконтроллеров, каждый из которых может представлять собой дискретную микросхему либо распределяться между (и составлять часть) определенным числом различных микросхема. Схема обработки для использования с вариантами осуществления по настоящему раскрытию может включать в себя процессор цифровых сигналов, который может реализовываться в аппаратных средствах и/или в программном обеспечении схемы обработки для использования с вариантами осуществления по настоящему раскрытию. Схема обработки для использования с вариантами осуществления по настоящему раскрытию может функционально соединяться с другими компонентами чертежей в данном документе. Схема обработки для использования с вариантами осуществления по настоящему раскрытию может выполнять программные инструкции, сохраненные в запоминающем устройстве, которые инструктируют схеме обработки осуществлять множество различных действий и управлять другими компонентами на чертежах в данном документе.

[75] Запоминающее устройство для использования с вариантами осуществления по настоящему раскрытию может совместно использоваться посредством одного или более различных функциональных модулей либо может распределяться между двумя или более из них (например, в качестве отдельных запоминающих устройств, присутствующих в различных микросхемах). Запоминающее устройство также может представлять собой отдельную собственную микросхему. Запоминающее устройство может быть невременным и может представлять собой энергозависимое (например, RAM и т.д.) и/или энергонезависимое запоминающее устройство (например, ROM, флэш-память, FRAM и т.д.).

[76] Компьютерные программные инструкции для выполнения операций в соответствии с описанным предметом изобретения могут быть написаны на любой комбинации одного или более языков программирования, включающих в себя объектно-ориентированный язык программирования, к примеру, Java, JavaScript, Smalltalk, С++, С#, Transact-SQL, XML, PHP и т.п., и традиционные процедурные языки программирования, к примеру, язык программирования «С» или аналогичные языки программирования.

[77] Различные аспекты настоящего предмета изобретения изложены ниже, в обзоре и/или в дополнении к вариантам осуществления, описанным выше, при этом акцент здесь делается на взаимозависимости и взаимозаменяемости нижеприведенных вариантов осуществления. Другими словами, акцент делается на том факте, что каждый признак вариантов осуществления может комбинироваться с каждым другим признаком, если иное не указано в явной форме или является логически неправдоподобным.

[78] Во многих вариантах осуществления ионно-пучковая система включает в себя источник ионов, выполненный с возможностью выдавать пучок отрицательных ионов в систему тандемного ускорителя ниже по ходу от источника ионов, и систему модулятора, соединенную с вытягивающим электродом источника ионов. Во многих из этих вариантов осуществления система модулятора выполнена с возможностью подавать напряжение смещения на вытягивающий электрод в течение длительности, достаточной для достижения вытягивания ионов в установившемся состоянии и поддержания стабильности ускоряющего напряжения системы тандемного ускорителя.

[79] Во многих из этих вариантов осуществления источник ионов выполнен с возможностью генерировать отрицательные ионы водорода.

[80] Во многих из этих вариантов осуществления длительность составляет менее 10 миллисекунд (мс). Во многих из этих вариантов осуществления длительность находится в диапазоне от 0,5 до 1,0 миллисекунды (мс).

[81] Во многих из этих вариантов осуществления система модулятора включает в себя переключатель. Во многих из этих вариантов осуществления система модулятора включает в себя источник питания постоянного тока.

[82] Во многих из этих вариантов осуществления стабильность ускоряющего напряжения частично основана на емкостном разряде, связанном с множеством конденсаторов системы тандемного ускорителя.

[83] Во многих из этих вариантов осуществления на один из электрода или множества электродов системы тандемного ускорителя подается напряжение смещения с использованием источника питания постоянного тока. Во многих из этих вариантов осуществления источник питания постоянного тока реагирует на контур обратной связи на основе емкостного разряда, связанного с множеством конденсаторами в системе тандемного ускорителя. Во многих из этих вариантов осуществления источник питания постоянного тока включает в себя источник питания постоянного тока сверхнизкого напряжения (ELV). Во многих из этих вариантов осуществления длительность меньше времени отклика контура обратной связи.

[84] Во многих из этих вариантов осуществления источник ионов включает в себя ускоряющий электрод. Во многих из этих вариантов осуществления на ускоряющий электрод непрерывно подается напряжение смещения с использованием первого источника питания.

[85] Во многих из этих вариантов осуществления источник ионов включает в себя плазменный электрод. Во многих из этих вариантов осуществления на плазменный электрод непрерывно подается напряжение смещения с использованием второго источника питания.

[86] Во многих из этих вариантов осуществления первый источник питания, второй источник питания и третий источник питания системы модулятора являются независимыми друг от друга.

[87] Во многих из этих вариантов осуществления пучок отрицательных ионов проходит через систему предварительного ускорителя ниже по ходу от системы источника пучка ионов перед достижением системы тандемного ускорителя. Во многих из этих вариантов осуществления длительность является достаточно короткой для того, чтобы не допускать вызываемого пучком повреждения компонентов системы предварительного ускорителя или системы тандемного ускорителя.

[88] Во многих из этих вариантов осуществления длительность является достаточной, чтобы обеспечивать выдачу пучка протонов, имеющего энергию пучка в 2,5 мегаэлектронвольт (МэВ).

[89] Во многих из этих вариантов осуществления длительность является достаточной, чтобы в результате введения пучка отрицательных ионов в системе тандемного ускорителя возникал емкостный разряд менее чем 15%.

[90] Во многих из этих вариантов осуществления длительность является достаточной для того, чтобы в результате введения пучка отрицательных ионов в системе тандемного ускорителя возникал емкостный разряд менее чем 6%.

[91] Во многих из этих вариантов осуществления длительность является достаточно большой для обеспечения вытягивания ионов в установившемся состоянии из источника ионов. Во многих из этих вариантов осуществления время линейного нарастания вытягивания ионов в установившемся состоянии для источника ионов составляет 0,1-0,3 миллисекунды (мс).

[92] Во многих из этих вариантов осуществления система тандемного ускорителя включает в себя множество входных электродов, зарядово-обменное устройство и множество выходных электродов. Во многих из этих вариантов осуществления упомянутое множество входных электродов выполнены с возможностью ускорять пучок отрицательных ионов из системы предварительного ускорителя, зарядово-обменное устройство выполнено с возможностью преобразовывать пучок отрицательных ионов в пучок положительных частиц, и упомянутое множество выходных электродов выполнены с возможностью ускорять пучок положительных частиц. Во многих из этих вариантов осуществления устройство-мишень ниже по ходу от системы тандемного ускорителя выполнено с возможностью формировать пучок нейтральных частиц из пучка положительных частиц, принимаемого из системы тандемного ускорителя. Во многих из этих вариантов осуществления длительность является достаточно короткой, чтобы не допускать вызываемого пучком повреждения устройства-мишени.

[93] Во многих вариантах осуществления способ модуляции пучка включает в себя подачу напряжения смещения на вытягивающий электрод источника ионов в течение длительности, достаточной, чтобы поддерживать стабильность ускоряющего напряжения системы тандемного ускорителя, в которую источник ионов выполнен с возможностью выдавать пучок отрицательных ионов.

[94] Во многих из этих вариантов осуществления источник ионов выполнен с возможностью генерировать отрицательные ионы водорода.

[95] Во многих из этих вариантов осуществления способ включает в себя подачу напряжения смещения на вытягивающий электрод в течение мене 10 миллисекунд (мс). Во многих из этих вариантов осуществления способ включает в себя подачу напряжения смещения на вытягивающий электрод в течение 0,5-1 миллисекунды (мс).

[96] Во многих из этих вариантов осуществления способ включает в себя измерение стабильности ускоряющего напряжения частично на основе емкостного разряда, связанного с множеством конденсаторов системы тандемного ускорителя.

[97] Во многих из этих вариантов осуществления способ включает в себя подачу напряжения смещения на один из электрода или множества электродов системы тандемного ускорителя с использованием источника питания постоянного тока.

[98] Во многих из этих вариантов осуществления источник питания постоянного тока реагирует на контур обратной связи на основе емкостного разряда, связанного с множеством конденсаторов в системе тандемного ускорителя.

[99] Во многих из этих вариантов осуществления способ включает в себя подачу напряжения смещения на вытягивающий электрод в течение длительности, меньшей времени отклика контура обратной связи.

[100] Во многих из этих вариантов осуществления источник ионов включает в себя ускоряющий электрод. Во многих из этих вариантов осуществления способ включает в себя непрерывную подачу напряжения смещения на ускоряющий электрод с использованием первого источника питания.

[101] Во многих из этих вариантов осуществления источник ионов включает в себя плазменный электрод. Во многих из этих вариантов осуществления способ включает в себя непрерывную подачу напряжения смещения на плазменный электрод с использованием второго источника питания.

[102] Во многих из этих вариантов осуществления пучок отрицательных ионов проходит через систему предварительного ускорителя ниже по ходу от источника ионов перед достижением системы тандемного ускорителя. Во многих из этих вариантов осуществления длительность является достаточно короткой, чтобы не допускать вызываемого пучком повреждения компонентов системы предварительного ускорителя или системы тандемного ускорителя.

[103] Во многих из этих вариантов осуществления длительность является достаточной, чтобы обеспечивать выдачу пучка протонов, имеющего энергию пучка в 2,5 мегаэлектронвольт (МэВ).

[104] Во многих из этих вариантов осуществления длительность является достаточной для того, чтобы в результате введения пучка отрицательных ионов в системе тандемного ускорителя возникал емкостный разряд не более чем 6%.

[105] Во многих из этих вариантов осуществления источник ионов включает в себя нецезированный источник ионов.

[106] Во многих из этих вариантов осуществления длительность является достаточно большой, чтобы обеспечивать вытягивание ионов в установившемся состоянии из источника ионов. Во многих из этих вариантов осуществления время линейного нарастания вытягивания ионов в установившемся состоянии для источника ионов составляет 0,1 миллисекунды (мс) - 0,3 миллисекунды (мс).

[107] Во многих вариантах осуществления пучковая система включает в себя источник, включающий в себя вытягивающий электрод, причем источник выполнен с возможностью генерировать пучок заряженных частиц, систему модулятора, соединенную с вытягивающим электродом источника, причем система модулятора выполнена с возможностью модулировать пучок заряженных частиц, и ускоритель, выполненный с возможностью ускорять модулированный пучок заряженных частиц.

[108] Во многих из этих вариантов осуществления система модулятора выполнена с возможностью модулировать пучок заряженных частиц во множество импульсов. Во многих из этих вариантов осуществления каждый импульс имеет длительность, достаточную для достижения вытягивания частиц в установившемся состоянии.

[109] Во многих из этих вариантов осуществления ускоритель включает в себя один или более конденсаторов. Во многих из этих вариантов осуществления модулированный пучок не вызывает разряда упомянутых одного или более конденсаторов более чем на пороговую величину. Во многих из этих вариантов осуществления пороговая величина составляет 15% или менее от полного заряда упомянутых одного или более конденсаторов. Во многих из этих вариантов осуществления пороговая величина составляет 6% или менее от полного заряда упомянутых одного или более конденсаторов.

[110] Во многих из этих вариантов осуществления длительность составляет менее 10 миллисекунд (мс), и коэффициент заполнения импульсов составляет между 0,1 и 10%.

[111] Во многих из этих вариантов осуществления длительность находится в диапазоне от 0,5 до 1,0 миллисекунды (мс).

[112] Во многих из этих вариантов осуществления система модулятора выполнена с возможностью модулировать пучок заряженных частиц, чтобы поддерживать стабильность ускоряющего напряжения ускорителя.

[113] Во многих из этих вариантов осуществления стабильность ускоряющего напряжения основана по меньшей мере частично на емкостном разряде, связанном с множеством конденсаторов ускорителя.

[114] Во многих из этих вариантов осуществления на один из электрода или множества электродов ускорителя подается напряжение смещения с использованием источника питания постоянного тока. Во многих из этих вариантов осуществления источник питания постоянного тока реагирует на контур обратной связи на основе емкостного разряда, связанного с множеством конденсаторов в ускорителе. Во многих из этих вариантов осуществления длительность меньше времени отклика контура обратной связи. Во многих из этих вариантов осуществления ускоритель представляет собой тандемный ускоритель.

[115] Во многих из этих вариантов осуществления пучок заряженных частиц представляет собой пучок отрицательных ионов, ускоритель выполнен с возможностью преобразовывать пучок отрицательных ионов в пучок протонов, и каждый импульс имеет длительность, достаточную, чтобы обеспечивать выдачу пучка протонов, имеющего энергию пучка между 1,9 и 3,0 мегаэлектронвольт (МэВ).

[116] Во многих из этих вариантов осуществления система модуляции выполнена с возможностью модулировать пучок заряженных частиц так, что емкостный разряд в ускорителе не превышает 15% во время ускорения модулированного пучка заряженных частиц.

[117] Во многих из этих вариантов осуществления система модуляции выполнена с возможностью модулировать пучок заряженных частиц так, что емкостный разряд в ускорителе не превышает 6% во время ускорения модулированного пучка заряженных частиц.

[118] Во многих из этих вариантов осуществления ускоритель представляет собой тандемный ускоритель, включающий в себя множество вложенных оболочек и один или более конденсаторов, электрически соединенных между смежными оболочками, и емкостный разряд представляет собой разряд упомянутых одного или более конденсаторов.

[119] Во многих из этих вариантов осуществления ускоритель представляет собой тандемный ускоритель, включающий в себя множество входных электродов, зарядово-обменное устройство и множество выходных электродов. Во многих из этих вариантов осуществления пучок заряженных частиц представляет собой пучок отрицательных ионов, и тандемный ускоритель выполнен с возможностью ускорять пучок отрицательных ионов с помощью упомянутого множества входных электродов, зарядово-обменное устройство выполнено с возможностью преобразовывать пучок отрицательных ионов в пучок положительных частиц, и тандемный ускоритель выполнен с возможностью ускорять пучок положительных частиц с помощью упомянутого множества выходных электродов. Во многих из этих вариантов осуществления пучковая система включает в себя устройство-мишень ниже по ходу от тандемного ускорителя. Во многих из этих вариантов осуществления устройство-мишень выполнено с возможностью формировать пучок нейтральных частиц из пучка положительных частиц.

[120] Во многих из этих вариантов осуществления система модулятора выполнена с возможностью модулировать пучок заряженных частиц во множество импульсов. Во многих из этих вариантов осуществления каждый импульс имеет длительность, ограниченную таким образом, чтобы не допускать термического повреждения устройства-мишени.

[121] Следует отметить, что все признаки, элементы, компоненты, функции и этапы, описанные относительно любого варианта осуществления, предоставленного в настоящем документе, имеют намерение быть свободно комбинируемыми и заменяемыми с признаками, элементами, компонентами, функциями и этапами любого другого варианта осуществления. Если определенный признак, элемент, компонент, функция или этап описывается относительно только одного варианта осуществления, то следует понимать, что этот признак, элемент, компонент, функция или этап может использоваться с каждым другим вариантом осуществления, описанным в данном документе, если в явной форме не указано иное. В силу этого, этот абзац служит в качестве базовых сведений и письменного подтверждения для введения пунктов формулы изобретения, в любое время, которые комбинируют функции, элементы, компоненты, функции и этапы из различных вариантов осуществления либо которые заменяют признаки, элементы, компоненты, функции и этапы из одного варианта осуществления на признаки, элементы, компоненты, функции и этапы из другого, даже если нижеприведенное описание явно не утверждает, в конкретном примере, что такие комбинации или замены являются возможными. Следует явно принимать во внимание, что специальное перечисление каждой возможной комбинации и замены является излишне обременительным, в частности, при условии, что допустимость каждой такой комбинации и замены должна легко пониматься специалистами в данной области техники.

[122] В той степени, в которой варианты осуществления, раскрытые в данном документе, включают в себя или работают в связи с запоминающим устройством, устройством хранения данных и/или машиночитаемыми носителями, это запоминающее устройство, устройство хранения данных и/или машиночитаемые носители являются энергонезависимыми. Соответственно, в той степени, в которой запоминающее устройство, устройство хранения данных и/или машиночитаемые носители охватываются посредством одного или более пунктов формулы изобретения, это запоминающее устройство, устройство хранения данных и/или машиночитаемые носители являются только энергонезависимыми.

[123] При указании в данном документе и в прилагаемой формуле изобретения элемента в единственном числе не исключает множества таких элементов, если контекст явно не предписывает иное.

[124] Хотя варианты осуществления допускают различные модификации и альтернативные формы, их конкретные примеры показаны на чертежах и подробно описаны в данном документе. Тем не менее, следует понимать, что эти варианты осуществления не должны ограничиваться конкретной раскрытой формой, но наоборот, эти варианты осуществления должны охватывать все модификации, эквиваленты и альтернативы, попадающие в пределы сущности раскрытия. Кроме того, любые признаки, функции, этапы или элементы вариантов осуществления могут излагаться или добавляться в формулу изобретения, как и отрицательные ограничения, которые задают изобретаемый объем формулы изобретения посредством признаков, функций, этапов или элементов, которые не находятся в пределах этого объема.

Использование: для модуляции пучка ионов. Сущность изобретения заключается в том, что источник ионов выполнен с возможностью выдавать пучок отрицательных ионов в систему тандемного ускорителя ниже по ходу от источника ионов и система модулятора, соединенная с вытягивающим электродом источника ионов, выполнена с возможностью подавать напряжение смещения на вытягивающий электрод в течение длительности, достаточной для поддержания стабильности ускоряющего напряжения системы тандемного ускорителя. Технический результат: обеспечение возможности уменьшения мощности пучка ионов для безопасности и сохранности оборудования нейтронно-пучковой системы при поддержании эффективности лечения. 2 н. и 64 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Система источника пучка ионов, содержащая:

источник ионов, выполненный с возможностью выдавать пучок отрицательных ионов в систему тандемного ускорителя ниже по ходу от источника ионов; и

систему модулятора, соединенную с вытягивающим электродом источника ионов, при этом система модулятора выполнена с возможностью подавать напряжение смещения на вытягивающий электрод в течение длительности, достаточной для достижения вытягивания ионов в установившемся состоянии и поддержания стабильности ускоряющего напряжения системы тандемного ускорителя.

2. Система источника пучка ионов по п. 1, причем источник ионов выполнен с возможностью генерировать отрицательные ионы водорода.

3. Система источника пучка ионов по п. 1, причем длительность составляет менее 10 мс.

4. Система источника пучка ионов по п. 1, причем длительность находится в диапазоне от 0,5 до 1,0 мс.

5. Система источника пучка ионов по п. 1, причем система модулятора содержит переключатель.

6. Система источника пучка ионов по п. 1, причем система модулятора содержит источник питания постоянного тока.

7. Система источника пучка ионов по п. 1, причем стабильность ускоряющего напряжения частично основана на емкостном разряде, связанном с множеством конденсаторов системы тандемного ускорителя.

8. Система источника пучка ионов по п. 1, причем на один из электрода или множества электродов системы тандемного ускорителя подается напряжение смещения с использованием источника питания постоянного тока.

9. Система источника пучка ионов по п. 8, причем источник питания постоянного тока реагирует на контур обратной связи на основе емкостного разряда, связанного с множеством конденсаторов в системе тандемного ускорителя.

10. Система источника пучка ионов по п. 8, причем источник питания постоянного тока содержит источник питания постоянного тока сверхнизкого напряжения (ELV).

11. Система источника пучка ионов по п. 9, причем длительность меньше времени отклика контура обратной связи.

12. Система источника пучка ионов по п. 1, причем источник ионов содержит ускоряющий электрод.

13. Система источника пучка ионов по п. 12, причем на ускоряющий электрод непрерывно подается напряжение смещения с использованием первого источника питания.

14. Система источника пучка ионов по п. 1, причем источник ионов содержит плазменный электрод.

15. Система источника пучка ионов по п. 14, причем на плазменный электрод непрерывно подается напряжение смещения с использованием второго источника питания.

16. Система источника пучка ионов по любому из пп. 13 и 15, причем первый источник питания, второй источник питания и третий источник питания системы модулятора являются независимыми друг от друга.

17. Система источника пучка ионов по п. 1, причем пучок отрицательных ионов проходит через систему предварительного ускорителя ниже по ходу от системы источника пучка ионов перед достижением системы тандемного ускорителя.

18. Система источника пучка ионов по п. 17, причем длительность является достаточно короткой, чтобы не допускать вызываемого пучком повреждения компонентов системы предварительного ускорителя или системы тандемного ускорителя.

19. Система источника пучка ионов по п. 1, причем длительность является достаточной, чтобы обеспечивать выдачу пучка протонов, имеющего энергию пучка в 2,5 МэВ.

20. Система источника пучка ионов по п. 1, причем длительность является достаточной, чтобы в результате введения пучка отрицательных ионов в системе тандемного ускорителя возникал емкостный разряд менее чем 15%.

21. Система источника пучка ионов по п. 1, причем длительность является достаточной для того, чтобы в результате введения пучка отрицательных ионов в системе тандемного ускорителя возникал емкостный разряд менее 6%.

22. Система источника пучка ионов по п. 1, причем длительность является достаточно большой для обеспечения вытягивания ионов в установившемся состоянии из источника ионов.

23. Система источника пучка ионов по п. 22, причем время линейного нарастания вытягивания ионов в установившемся состоянии для источника ионов составляет 0,1-0,3 мс.

24. Система источника пучка ионов по п. 1, причем система тандемного ускорителя содержит множество входных электродов, зарядово-обменное устройство и множество выходных электродов.

25. Система источника пучка ионов по п. 24, причем упомянутое множество входных электродов выполнены с возможностью ускорять пучок отрицательных ионов из системы предварительного ускорителя, причем зарядово-обменное устройство выполнено с возможностью преобразовывать пучок отрицательных ионов в пучок положительных частиц, и упомянутое множество выходных электродов выполнены с возможностью ускорять пучок положительных частиц.

26. Система источника пучка ионов по п. 25, причем устройство-мишень ниже по ходу от системы тандемного ускорителя выполнено с возможностью формировать пучок нейтральных частиц из пучка положительных частиц, принимаемого из системы тандемного ускорителя.

27. Система источника пучка ионов по п. 26, причем длительность является достаточно короткой, чтобы не допускать вызываемого пучком повреждения устройства-мишени.

28. Система источника пучка ионов по п. 1, причем источник ионов содержит вытягивающий электрод и выполнен с возможностью генерировать пучок отрицательных ионов; причем система модулятора выполнена с возможностью модулировать пучок отрицательных ионов; и при этом тандемный ускоритель выполнен с возможностью ускорять модулированный пучок отрицательных ионов.

29. Система источника пучка ионов по п. 28, причем система модулятора выполнена с возможностью модулировать пучок отрицательных ионов во множество импульсов, при этом каждый импульс имеет длительность, достаточную для достижения вытягивания ионов в установившемся состоянии.

30. Система источника пучка ионов по любому из пп. 28 или 29, причем тандемный ускоритель содержит один или более конденсаторов, при этом модулированный пучок не вызывает разряда упомянутых одного или более конденсаторов более чем на пороговую величину.

31. Система источника пучка ионов по п. 30, причем пороговая величина составляет 15% или менее от полного заряда упомянутых одного или более конденсаторов.

32. Система источника пучка ионов по п. 30, причем пороговая величина составляет 6% или менее от полного заряда упомянутых одного или более конденсаторов.

33. Система источника пучка ионов по п. 29, причем длительность составляет менее 10 мс и коэффициент заполнения импульсов составляет между 0,1 и 10%.

34. Система источника пучка ионов по п. 29, причем длительность находится в диапазоне от 0,5 до 1,0 мс.

35. Система источника пучка ионов по п. 28, причем система модулятора выполнена с возможностью модулировать пучок отрицательных ионов, чтобы поддерживать стабильность ускоряющего напряжения ускорителя.

36. Система источника пучка ионов по п. 35, причем стабильность ускоряющего напряжения основана по меньшей мере частично на емкостном разряде, связанном с множеством конденсаторов ускорителя.

37. Система источника пучка ионов по п. 28, причем на один из электрода или множества электродов ускорителя подается напряжение смещения с использованием источника питания постоянного тока.

38. Система источника пучка ионов по п. 37, причем источник питания постоянного тока реагирует на контур обратной связи на основе емкостного разряда, связанного с множеством конденсаторов в ускорителе.

39. Система источника пучка ионов по п. 38, причем длительность меньше времени отклика контура обратной связи.

40. Система источника пучка ионов по п. 28, причем тандемный ускоритель выполнен с возможностью преобразовывать пучок отрицательных ионов в пучок протонов и каждый импульс имеет длительность, достаточную для обеспечения выдачи пучка протонов, имеющего энергию пучка между 1,9 и 3,0 МэВ.

41. Система источника пучка ионов по п. 28, причем система модуляции выполнена с возможностью модулировать пучок отрицательных ионов так, что емкостный разряд в ускорителе не превышает 15% во время ускорения модулированного пучка отрицательных ионов.

42. Система источника пучка ионов по п. 28, причем система модуляции выполнена с возможностью модулировать пучок отрицательных ионов так, что емкостный разряд в ускорителе не превышает 6% во время ускорения модулированного пучка отрицательных ионов.

43. Система источника пучка ионов по п. 41 или 42, причем тандемный ускоритель содержит множество вложенных оболочек и один или более конденсаторов, электрически соединенных между смежными оболочками, и емкостный разряд представляет собой разряд упомянутых одного или более конденсаторов.

44. Система источника пучка ионов по п. 28, причем тандемный ускоритель содержит множество входных электродов, зарядово-обменное устройство и множество выходных электродов.

45. Система источника пучка ионов по п. 44, причем тандемный ускоритель выполнен с возможностью ускорять пучок отрицательных ионов с помощью упомянутого множества входных электродов, зарядово-обменное устройство выполнено с возможностью преобразовывать пучок отрицательных ионов в пучок положительных частиц и тандемный ускоритель выполнен с возможностью ускорять пучок положительных частиц с помощью упомянутого множества выходных электродов.

46. Система источника пучка ионов по п. 45, дополнительно содержащая устройство-мишень ниже по ходу от тандемного ускорителя, при этом устройство-мишень выполнено с возможностью формировать пучок нейтральных частиц из пучка положительных частиц.

47. Система источника пучка ионов по п. 26, причем система модулятора выполнена с возможностью модулировать пучок отрицательных ионов во множество импульсов, при этом каждый импульс имеет длительность, ограниченную таким образом, чтобы не допускать термического повреждения устройства-мишени.

48. Способ модуляции пучка ионов, содержащий:

подачу напряжения смещения на вытягивающий электрод источника ионов в течение длительности, достаточной, чтобы поддерживать стабильность ускоряющего напряжения системы тандемного ускорителя, в которую источник ионов выполнен с возможностью выдавать пучок отрицательных ионов.

49. Способ по п. 48, причем источник ионов выполнен с возможностью генерировать отрицательные ионы водорода.

50. Способ по п. 48, дополнительно содержащий подачу напряжения смещения на вытягивающий электрод в течение менее 10 мс.

51. Способ по п. 48, дополнительно содержащий подачу напряжения смещения на вытягивающий электрод в течение 0,5-1 мс.

52. Способ по п. 48, дополнительно содержащий измерение стабильности ускоряющего напряжения частично на основе емкостного разряда, связанного с множеством конденсаторов системы тандемного ускорителя.

53. Способ по п. 48, дополнительно содержащий подачу напряжения смещения на один из электрода или множества электродов системы тандемного ускорителя с использованием источника питания постоянного тока.

54. Способ по п. 53, причем источник питания постоянного тока реагирует на контур обратной связи на основе емкостного разряда, связанного с множеством конденсаторов в системе тандемного ускорителя.

55. Способ по п. 54, дополнительно содержащий подачу напряжения смещения на вытягивающий электрод в течение длительности, меньшей времени отклика контура обратной связи.

56. Способ по п. 48, причем источник ионов содержит ускоряющий электрод.

57. Способ по п. 56, дополнительно содержащий непрерывную подачу напряжения смещения на ускоряющий электрод с использованием первого источника питания.

58. Способ по п. 48, причем источник ионов содержит плазменный электрод.

59. Способ по п. 58, дополнительно содержащий непрерывную подачу напряжения смещения на плазменный электрод с использованием второго источника питания.

60. Способ по п. 48, причем пучок отрицательных ионов проходит через систему предварительного ускорителя ниже по ходу от источника ионов перед достижением системы тандемного ускорителя.

61. Способ по п. 60, причем длительность является достаточно короткой, чтобы не допускать вызываемого пучком повреждения компонентов системы предварительного ускорителя или системы тандемного ускорителя.

62. Способ по п. 48, причем длительность является достаточной, чтобы обеспечивать выдачу пучка протонов, имеющего энергию пучка в 2,5 МэВ.

63. Способ по п. 48, причем длительность является достаточной, чтобы в результате введения пучка отрицательных ионов в системе тандемного ускорителя возникал емкостный разряд не более 6%.

64. Способ по п. 48, причем источник ионов содержит нецезированный источник ионов.

65. Способ по п. 48, причем длительность является достаточно большой, чтобы обеспечивать вытягивание ионов в установившемся состоянии из источника ионов.

66. Способ по п. 65, причем время линейного нарастания вытягивания ионов в установившемся состоянии для источника ионов составляет 0,1-0,3 мс.