RU2813844C2 - Betatron with extracted electron beam axis correction system - Google Patents
Betatron with extracted electron beam axis correction system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2813844C2 RU2813844C2 RU2023109409A RU2023109409A RU2813844C2 RU 2813844 C2 RU2813844 C2 RU 2813844C2 RU 2023109409 A RU2023109409 A RU 2023109409A RU 2023109409 A RU2023109409 A RU 2023109409A RU 2813844 C2 RU2813844 C2 RU 2813844C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electron beam
- winding
- magnetic field
- correction
- betatron
- Prior art date
Links
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 35
- 230000006698 induction Effects 0.000 abstract description 9
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 abstract description 4
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000002560 therapeutic procedure Methods 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 231100000987 absorbed dose Toxicity 0.000 description 1
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 1
- 230000001575 pathological effect Effects 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано при разработке бетатронов с выведенным электронным пучком.The invention relates to accelerator technology and can be used in the development of betatrons with an extracted electron beam.
Известен бетатрон с выведенным электронным пучком, содержащий секторные обмотки, которые формируют секторное возмущение, позволяющее увеличить радиус орбиты ускоренных электронов до радиуса освобождения от фокусирующих сил магнитного поля, исказив орбиту электронов таким образом, что вылет в краевое магнитное поле происходит на заданном азимуте в заданном направлении.A betatron with an extracted electron beam is known, containing sector windings that form a sector perturbation, which makes it possible to increase the radius of the orbit of accelerated electrons to the radius of release from the focusing forces of the magnetic field, distorting the orbit of the electrons in such a way that the flight into the edge magnetic field occurs at a given azimuth in a given direction .
Основной недостаток бетатрона с выведенным электронным пучком - это смещение оси электронного пучка при изменении номинальной энергии ускоренных электронов. После освобождения от фокусирующих сил магнитного поля, электронный пучок двигается в краевом магнитном поле и под действием силы Лоренца формируется электронный пучок с определенной траекторией. Ускорение в бетатроне происходит в нарастающем магнитном поле. Чем выше энергия ускоренных электронов, тем выше индукция основного и соответственно краевого магнитного поля. Поэтому для разных энергий ускоренных электронов, под действием разного значения силы Лоренца в краевом магнитном поле, выведенный электронный пучок имеет разный радиус криволинейной траектории. Указанная особенность бетатрона вызывает смещение оси выведенного электронного пучка при изменении номинальной энергии ускоренных электронов.The main disadvantage of a betatron with an extracted electron beam is the displacement of the electron beam axis when the nominal energy of the accelerated electrons changes. After being released from the focusing forces of the magnetic field, the electron beam moves in the edge magnetic field and, under the influence of the Lorentz force, an electron beam with a certain trajectory is formed. Acceleration in a betatron occurs in an increasing magnetic field. The higher the energy of the accelerated electrons, the higher the induction of the main and, accordingly, the edge magnetic field. Therefore, for different energies of accelerated electrons, under the influence of different values of the Lorentz force in the edge magnetic field, the extracted electron beam has a different radius of the curvilinear trajectory. This feature of the betatron causes a displacement of the axis of the extracted electron beam when the nominal energy of the accelerated electrons changes.
Наиболее близким к заявленному изобретению (прототипом) является бетатрон МИБ-6Э, разработанный для интраоперационной электронной лучевой терапии (ИОЭЛТ). Бетатрон, имеет фиксированную номинальную энергию. При этом система управления бетатрона допускает возможность менять энергию ускоренных электронов, изменяя время ускорения. Однако, бетатроны, предназначенные для ИОЭЛТ, имеют систему формирования полей облучения соосную с выведенным электронным пучком. При изменении номинальной энергии ускоренных электронов, происходит смещение оси выводимого электронного пучка, что приводит к нарушению соосности пучка и коллиматорной системы формирования полей облучения. Это, в свою очередь, приводит к недопустимому искажению полей облучения, как по равномерности, так и по симметричности. Данная особенность бетатрона значительно ограничивает его применение в интраоперационной электронной лучевой терапии, так как не позволяет менять глубину проникновения, определяемую энергией электронов, и формировать максимум поглощенной дозы на заданной глубине в зависимости от локализации и анатомических особенностей патологического очага.The closest prototype to the claimed invention is the MIB-6E betatron, developed for intraoperative electron beam therapy (IOEBRT). Betatron has a fixed nominal energy. At the same time, the betatron control system allows for the possibility of changing the energy of accelerated electrons by changing the acceleration time. However, betatrons intended for IOCRT have a system for forming irradiation fields coaxial with the extracted electron beam. When the nominal energy of accelerated electrons changes, the axis of the output electron beam shifts, which leads to a violation of the alignment of the beam and the collimator system for forming irradiation fields. This, in turn, leads to unacceptable distortion of the irradiation fields, both in uniformity and symmetry. This feature of the betatron significantly limits its use in intraoperative electron beam therapy, since it does not allow changing the penetration depth, determined by the electron energy, and forming a maximum absorbed dose at a given depth, depending on the location and anatomical features of the pathological focus.
Задачей изобретения является создание бетатрона с системой коррекции оси выведенного электронного пучка, способного работать в широком диапазоне энергий.The objective of the invention is to create a betatron with a system for correcting the axis of the extracted electron beam, capable of operating in a wide energy range.
Техническим результатом является система вывода, позволяющая производить коррекцию оси выведенного электронного пучка, сохраняя неизменным пространственное положение оси пучка, при изменении энергии ускоренных электронов.The technical result is an extraction system that makes it possible to correct the axis of the extracted electron beam, keeping the spatial position of the beam axis unchanged when the energy of the accelerated electrons changes.
Технический результат достигается за счет того, что заявленное решение позволяет изменять траекторию выведенного электронного пучка в краевом магнитном поле бетатрона.The technical result is achieved due to the fact that the claimed solution makes it possible to change the trajectory of the extracted electron beam in the edge magnetic field of the betatron.
Заявляемое устройство иллюстрируется чертежом, где изображены: корпус электромагнита 1, магнитопровод 2, вакуумная ускорительная камера 3, намагничивающая обмотка 4, обмотка коррекции 5, секторная обмотка 6.The inventive device is illustrated by a drawing, which shows:
Заявляемое устройство состоит из секторной обмотки и обмотки коррекции. Обе обмотки состоят из двух полуобмоток, соединенных согласно последовательно и расположенных сверху и снизу, вакуумной ускорительной камеры. Обмотки выполнены из медной фольги на стеклотекстолитовой подложке. Обмотка коррекции располагается в краевом магнитном поле на траектории движения выведенного электронного пучка. Секторная обмотка должна иметь возможность вращаться для определения оптимального азимута. Изменение азимутальной протяжённости секторной обмотки в пределах 90-270° не влияет на эффективность вывода.The inventive device consists of a sector winding and a correction winding. Both windings consist of two half-windings connected in series and located above and below the vacuum accelerating chamber. The windings are made of copper foil on a fiberglass substrate. The correction winding is located in the edge magnetic field along the trajectory of the extracted electron beam. The sector winding must be able to rotate to determine the optimal azimuth. Changing the azimuthal extent of the sector winding within the range of 90-270° does not affect the output efficiency.
Заявляемое устройство работает следующим образом. Секторная обмотка обеспечивает не симметричное смещение электронов с равновесной орбиты осуществляя вылет в краевое магнитное поле на заданном азимуте в заданном направлении. Обмотка коррекции формирует магнитное поле, локально изменяя значение магнитной индукции, на траектории движения выведенного электронного пучка. Магнитное поле обмотки коррекции, в зависимости от направления вектора магнитной индукции, локально усиливает или ослабляет краевое магнитное поле электромагнита бетатрона, уменьшая или увеличивая радиус криволинейной траектории электронного пучка.The inventive device operates as follows. The sector winding provides an asymmetrical displacement of electrons from the equilibrium orbit by flying into the edge magnetic field at a given azimuth in a given direction. The correction winding forms a magnetic field, locally changing the value of magnetic induction along the trajectory of the extracted electron beam. The magnetic field of the correction winding, depending on the direction of the magnetic induction vector, locally strengthens or weakens the edge magnetic field of the betatron electromagnet, reducing or increasing the radius of the curvilinear trajectory of the electron beam.
В качестве исходной оси выведенного электронного пучка целесообразно использовать ось на крайней номинальной энергии. Если в качестве исходной выбрана ось выведенного электронного пучка на максимальной номинальной энергии, тогда обмотка коррекции должна иметь направление вектора магнитной индукции одинаковое с вектором магнитной индукции намагничивающей обмотки и локально усиливать краевое магнитное поле на других значениях энергии, уменьшая радиус криволинейной траектории электронного пучка. Если в качестве исходной выбрана ось выведенного электронного пучка на минимальной номинальной энергии, тогда обмотка коррекции должна иметь направление вектора магнитной индукции противоположное с вектором магнитной индукции намагничивающей обмоткой и локально ослаблять краевое магнитное поле на других значениях энергии, увеличивая радиус криволинейной траектории электронного пучка. Вывод электронного пучка на энергии исходной оси осуществляется только секторной обмоткой.It is advisable to use the axis at the extreme nominal energy as the initial axis of the extracted electron beam. If the axis of the extracted electron beam at the maximum rated energy is chosen as the initial one, then the correction winding should have the direction of the magnetic induction vector the same as the magnetic induction vector of the magnetizing winding and locally enhance the edge magnetic field at other energy values, reducing the radius of the curvilinear trajectory of the electron beam. If the axis of the extracted electron beam at the minimum nominal energy is chosen as the initial one, then the correction winding should have the direction of the magnetic induction vector opposite to the magnetic induction vector of the magnetizing winding and locally weaken the edge magnetic field at other energy values, increasing the radius of the curvilinear trajectory of the electron beam. The electron beam is output at the energy of the original axis only by a sector winding.
В секторной обмотке и обмотке коррекции формируются квазитреугольные, однополярные импульсы тока. Каждая обмотка должна иметь свой независимый формирователь импульсов. Для достижения оптимальных параметров формирователь импульсов тока должен иметь возможность регулировки амплитуды импульсов и их длительности. Коррекция оси выведенного электронного пучка осуществляется регулировкой задержки между импульсами тока секторной обмотки и обмотки коррекции.Quasi-triangular, unipolar current pulses are formed in the sector winding and correction winding. Each winding must have its own independent pulse shaper. To achieve optimal parameters, the current pulse shaper must be able to adjust the pulse amplitude and duration. Correction of the axis of the extracted electron beam is carried out by adjusting the delay between the current pulses of the sector winding and the correction winding.
Claims (1)
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2023109409A RU2023109409A (en) | 2023-06-19 |
| RU2813844C2 true RU2813844C2 (en) | 2024-02-19 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1764192A1 (en) * | 1990-09-25 | 1992-09-23 | Научно-исследовательский институт интроскопии при Томском политехническом институте | Removal device for betatron accelerated electron beam |
| US6713976B1 (en) * | 2002-10-17 | 2004-03-30 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Beam accelerator |
| US20120200237A1 (en) * | 2009-08-11 | 2012-08-09 | National University Corporation Gunma University | Charged particle beam extraction method using pulse voltage |
| US20150043717A1 (en) * | 2013-08-07 | 2015-02-12 | Varian Medical Systems, Inc. | Interlaced multi-energy betatron with adjustable pulse repetition frequency |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1764192A1 (en) * | 1990-09-25 | 1992-09-23 | Научно-исследовательский институт интроскопии при Томском политехническом институте | Removal device for betatron accelerated electron beam |
| US6713976B1 (en) * | 2002-10-17 | 2004-03-30 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Beam accelerator |
| US20120200237A1 (en) * | 2009-08-11 | 2012-08-09 | National University Corporation Gunma University | Charged particle beam extraction method using pulse voltage |
| US20150043717A1 (en) * | 2013-08-07 | 2015-02-12 | Varian Medical Systems, Inc. | Interlaced multi-energy betatron with adjustable pulse repetition frequency |
| US9338875B2 (en) * | 2013-08-07 | 2016-05-10 | Varian Medical Systems, Inc. | Interlaced multi-energy betatron with adjustable pulse repetition frequency |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| МОСКАРЕВ В.А. Бетатроны, монография, Томский политехнический университет, Томск, Изд-во Томского политехнического университета, 2009, c.83-88, 199-200. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2373763C (en) | Isochronous cyclotron and method of extraction of charged particles from such cyclotron | |
| Khiari et al. | Acceleration of polarized protons to 22 GeV/c and the measurement of spin-spin effects in p↑+ p↑→ p+p | |
| JPWO2015145558A1 (en) | Circular accelerator, operation method of circular accelerator, and particle beam therapy system | |
| Ekdahl | Electron-beam corkscrew motion in an advanced linear induction accelerator | |
| RU2813844C2 (en) | Betatron with extracted electron beam axis correction system | |
| US20240198138A1 (en) | Circular accelerator and particle beam treatment system | |
| RU2813848C9 (en) | Betatron with adjustment of extracted electron beam | |
| RU2813848C2 (en) | Betatron with adjustment of extracted electron beam | |
| JP2014053194A (en) | Synchrotron | |
| RU2809178C9 (en) | Betatron with adjustment of the axis of the extracted electron beam | |
| RU2809178C2 (en) | Betatron with adjustment of axis of extracted electron beam | |
| JP2017159077A (en) | Heavy particle beam treatment apparatus and synchrotron accelerator | |
| Delrieux et al. | Production of slow extracted beams for CERN’s East Area at the Proton Synchrotron | |
| RU2835659C2 (en) | Betatron with electron beam extraction system with intra-orbit sector winding | |
| RU2072643C1 (en) | Method of production of small-sized bremsstrahlung focus in cyclic charged-particle accelerator | |
| JP4276160B2 (en) | Circular charged particle accelerator and method of operating the circular charged particle accelerator | |
| US2640924A (en) | Accelerator target | |
| JP2012142139A (en) | Ion beam generation method and ion beam generation apparatus | |
| RU2683963C1 (en) | Pulsed thermonuclear neutron generator | |
| WO2017208774A1 (en) | Accelerator and particle beam irradiation apparatus | |
| RU2531808C1 (en) | Charged particle accelerator | |
| Trunev et al. | Influence of backstreaming ions on spot size of 2 MeV electron beam | |
| JP6342140B2 (en) | Heavy ion radiotherapy device and synchrotron accelerator | |
| RU2023111999A (en) | BETATRON WITH ADJUSTMENT OF THE EXTRACTED ELECTRON BEAM | |
| JP2024057808A (en) | Accelerators and particle beam therapy equipment |