一种以激光瞬间生成高密度中空电子云的方法及装置转让专利
申请号 : CN200910178804.X
文献号 : CN101702867A
文献日 : 2010-05-05
发明人 : 熊田雅之 , 熊田由美
申请人 : 熊田雅之 , 熊田由美
摘要 :
本发明公开了一种以激光瞬间生成高密度中空电子云的装置，其包括两组激光装置用于投射不同波长的激光光束，以及设成同心圆靶心结构的离子标靶源及同心圆外围结构的环状光学阴极，其中，所述离子标靶源接受其中一组激光装置的激光光束的照射，且瞬间生成离子束团，所述环状光学阴极接受另一组激光装置的激光光束的照射，且瞬间生成中空状或中空圆筒状电子云，以捕获所述离子标靶源瞬间生成的离子束团且将其封入在所生成的电子云之内。本发明还公开了一种以激光瞬间生成高密度中空电子云的方法。本发明具有在极短距离内可加速到光速的有益效果。
权利要求 :
1.一种以激光瞬间生成高密度中空电子云的装置，包括：一第一激光装置，用于射出激光光束且使电子发生源瞬间生成电子云；
一第二激光装置，用于射出激光光束且使得离子发生源瞬间生成离子束团；
一环状光学阴极，接受所述第一激光装置射出的激光光束瞬间生成中空状或中空圆筒状电子云；
一离子标靶源，设于所述环状光学阴极的中央与所述环状光学阴极形成同心圆，且接受所述第二激光装置射出的激光光束瞬间生成被捕获且封入在所述中空状或中空圆筒状电子云之内的离子束团。
2.如权利要求1所述的以激光瞬间生成高密度中空电子云的装置，其中，所述第一激光装置射出的激光光束的中心部光强度为零。
3.一种以激光瞬间生成高密度中空电子云的方法，其特征在于，包括以下步骤：a、使用两组激光装置投射不同波长的激光光束；
b、其中一组激光装置投射激光光束到位于中央的离子标靶源，以瞬间生成离子束团；
c、另一组激光装置投射激光光束到构成同心圆但包围在所述离子标靶源外围的环状光学阴极，以瞬间生成中空状或中空圆筒状电子云；
d、利用所述中空状或中空圆筒状电子云捕获所述离子束团，且将其封入在所述中空状或中空圆筒状电子云之内。
4.如权利要求3所述的以激光瞬间生成高密度中空电子云的方法，其中，内含离子束团的所述中空状或中空圆筒状电子云，经过射频电场或电子圈加速器的磁场扩张加速方式引出及加速所述离子束团。
说明书 :
技术领域
本发明涉及一种生成中空电子云的装置，尤指一种以激光瞬间生成高密度中空电子云的方法及其装置。
背景技术
在受时间、空间限制的带电粒子束团(charge bunch)上，将具有很强射线强度的电子聚束(electron bunch)在短距离内加速到超过数亿电子伏特(GeV)高能量的方法，从1950年中旬开始就有研究员提出发明和建议。例如，美国的贝内德(Bennett)最早提出电子聚束的加速方法，而苏联的贝克斯勒(Veksler)提出的方案既明确又容易在短距离内实现加速电子聚束。
1950年的瑞士日内瓦加速器国际会议，苏联的杜布那(Dubna)、贝克斯勒(Veksler)和布朵卡(Budker)共同发表有关带电粒子利用大强度、高密度电子聚束的离子加速理论和实验。
其中所述的离子，意指包括质子的所有带电离子，而被称为重离子时，指的是在元素表上重量大于氦重量以上的带电离子。
1967年的英国剑桥加速器国际会议上，苏联的贝克斯勒(Veksler)发表将100亿个质子从15m距离处加速到1GeV的诱导线形加速器(induction linac)模型。
此革新性的离子/电子聚束加速法，造成世界上的主要研究所争相钻研相关理论和实验。例如，美国劳伦斯伯克莱实验室(LBL，Lawrence BerkleyLaboratory)发表了电子圈加速器(ERA，Electron Ring Accelerator)系统；马里兰(Maryland)大学则着眼于研究大强度电子射线的电子圈加速器(ERA)；电子圈和诱导线形加速器发明人克利斯非罗斯(Christfilos)在美国劳伦斯立卫莫国家实验室(Lawrence Livermore National Laboratory)启动核融合技术发展电子圈加速器(ERA)。
所称的电子圈加速器(ERA)的工作原理，如图1所示，首先将未中和的电子束射入(injection)到一个有轻度聚焦作用的纵向磁场中形成电子圈。尔后，磁场强度随时间上升，以便使磁场中的电子圈的长、短半径都得到压缩，并将电子圈中的电子能量进一步提高。此时，由于电子圈的电子与气体分子碰撞产生了大量离子，且这些离子被电子圈的位能障壁(Barrier)所俘获，一方面中和了电子的空间电荷力，使电子圈保持形状；另一方面也提供了电子圈和它俘获的离子同时加速。将电子圈和它俘获的离子同时加速的方式有两种：一是使用加速腔产生出沿磁力线方向的电场，一是使用沿纵向距离逐渐减弱的磁场径向分量的洛仑兹力。所以，上述电子圈和它俘获的离子能够以多大的加速率进行加速，显然受限及决定于沿磁力线方向的最大电场以及使离子保持在电子圈内的保持能力。
所以，当前对于电子圈加速器(ERA)的主要研究方向，就在于提高使离子保持在电子圈内的保持能力。例如，美国劳伦斯伯克莱实验室(LBL)发表的电子圈加速器(ERA)的离子加速方式，是利用弱小收束方式，用一次(oneturn)入射的电子回旋加速器方式，使其在时间上生成变化的轴磁场；拉斯雷特·塞斯勒(A.Sessler)发表的电子圈加速器(ERA)的离子加速方式，是利用在阴极(cathode)上生成大电子圈，再射入到在轴方向减少的静态轴的磁场；而马里兰(Maryland)大学发表的电子圈加速器(ERA)的离子加速方式，是利用在阴极(cathode)上生成大的中空电子射线，再射入卡斯夫磁场(Cusp magneticfield)。
但，上述的任何一种电子圈加速器(ERA)的离子加速方式，均以在轴方向缩短所形成的电子圈的方式作为主流，在这种情况下，所需的电流量很高，会发生各种射线不稳定性的问题，要稳定电子聚束(electron bunch)极为困难。
另一方面，由于近年来大型同步辐射加速器、高能质子加速器及直线型电子和质子对撞器的成熟发展，导致朝向用电子、质子加速到数百GeV或TeV领域的电子圈加速器(ERA)的研究开发，渐渐地衰退了。
1950年的瑞士日内瓦加速器国际会议，苏联的杜布那(Dubna)、贝克斯勒(Veksler)和布朵卡(Budker)共同发表有关带电粒子利用大强度、高密度电子聚束的离子加速理论和实验。
其中所述的离子，意指包括质子的所有带电离子，而被称为重离子时，指的是在元素表上重量大于氦重量以上的带电离子。
1967年的英国剑桥加速器国际会议上，苏联的贝克斯勒(Veksler)发表将100亿个质子从15m距离处加速到1GeV的诱导线形加速器(induction linac)模型。
此革新性的离子/电子聚束加速法，造成世界上的主要研究所争相钻研相关理论和实验。例如，美国劳伦斯伯克莱实验室(LBL，Lawrence BerkleyLaboratory)发表了电子圈加速器(ERA，Electron Ring Accelerator)系统；马里兰(Maryland)大学则着眼于研究大强度电子射线的电子圈加速器(ERA)；电子圈和诱导线形加速器发明人克利斯非罗斯(Christfilos)在美国劳伦斯立卫莫国家实验室(Lawrence Livermore National Laboratory)启动核融合技术发展电子圈加速器(ERA)。
所称的电子圈加速器(ERA)的工作原理，如图1所示，首先将未中和的电子束射入(injection)到一个有轻度聚焦作用的纵向磁场中形成电子圈。尔后，磁场强度随时间上升，以便使磁场中的电子圈的长、短半径都得到压缩，并将电子圈中的电子能量进一步提高。此时，由于电子圈的电子与气体分子碰撞产生了大量离子，且这些离子被电子圈的位能障壁(Barrier)所俘获，一方面中和了电子的空间电荷力，使电子圈保持形状；另一方面也提供了电子圈和它俘获的离子同时加速。将电子圈和它俘获的离子同时加速的方式有两种：一是使用加速腔产生出沿磁力线方向的电场，一是使用沿纵向距离逐渐减弱的磁场径向分量的洛仑兹力。所以，上述电子圈和它俘获的离子能够以多大的加速率进行加速，显然受限及决定于沿磁力线方向的最大电场以及使离子保持在电子圈内的保持能力。
所以，当前对于电子圈加速器(ERA)的主要研究方向，就在于提高使离子保持在电子圈内的保持能力。例如，美国劳伦斯伯克莱实验室(LBL)发表的电子圈加速器(ERA)的离子加速方式，是利用弱小收束方式，用一次(oneturn)入射的电子回旋加速器方式，使其在时间上生成变化的轴磁场；拉斯雷特·塞斯勒(A.Sessler)发表的电子圈加速器(ERA)的离子加速方式，是利用在阴极(cathode)上生成大电子圈，再射入到在轴方向减少的静态轴的磁场；而马里兰(Maryland)大学发表的电子圈加速器(ERA)的离子加速方式，是利用在阴极(cathode)上生成大的中空电子射线，再射入卡斯夫磁场(Cusp magneticfield)。
但，上述的任何一种电子圈加速器(ERA)的离子加速方式，均以在轴方向缩短所形成的电子圈的方式作为主流，在这种情况下，所需的电流量很高，会发生各种射线不稳定性的问题，要稳定电子聚束(electron bunch)极为困难。
另一方面，由于近年来大型同步辐射加速器、高能质子加速器及直线型电子和质子对撞器的成熟发展，导致朝向用电子、质子加速到数百GeV或TeV领域的电子圈加速器(ERA)的研究开发，渐渐地衰退了。
发明内容
本发明的主要发明目的，即在于提供一种以激光瞬间生成高密度中空电子云的方法及装置，不需要将电子束射入(injection)到纵向磁场中以形成电子圈，可以解决现有技术中所述的大电流电子圈加速器(ERA)存在电子射线不稳定性的问题。
本发明提供一种以激光瞬间生成高密度中空电子云的方法，是利用两组激光装置投射不同波长的激光光束，分别投射到位于中央的离子标靶源及包围在外围的环状光学阴极，使得环状光学阴极瞬间生成中空状或中空圆筒状电子聚束(或称电子束团或电子云)，以捕获离子标靶源瞬间生成的离子束团(ion bunch)，且将该离子束团封入在所生成的电子聚束之内，在极短距离内可加速到百MeV/m以上。
本发明提供一种以激光瞬间生成高密度中空电子云的装置，包括：
一第一激光装置，用于射出激光光束且使电子发生源瞬间生成电子云；
一第二激光装置，用于射出激光光束且使得离子发生源瞬间生成离子束团；
一环状光学阴极，接受所述第一激光装置射出的激光光束瞬间生成中空状或中空圆筒状电子云；
一离子标靶源，设于所述环状光学阴极的中央与所述环状光学阴极形成同心圆，且接受所述第二激光装置射出的激光光束瞬间生成被封入在所述中空状或中空圆筒状电子云之内的离子束团。
本发明具有以下优点：完全没有电子射线不稳定性的问题，可极短距离加速离子及缩短加速器体积，可以应用于实现放射线耐肿瘤治疗的桌上型治疗用加速器。
本发明提供一种以激光瞬间生成高密度中空电子云的方法，是利用两组激光装置投射不同波长的激光光束，分别投射到位于中央的离子标靶源及包围在外围的环状光学阴极，使得环状光学阴极瞬间生成中空状或中空圆筒状电子聚束(或称电子束团或电子云)，以捕获离子标靶源瞬间生成的离子束团(ion bunch)，且将该离子束团封入在所生成的电子聚束之内，在极短距离内可加速到百MeV/m以上。
本发明提供一种以激光瞬间生成高密度中空电子云的装置，包括：
一第一激光装置，用于射出激光光束且使电子发生源瞬间生成电子云；
一第二激光装置，用于射出激光光束且使得离子发生源瞬间生成离子束团；
一环状光学阴极，接受所述第一激光装置射出的激光光束瞬间生成中空状或中空圆筒状电子云；
一离子标靶源，设于所述环状光学阴极的中央与所述环状光学阴极形成同心圆，且接受所述第二激光装置射出的激光光束瞬间生成被封入在所述中空状或中空圆筒状电子云之内的离子束团。
本发明具有以下优点：完全没有电子射线不稳定性的问题，可极短距离加速离子及缩短加速器体积，可以应用于实现放射线耐肿瘤治疗的桌上型治疗用加速器。
附图说明
图1为现有技术中电子圈加速器的结构示意图。
图2为本发明实施例提供的一种以激光瞬间生成高密度中空电子云的装置结构示意图。
图3为图2所生成的中空电子云的示意图。
附图标记
10......以激光瞬间生成高密度中空电子云的装置
20......第一激光装置 25......激光光束
26......中心部 30......第二激光装置
35......激光光束 40......离子标靶源
50.....环状光学阴极 60.....中空圆筒状电子云
65.....离子束团
图2为本发明实施例提供的一种以激光瞬间生成高密度中空电子云的装置结构示意图。
图3为图2所生成的中空电子云的示意图。
附图标记
10......以激光瞬间生成高密度中空电子云的装置
20......第一激光装置 25......激光光束
26......中心部 30......第二激光装置
35......激光光束 40......离子标靶源
50.....环状光学阴极 60.....中空圆筒状电子云
65.....离子束团
具体实施方式
如图2及图3所示，本发明实施例所示的以激光瞬间生成高密度中空电子云的装置10，包括一第一激光装置20、一第二激光装置30、一离子标靶源40及一环状光学阴极50，其中，所述离子标靶源40设于所述环状光学阴极50的中央，且与所述环状光学阴极50形成同心圆。
所述第一激光装置20用于射出预定波长的激光光束25，且所射出的激光光束25照射到所述环状光学阴极50等电子发生源的时候，适合使电子发生源瞬间生成电子云。
所述第一激光装置20的最佳实施例是根据光学透镜的材质和几何构造的适当设计，使得射出的激光光束25的中心部26的光强度为零或较弱。
所述第二激光装置30用于射出预定波长的激光光束35，但所射出的激光光束35的波长不同于第一激光装置20射出的激光光束25，且适合使得离子发生源瞬间生成离子束团。
所述离子标靶源40作为离子发生源使用，设于所述环状光学阴极50的中央，形成所述环状光学阴极50的标靶，当接受所述第二激光装置30射出的激光光束35时会瞬间生成离子束团65。
所述环状光学阴极50作为电子发生源使用，且包围在所述离子标靶源40的外围，当电子发生源接受第一激光装置20射出的激光光束25时会瞬间生成高密度的中空状或中空圆筒状电子云60，且利用本身的库仑电位(Coulomb potential)迅速捕获从所述离子标靶源40瞬间生成的离子束团65，并且将其封入在所生成的中空状或中空圆筒状电子云60之内。
所述中空圆筒状电子云60的圆筒状长度短的话，与已知电子圈加速器(ERA)的电子圈形状一致。而且，所述中空状或中空圆筒状电子云60和被捕获的所述离子束团65，当通过RF电场或电子圈加速器(ERA)的磁场扩张加速(magnetic expansion acceleration)时，可以实现引出和瞬间加速至光速，且利用贝克斯勒等人所发表的提案，可以分离加速后的中空圆筒状电子云60和高能量离子束团65。
所述离子束团65的能量(energy)，是根据中空圆筒状电子云60和离子束团65在空间、时间上的位置关系，主要视所述中空圆筒状电子云60的电子数以及其能保持有多少离子束团65而定。所以，根据第一激光装置20及第二激光装置30的空间位置及构造、以及所述第一激光装置20及所述第二激光装置30的两条激光光束25、35的投射时间，可以调整及控制中空圆筒状电子云60和离子束团65的生成时间，并且对于加速后的离子束团65的能量可以进行设定。
根据以上所述，本发明实施例还提供一种以激光瞬间生成高密度中空电子云的方法，包括以下步骤：
a、使用两组激光装置，例如第一激光装置20、第二激光装置30，投射不同波长的激光光束；
b、其中一组激光装置，例如第二激光装置30，投射激光光束35到位于中央的极小尺寸的离子标靶源40以瞬间生成离子束团65；
c、另一组激光装置，例如第一激光装置20，投射激光光束25到构成同心圆但包围在离子标靶源40外围的电子发生源(具体实施例为使用环状光学阴极50)以瞬间生成中空状或中空圆筒状电子云60；
d、利用所述中空状或中空圆筒状电子云60捕获所述离子束团65，且将该离子束团65封入在所述中空状或中空圆筒状电子云60之内。
本发明实施例提供的实现中空状或中空圆筒状电子云60的具体方法，除了前面所述方法之外，还可以利用电子和离子同心圆状发生构造的中空的静电场的圆筒电子云(hollow beam)离子射线的生成方法。对同心圆的外侧部分，阴极电极的形状做成环型，且以静电场引出大电流电子射线。在阴极本体不发生离子的状态下，利用日本公开案JP2006294575中的冷束同步源(ColdBeam synchrotron Source，CBS)技术可以实现更强大电流的圆筒电子云。
根据本发明实施例的以激光瞬间生成高密度中空电子云的方法所生成的圈饼(doughnut)状中空电子云，譬如，圈饼(doughnut)状中空电子云的大半径为R、小半径为a、电子聚束中的电子数为Ne，则在圈饼状中空电子云的电场大小Emax(或称为保持力(holding power))的计算方法为：
将电荷以及诱电率值代入
以R＝0.46cm、a＝0.1cm以及Ne＝1013为例，经过计算可取得Emax＝1,000MV/m。这是对应电子云保持力的电场，表示出被封入的离子能量的最大数值。因此，内藏离子束团65的中空状或中空圆筒状电子云60的加速，可利用通过RF电场或电子圈加速器(ERA)的磁场扩张加速(magnetic expansionacceleration)瞬间加速至光速。
本发明实施例提供的以激光瞬间生成高密度中空电子云的装置10，具有极短距离使离子加速的优点，可以实现更加精简化缩短加速器的体积，可应用于人体的高生命品质(Quality Of Life，QOL)癌治疗装置上，例如，可以应用于实现放射线耐肿瘤治疗的桌上型治疗用加速器(在此所称的桌上型加速器尺寸，意指可放入现有医院的放射线照射室装置的尺寸而言)。
举例来说，身体深部(30cm以下)的耐放射线肿瘤的重离子线治疗，每个核子的重离子线的能量有400MeV/u以上则可。在这种条件下，应用本发明实施例提供的以激光瞬间生成高密度中空电子云的装置10设计完成的加速器，其整体加速器的本体部分长度仅2m左右，纵使经过强化放射线遮蔽，仍然可在原有医院内设置本体部分长度仅2m左右的重离子线治疗装置。
而且，本体部分长度仅2m左右的重离子线治疗装置，可设计成具独立分切交换重离子射线和电子射线功能，因此它可作为标靶照射、强大电子射线X线源，且适用在癌患者的确认位置、位置监测、脏器跳动监测等。在肿瘤治疗时，还具有定位、现时同步监测及治疗三种功能。
此外，所述本体部分长度仅2m左右的重离子线治疗装置，其重量轻且尺寸精确，在平面上的回转自由度很高，且容易回转。在回转轴的周围360度的任何一个方向均可射出重离子射线的缘故，与同步辐射加速器和回旋加速器等的圆形加速器的情况相异，不需使用偏向电磁铁等，故在多个治疗室之间，可实现在短时间内切换射线路线，射线也可被分时段分享利用。
倘若将所述重离子线治疗装置的加速器设计成线型加速器，还可增加离子射线射出的来回次数，使得每个脉冲(pulse)的离子数不多，连带地受到射线负载(beam loading)影响而导致会减少加速电场强度的因素也会变小。
以上所揭示的内容，乃本发明较佳的具体实施例，凡与本发明的发明目的及所能达成的效果构成所谓的等效或均等，且均为本领域技术人员能够轻易完成的简易修改、修饰、改良或变化等，应都不脱离本发明得以涵盖所主张的专利权范畴。
所述第一激光装置20用于射出预定波长的激光光束25，且所射出的激光光束25照射到所述环状光学阴极50等电子发生源的时候，适合使电子发生源瞬间生成电子云。
所述第一激光装置20的最佳实施例是根据光学透镜的材质和几何构造的适当设计，使得射出的激光光束25的中心部26的光强度为零或较弱。
所述第二激光装置30用于射出预定波长的激光光束35，但所射出的激光光束35的波长不同于第一激光装置20射出的激光光束25，且适合使得离子发生源瞬间生成离子束团。
所述离子标靶源40作为离子发生源使用，设于所述环状光学阴极50的中央，形成所述环状光学阴极50的标靶，当接受所述第二激光装置30射出的激光光束35时会瞬间生成离子束团65。
所述环状光学阴极50作为电子发生源使用，且包围在所述离子标靶源40的外围，当电子发生源接受第一激光装置20射出的激光光束25时会瞬间生成高密度的中空状或中空圆筒状电子云60，且利用本身的库仑电位(Coulomb potential)迅速捕获从所述离子标靶源40瞬间生成的离子束团65，并且将其封入在所生成的中空状或中空圆筒状电子云60之内。
所述中空圆筒状电子云60的圆筒状长度短的话，与已知电子圈加速器(ERA)的电子圈形状一致。而且，所述中空状或中空圆筒状电子云60和被捕获的所述离子束团65，当通过RF电场或电子圈加速器(ERA)的磁场扩张加速(magnetic expansion acceleration)时，可以实现引出和瞬间加速至光速，且利用贝克斯勒等人所发表的提案，可以分离加速后的中空圆筒状电子云60和高能量离子束团65。
所述离子束团65的能量(energy)，是根据中空圆筒状电子云60和离子束团65在空间、时间上的位置关系，主要视所述中空圆筒状电子云60的电子数以及其能保持有多少离子束团65而定。所以，根据第一激光装置20及第二激光装置30的空间位置及构造、以及所述第一激光装置20及所述第二激光装置30的两条激光光束25、35的投射时间，可以调整及控制中空圆筒状电子云60和离子束团65的生成时间，并且对于加速后的离子束团65的能量可以进行设定。
根据以上所述，本发明实施例还提供一种以激光瞬间生成高密度中空电子云的方法，包括以下步骤：
a、使用两组激光装置，例如第一激光装置20、第二激光装置30，投射不同波长的激光光束；
b、其中一组激光装置，例如第二激光装置30，投射激光光束35到位于中央的极小尺寸的离子标靶源40以瞬间生成离子束团65；
c、另一组激光装置，例如第一激光装置20，投射激光光束25到构成同心圆但包围在离子标靶源40外围的电子发生源(具体实施例为使用环状光学阴极50)以瞬间生成中空状或中空圆筒状电子云60；
d、利用所述中空状或中空圆筒状电子云60捕获所述离子束团65，且将该离子束团65封入在所述中空状或中空圆筒状电子云60之内。
本发明实施例提供的实现中空状或中空圆筒状电子云60的具体方法，除了前面所述方法之外，还可以利用电子和离子同心圆状发生构造的中空的静电场的圆筒电子云(hollow beam)离子射线的生成方法。对同心圆的外侧部分，阴极电极的形状做成环型，且以静电场引出大电流电子射线。在阴极本体不发生离子的状态下，利用日本公开案JP2006294575中的冷束同步源(ColdBeam synchrotron Source，CBS)技术可以实现更强大电流的圆筒电子云。
根据本发明实施例的以激光瞬间生成高密度中空电子云的方法所生成的圈饼(doughnut)状中空电子云，譬如，圈饼(doughnut)状中空电子云的大半径为R、小半径为a、电子聚束中的电子数为Ne，则在圈饼状中空电子云的电场大小Emax(或称为保持力(holding power))的计算方法为：
将电荷以及诱电率值代入
以R＝0.46cm、a＝0.1cm以及Ne＝1013为例，经过计算可取得Emax＝1,000MV/m。这是对应电子云保持力的电场，表示出被封入的离子能量的最大数值。因此，内藏离子束团65的中空状或中空圆筒状电子云60的加速，可利用通过RF电场或电子圈加速器(ERA)的磁场扩张加速(magnetic expansionacceleration)瞬间加速至光速。
本发明实施例提供的以激光瞬间生成高密度中空电子云的装置10，具有极短距离使离子加速的优点，可以实现更加精简化缩短加速器的体积，可应用于人体的高生命品质(Quality Of Life，QOL)癌治疗装置上，例如，可以应用于实现放射线耐肿瘤治疗的桌上型治疗用加速器(在此所称的桌上型加速器尺寸，意指可放入现有医院的放射线照射室装置的尺寸而言)。
举例来说，身体深部(30cm以下)的耐放射线肿瘤的重离子线治疗，每个核子的重离子线的能量有400MeV/u以上则可。在这种条件下，应用本发明实施例提供的以激光瞬间生成高密度中空电子云的装置10设计完成的加速器，其整体加速器的本体部分长度仅2m左右，纵使经过强化放射线遮蔽，仍然可在原有医院内设置本体部分长度仅2m左右的重离子线治疗装置。
而且，本体部分长度仅2m左右的重离子线治疗装置，可设计成具独立分切交换重离子射线和电子射线功能，因此它可作为标靶照射、强大电子射线X线源，且适用在癌患者的确认位置、位置监测、脏器跳动监测等。在肿瘤治疗时，还具有定位、现时同步监测及治疗三种功能。
此外，所述本体部分长度仅2m左右的重离子线治疗装置，其重量轻且尺寸精确，在平面上的回转自由度很高，且容易回转。在回转轴的周围360度的任何一个方向均可射出重离子射线的缘故，与同步辐射加速器和回旋加速器等的圆形加速器的情况相异，不需使用偏向电磁铁等，故在多个治疗室之间，可实现在短时间内切换射线路线，射线也可被分时段分享利用。
倘若将所述重离子线治疗装置的加速器设计成线型加速器，还可增加离子射线射出的来回次数，使得每个脉冲(pulse)的离子数不多，连带地受到射线负载(beam loading)影响而导致会减少加速电场强度的因素也会变小。
以上所揭示的内容，乃本发明较佳的具体实施例，凡与本发明的发明目的及所能达成的效果构成所谓的等效或均等，且均为本领域技术人员能够轻易完成的简易修改、修饰、改良或变化等，应都不脱离本发明得以涵盖所主张的专利权范畴。