使带电粒子偏转的偏转板和偏转装置

摘要

用于使带电粒子偏转的偏转板具有非平面的形状。

权利要求

1.用于使带电粒子偏转的偏转装置（130），其中该偏转装置（130）被构造为将在第三空间方向（103）上运动的带电粒子偏转到第二空间方向（102）上，其中所述偏转装置（130）具有第一偏转板（210）和第二偏转板（220），以及其中-第一偏转板（210）和第二偏转板（220）分别具有非平面形状，-第一偏转板（210）和第二偏转板（220）分别围绕指向第一空间方向（101）的轴线弯曲，-第二偏转板（220）相对于第一偏转板（210）镜像布置，其中第一空间方向、第二空间方向和第三空间方向彼此垂直。

2.根据权利要求 1 所述的偏转装置（130），其中第一偏转板（210）和第二偏转板（220）在垂直于第一空间方向（101）的第二空间方向（102）上彼此有间隔，其中第一偏转板（210）和第二偏转板（220）相对于垂直于第二空间方向（102）的平面镜像布置。

3.根据权利要求 2 所述的偏转装置（130），其中偏转板（210，220）的凹表面（510）彼此相对。

4.根据权利要求 2 或 3 中任一项所述的偏转装置（130），其中所述偏转装置（130）具有第三偏转板（230）和第四偏转板（240），其中第三偏转板（230）相对于第一偏转板（210）朝向垂直于第一空间方向（101）和第二空间方向（102）的第三空间方向（103）偏移，其中第四偏转板（240）相对于第二偏转板（220）朝向第三空间方向（103）偏移。

说明书

使带电粒子偏转的偏转板和偏转装置

技术领域

[0001] 本发明涉及使带电粒子偏转的偏转板，以及使带电粒子偏转的偏转装置。

背景技术

[0002] 已知通过电场和/或磁场使得运动的带电粒子偏转。同样已知通过对导电板施加电压的方式生成电场。

发明内容

[0003] 本发明的任务在于提供一种使带电粒子偏转的改善偏转板。通过下面描述的偏转板解决这一任务。本发明的另一任务在于提供一种使带电粒子偏转的改善偏转装置。该偏转装置被构造为将在第三空间方向上运动的带电粒子偏转到第二空间方向上，其中所述偏转装置具有第一偏转板和第二偏转板，以及其中第一偏转板和第二偏转板分别具有非平面形状，第一偏转板和第二偏转板分别围绕指向第一空间方向的轴线弯曲，第二偏转板相对于第一偏转板镜像布置，其中第一空间方向、第二空间方向和第三空间方向彼此垂直。

[0004] 本发明的使带电粒子偏转的偏转板具有非平面形状。该偏转板与平面偏转板相比有利地生成具有改善的空间分布的电场。

[0005] 在一种优选的偏转板实施方式中，使该偏转板围绕指向第一空间方向的轴线弯曲。于是，通过偏转板生成的电场垂直于第一空间方向的分量有利地在垂直于第一空间方向的另一个空间方向上具有比在平面偏转板情况下更加平缓的分布。这样有利地简化了来自具有大量连续粒子团的射线的各个带电粒子团的偏转。

[0006] 在一种特别优选的偏转板实施方式中，偏转板具有圆柱壳弧形形状。有利地，试验表明，圆柱壳弧形形状生成特别有利的电场分布。另一优点是能够以比较简单的方式制造具有圆柱壳弧形形状的偏转板。

[0007] 在一种适宜的偏转板实施方式中，偏转板具有导电材料，尤其是金属。于是有利地可以对偏转板加载电势。

[0008] 本发明所述使得带电粒子偏转的偏转装置具有上述类型的第一偏转板。有利地，可以将该偏转装置用于使粒子束的带电粒子偏转。于是由于偏转板的该有利设计，可以使用该偏转装置从连续带电粒子团束中选择性偏转各个粒子团。

[0009] 在偏转装置的一种优选实施方式中，偏转装置具有上述类型的第二偏转板。于是有利地，可以在偏转装置的偏转板之间生成电势差。

[0010] 在偏转装置的一种特别优选的实施方式中，第二偏转板相对于第一偏转板镜像布置。于是有利地，在偏转装置的两个偏转板之间产生特别有利的空间电场分布。

[0011] 在偏转装置的一种特别优选的实施方式中，使得两个偏转板各自围绕指向第一空间方向的轴线弯曲。在此，第一偏转板和第二偏转板在垂直于第一空间方向的第二空间方向上彼此有间隔。此外还将第一偏转板和第二偏转板相对于垂直于第二空间方向的平面镜像布置。在该偏转装置中，有利地指向第二空间方向的电场分量在垂直于第一空间方向和第二空间方向的空间方向上扁平地分布。

[0012] 特别优选的是，偏转板的凹表面彼此相对。于是，指向第二空间方向的电场分量在垂直于第一空间方向和第二空间方向的第三空间方向上的场分布有利地是扁平的，而偏转装置的偏转板不必在第三空间方向上具有大的长度。

[0013] 在偏转装置的一种附加改进方式中，偏转装置具有第三偏转板和第四偏转板。在此，第三偏转板相对于第一偏转板朝向垂直于第一空间方向和第二空间方向的第三空间方向偏移。此外还使得第四偏转板相对于第二偏转板朝向第三空间方向偏移。于是可以在第三偏转板和第四偏转板之间有利地施加与第一偏转板和第二偏转板之间不同的电势差。

[0014] 优选地，偏转装置被设计为将在第三空间方向上运动的带电粒子朝向第二空间方向偏转。于是可以有利地将偏转装置用来从粒子束中选择性偏转各个粒子或者粒子团。

附图说明

[0015] 结合以下将结合附图进一步阐述的实施例的描述，本发明的上述特性、特征和优点以及如何实现这些特性、特征和优点的方式方法将更加清楚和更易于理解。在此示出：

[0016] 图1粒子治疗设备的示意图；

[0017] 图2偏转装置的示意图；

[0018] 图3偏转装置的板对的第一剖面；

[0019] 图4偏转装置的板对的顶视图；

[0020] 图5偏转装置的板对的第二剖面；

[0021] 图6板对之内的第一场强分布图；以及

[0022] 图7板对之内的第二场强分布图。

具体实施方式

[0023] 图 1 所示为粒子治疗设备 100 作为偏转装置的示范应用的强烈示意图。但是也可以将偏转装置用于很多其它应用领域。

[0024] 本发明并不局限于粒子治疗设备领域。

[0025] 粒子治疗设备 100 可以用来进行粒子治疗，其中利用带电粒子（粒子）轰击患者的患病身体部位。所述带电粒子可以是例如质子。患者的疾病可以是例如肿瘤。

[0026] 粒子治疗设备 100 包括离子源 110、聚集装置 120、偏转装置 130、光阑 140 以及粒子加速器 150，它们在 z 方向 103上依次排列。离子源 110 用来产生带电粒子束 115。所述粒子束 115 的粒子可以是例如质子。粒子束 115 的粒子在 z 方向上离开离子源 110。粒子束 115 的粒子在离开离子源 110 的时候例如可以具有 10 keV 至 20 keV 的能量。

[0027] 聚集装置 120 用来将连续的粒子束 115 划分成离散的粒子团 125。粒子团 125 在 z 方向 103 上离开聚集装置 120。也可以省去聚集装置 120。

[0028] 偏转装置 130 用来使得各个粒子团 125（或者连续粒子束 115 的各个粒子）选择性地相对于其在 z 方向 103 上分布的运动朝向垂直于 z 方向 103 的 y 方向 102 偏转。

[0029] 被偏转装置 130 偏转的粒子和粒子团 125 不通过或者不完全通过在偏转装置 130 下游的光阑 140，而未偏转的粒子和粒子团 125 则通过光阑 140。在粒子治疗设备 
100 的替换实施方式中，仅仅被偏转装置 130 朝向 y 方向 102 偏转的粒子和粒子团 
125 完全通过光阑 140。

[0030] 通过了光阑 140 的粒子和粒子团 125 进入粒子加速器 150，在这里将其加速到例如 80 MeV 至 250 MeV 的更高的动能。粒子加速器 150 可以是例如直线加速器。所述粒子加速器 150 尤其可以是射频直线加速器。

[0031] 图 2 所示为偏转装置 130 的示意图。偏转装置 130 在图 2 所示的实施方式中包括八个用于偏转带电粒子的粒子团 125 的偏转板。具体来说，在所示实施方式中的偏转装置 130 包括第一偏转板 210、第二偏转板 220、第三偏转板 230、第四偏转板 240、第五偏转板 250、第六偏转板 260、第七偏转板 270 和第八偏转板 280。

[0032] 第一偏转板 210 和第二偏转板 220 构成第一板对 201。第三偏转板 230 和第四偏转板 240 构成第二板对 202。第五偏转板 250 和第六偏转板 260 构成第三板对 203。第七偏转板 270 和第八偏转板 280 构成第四板对 204。在其它实施方式中，偏转装置 130 也可以具有四个以下的板对 201、202、203、204 或者四个以上的板对 201、202、
203、204。

[0033] 板对 201、202、203、204 在 z 方向 103 上依次布置。每个板对 201、202、203、204 的两个偏转板各自在 z 方向 103 以及垂直于 y 方向 102 和 z 方向 103 的 x 方向 101 上分别处在相同的位置上，并且在 y 方向 102 上彼此有间隔。粒子团 125 在 z 方向 103 上分别在板对 201、202、203、204 的两个偏转板之间经过。

[0034] 偏转板 210、220、230、240、250、260、270、280 由导电材料构成，优选由金属构成，或者具有至少一种例如涂层形式的导电材料。

[0035] 可以分别在板对 201、202、203、204 的偏转板之间生成电势差和由此生成电场，以使得在 z 方向 103 上运动的粒子团 125 的粒子朝向 y 方向 102 偏转。例如可以将第一板对 201 的第一偏转板 210 接正电压，将第一板对 201 的第二偏转板 220 接等值的负电压。在不同板对 201、202、203、204 中产生的电势差可以彼此不同。为了仅仅使得在快速时间序列中连续的粒子团 125 的各个粒子团 125 朝向 y 方向 102 偏转，必须对偏转板 210、220、230、240、250、260、270、280 施加短时电压脉冲。

[0036] 如果将偏转板 210、220、230、240、250、260、270、280 设计成平面板，那么板对 201、202、203、204 中生成的电场指向 y 方向 102 的分量就会在z方向103上具有高斯形分布。但是更有利的是，指向 y 方向 102 的电场分量在板对 201、202、203、204 之内的 z 方向 103 中的分布遵循近似的矩形函数。

[0037] 为了接近指向 y 方向 102 的电场分量的这种优选空间分布，偏转装置 130 的偏转板 210、220、230、240、250、260、270、280 均具有非平面的几何形状。以下将根据示出第一板对 201 的图 3～5 对此加以阐述。其余板对 202、203、204 优选被设计为与第一板对 201 一致。

[0038] 图 3 所示为第一板对 201 的第一剖面。所述剖面在此垂直于 z 方向 103。第一板对 201 的第一偏转板 210 和第二偏转板 220 在 x 方向 101 上具有宽度 301。宽度 301 例如可以为 4 mm。偏转板 210、220 在 y 方向 102 上各自具有厚度 302。厚度 302 例如可以为 0.1 mm。第一偏转板 210 和第二偏转板 220 在 y 方向 102 上彼此间具有距离 312。距离 312 例如可以为 6 mm。

[0039] 图 4 所示为在与 y 方向 102 相反的观察方向上第一板对 201 的第一偏转板 210 的顶视图。第一偏转板 210 在 z 方向 103 上具有长度 303，该长度例如可以为 4 mm。第一板对 201 的第二偏转板 220 在 z 方向 103 上优选具有与第一偏转板 210 相同的长度 303。

[0040] 图 5 所示为第一板对 201 的偏转板 210、220 的第二剖面。该剖面在图 5 中垂直于 x 方向 101。偏转板 210、220 的每一个均围绕平行于 x 方向 101 的轴线弯曲。该弯曲在此优选遵循圆弧，使得偏转板 210、220 被设计为圆柱壳弧形形状。偏转板 210、220 在此各自具有曲率半径 313。曲率半径 313例如可以在 1 mm 和 4 mm 之间。弯曲的偏转板 210、220 各自具有凹表面 510 和凸表面 520。偏转板 210、220 的凹表面 510 彼此相对。

[0041] 图 6 所示为偏转板 210、220、230、240、250、260、270、280 的不同曲率半径 313 时所产生的第一空间场强分布曲线图 600。第一曲线图 600 的水平轴线表示板对 201、202、203、204 范围内的 z 方向 103。第一曲线图 600 的垂直轴线表示指向 y 方向 102 的电场强度分量 601。

[0042] 第一场分布 610 说明了在曲率半径 313 非常大的时候（例如选择为1000 mm）电场强度在 y 方向 102 上的分布。如此大的曲率半径 313 是对平面的偏转板 210、220、230、240、250、260、270、280的近似。因此第一场分布 610 近似说明了在使用平面偏转板 
210、220、230、240、250、260、270、280 时所产生的场分布。第二场分布 620 说明了在曲率半径 313 为 4 mm 的时候指向 y 方向 102 的场分量的分布。第三场分布 630 说明了在曲率半径 313 为 3 mm 的时候场强的分布。第四场分布 640 说明了在曲率半径 313 为 
2.5 mm 的时候指向 y 方向 102 的电场分量的分布。在此，分别在 y 方向 102 上处在板对 201、202、203、204 的偏转板之间的中心位置处说明场分布 610、620、630、640。可以看出，场强 601 在 y 方向 102 上的分布越接近于矩形，所选择的曲率半径 313 越小，也就是偏转板 210、220、230、240、250、260、270、280 弯曲程度越大。

[0043] 此外在图 6 的第一曲线图 600 中还示出了第五场分布 650、第六场分布 660、第七场分布 670 和第八场分布 680。当曲率半径 313 为 1000 mm 的时候产生第五场分布 650。当曲率半径 313 为 4 mm 的时候产生第六场分布 660。当曲率半径 313 为 3 mm 的时候产生第七场分布 670。当曲率半径 313 为 2.5 mm 的时候产生第八场分布 680。场分布 650、660、670、680分别在 y 方向 102 中的以下位置处产生，该位置并非正好在各自板对 201、202、203、204 的两个板之间，而是布置在靠近各自板对 201、202、203、204 的其中一个板处。可以看出每个场分布 650、660、670、680 均在板对 201、202、203、204 的中心周围的范围内在 z 方向 103 上呈凸起形状。凸起度越大，则所选的曲率半径 313 越小。由于指向 y 方向 102 的电场分量在 z 方向 103 上的分布的这种凸起度可能伴随着缺点，因此不应选择太小的曲率半径 313。

[0044] 图 7 所示为指向 y 方向 102 的电场分量沿着 z 方向 103 的分布的第二曲线图 700。第二曲线图 700 的水平轴线又表示板对 201、202、203、204 范围内的 z 方向 103。第二曲线图 700 的垂直轴线表示指向 y 方向 102 的电场分量的归一化场强 701。
第一场分布 710、第二场分布 720、第三场分布 730 和第四场分布 740 说明了指向 y 方向 102 的电场分量沿着 z 方向 103 在各自板对 201、202、203、204 的两个偏转板之间的中间的分布。在此，在第一场分布 710 的情况下曲率半径313为 1000 mm，在第二场分布 
720 的情况下曲率半径313为 4 mm，在第三场分布 730 的情况下曲率半径313为 3 mm，在第四场分布 740 的情况下曲率半径313为 2.5 mm。从第二曲线图 700 的归一化显示中还可以明显看出，指向 y 方向 102 的电场分量在 z 方向 103 上的分布越接近矩形，所选择的偏转板 210、220、230、240、250、260、270、280 的曲率半径 313 越小。

[0045] 尽管已通过优选实施例详细地进一步图解和描述了本发明，但本发明并不局限于所公开的示例。专业人士可以在不脱离本发明保护范围的情况下从中导出其它变型方案。