回旋加速器

回旋加速器是一种可以使离子加速的圆形加速装置。其开发基于美国科学家欧内斯特·劳伦斯(Ernest Lawrence)1930年提出的“回旋加速器理论”,并于1932年由劳伦斯及其学生研制了第一台回旋加速器,经过几代技术的更迭,现今的回旋加速器已在核物理,和医学方面发挥越来越重要作用,具有广阔的应用前景。
主体结构
具有上下两个隔开的平行磁体,2个隔开相对放置的空心D形盒放置其中,D形盒分别连着高频振荡电源,以及内置或外置的离子源和加速粒子引出装置组成,所有系统处于真空室中; 工作原理
带电粒子在在交变电场的中心位置产生,带电粒子被D形盒间隙电场加速,飞入中空的D形盒,不受电场作用,只受磁场洛伦兹力作用的带电粒子在D盒中做圆周运动飞出D形盒后被交变电场加速,再次飞入D形盒,在磁场和交变电场反复作用下,最终达到所需能量的粒子被粒子流引出装置引出,轰击靶材,得到所需正电子放射性核素。
医用回旋加速器分类
现代医用回旋加速器大多是可加速带负电荷的质子和氘核的多粒子负离子回旋加速器

根据加速粒子电荷的不同,可分为
————正离子回旋加速器和负离子回旋加速器
01/ 正离子回旋加速器
正离子回旋加速器直接将带正电荷的离子加速,轰击靶材料原子核获得正电子核素,但加速后的高能正离子束需要由金属电极偏转板形成的偏转电场来完成束流的引出,在引出过程中,高能粒子束与金属电极板以及屏蔽材料之间发生碰撞会引起附加辐射,因此此类加速器医疗中不常用。
02/ 负离子回旋加速器
加速离子为带负电的氢离子,加速后高能粒子束几乎100%引出,但获得高强度H-离子源的难度较大。
带负电的高能粒子束引出后,穿过固定在圆周运动最大半径边缘的碳剥离膜,这时带负电粒子的两个约束松弛的外层电子被剥离,转变为正离子,这样就能制备正电子核素。
根据可加速粒子的种类,可分为
————单粒子加速器和多粒子加速器
01/ 单粒子加速器
单粒子加速器仅加速单一的离子。 02/ 多粒子加速器
多粒子加速器可以对两种以上的带电粒子进行加速,来完成所需正电子核素的生产。现代医用回旋加速器大多可加速负氢离子,也能加速氘核,但加速氘核很少用。
根据提供粒子束流加速平面与地平面平行或垂直,可分为
————立式加速器和卧式加速器

01/ 立式加速器——垂直加速平面回旋加速器 优点是占地面积小和所需要的空间高度低。它的磁轭门可以像冰箱门一样向一边打开,容易进入真空室内部,能清楚地观察中心区域的装置,便于维修和更换元件。立式加速器的设计可以使靶局限化,靶产生的放射性局限在一个区域,有利于辐射防护。

02/ 卧式加速器——水平加速平面回旋加速器 需要较高的空间限度,并且在维修服务期间需要昂贵的液压起重系统向上打开另一半磁轭。卧式加速器的靶常常在回旋加速器的周围,因此,回旋加速器的四周都分布有放射性。