一种高梯度粒子加速器及癌症治疗装置

1.一种高梯度粒子加速器，其特征在于，包括：离子源，用于产生并引出治疗用粒子束流；超导射频四极场加速器，所述超导射频四极场加速器的入口通过低能传输线与所述离子源连接，用于将所述离子源产生的粒子束流进行预加速，以得到低能粒子束流；超导直线加速段，所述超导直线加速段的入口通过第一束流输运线与所述超导射频四极场加速器的出口连接，用于将所述超导射频四极场加速器引出的低能粒子束流进行再次加速，以得到中能粒子束流；环形加速器，所述环形加速器的入口通过第二束流输运线与所述超导直线加速段的出口连接，用于将所述超导直线加速段引出的中能粒子束流进行终极加速，以得到目标能量的高能粒子束流；所述超导直线加速段包括低温恒温器、交叉指型超导腔、耦合器和调谐器，所述交叉指型超导腔设置在所述低温恒温器内部，所述低温恒温器用于为所述交叉指型超导腔提供低温、无磁、真空的环境；所述交叉指型超导腔包括间隔设置的n级漂移管，第1级漂移管的进口与所述第一束流输运线连接，第n级漂移管的出口与所述第二束流输运线连接；所述耦合器与所述交叉指型超导腔的耦合口连接，用于向所述交叉指型超导腔馈入射频功率；所述调谐器通过柔性铰链与所述交叉指型超导腔的氦槽连接，所述调谐器用于通过剪叉转换机构对所述交叉指型超导腔施加机械作用力，实现所述交叉指型超导腔频率的调节；所述交叉指型超导腔采用多cell变周期结构，即每级所述漂移管的长度和加速间隙是变化的，第 i 级漂移管的长度为 ，其中 为第 i 级漂移管出口的束流速度， 为腔体高频周期时间， i =1,2,… n 。 2.根据权利要求1所述的高梯度粒子加速器，其特征在于，所述低能传输线包括数台螺线管、一台二级磁铁和一台斩波器；所述螺线管用于产生磁场，对束流进行控制和聚焦，以使束流保持在所述低能传输线上；所述二级磁铁用于杂质粒子束的分析，且所述二级磁铁进行边缘角度的优化实现束流的对称传输；所述斩波器为上升沿不超过20ns的束流横向斩波器。 3.根据权利要求1所述的高梯度粒子加速器，其特征在于，所述超导射频四极场加速器的频率选择为125～200MHz，腔体电压选择为50～70kV，打火系数选择在1～1.6之间，出口能量设计在1.5～3MeV/u。 4.根据权利要求1所述的高梯度粒子加速器，其特征在于，所述第一束流输运线由数台四极透镜及聚束器组成，所述四极透镜及聚束器用于满足所述超导射频四极场加速器引出低能粒子束流到下游所述超导直线加速段的匹配，实现束流的高效率传输。 5.根据权利要求1所述的高梯度粒子加速器，其特征在于，所述交叉指型超导腔的材料采用Nb3Sn、MgB2或NbN。 6.根据权利要求1所述的高梯度粒子加速器，其特征在于，所述第二束流输运线主要由一台偏转磁铁和数台四极透镜组成，其中所述偏转磁铁用于将中能粒子束流偏转到下游所述环形加速器，所述四极透镜满足直线加速器到所述环形加速器的束流匹配，实现束流的高效率传输。 7.根据权利要求1所述的高梯度粒子加速器，其特征在于，所述环形加速器为回旋加速器、同步加速器或FFAG交变梯度加速器。 8.一种癌症治疗装置，其特征在于，包括如权利要求1至7任意一项所述的高梯度粒子加速器以及至少一个治疗终端，至少一个治疗终端与环形加速器的出口连接。