激光驅(qū)動(dòng)離子束的激光激活磁場操縱的制作方法
【專利摘要】公開了用于產(chǎn)生帶電粒子的脈沖的系統(tǒng)，其包括發(fā)射激光脈沖的高強(qiáng)度脈沖激光器，激光脈沖當(dāng)撞擊目標(biāo)時(shí)，產(chǎn)生帶電粒子的脈沖。粒子穿過由包括光激活開關(guān)的低電感電流饋電器通電的電磁體，以接通和斷開通電電流。激光脈沖的光的部分被引導(dǎo)到光激活開關(guān)上，使得磁場與帶電粒子的所產(chǎn)生的脈沖光學(xué)地同步。這使只在脈沖通過期間使磁體通電變得可能，使得它比使用CW電磁體的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)更輕和更能量有效。同步還通過對磁場的激活定時(shí)來使得其偏轉(zhuǎn)到只有具有預(yù)定能量范圍的粒子的選定波束路徑中，從而實(shí)現(xiàn)具有預(yù)定范圍的粒子能量的帶電粒子的選擇。
【專利說明】激光驅(qū)動(dòng)離子束的激光激活磁場操縱發(fā)明領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及激光驅(qū)動(dòng)快離子和帶電粒子束操縱(尤其是使用激光激活磁場)的領(lǐng)域。
[0002]發(fā)明背景
[0003]快離子束對各種應(yīng)用——包括放射性同位素的產(chǎn)生、中子產(chǎn)生、射線照相術(shù)、聚變和各種形式的放射療法——是有益的。快離子束一般在各種配置的加速器例如回旋加速器或同步加速器中產(chǎn)生。加速器是運(yùn)行和維護(hù)起來昂貴的相對大和費(fèi)錢的機(jī)器。
[0004]能夠提供極高強(qiáng)度和電場的極短脈沖激光器的發(fā)展刺激在使物質(zhì)暴露于激光電場以從其產(chǎn)生快離子中的研究。在基于激光的加速器中，高強(qiáng)度激光束聚焦在包含被加速的離子的元素的目標(biāo)上，激光器與目標(biāo)交互作用，使它離子化并使離子加速。很多論文和專利文件描述了使用激光器來提供相對廉價(jià)的快離子源的這樣的方法。例如，1-
的 “1^8611011 已。。61'”的 113 6906338 描述了使用被聚焦到在大約 1018 到
10231八！112之間的能量密度以產(chǎn)生可用于醫(yī)療目的的高通量的高能離子(例如質(zhì)子)的“具有在大約1到500飛秒(?)之間的脈沖長度”的激光脈沖。脈沖貫注于與各種設(shè)計(jì)的目標(biāo)交互作用，并提供輻射分量，其“包括不同種類的離子(例如質(zhì)子)、X射線、電子、脈沖102的殘余部分以及不同的能量分量(例如在某個(gè)能帶或窗口內(nèi)的167、10’ 8誦和100’816^) ”。本申請的一些發(fā)明人的國際專利申請吣.冊2010/070648 873^0111？881: 10118 661161-81:1011 811(1 8 161:110(1 11161~60？” 描述了用于產(chǎn)生快離子束的系統(tǒng)和方法。系統(tǒng)包括:目標(biāo)基底，其具有圖案化表面，圖案包括實(shí)質(zhì)上均勻地沿著公共軸定向的納米級圖案特征；以及光束單元，其適合于接收高功率相干電磁輻射束并將它聚焦到目標(biāo)基底的所述圖案化表面上以引起在所述輻射束和所述基底之間的交互作用，實(shí)現(xiàn)快離子的產(chǎn)生。在肌)2010/070648的背景和一般描述章節(jié)中引用了其它論文。
[0005]一旦產(chǎn)生快離子的這樣的高能波束，就必須從它選擇要使用那些離子執(zhí)行的處置所需的期望能量范圍的離子，并且也使波束指向由波束處置的體積。波束可被聚焦并通過磁場的使用來引導(dǎo)，但由于偏轉(zhuǎn)高能離子束所需的非常高的磁場，常規(guī)電磁體非常重、昂貴并需要相當(dāng)多的能量，以便產(chǎn)生所需的場。
[0006]因此需要用于產(chǎn)生在引導(dǎo)高能離子束并使高能離子束成形時(shí)使用的高磁場并用于波束能量范圍選擇的系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)和方法克服了現(xiàn)有系統(tǒng)和方法的至少一些缺點(diǎn)。
[0007]在本章節(jié)中和說明書的其它章節(jié)中提到的每個(gè)公布物的公開特此通過引用被全部并入。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本公開描述了用于產(chǎn)生高能帶電粒子的脈沖流并用于使用與帶電粒子的脈沖同步的脈沖磁場通過光耦合在空間上和在能量方面操縱那些帶電粒子的新的示例性系統(tǒng)。這在本公開中被稱為“光學(xué)同步”。在這樣的系統(tǒng)中，可通過使高強(qiáng)度脈沖激光束撞擊到適當(dāng)?shù)哪繕?biāo)上來產(chǎn)生帶電粒子的脈沖。因?yàn)閹щ娏Ｗ拥倪@些脈沖的時(shí)間長度小于1皮秒，連續(xù)通電的電磁體的使用是不利的，在能量上是非常低效的。為了利用帶電粒子脈沖的時(shí)間特征，粒子穿過由包括光激活開關(guān)的電流饋電器供電的電磁體，以使供電電流與激光脈沖光學(xué)同步地并因此與帶電粒子脈沖同步地接通和斷開。電磁體和電流饋電器都應(yīng)具有非常低的電感，使得磁場可以在短至納秒或數(shù)百或甚至數(shù)十皮秒的時(shí)間內(nèi)以高速切換。電流饋電器可有利地被構(gòu)造在傳輸線(例如帶狀線)中，電磁體本身是單匝、在帶狀線的端部上的短路線或在接近在帶狀線的端部上的短路線的帶狀導(dǎo)體之間的電介質(zhì)上的孔。激光脈沖的光的部分例如通過使用分束器而分離，并被引導(dǎo)到光激活開關(guān)上，使得磁場可與激光脈沖同步地并因此與帶電粒子的所產(chǎn)生的脈沖同步地接通和斷開。因?yàn)橛糜诋a(chǎn)生脈沖磁場的電磁體需要僅在帶電粒子通過期間被通電，平均功率耗散很低，使得本申請的系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上比使用可能需要連續(xù)地或至少在實(shí)質(zhì)上比脈沖長度更長的時(shí)間期間保持被通電的電磁體的現(xiàn)有系統(tǒng)更小、更輕和更有能量效率。
[0009]同步化通過磁場的定時(shí)激活而實(shí)現(xiàn)對具有預(yù)定范圍的粒子能量的帶電粒子的選擇，使得它在穿過場的脈沖粒子的飛行時(shí)間期間被操作以僅將具有所需能量范圍的粒子偏轉(zhuǎn)到選定束路徑中。這可通過在具有期望能量范圍的帶電粒子的脈沖的那部分的通過的持續(xù)時(shí)間期間施加磁場或通過在粒子的期望能量范圍開始時(shí)施加第一磁場以偏轉(zhuǎn)脈沖并在粒子的期望能量范圍結(jié)束時(shí)施加具有相等但相反方向的強(qiáng)度的第二磁場以停止脈沖的偏轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)。這個(gè)實(shí)施方式使更準(zhǔn)確的能量選擇能夠?qū)崿F(xiàn)，如在下文中將進(jìn)一步詳述的。
[0010]因此根據(jù)在本公開中描述的設(shè)備的示例性實(shí)施方式提供了用于產(chǎn)生帶電粒子的脈沖的系統(tǒng)，其包括:
[0011](1)脈沖激光源，其發(fā)射激光脈沖，
[0012](11)目標(biāo)，其適合于在被激光脈沖撞擊時(shí)產(chǎn)生帶電粒子的脈沖，
[0013](111)電流饋電組件，其適合于將電流供應(yīng)到至少一個(gè)電磁體，所述電磁體定位成使得它的磁場指向帶電粒子的至少一個(gè)脈沖的至少部分，電流饋電組件包括光激活開關(guān)，當(dāng)光照落在光激活開關(guān)上時(shí)，光激活開關(guān)使電流能夠流到至少一個(gè)電磁體，以及
[0014](1^)控制系統(tǒng)，其適合于將從激光脈沖得到的光照引導(dǎo)到光激活開關(guān)上，使得電磁體與帶電粒子的脈沖的產(chǎn)生同步地被通電。
[0015]在這樣的系統(tǒng)中，電流饋電組件可包括帶狀線，帶狀線包括由介電材料隔開的一對平行布置的導(dǎo)體帶。此外，電磁體可包括連接到電流饋電組件的單個(gè)回路或在電流饋電組件的端部處的短路線或在接近在電流饋電組件的端部處的短路線的介電材料中形成的孔。
[0016]額外的實(shí)施方式可包括如上所述的系統(tǒng)，其中磁場適合于通過下列操作中的任一個(gè)引導(dǎo)帶電粒子的至少一個(gè)脈沖的至少部分:掃描、偏轉(zhuǎn)或聚焦帶電粒子束。
[0017]帶電粒子的至少一個(gè)脈沖的至少部分可包括至少一個(gè)脈沖的全部，或它可以是具有粒子能量的預(yù)選范圍的一部分。在后一情況下，控制系統(tǒng)應(yīng)配置成只在具有預(yù)選范圍的粒子能量的至少一個(gè)脈沖的至少一部分橫穿電磁體時(shí)將從激光脈沖得到的光照引導(dǎo)到光激活開關(guān)上。此外，電磁體應(yīng)位于離目標(biāo)一段距離處，使得在至少一個(gè)脈沖中的粒子的能量分散是足以使得可通過電流饋電組件和至少一個(gè)電磁體的響應(yīng)時(shí)間來在時(shí)間上
分解預(yù)選范圍的粒子能量。
[0018]最后，在上述系統(tǒng)中的任一個(gè)中，控制系統(tǒng)可包括適合于控制從激光脈沖得到的光照施加到光激活開關(guān)時(shí)的時(shí)間的光延遲元件。
[0019]另一示例性實(shí)施方式可涉及產(chǎn)生帶電粒子的脈沖的方法，其包括:
[0020](1)將激光脈沖投影到適合于在被激光脈沖撞擊時(shí)產(chǎn)生帶電粒子的脈沖的目標(biāo)上，
[0021](11)借助于由電流通電的電磁體產(chǎn)生脈沖磁場，電磁體定位成引導(dǎo)帶電粒子的至少一個(gè)脈沖的至少部分，
[0022](111)借助于光激活開關(guān)來切換電流，以及
[0023](1^)使用從激光脈沖得到的光來照射光激活開關(guān)，使得脈沖磁場與帶電粒子的脈沖的產(chǎn)生同步地被啟動(dòng)。
[0024]在這樣的方法中，帶電粒子的至少一個(gè)脈沖的至少部分的弓丨導(dǎo)可包括下列操作中的任一個(gè):掃描、偏轉(zhuǎn)或聚焦帶電粒子束。此外，脈沖磁場可被激活來引導(dǎo)帶電粒子的至少一個(gè)脈沖的全部，或它可被激活來引導(dǎo)帶電粒子的至少一個(gè)脈沖的至少一部分。在后一情況下，帶電粒子的至少一個(gè)脈沖的至少一部分可以是具有預(yù)選范圍的粒子能量的一部分，且脈沖磁場可接著將具有預(yù)選范圍的粒子能量的粒子引導(dǎo)遠(yuǎn)離在至少一個(gè)脈沖中的其它粒子。在這些方法中的任一個(gè)中，脈沖磁場應(yīng)在預(yù)定的至少一個(gè)激光脈沖的那部分期間被激活，使得脈沖磁場偏轉(zhuǎn)至少一個(gè)脈沖中的具有預(yù)選范圍的粒子能量的部分。
[0025]又一些其它示例性實(shí)施方式涉及通過在目標(biāo)上的激光脈沖的撞擊而產(chǎn)生的帶電粒子的脈沖的能量選擇系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:
[0026](1)電流源，其包括由來自激光脈沖的光激活的光激活開關(guān)，
[0027](11)由電流源饋電的至少一個(gè)電磁體，產(chǎn)生與激光脈沖同步地可切換的磁場，至少一個(gè)電磁體布置成使得當(dāng)被通電時(shí)，將帶電粒子從其原始路徑偏轉(zhuǎn)，以及
[0028](111)控制系統(tǒng)，其配置成在適合于偏轉(zhuǎn)帶電粒子的脈沖的該部分的預(yù)定時(shí)間段期間激活磁場，帶電粒子的脈沖的該部分包括待選擇的能量范圍的粒子。
[0029]在這樣的能量選擇系統(tǒng)中，至少一個(gè)電磁體應(yīng)布置在離目標(biāo)一段距離處，使得在至少一個(gè)脈沖中的粒子的能量分散是足以使得待選擇的能量范圍的粒子可在時(shí)間上被控制系統(tǒng)分解。
[0030]在這些系統(tǒng)的任一個(gè)中，控制系統(tǒng)可配置成從預(yù)定時(shí)間段開始到預(yù)定時(shí)間段結(jié)束來激活至少一個(gè)電磁體，使得預(yù)定時(shí)間段由磁場的存在來限定。在這些系統(tǒng)的任一個(gè)中，控制系統(tǒng)可包括光可變延遲線。
[0031]又一些其它實(shí)施方式執(zhí)行從由激光脈沖在目標(biāo)上的撞擊產(chǎn)生的帶電粒子的脈沖選擇具有預(yù)定能量范圍的帶電粒子的方式，該方法包括:
[0032](1)將來自光學(xué)地切換的源的電流提供到產(chǎn)生磁場的至少一個(gè)電磁體，該磁場布置成使得當(dāng)被激活時(shí)，將帶電粒子從其原始路徑偏轉(zhuǎn)，以及
[0033](11)在預(yù)定時(shí)間段期間與激光脈沖同步地切換至少一個(gè)磁場，使得包括待選擇的能量范圍的粒子的帶電粒子的脈沖的該部分被至少一個(gè)磁場偏轉(zhuǎn)。
[0034]在這個(gè)方法中，磁場應(yīng)布置在離目標(biāo)一段距離處，使得在至少一個(gè)脈沖中的粒子的能量分散是足以使得待選擇的能量范圍的粒子可在時(shí)間上被分解。此外，至少一個(gè)磁場可從預(yù)定時(shí)間段開始到預(yù)定時(shí)間段結(jié)束被激活。在這些方法中的任一個(gè)中，可通過可變光延遲線的使用來選擇預(yù)定時(shí)間段。
[0035]一種用于從帶電粒子的脈沖選擇具有預(yù)定能量范圍的帶電粒子的可選的能量選擇系統(tǒng)可包括:
[0036](1)第一和第二電磁體，每個(gè)電磁體產(chǎn)生與激光脈沖同步可切換的磁場，第一和第二電磁體布置成相互接近且布置在使得當(dāng)被通電時(shí)將帶電粒子從其原始路徑偏轉(zhuǎn)的位置上，以及
[0037](11)控制系統(tǒng)，其配置成在當(dāng)在能量的范圍的一端處的粒子橫穿第一電磁體時(shí)的時(shí)間激活第一電磁體以產(chǎn)生第一預(yù)定磁場，并在當(dāng)在能量的范圍的另一端處的粒子橫穿第二電磁體時(shí)的時(shí)間激活第二電磁體以產(chǎn)生具有與第一預(yù)定磁場相同的強(qiáng)度但相反的符號的磁場。在這樣的系統(tǒng)中，可以可選地通過激光脈沖在目標(biāo)上的撞擊產(chǎn)生帶電粒子的脈沖，且可通過對到電磁體的電流的光學(xué)控制來切換磁場。
[0038]最后，從帶電粒子的脈沖選擇具有預(yù)定能量范圍的帶電粒子的可選方法可包括:
[0039](1)給第一和第二電磁體供電，第一和第二電磁體布置成相互接近且在使得當(dāng)被通電時(shí)帶電粒子從其原始路徑偏轉(zhuǎn)的位置上，
[0040](11)在當(dāng)在能量的范圍的一端處的粒子橫穿第一磁場時(shí)的時(shí)間激活第一磁場，以及
[0041](111)在當(dāng)在能量的范圍的另一端處的粒子橫穿第二磁場時(shí)的時(shí)間激活第二磁場，
[0042]其中第一和第二磁場具有本質(zhì)上相等的強(qiáng)度但相反的符號。在這個(gè)方法中，可以可選地通過激光脈沖在目標(biāo)上的撞擊產(chǎn)生帶電粒子的脈沖，且可通過對激活第一和第二磁場的電流的光學(xué)控制來切換磁場。
[0043]雖然在本公開中描述的示例性系統(tǒng)和方法特別涉及基于激光的粒子加速器且針對在放射療法(特別是通過質(zhì)子流)中的應(yīng)用，應(yīng)理解，這些實(shí)施方式并不旨在限制這樣的系統(tǒng)和方法，以及其它源和其它使用也旨在由本公開涵蓋。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0044]從結(jié)合附圖做出的下面的詳細(xì)描述中將更充分地理解和認(rèn)識到本發(fā)明，其中:
[0045]圖1示意性示出現(xiàn)有技術(shù)的基于激光的高能束產(chǎn)生系統(tǒng)；
[0046]圖2示意性示出以包括光激活開關(guān)的平行帶配置的形式的電流饋電系統(tǒng)，其在提供用于產(chǎn)生短脈沖高磁場的電流脈沖時(shí)使用；
[0047]圖3和4示出使使用圖2的電流饋電器產(chǎn)生的高電流脈沖能夠產(chǎn)生期望磁場脈沖的可選電磁體；
[0048]圖5和6示意性示出方法，圖3和4的電磁體中的電流密度可通過所述方法增加，高于在帶狀線饋電器和光激活開關(guān)中流動(dòng)的電流；
[0049]圖7示意性示出包括與激光脈沖的脈沖磁場的同步的激光激勵(lì)的帶電粒子生成系統(tǒng)；
[0050]圖8以圖形形式示意性示出磁場同步可如何在新穎的能量選擇系統(tǒng)中被使用；
[0051]圖9示意性示出用于實(shí)現(xiàn)圖8所示的粒子能量選擇方法的激光激勵(lì)的帶電粒子生成系統(tǒng)；
[0052]圖10示出使用磁場同步來選擇粒子能量的可選方法，其中磁場脈沖的前沿用于限定由設(shè)備選擇的質(zhì)子能量擴(kuò)展度；
[0053]圖11示意性示出如實(shí)際上由磁場實(shí)現(xiàn)的圖10的質(zhì)子選擇過程；以及
[0054]圖12是對于圖10和11的能量選擇系統(tǒng)實(shí)施方式的外加磁場與時(shí)間的關(guān)系的時(shí)間曲線。
[0055]詳細(xì)描述
[0056]現(xiàn)在參考圖1，其示意性示出例如在上面提到的口3 6906338中描述的現(xiàn)有技術(shù)的基于激光的高能波束產(chǎn)生系統(tǒng)。極短脈沖高峰值功率激光器10將穿過波束操縱系統(tǒng)12的激光的脈沖11引導(dǎo)到目標(biāo)13上，目標(biāo)13被選擇成產(chǎn)生高能離子化粒子15的流，其可包含具有不同類型的粒子并具有不同能量的頻譜。借助于一個(gè)或多個(gè)磁體16來選擇特定類型的粒子和所期望的能量，磁體16使在波束17中所需的特定高能粒子朝著處置區(qū)域14偏轉(zhuǎn)，同時(shí)允許不需要的粒子和能量被吸收在波束收集器18中。額外的磁體或磁體19可用于將波束聚焦在目標(biāo)區(qū)域14上，其中它可用于腫瘤的處置或其它醫(yī)學(xué)或工業(yè)應(yīng)用。此外，可使用未在圖1中示出的波束縫、偏振器、準(zhǔn)直儀和其它波束操縱部件。在這樣的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中，磁體16、19通常是具有銅線圈的電磁體。這樣的電磁體是大的、昂貴的和耗能的。
[0057]現(xiàn)在參考圖2，其示意性示出以包括光激活開關(guān)21的平行帶配置的形式的電流饋電系統(tǒng)20，用于提供用于產(chǎn)生短脈沖高磁場的電流脈沖。如將在下文中所示的，將在本公開的示例性系統(tǒng)和方法中使用這樣的短脈沖磁場，以便為激光激勵(lì)的快離子或其它帶電粒子束發(fā)生器提供有效的波束操縱。饋電系統(tǒng)包括間隔開一段距離(1的一對低電感導(dǎo)體22，且每個(gè)導(dǎo)體具有寬度八。電源在端子23處被施加，且線由在其遠(yuǎn)端24處的匹配阻抗4終止。介電材料24布置在帶之間以實(shí)現(xiàn)較高輸入電壓23的施加，而沒有擊穿的危險(xiǎn)。光激活開關(guān)21可以是硅光電導(dǎo)半導(dǎo)體開關(guān)$(--，如在本領(lǐng)域中已知的，例如在匕10111-011的本文引用的113 4301362 “11^1:狀七土妨七一己 8011(1 81:^1:6 8界 11x11” 中和在？.的118 4186409 “11油1:狀七土妨七一己81110011 8界11x11”中描述的。當(dāng)由具有至少高達(dá)在設(shè)備中使用的半導(dǎo)體的帶隙能量的光子能量的具有適當(dāng)波長的激光照亮?xí)r，這樣的？033可用于在一般具有納秒數(shù)量級的非常短的時(shí)間間隔中切換高電壓(高達(dá)100”的數(shù)量級)和高電流(高達(dá)幾。
[0058]現(xiàn)在參考圖3，其示出一種方法，高電流脈沖可通過該方法用于產(chǎn)生期望磁場脈沖。電流回路31用作電流饋電系統(tǒng)20的終止端。通過選擇電流回路31的適當(dāng)幾何結(jié)構(gòu)，非常高的磁場脈沖可在回路31內(nèi)產(chǎn)生。
[0059]現(xiàn)在參考圖4，其示出另一種方法，高電流脈沖可通過該方法用于產(chǎn)生期望磁場脈沖。在圖3中，帶狀線電流饋電器終止于短路41處，且期望磁場脈沖在帶狀線的高介電材料中鉆出的孔42內(nèi)產(chǎn)生。這樣的配置通常具有比圖2的配置更有限的體積，但可達(dá)到的磁場可能更高。
[0060]圖3和4被理解為僅僅兩個(gè)可能的幾何實(shí)施方式，可通過所述幾何實(shí)施方式從高電流脈沖產(chǎn)生高磁場脈沖，且并不旨在以任何方式限制本公開。可同樣很好地使用任何可選的磁場產(chǎn)生幾何結(jié)構(gòu)。此外，這些選項(xiàng)可通過將兩個(gè)這樣的磁體定位成產(chǎn)生偶極子場、四個(gè)這樣的磁體產(chǎn)生四極子或任何其它期望的場結(jié)構(gòu)來擴(kuò)展。
[0061]現(xiàn)在如果通常提供10”和10”的這樣的帶狀線電流源在⑶處被操作，則所需的功率將非常高，達(dá)到100欣。這樣的電磁體由于所涉及的銅的數(shù)量而非常昂貴，且非常重和體積大。然而通過操作該源作為具有低到中等重復(fù)率(1-10000?)和納米數(shù)量級的脈沖寬度(使用當(dāng)前可用的？033，所有這些是可能的)的脈沖源，可使用可接受的低的平均功率耗散得到脈沖磁場。
[0062]作為例子，在1詘2重復(fù)率下，使用V = 10”和I = 10“，只需要1千瓦的平均功率來提供具有10納秒持續(xù)時(shí)間的磁場脈沖。
[0063]現(xiàn)在參考圖5和6，其示意性示出實(shí)際方法，可通過該實(shí)際方法將所需電流有效地傳送到小電磁體線圈。圖5是圖3所示的回路布置的頂視圖，而圖6是圖4所示的鉆孔布置的頂視圖。在待產(chǎn)生磁場的區(qū)域，帶寬度八減小，使得電流密度增加。這個(gè)增加與寬度減小的比率成反比。這個(gè)寬度減小在圖5中的位置51上和圖6中的位置61上示出。其它項(xiàng)目具有與前面附圖中相同的輪廓。這個(gè)幾何結(jié)構(gòu)是有利的，因?yàn)樗试S使用大區(qū)域帶狀線，具有伴隨的較低電流密度和電感，同時(shí)產(chǎn)生在適當(dāng)?shù)匦〉捏w積中的用于操縱帶電粒子束的磁場。
[0064]現(xiàn)在參考圖7，其示意性示出激光激勵(lì)的帶電粒子生成系統(tǒng)，其中具有激光脈沖的脈沖磁場的同步實(shí)現(xiàn)能量的相當(dāng)大的節(jié)約和減小的系統(tǒng)體積。
[0065]帶電粒子(例如質(zhì)子)被產(chǎn)生并當(dāng)它輻射在適當(dāng)?shù)哪繕?biāo)(例如箔、氣體噴嘴、納米結(jié)構(gòu)材料)上時(shí)在高強(qiáng)度激光的聚焦區(qū)處被加速。激光器可以是在兆瓦或甚至千兆瓦范圍內(nèi)的高峰值功率激光器，其一般可以是002、II:藍(lán)寶石、況1:玻璃激光器或這些激光器的組合。通常這樣的質(zhì)子脈沖具有完全在納秒之下的時(shí)間寬度，取決于加速激光脈沖的脈沖持續(xù)時(shí)間。雖然圖7的示例性系統(tǒng)可用于多種不同類型的帶電粒子或離子的產(chǎn)生，將在下文中從質(zhì)子束產(chǎn)生方面來描述系統(tǒng)及其不同的方面，雖然應(yīng)理解，這并不旨在以任何方式限制本申請。
[0066]在上文中在圖2到6中所示的高電流源的使用使極短脈沖磁場能夠產(chǎn)生。因?yàn)橥ㄟ^光學(xué)啟動(dòng)部件的打開來確定磁場的定時(shí)，從激光脈沖提取的激活光信號的使用使磁場脈沖能夠容易與激光所產(chǎn)生的帶電粒子的脈沖同步。在圖7中，來自脈沖激光器70的脈沖光束被顯不為射在分束器71上，分束器71將脈沖光束的一部分反射到可選地包括受控延遲線74的光路中，這可通過使用自由空間傳播或在光纖中的傳播來實(shí)現(xiàn)。這個(gè)波束被稱為門控波束，并用于選通在脈沖磁場發(fā)生器中的？(:33光激活開關(guān)77。這個(gè)場發(fā)生器在圖7中被示為具有低電感線圈76的類型。同時(shí)主脈沖激光束繼續(xù)到交互作用室72，其中高能帶電粒子流被產(chǎn)生用于由在線圈76中產(chǎn)生的脈沖磁場操縱。在操縱或能量選擇之后，帶電粒子束被引導(dǎo)到處置區(qū)域73。除了分束器以外，其它選項(xiàng)可用于提供磁場同步脈沖，例如分離泵浦激光器之一、使用來自壓縮機(jī)的未使用的反射(來自光柵的零階反射)、使用從諧波發(fā)生器留下的基頻等。此外應(yīng)注意，這樣的脈沖磁場也可與由其它裝置(例如同步加速器、回旋加速器、同步-回旋加速器等)產(chǎn)生的帶電粒子脈沖串同步。
[0067]為了用于實(shí)際應(yīng)用，通過高強(qiáng)度激光器或任何其它方法加速的帶電粒子需要朝著期望應(yīng)用區(qū)域被聚集、聚焦和/或準(zhǔn)直并轉(zhuǎn)向。在例如放射療法中，期望應(yīng)用區(qū)域是待處置的腫瘤部位。在一些情況中，帶電粒子束可甚至需要對準(zhǔn)在腫瘤內(nèi)并借助于被稱為筆形波束掃描的方法掃描的特定區(qū)段，其中窄質(zhì)子束在逐個(gè)像素“畫出”的腫瘤體積內(nèi)部被操縱。
[0068]而且，很多有療效的處置需要具有特定的能量頻譜的質(zhì)子。如果所產(chǎn)生的質(zhì)子束的能量頻譜對于特定處置的要求不足夠窄，則需要通過經(jīng)由能量選擇系統(tǒng)(￡33)傳送來從初始波束提取期望能量的質(zhì)子，能量選擇系統(tǒng)(￡33)可構(gòu)成某種類型的磁性分析器或某個(gè)其它配置。
[0069]現(xiàn)在參考圖8，其以圖形形式示意性示出磁場同步可如何在新穎的能量選擇系統(tǒng)中被使用。在圖8中，示出了在沿著路徑2從在目標(biāo)處的生成點(diǎn)傳播的質(zhì)子束80中的質(zhì)子的強(qiáng)度的示意圖。因?yàn)檫@是傳播質(zhì)子的“快照”，它也可被考慮為顯示在沿著其傳播路徑的預(yù)定點(diǎn)處的質(zhì)子的強(qiáng)度的時(shí)間曲線圖。質(zhì)子本質(zhì)上都同時(shí)從目標(biāo)開始其飛行，與激光的脈沖長度相稱。因?yàn)椴煌芰康馁|(zhì)子以不同的速度傳播，將有沿著質(zhì)子傳播的路徑的空間分散，且不同能量的質(zhì)子將到達(dá)在不同的時(shí)間將磁場應(yīng)用于波束所在的區(qū)域。這在圖8的底部圖形中被看到，其中傳播質(zhì)子80的束被標(biāo)記有通過其路徑2中的預(yù)定點(diǎn)的時(shí)間質(zhì)子能量從在時(shí)間通過預(yù)定點(diǎn)的在束的前面的最快質(zhì)子擴(kuò)展到在時(shí)間\通過預(yù)定點(diǎn)的在束的末尾處的最慢質(zhì)子。
[0070]借助于高強(qiáng)度激光在目標(biāo)上的撞擊產(chǎn)生的質(zhì)子的能量擴(kuò)展非常大，一般從最大能量的10%延伸到100%。由于對磁場相對于生成時(shí)間點(diǎn)和因此還有質(zhì)子束的飛行時(shí)間的確切應(yīng)用進(jìn)行定時(shí)的能力，通過在預(yù)先選擇的時(shí)間&開啟磁場，只有在&具有期望能量的質(zhì)子被磁場影響，朝著處置區(qū)域偏轉(zhuǎn)，同時(shí)所有更快和更慢的質(zhì)子繼續(xù)不受影響。這在圖8的上部軌跡中示出，其中質(zhì)子能量的窄帶82被選擇用在處置區(qū)域中。一般，在離發(fā)端目標(biāo)的范圍從1-50的距離處，在10-2001)860的時(shí)間期間磁場的脈沖的施加將導(dǎo)致所發(fā)射的能量的總范圍的百分之幾的質(zhì)子能量的選擇的分辨率。這樣的方法作為獨(dú)立偏轉(zhuǎn)器或與磁性分析器/28/48/或其它系統(tǒng)平行可因此用作能量選擇系統(tǒng)(￡33)。因?yàn)榭梢砸苑浅８叩木_度——一般好于1皮秒——控制在質(zhì)子脈沖和磁性脈沖之間的延遲，且磁性脈沖的上升時(shí)間也非?？欤赃@個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對僅僅具有期望能量的那些質(zhì)子的操縱的選擇。
[0071]現(xiàn)在參考圖9，其示意性示出激光激勵(lì)的帶電粒子產(chǎn)生系統(tǒng)，其類似于圖7所示的系統(tǒng)，但其中按照圖8所示的方法在能量選擇系統(tǒng)中使用與激光脈沖同步的脈沖磁場。通常指定與圖7的部件共同的系統(tǒng)的各種部件。在圖8的實(shí)現(xiàn)中，使用一對電磁體線圈91、92，其布置成使得粒子束95在垂直于在線圈91、92之間產(chǎn)生的磁場的方向上通過。在這個(gè)幾何結(jié)構(gòu)中，當(dāng)光激活開關(guān)93、94閉合時(shí)，波束路徑95由磁場偏轉(zhuǎn)到方向96，其中偏轉(zhuǎn)方向由磁場的水平和粒子能量確定。開關(guān)93、94的閉合的定時(shí)由可調(diào)節(jié)延遲線74的控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)，使得偏轉(zhuǎn)磁場91、92在帶電粒子的能量分散束通過期間在確切的時(shí)間位置處工作，使得期望能量的粒子偏轉(zhuǎn)到輸出波束96中，用于應(yīng)用在處置區(qū)域中?？稍试S未選擇的粒子進(jìn)入位于未偏轉(zhuǎn)的波束95的方向上的波束收集器。
[0072]然而，由于兩個(gè)主要原因，圖8和9所示的簡單配置可能不是能量選擇的最有效的方式。首先，由于所涉及的極短切換時(shí)間以及低電感電磁體和帶狀線電流饋電電路的諧振性質(zhì)，雖然磁場脈沖的接通時(shí)間可能非常短，具有下至幾皮秒的上升時(shí)間，但是可能更難以在質(zhì)子束橫穿場期間在所需時(shí)期末尾處斷開電流。由于電路的諧振性質(zhì)且由于從帶狀線回到磁體線圈的反射，存在振蕩電流在光激活開關(guān)的切斷之后繼續(xù)流動(dòng)的趨勢。
[0073]此外，對至少用在質(zhì)子束上的圖8和9的方法的實(shí)現(xiàn)存在實(shí)際問題。一般能量用于腫瘤的處置，這是這樣的質(zhì)子束的一般用途，對于從5到32(^的一般使用的身體組織穿透水平，范圍從大約70到2301^。然而，在能量的這個(gè)范圍內(nèi)的質(zhì)子的速度非常高，對于2301^質(zhì)子達(dá)到光速的大約三分之二。最佳地需要的最低能量范圍分辨率，以便例如執(zhí)行腫瘤的逐個(gè)切片掃描，一般幾毫米的每個(gè)切片需要幾167的增量來克服增加的吸收深度。然而，為了在空間上足夠分散這個(gè)能量范圍的質(zhì)子束，以便能夠選擇具有在這個(gè)方法中可實(shí)現(xiàn)的磁性脈沖寬度的1167的數(shù)量級的能量范圍，必須允許束從源目標(biāo)行進(jìn)至少幾米的距離。這樣的長距離是不實(shí)際的，并使整個(gè)安裝變得難處理。由于這些限制，能量選擇的更有效的方式將是有用的。
[0074]因?yàn)榇艌龅纳仙龝r(shí)間可能短至幾皮秒的數(shù)量級，使用磁場同步來選擇能量的更有效的方法在圖10中示出，其中磁場脈沖的前沿用于限定由設(shè)備選擇的質(zhì)子能量擴(kuò)展。在這個(gè)配置中，質(zhì)子被選擇時(shí)的時(shí)間點(diǎn)由第一磁體中的磁場在期望開始在選定能帶中的質(zhì)子的操縱時(shí)的時(shí)刻的應(yīng)用，接著是在相反方向上的第二磁體中的磁場在期望終止在選定能帶的另一端的質(zhì)子的操縱時(shí)的時(shí)刻的應(yīng)用來限定。在圖10中，具有范圍從束的末尾的最慢質(zhì)子101到束的頭部的最快質(zhì)子102的質(zhì)子能量的分散范圍的質(zhì)子束100被顯示為沿著其路徑2移動(dòng)。期望質(zhì)子能帶由分散質(zhì)子束的帶括號部分103表示。一般具有上面描述的類型的兩個(gè)高速磁體線圈105、106位于質(zhì)子能量的選擇點(diǎn)處，第二線圈106接近第一線圈105且橫向偏離第一線圈。
[0075]現(xiàn)在參考圖11，其示出如在磁體105和106中的磁場實(shí)現(xiàn)的質(zhì)子選擇過程。當(dāng)沒有磁場被施加時(shí)，質(zhì)子束沿著其原始路徑2繼續(xù)，如最快質(zhì)子112所示的。在第一磁體105中的場被施加的時(shí)刻，來自該時(shí)間點(diǎn)的質(zhì)子沿著路徑20以角度0從其原始軌跡2偏轉(zhuǎn)。當(dāng)質(zhì)子的期望能量頻譜的選擇完成時(shí)，第二磁場施加到線圈106，第二場具有與第一場相同的場強(qiáng)但相反的符號，使得它抵消來自線圈105的第一磁場。在質(zhì)子束上操作的凈磁場因此本質(zhì)上返回到零，且從該時(shí)間點(diǎn)向前，由質(zhì)子組111表示的質(zhì)子在其原始未偏轉(zhuǎn)的路徑2上繼續(xù)。一旦這個(gè)選擇過程完成，兩個(gè)磁場可被允許落到零。角度和時(shí)間選擇的這種形式的優(yōu)點(diǎn)是，可依賴于磁場的非常快的上升時(shí)間，其可通過電流饋電器和場生成幾何結(jié)構(gòu)例如在上文中在圖2到6中所示的那些幾何結(jié)構(gòu)的使用來實(shí)現(xiàn)。因此，初始波束偏轉(zhuǎn)時(shí)間可被確定為在第一場上升時(shí)間的幾皮秒內(nèi)，且波束偏轉(zhuǎn)的結(jié)束也可被確定為在第二場上升時(shí)間的幾皮秒內(nèi)?？梢员仍谏衔闹性趫D8所示的系統(tǒng)中的接近得多地控制這樣選擇的能量的范圍。
[0076]現(xiàn)在參考圖12，其為對于圖10和11的￡33實(shí)施方式的外加磁場與時(shí)間的關(guān)系的時(shí)間曲線。正跡線120示出上升到+?的場強(qiáng)的第一場，在該水平處，質(zhì)子從其原始軌跡指向角9。第一場+?在時(shí)間\被施加，且這個(gè)場的上升時(shí)間由時(shí)段給出。負(fù)跡線121示出在時(shí)間&被施加的第二場-8。，且這個(gè)場的上升時(shí)間由時(shí)段給出。時(shí)間八7(在其期間，凈場—8。施加到分散質(zhì)子束)因此由下式給出:
[0077]厶丁=(1)
[0078]如前面提到的，因?yàn)閳龅纳仙龝r(shí)間可產(chǎn)生得這么快，一般在幾百皮秒的脈沖選擇時(shí)間中的幾皮秒，
[0079]=-- 厶！' (2)
[0080]應(yīng)注意，場不需要在其落到零時(shí)同步，因?yàn)槌怂健?。以外的任何凈場將不導(dǎo)致質(zhì)子束從其原始軌跡在其期望角度9下被引導(dǎo)，該角度是具有所需能量的質(zhì)子被選擇用在處置區(qū)域中時(shí)的角度。
[0081]使用例如回旋加速器的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的一個(gè)缺點(diǎn)是它們產(chǎn)生高水平的中子。每當(dāng)高于大約10167的激活水平的能量的快質(zhì)子束擊中目標(biāo)時(shí)，中子產(chǎn)生。在這樣的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中，通過使用插入波束中的雙楔以吸收質(zhì)子來控制回旋加速器的能量。如在上文中在圖8到12中描述的在本公開中所示的飛行時(shí)間能量選擇配置的一般優(yōu)點(diǎn)是，它們導(dǎo)致比這樣的現(xiàn)有技術(shù)回旋加速器系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上更低水平的中子生成。在當(dāng)前描述的配置中，未選擇的質(zhì)子都沿著單個(gè)路徑被引導(dǎo)，其中很好地屏蔽的波束收集器可位于遠(yuǎn)處，且不需要使用其它波束吸收器。
[0082]本領(lǐng)域中的技術(shù)人員認(rèn)識到，本發(fā)明不限于在上文中特別示出和描述的內(nèi)容。更確切地，本發(fā)明的范圍包括上文描述的各種特征的組合和子組合以及本領(lǐng)域中的技術(shù)人員在閱讀上面的描述時(shí)將想到的且不在現(xiàn)有技術(shù)中的對本發(fā)明的變化和修改。
【權(quán)利要求】
1.一種用于產(chǎn)生帶電粒子的脈沖的系統(tǒng)，包括: 脈沖激光源，其發(fā)射激光脈沖； 目標(biāo)，其適合于在被所述激光脈沖撞擊時(shí)產(chǎn)生帶電粒子的所述脈沖； 電流饋電組件，其適合于將電流供應(yīng)到至少一個(gè)電磁體，所述電磁體定位成使得它的磁場指向所述帶電粒子的至少一個(gè)脈沖的至少部分，所述電流饋電組件包括光激活開關(guān)，當(dāng)光照落在所述光激活開關(guān)上時(shí)，所述光激活開關(guān)使電流能夠流到所述至少一個(gè)電磁體；以及 控制系統(tǒng)，其適合于將從所述激光脈沖得到的光照引導(dǎo)到所述光激活開關(guān)上，使得與帶電粒子的所述脈沖的產(chǎn)生同步地對所述至少一個(gè)電磁體通電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述電流饋電組件包括帶狀線，所述帶狀線包括由介電材料隔開的一對平行布置的導(dǎo)體帶。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，至少一個(gè)電磁體包括連接到所述電流饋電組件的單個(gè)回路或在所述電流饋電組件的端部處的短路線。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，至少一個(gè)電磁體包括在所述帶狀線的端部處的短路線附近的所述介電材料中形成的孔。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述磁場適合于通過下列操作中的任一個(gè)來引導(dǎo)帶電粒子的至少一個(gè)所述脈沖的所述至少部分:掃描、偏轉(zhuǎn)或聚焦所述帶電粒子的波束。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述帶電粒子的至少一個(gè)脈沖的所述至少部分包括所述至少一個(gè)脈沖的全部。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到5中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述至少一個(gè)脈沖的所述至少部分是具有預(yù)選范圍的粒子能量的一部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，所述控制系統(tǒng)配置成只在具有所述預(yù)選范圍的粒子能量的所述至少一個(gè)脈沖的所述至少一部分橫穿所述電磁體時(shí)將從所述激光脈沖得到的光照弓I導(dǎo)到所述光激活開關(guān)上。
9.根據(jù)權(quán)利要求7和8中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述電磁體位于離所述目標(biāo)一段距離處，使得在所述至少一個(gè)脈沖中的所述粒子的能量分散足以使得能夠通過所述至少一個(gè)電磁體和所述電流饋電組件的響應(yīng)時(shí)間來在時(shí)間上分解所述預(yù)選范圍的粒子能量。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述控制系統(tǒng)包括光延遲元件，所述光延遲元件適合于控制從所述激光脈沖得到的光照被施加到所述光激活開關(guān)時(shí)的時(shí)間。
11.一種產(chǎn)生帶電粒子的脈沖的方法,包括: 將激光脈沖投射到適合于在被所述激光脈沖撞擊時(shí)產(chǎn)生帶電粒子的所述脈沖的目標(biāo)上； 借助于由電流通電的電磁體產(chǎn)生脈沖磁場，所述電磁體定位成引導(dǎo)所述帶電粒子的至少一個(gè)脈沖的至少部分； 借助于光激活開關(guān)來切換所述電流；以及 使用從所述激光脈沖得到的光來照射所述光激活開關(guān)，使得與帶電粒子的所述脈沖的產(chǎn)生同步地啟動(dòng)所述脈沖磁場。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，帶電粒子的至少一個(gè)脈沖的所述至少部分的所述引導(dǎo)包括下列操作中的任一個(gè):掃描、偏轉(zhuǎn)或聚焦所述帶電粒子的波束。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，激活所述脈沖磁場來引導(dǎo)所述帶電粒子的所述至少一個(gè)脈沖的全部。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，激活所述脈沖磁場來引導(dǎo)所述帶電粒子的所述至少一個(gè)脈沖的所述至少一部分。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述帶電粒子的所述至少一個(gè)脈沖的所述至少一部分是具有所述預(yù)選范圍的粒子能量的一部分。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述脈沖磁場引導(dǎo)具有所述預(yù)選范圍的粒子能量的粒子遠(yuǎn)離在所述至少一個(gè)脈沖中的其它粒子。
17.根據(jù)權(quán)利要求14到16中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，在預(yù)定的所述至少一個(gè)激光脈沖的那部分期間激活所述脈沖磁場，使得所述脈沖磁場偏轉(zhuǎn)具有所述預(yù)選范圍的粒子能量的所述至少一個(gè)脈沖的所述部分。
18.一種用于通過使激光脈沖在目標(biāo)上的撞擊而產(chǎn)生的帶電粒子的脈沖的能量選擇系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 電流源，其包括由來自所述激光脈沖的光激活的光激活開關(guān)； 至少一個(gè)電磁體，其由所述電流源饋電，產(chǎn)生能夠與所述激光脈沖同步地切換的磁場，所述至少一個(gè)電磁體布置成使得當(dāng)所述至少一個(gè)電磁體被通電時(shí)所述帶電粒子偏轉(zhuǎn)離開其原始路徑；以及 控制系統(tǒng)，其被配置成在適合于偏轉(zhuǎn)帶電粒子的所述脈沖中的包括待選擇的能量范圍的粒子的那一部分的預(yù)定時(shí)間段期間激活所述磁場。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的能量選擇系統(tǒng)，其中，所述至少一個(gè)電磁體被布置在離所述目標(biāo)一段距離處，使得在所述至少一個(gè)脈沖中的所述粒子的能量分散足以使得能夠在時(shí)間上通過所述控制系統(tǒng)分解待選擇的所述能量范圍的粒子。
20.根據(jù)權(quán)利要求18和19中的任一項(xiàng)所述的能量選擇系統(tǒng)，其中，所述控制系統(tǒng)配置成從所述預(yù)定時(shí)間段的開始到所述預(yù)定時(shí)間段的結(jié)束一直激活所述至少一個(gè)電磁體，使得所述預(yù)定時(shí)間段由所述磁場的存在來限定。
21.根據(jù)權(quán)利要求18到20中的任一項(xiàng)所述的能量選擇系統(tǒng)，其中，所述控制系統(tǒng)包括可變光延遲線。
22.—種從由激光脈沖在目標(biāo)上的撞擊產(chǎn)生的帶電粒子的脈沖選擇具有預(yù)定能量范圍的帶電粒子的方法，所述方法包括: 將來自光學(xué)地切換的源的電流提供到產(chǎn)生磁場的至少一個(gè)電磁體,所述至少一個(gè)電磁體布置成使得當(dāng)所述至少一個(gè)電磁體被激活時(shí)所述帶電粒子偏轉(zhuǎn)離開其原始路徑偏轉(zhuǎn)；以及 在預(yù)定時(shí)間段期間與所述激光脈沖同步地切換所述至少一個(gè)磁場，使得帶電粒子的所述脈沖中包括待選擇的能量范圍的粒子的那一部分被所述至少一個(gè)磁場偏轉(zhuǎn)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中，所述磁場布置在離所述目標(biāo)一段距離處，使得在所述至少一個(gè)脈沖中的所述粒子的能量分散是足以使得待選擇的所述能量范圍的粒子能夠在時(shí)間上被分解。
24.根據(jù)權(quán)利要求22和23中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，從所述預(yù)定時(shí)間段的開始到所述預(yù)定時(shí)間段的結(jié)束一直激活所述至少一個(gè)磁場。
25.根據(jù)權(quán)利要求22到24中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，通過可變光延遲線的使用來選擇所述預(yù)定時(shí)間段。
26.一種用于從帶電粒子的脈沖選擇具有預(yù)定能量范圍的帶電粒子的能量選擇系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 第一電磁體和第二電磁體,每個(gè)電磁體產(chǎn)生能夠與所述激光脈沖同步地切換的磁場，所述第一電磁體和第二電磁體布置成相互接近并且在當(dāng)所述第一電磁體和第二電磁體被通電時(shí)所述帶電粒子偏轉(zhuǎn)離開其原始路徑的位置上；以及 控制系統(tǒng)，其適合于在當(dāng)處于所述能量范圍的一端的粒子橫穿所述第一電磁體時(shí)的時(shí)間激活所述第一電磁體以產(chǎn)生第一預(yù)定磁場，并在當(dāng)處于所述能量范圍的另一端的粒子橫穿所述第二電磁體時(shí)的時(shí)間激活所述第二電磁體以產(chǎn)生具有與所述第一預(yù)定磁場相同的強(qiáng)度但相反的符號的磁場。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的能量選擇系統(tǒng)，其中，由激光脈沖在目標(biāo)上的撞擊產(chǎn)生帶電粒子的所述脈沖，并且通過對到所述電磁體的電流的光學(xué)控制來切換所述磁場。
28.一種從帶電粒子的脈沖選擇具有預(yù)定能量范圍的帶電粒子的方法，包括: 給第一電磁體和第二電磁體供電，所述第一電磁體和第二電磁體布置成相互接近并且在使得當(dāng)被通電時(shí)所述帶電粒子偏轉(zhuǎn)離開其原始路徑的位置上； 當(dāng)在能量的所述范圍的一端處的粒子橫穿所述第一磁場時(shí)的時(shí)間激活所述第一磁場；以及 當(dāng)在能量的所述范圍的另一端處的粒子橫穿所述第二磁場時(shí)的時(shí)間激活所述第二磁場， 其中，所述第一磁場和所述第二磁場具有本質(zhì)上相等的強(qiáng)度但具有相反的符號。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中，由激光脈沖在目標(biāo)上的撞擊產(chǎn)生帶電粒子的所述脈沖，并且通過對激活所述第一磁場和所述第二磁場的電流的光學(xué)控制來切換所述磁場。
【文檔編號】H01J23/087GK104350571SQ201380012167
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年1月31日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月31日
【發(fā)明者】E·G·納胡姆, S·艾森曼, A·齊格勒, S·布林克-達(dá)南, Y·卡齊爾 申請人:希爾應(yīng)用醫(yī)學(xué)有限公司