用于重离子治疗的交替相位聚焦IH-DTL的设计与测试

《IEEE Transactions on Nuclear Science》：Design and test of an alternating phase focused IH-DTL for heavy ion therapy

重离子癌症治疗装置HIMM升级为高能直线加速器系统，包含ECRIS、RFQ和双IH-DTL加速器，采用200MHz同步频率和APF聚焦技术，首期IH-DTL1实现81单元加速，C4+离子束流能量达4.0MeV/u，传输效率超95%，并引入1.6安全Kp因子，完成多阶段测试验证。

　　

摘要：

经过五年的运行，位于甘肃省武威市的基于回旋加速器注入技术的中子癌治疗设备（HIMM）展现了非常好的治疗效果。然而，随着加速器技术的发展以及临床对高强度束流需求的增加，回旋加速器注入器已成为限制该设备性能提升的关键因素。因此，一种基于高强度直线加速器的新型中子癌治疗设备被开发出来。该注入系统主要由电子回旋共振离子源（ECRIS）、射频四极杆（RFQ）直线加速器和两个Interdigital H模式漂移管直线加速器（IH-DTL）组成，这三台加速器均工作在200 MHz的相同频率下。两个IH-DTL的束流动力学采用了交替相位聚焦（APF）方案，这是中国首次在医用中子直线加速器的IH-DTL中应用该方案。首个IH-DTL（IH-DTL1）已成功设计完成，包含81个加速单元。束流动力学模拟表明，IH-DTL1能够将C4+离子束的峰值电流从0.6 MeV/u加速到4.0 MeV/u，同时保持超过95%的传输效率。为确保运行安全和稳定性，设计中采用了1.6的保守Kilpatrick因子（Kp）来降低电压击穿风险。在腔体制造完成后，进行了包括冷测试、高功率测试和束流调试实验在内的全面测试。本文详细阐述了IH-DTL1的设计过程和实验结果。