ES2301631T3 - Aparato para preaceleracion de haces de iones utilizados en un sistema de aplicacion de haces de iones pesados. - Google Patents

Abstract

Un aparato para preaceleración de haces de iones y adaptación optimizada de los parámetros del haz, adecuado para uso en sistemas de aplicación de haces de iones pesados, que comprende: - un acelerador cuadripolo de radiofrecuencia (RFQ) que tiene dos pares de minipaletas (EL) soportados por una pluralidad de vástagos alternantes (ST) que aceleran los iones, en donde dicho cuadripolo de radiofrecuencia (RFQ) tiene una abertura que aumenta hacia el final de su estructura y en donde dicho cuadripolo de radiofrecuencia (RFQ) tiene adicionalmente una fase síncrona que aumenta hacia 0 grados hacia el final de la estructura, - una sección de adaptación interdepósitos completa para adaptación de los parámetros de los haces de iones que proceden del acelerador cuadripolo de radiofrecuencia (RFQ) a los parámetros requeridos por un acelerador lineal de tubo de deriva subsiguiente (DTL), - dos tubos de deriva reagrupadores posicionados a la salida del cuadripolo de radiofrecuencia (RFQ), caracterizados porque los tubos de deriva del reagrupador están integrados en el depósito del cuadripolo de radiofrecuencia (RFQ).

Description

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Aparato para preaceleración de haces de iones utilizados en un sistema de aplicación de haces de iones pesados.

La presente invención se refiere a un aparato para preaceleración de haces de iones y adaptación optimizada de los parámetros del haz utilizados en un sistema de aplicación de haces de iones pesados de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.

Por la Patente US 4.870.287 se conoce un sistema de aplicación de haces de protones para generación y transporte selectivos de haces de protones procedentes de una fuente de protones simple. La desventaja de un sistema de este tipo es que la flexibilidad para tratamiento de pacientes está muy limitada a haces de protones relativamente poco eficaces.

Un ejemplo de una línea de transporte de iones pesados se da en Ratzinger et al.: "A new matcher type between RFQ and IH-DTL for the GSI High Current Heavy Ion Prestripper LINAC" - Proc. of the XVIII Int. Linear Accelerator Conf. - (LINAC 96) - Ginebra, Suiza, 26-30 agosto 1996 - Páginas 128-130, Vol. 1.

Es un objeto de la presente invención proporcionar un aparato mejorado para preaceleración de haces de iones y adaptación optimizada de los parámetros del haz utilizados en un sistema de aplicación de haces de iones pesados.

Este objeto se consigue por la materia que constituye el objeto de la reivindicación independiente. Características de realizaciones preferidas se definen en las reivindicaciones subordinadas.

De acuerdo con la invención, se proporciona un aparato para preaceleración de haces de iones y adaptación optimizada de los parámetros del haz utilizados en un sistema de aplicación de haces de iones pesados que comprende un acelerador cuadripolo de radiofrecuencia que tiene dos pares de minipaletas soportados por una pluralidad de vástagos alternantes que aceleran los iones desde aproximadamente 8 keV/u hasta aproximadamente 400 keV/u y una sección de adaptación interdepósitos para adaptar los parámetros de los haces de iones que proceden del acelerador cuadripolo de radiofrecuencia a los parámetros requeridos por un acelerador lineal de tubo de deriva subsiguiente.

Para la adaptación de los parámetros transversales y longitudinales del haz de potencia de un acelerador cuadripolo de Radio-Frecuencia (RFQ) a los valores requeridos en la inyección en un Drift Tube Linac (DTL) subsiguiente - donde linac es una abreviatura de acelerador lineal - se propone un esquema muy compacto a fin de simplificar la operación, aumentar la fiabilidad del sistema y ahorrar costes de inversión y operación.

En la presente invención, el cuadripolo de radiofrecuencia tiene una abertura incrementada hacia el extremo de su estructura. Esto presenta la ventaja de que la fuerza de enfoque transversal hacia el extremo del RFQ se reduce y que se alcanza un ángulo máximo del haz de aproximadamente 20 mrad o menos a la salida del RFQ. Esto permite un enfoque transversal muy uniforme a lo largo de la sección de adaptación interdepósitos y una adaptación optimizada para un DTL subsiguiente de tipo IH (IH-DTL) en los planos de la fase transversal. Esto presenta la ventaja de un crecimiento minimizado de la emitancia del haz durante la aceleración a lo largo del IH-DTL, y, por tanto pérdidas del haz minimizadas. Una ventaja adicional de un enfoque muy uniforme a lo largo de la sección de adaptación interdepósitos es que es suficiente a lo largo de dicha sección un número mínimo de elementos de enfoque.

En una realización preferida de la presente invención, están posicionados dos tubos de deriva de reagrupación a la salida de dicho cuadripolo de radiofrecuencia y están integrados en el depósito del RFQ para adaptación de los parámetros del haz en el plano de la fase longitudinal. De este modo se consiguen una anchura de fase bien definida inferior a \pm15 grados a la entrada del linac del tubo de deriva y un haz longitudinalmente convergente en la inyección de la primera sección de aceleración del IH-DTL. Esta realización presenta la ventaja de que no es preciso instalar ninguna cavidad adicional de agrupación en la sección de adaptación interdepósitos para alcanzar un enfoque longitudinal suficiente. Debido a las ventajas de la presente invención, dicha cavidad adicional de agrupación, así como el equipo adicional de rf requerido para operar dicha cavidad pueden salvarse, aumentando la fiabilidad del sistema global y conduciendo a una operación más fácil.

En una realización adicional preferida de la presente invención, dicho RFQ tiene una fase síncrona que aumenta hacia 0 grados hacia el final de la estructura. Esto presenta la ventaja de que el espacio de deriva frente a dichos dos tubos de deriva de reagrupación integrados en el depósito del RFQ pueden minimizarse y que el efecto de dichas lagunas de reagrupación puede optimizarse.

En una realización preferida adicional de la presente invención, el cuadripolo de radiofrecuencia se hace operar a la misma frecuencia que el linac del tubo de deriva posicionado aguas abajo, en donde linac es una abreviatura de acelerador lineal. Esto presenta la ventaja de que no es necesario medio alguno de adaptación de frecuencias.

En una realización adicional de la presente invención, la sección de adaptación interdepósitos comprende un imán conductor-xy aguas abajo de dicho cuadripolo de radiofrecuencia y un doblete de cuadripolos posicionado aguas abajo de dicho conductor-xy. Esto presenta la ventaja de que permite una adaptación en los planos de la fase transversal con un número mínimo de elementos adicionales.

En una realización preferida adicional de la presente invención, la sección de adaptación interdepósitos comprende una cámara de diagnóstico que encierra una sonda de fase capacitiva y/o un transformador del haz posicionado en el extremo de la sección de adaptación interdepósitos. Estos medios de diagnóstico presentan la ventaja de que pueden medir la corriente del haz y una forma de los impulsos del haz, respectivamente, durante la operación del sistema sin perturbar el haz. Por consiguiente, estos medios de diagnóstico son muy eficaces para controlar in situ la corriente del haz y la forma de impulso, respectivamente.

La invención se explica a continuación con respecto a realizaciones de acuerdo con los dibujos subsiguientes.

Fig. 1 muestra un dibujo esquemático de un linac inyector completo para un sistema de aplicación de haces de iones que contiene un aparato para y pre-aceleración de haces de iones pesados y adaptación optimizada de los parámetros del haz.

Fig. 2 muestra una vista esquemática de la estructura del cuadripolo de radiofrecuencia;

Fig. 3 muestra un dibujo esquemático de una sección de adaptación interdepósitos completa.

Fig. 4 muestra ejemplos adicionales para envueltas del haz en un sistema de transporte de haces de baja energía;

Fig. 5 muestra los parámetros de estructura del cuadripolo de radiofrecuencia (RFQ) a lo largo del RFQ;

Fig. 6 muestra proyecciones espaciales de fase de la distribución de partículas al comienzo de los electrodos RFQ;

Fig. 7 muestra proyecciones espaciales de fase de la distribución de partículas a la entrada del IH-DTL.

Fig. 8 muestra la anchura de fase simulada del haz a la entrada del IH-DTL para voltajes de laguna totales diferentes en las lagunas de reagrupación integradas en el RFQ.

Fig. 9 muestra una fotografía de un modelo RF de una parte de los electrodos del RFQ y los dos tubos de deriva integrados en el depósito del RFQ.

Fig. 10 muestra los resultados de medidas de perturbación de cuentas aisladoras del haz utilizando dicho modelo de Fig. 9.

Los signos de referencia dentro de Fig. 1, 2 y 4 se definen como sigue:

ECRIS1

Fuentes de iones de resonancia ciclotrónica del primer electrón para iones pesados como ^{12}C^{4+}, ^{16}C^{6+}

ECRIS2

Fuentes de iones de resonancia ciclotrónica del segundo electrón para iones ligeros como H_{2}^{+}, H_{3}^{+} o ^{3}He^{+}

SOL

Imán de solenoide a la salida de ECRIS1 y ECRIS2 y a la entrada de un cuadripolo de radiofrecuencia (RFQ)

BD

Bloque de diagnóstico del haz que comprende rejillas de perfil y/o copas de Faraday y/o un transformador del haz y/o una sonda de fase capacitiva

SL

Rendija

QS1

Singulete de cuadripolo magnético de la primera rama

QS2

Singulete de cuadripolo magnético de la segunda rama

QD

Doblete de cuadripolo magnético

QT

Triplete de cuadripolo magnético

SP1

Imán del espectrómetro de la primera rama

SP2

Imán del espectrómetro de la segunda rama

SM

Imán de conmutación

CH

Interruptor de macroimpulsos

RFQ

Acelerador del cuadripolo de radiofrecuencia

IH-DTL

Linac del tubo de deriva del tipo IH

SF

Hoja delgada separadora

EL

Electrodos de la estructura del RFQ

ST

Vástagos de soporte que transportan los electrodos de la estructura del RFQ

BP

Placa base de la estructura del RFQ

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a) (Fig. 4) Radio de abertura

b) (Fig. 4) Parámetro de modulación

c) (Fig. 4) Fase síncrona

d) (Fig. 4) Avance de la fase de corriente cero en dirección transversal

e) (Fig. 4) Avance de la fase de corriente cero en dirección longitudinal

Fig. 1 muestra un dibujo esquemático de un linac inyector completo para un sistema de aplicación de haces de iones que contiene un aparato para y preaceleración de haces de iones pesados y adaptación optimizada de los parámetros del haz. Las tareas de las diferentes secciones de Fig. 1 que contienen dicho aparato para preaceleración de haces de iones pesados y adaptación optimizada de los parámetros del haz y los componentes correspondientes pueden resumirse en los puntos siguientes:

1. La producción de iones, preaceleración de los iones hasta una energía cinética de 8 keV/u y formación de haces de iones con calidades del haz suficientes se realizan en dos fuentes de iones independientes y los sistemas de extracción de la fuente de iones. Para operación de rutina, una de las fuentes de iones debería suministrar una especie iónica de LET alta (^{12}C^{4+} y ^{16}O^{6+}, respectivamente), en tanto que la otra fuente de iones producirá haces de iones de LET baja (H_{2}^{+}, H_{3}^{+} o ^{3}He^{1+}).

2. Los estados de carga a utilizar para aceleración del linac inyector están separados en dos líneas de espectrómetro independientes. La conmutación entre la especie de iones seleccionada de las dos ramas de la fuente de iones, el control de la intensidad del haz (requerido para el método de trama-escaneo controlado en intensidad), la adaptación de los parámetros del haz a los requerimientos del acelerador lineal subsiguiente y la definición de la longitud del impulso del haz acelerado en el linac se realizan en la línea de transporte del haz de baja energía (LEBT).

3. El acelerador lineal está constituido por un acelerador cuadripolo de radiofrecuencia corto (RFQ) de aproximadamente 1,4 m de longitud, que acelera los iones desde 8 keV/u a 400 keV/u y cuyos parámetros principales se muestran en la Tabla 1.

TABLA 1 Parámetros principales del RFQ

1

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El acelerador lineal está constituido adicionalmente por una sección de adaptación de haces compacta de aproximadamente 0,25 m de longitud y un linac con tubo de deriva de tipo IH de 3,8 m de longitud (IH-DTL) para la aceleración efectiva hasta la energía en el extremo del linac de 7 MeV/u.

4. Los electrones restantes se separan en una hoja separadora delgada localizada aproximadamente 1 m por detrás del IH-DTL a fin de producir los estados de carga mayores posibles antes de la inyección en el sincrotrón a fin de optimizar la eficiencia de aceleración del sincrotrón (Tabla 2).

La Tabla 2 muestra los estados de carga de todas las especies de iones propuestas para aceleración en el linac inyector (columna izquierda) y detrás de la hoja separadora (columna derecha).

TABLA 2

2

El diseño del sistema inyector que comprende la presente invención presenta la ventaja de resolver los problemas especiales en una máquina médica instalada en un entorno hospitalario, que son de alta fiabilidad así como parámetros del haz estables y reproducibles. Adicionalmente, compacidad, y requerimientos operativos y de mantenimiento reducidos. Ventajas adicionales son los bajos costes de inversión y operación del aparato.

Tanto el RFQ como el IH-DTL están diseñados para relaciones de masa a carga iónica A/q S 3 (ión de diseño ^{12}C^{4+}) y una frecuencia de operación de 216,816 MHz. Esta frecuencia comparativamente alta permite utilizar un diseño de LINAC totalmente compacto y, por tanto, reducir el número de cavidades independientes y transmisores de potencia RF. La longitud total del inyector, con inclusión de las fuentes de iones y la hoja separadora, es alrededor de 13 m. Debido a que los impulsos del haz requeridos por el sincrotrón son más bien cortos para tasa de repetición baja, es suficiente un ciclo de servicio RF muy pequeño, de aproximadamente 0,5% y presenta la ventaja de reducir mucho los requerimientos de refrigeración. Por consiguiente, tanto los electrodos de la estructura del RFQ semejante a 4 varillas como los tubos de deriva dentro del IH-DTL no precisan refrigeración directa (únicamente la placa base de la estructura del RFQ y las vigas de la estructura IG están refrigeradas por agua), reduciendo los costes de construcción significativamente y mejorando la fiabilidad del sistema.

Fig. 2 muestra una vista esquemática de la estructura del cuadripolo de radiofrecuencia (RFQ).

Un acelerador de RFQ compacto semejante a cuatro varillas equipado con electrodos semejantes a minipaletas de aproximadamente 1,3 m de longitud está diseñado para aceleración desde 8 keV/u a 400 keV/u (Tabla 1). El resonador está constituido por 4 electrodos dispuestos como un cuadripolo. Electrodos diagonalmente opuestos están conectados por 16 vástagos de soporte que están montados sobre una placa base común.

Cada vástago está conectado a dos minipaletas opuestas. El campo del cuadripolo RF entre los electrodos se consigue por una resonancia \lambda/2 que resulta de los electrodos que actúan como capacitancia y los vástagos que actúan como inductividad. La estructura completa está instalada en un depósito cilíndrico con un diámetro interior de aproximadamente 0,25 m. Dado que los pares de electrodos están situados en los planos horizontal y vertical, respectivamente, la estructura completa está montada en un ángulo de 45º con respecto a estos planos.

La estructura se hace funcionar a la misma frecuencia RF de 216,816 MHz que se aplica al IH-DTL. El voltaje de electrodo es 70 kV y la potencia pico RF requerida asciende a aproximadamente 100 kW. La longitud de impulso RF de aproximadamente 500 \mus para una tasa de repetición de impulsos de 10 Hz corresponde a un pequeño ciclo de servicio RF de 0,5%. Por tanto, no es necesaria refrigeración directa alguna para los electrodos y únicamente la placa base está refrigerada por agua.

Fig. 3 muestra un dibujo esquemático de una sección de adaptación entre depósitos.

Para adaptación de los parámetros del haz de salida transversal y longitudinal del RFQ a los valores requeridos para inyección en el IH-DTL, se proporciona un esquema muy compacto a fin de simplificar la operación y aumentar la fiabilidad de la máquina.

Aunque tanto el RFQ como el IH-DTL se hacen funcionar a la misma frecuencia, se requiere una agrupación longitudinal para asegurar una amplitud de fase bien definida inferior a \pm15º a la entrada del DTL y alcanzar un haz longitudinalmente convergente en la inyección en la primera sección \varphi_{S} = 0º en el DTL. Para dicho propósito, se proporciona la integración de dos tubos de deriva en el extremo de alta energía del resonador RFO, que está soportada por una sección reagrupadora adicional IH-interna \varphi_{S} = -35º constituida por las dos primeras lagunas del IH-DTL.

Con relación a la dinámica del haz transversal, el RFQ y el IH-DTL tienen estructuras de enfoque diferentes. Mientras que a lo largo del RFQ se aplica una red FODO con un periodo de enfoque de \beta\lambda, a lo largo del IH-DTL se aplica un esquema de enfoque triplete-deriva-triplete con periodos de enfoque de al menos 8 \beta\lambda. A la salida de los electrodos RFQ, el haz es convergente en una dirección transversal y divergente en la otra dirección, en tanto que se requiere un haz enfocado en ambas direcciones transversales a la entrada del IH-DTL. Para realizar esta adaptación transversal, es suficiente un doblete de cuadripolos magnéticos cortos con una longitud efectiva de 49 mm de cada uno de los imanes del cuadripolo, que estará situado dentro de dicha sección de adaptación interdepósitos de la Fig. 3 entre los depósitos RFQ e IH. Adicionalmente, está montado un pequeño conductor-xy en la misma cámara de dicha sección de adaptación interdepósitos directamente enfrente de los imanes doblete del cuadripolo. Esta unidad magnética va seguida por una cámara de diagnóstico corta de aproximadamente 50 mm de longitud, constituida por una sonda de fase capacitiva y un transformador del haz. La longitud mecánica entre el reborde de salida del RFQ y el reborde de entrada del IH-DTL es aproximadamente 25 cm.

El diseño de la sección de adaptación interdepósitos determina también la energía final del RFQ: basado en la longitud mecánica dada de la sección de adaptación, la energía final del RFQ se selecciona de tal modo que pueden proporcionarse los parámetros del haz requeridos a la entrada del IH-DTL. Si la energía de los iones es demasiado pequeña, aparece un foco longitudinal pronunciado, es decir una cintura en la anchura de fase del haz, entre el RFQ y el IH-DTL. Cuanto más próxima es la posición del foco al RFQ, tanto menor es la energía del haz. Por tanto, para un diseño dado del RFQ y el esquema del reagrupador subsiguiente, la anchura de fase a la entrada del IH-DTL aumenta con la energía final decreciente del RFQ. Pero si la anchura de fase a la entrada del IH-DTL es demasiado grande, ocurre un crecimiento importante de las emitancias del haz tanto longitudinal como transversal a lo largo del DTL, lo cual se evita por la presente invención. Finalmente, después de estudios detallados de simulación dinámica de haces a lo largo del RFQ, la sección interdepósitos y el IH-DTL, se ha seleccionado una energía final del RFQ de 400 keV/u, dado que esta energía proporciona los parámetros del haz requeridos a la entrada del IH-DTL, y permite un diseño muy compacto del RFQ con un consumo moderado de potencia RF.

Fig. 4 muestra los parámetros de estructura del cuadripolo de radiofrecuencia (RFQ) a lo largo del RFQ. Los diferentes parámetros de estructura se representan gráficamente en función del número de celdillas de la estructura de aceleración del RFQ.

La curva a) muestra el radio de abertura de la estructura. La abertura de radio del RFQ es aproximadamente 3 \pm0,3 mm a lo largo de la mayor parte de la estructura, que es comparable a la longitud de celdilla al comienzo de \beta\lambda/2 \approx 2,9 mm. El radio de abertura está fuertemente aumentado en la sección de adaptación radial corta constituida por las primeras pocas celdillas RFQ hacia el comienzo de la estructura a fin de aumentar la aceptación para radios del haz mayores.

La abertura del RFQ se incrementa también hacia el final de la estructura, conduciendo a una fuerza de enfoque decreciente que garantiza un ángulo máximo del haz de 20 mrad a la salida del RFQ. Esta mejora de la presente invención presenta la ventaja de permitir una sección de adaptación muy corta para adaptación de los parámetros del haz transversales proporcionados por el RFQ a los parámetros requeridos por el IH-DTL subsiguiente y conseguir una adaptación optimizada, minimizando el aumento de emitancia del haz a lo largo del IH-DTL.

La curva b) muestra el parámetro de modulación que es pequeño al comienzo de la estructura para conformación optimizada del haz, pre-agrupación y agrupación del haz y aumenta hacia su final para aceleración eficiente.

La curva c) muestra la fase síncrona. La fase síncrona está próxima a -90 grados al comienzo de la estructura para conformación optimizada del haz, pre-agrupación y agrupación del haz. La misma aumenta ligeramente mientras se acelera el haz a energías más altas. La fase síncrona es creciente hacia 0 grados hacia el final de la estructura a fin de proporcionar una deriva longitudinal frente a las lagunas de reagrupación que siguen directamente a los electrodos RFQ. Esta ventaja de la presente invención aumenta la eficiencia de dichas lagunas de reagrupación y es necesaria para alcanzar la pequeña anchura de fase de \pm15 grados requerida a la entrada del IH-DTL.

Fig. 5A a Fig. 5D muestran proyecciones espaciales de fase transversal de la distribución de partículas al comienzo de los electrodos del RFQ junto con gráficas de aceptación transversal del RFQ.

Fig. 5A muestra el área de aceptación del RFQ en el plano de la fase horizontal como resulta de las simulaciones.

Fig. 5B muestra la proyección de la distribución de partículas en la inyección del RFQ en el plano de la fase horizontal cuando se utiliza como distribución de entrada para las simulaciones dinámicas del haz.

Fig. 5C muestra el área de aceptación del RFQ en el plano de la fase vertical como resulta de las simulaciones.

Fig. 5D muestra la proyección de la distribución de partículas en la inyección del RFQ en el plano de la fase vertical cuando se utiliza como distribución de potencia para las simulaciones dinámicas del haz.

Se han realizado simulaciones dinámicas extensas de partículas para optimizar la estructura del RFQ y conseguir una adaptación optimizada para el IH-DTL. Las proyecciones espaciales de fase transversal de la distribución de partículas utilizada a la entrada del RFQ se muestran en las partes B y D de Fig. 5, respectivamente. La emitancia normalizada del haz es aproximadamente 0,6 n mm mrad en ambos planos de la fase transversal que está adaptada a los valores medidos para las fuentes de iones a utilizar.

Las áreas de aceptación transversales del RFQ resultantes de las simulaciones que utilizan los parámetros de estructura que se muestran en Fig. 4 se muestran en las partes A y C de Fig. 5, respectivamente. Las mismas son significativamente mayores que las emitancias del haz inyectadas, proporcionando una transmisión alta del RFQ de al menos 90%. La aceptación normalizada asciende a aproximadamente 1,3 \pi mm mrad en cada uno de los planos de la fase transversal. Los radios máximos aceptables del haz son aproximadamente 3 mm.

Fig. 6A a Fig. 6D muestran proyecciones espaciales de fase de la distribución de partículas en el extremo de los electrodos RFQ.

Fig. 6A muestra la proyección de la distribución de partículas a la salida de la estructura del RFQ en el plano de la fase horizontal como resulta de las simulaciones dinámicas del haz.

Fig. 6B muestra la proyección de la distribución de partículas a la salida de la estructura del RFQ en el plano de la fase vertical como resulta de las simulaciones dinámicas del haz.

Fig. 6C muestra la proyección de la distribución de partículas a la salida de la estructura del RFQ en el plano x-y como resulta de las simulaciones dinámicas del haz.

Fig. 6D muestra la proyección de la distribución de partículas a la salida de la estructura del RFQ en el plano de la fase longitudinal como resulta de las simulaciones dinámicas del haz.

Debido a la ventaja de la presente invención en el sentido de que la abertura del RFQ se incrementa hacia el extremo de la estructura, el ángulo máximo del haz se mantiene por debajo de aproximadamente 20 grados a la salida de la estructura como se requiere para adaptación optimizada al IH-DTL.

Debido a la ventaja de la presente invención en el sentido de que la fase síncrona se incrementa hacia 0 grados hacia el extremo de la estructura, el haz está desenfocado en el plano de la fase longitudinal mejorando la eficiencia de las lagunas de reagrupación que siguen a una distancia muy corta detrás del extremo de los electrodos.

Fig. 7A a Fig. 7D muestran proyecciones espaciales de fase de la distribución de partículas a la entrada del IH-DTL.

Fig. 7A muestra la proyección de la distribución de partículas a la entrada del IH-DTL en el plano de la fase horizontal como resulta de las simulaciones dinámicas del haz del RFQ y la sección de adaptación.

Fig. 7B muestra la proyección de la distribución de partículas a la entrada del IH-DTL en el plano de la fase vertical como resulta de las simulaciones dinámicas del haz del RFQ y la sección de adaptación.

Fig. 7C muestra la proyección de la distribución de partículas a la entrada del IH-DTL en el plano x-y como resulta de las simulaciones dinámicas del haz del RFQ y la sección de adaptación.

Fig. 7D muestra la proyección de la distribución de partículas a la entrada del IH-DTL en el plano de la fase longitudinal como resulta de las simulaciones dinámicas del haz del RFQ y la sección de adaptación.

Debido a las ventajas de la presente invención, se consigue una anchura de fase del haz a la entrada del IH-DTL de aproximadamente \pm15 grados como puede verse por Fig. 7D. Por tanto, el esquema de adaptación muy compacto satisface los requerimientos del IH-DTL.

La Fig. 8 muestra la anchura de fases simulada del haz a la entrada del IH-DTL para diferentes voltajes totales de laguna en las lagunas de reagrupación integradas en el RFQ.

Se consigue una anchura mínima de fase a la entrada del IH-DTL con un voltaje total de laguna de aproximadamente 87 kV. Éste es aproximadamente 1,24 veces el voltaje de los electrodos del RFQ (véase la Tabla 1). Afortunadamente, el mínimo de la curva es muy amplio y la anchura de fase requerida puede alcanzarse con voltajes totales de laguna comprendidos entre aproximadamente 75 kV y prácticamente 100 kV.

Fig. 9 muestra una fotografía de un modelo RF de una parte de los electrodos del RFQ y los dos tubos de deriva integrados en el depósito del RFQ. El modelo ha sido utilizado para comprobar los voltajes de laguna que pueden alcanzarse por diferentes clase de mecánica para retener los dos tubos y optimizar la geometría. El primer tubo de deriva está montado en un vástago suplementario. Este vástago no está sintonizado a la frecuencia del RFQ y por tanto se encuentra prácticamente al potencial de masa. El segundo tubo de deriva está montado en el último vástago de la estructura del RFQ y se encuentra por tanto bajo el potencial RF. El modelo rf en Fig. 9 se muestra sin el depósito.

Fig. 10A y Fig. 10B muestran los resultados de medidas de perturbación de cuenta utilizando dicho modelo de Fig. 9.

Fig. 10A muestra los resultados de las medidas de perturbación de cuenta en los electrodos, medidas en una dirección transversal al eje de la estructura.

Fig. 10B muestra los resultados de las medidas de perturbación de cuenta a lo largo del eje del montaje del tubo de deriva.

Las medidas de perturbación de cuenta se han realizado utilizando dicho modelo de Fig. 9 para comprobar los voltajes de laguna alcanzados en las lagunas de reagrupación integradas en el depósito del RFQ. Por comparación de las medidas que se muestran en Fig. 10A y Fig. 10B, la relación medida del voltaje total de laguna al voltaje de electrodo asciende a 1,23, lo cual está muy próximo al óptimo de la curva presentada en Fig. 8.

Por tanto, el nuevo concepto de esta invención de adaptación de los parámetros de un haz acelerado por un RFQ a los parámetros requeridos por un linac de tubo de deriva conduce a resultados de adaptación óptimos en tanto que utiliza un esquema de adaptación muy compacto y mucho más sencillo en comparación con soluciones previas.

Claims (8)

1. Un aparato para preaceleración de haces de iones y adaptación optimizada de los parámetros del haz, adecuado para uso en sistemas de aplicación de haces de iones pesados, que comprende:

-

un acelerador cuadripolo de radiofrecuencia (RFQ) que tiene dos pares de minipaletas (EL) soportados por una pluralidad de vástagos alternantes (ST) que aceleran los iones, en donde dicho cuadripolo de radiofrecuencia (RFQ) tiene una abertura que aumenta hacia el final de su estructura y en donde dicho cuadripolo de radiofrecuencia (RFQ) tiene adicionalmente una fase síncrona que aumenta hacia 0 grados hacia el final de la estructura,

-

una sección de adaptación interdepósitos completa para adaptación de los parámetros de los haces de iones que proceden del acelerador cuadripolo de radiofrecuencia (RFQ) a los parámetros requeridos por un acelerador lineal de tubo de deriva subsiguiente (DTL),

-

dos tubos de deriva reagrupadores posicionados a la salida del cuadripolo de radiofrecuencia (RFQ), caracterizados porque los tubos de deriva del reagrupador están integrados en el depósito del cuadripolo de radiofrecuencia (RFQ).

2. El aparato de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque dicho acelerador cuadripolo de radiofrecuencia acelera los iones desde aproximadamente 8 keV/u a aproximadamente 400 keV/u.

3. El aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los vástagos alternantes (ST) están montados sobre una placa base (BP) común refrigerada por agua dentro del RFQ.

4. El aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dichos vástagos (ST) actúan como inductividad y dichos electrodos que forman el par de minipaletas (EL) actúan como capacitancia para una estructura de resonancia \lambda/2.

5. El aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicho cuadripolo de radiofrecuencia (RFQ) se hace operar a la misma frecuencia que un linac con tubo de deriva (DTL)-IH posicionado aguas abajo.

6. El aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicha sección de adaptación interdepósitos comprende un imán conductor-xy aguas abajo de dicho RFQ.

7. El aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicha sección de adaptación interdepósitos comprende un doblete de cuadripolos.

8. El aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicha sección de adaptación interdepósitos comprende una cámara de diagnóstico que encierra una sonda de fase capacitiva y/o un transformador del haz posicionado en el extremo de la sección de adaptación interdepósitos.