真空技术


质子治疗设施布局(海德堡离子束治疗中心提供)

多年来,化疗和放疗一直是癌症最常见的治疗方法。但有一种特殊的癌症治疗类别,使用质子的能量而不是光子的能量(即x射线)显示出能够更准确地治疗癌症且副作用更少的前景。真空是这类令人印象深刻的系统的重要实现技术。

质子束系统的解剖

质子束放射治疗系统是一种非常复杂的设备。整个系统可以很容易地达到50到100米长,这是粒子加速器的实际例子之一。它由三个主要部分组成——质子源、质子束线和端站(有时被称为“龙门”)。在下面的例子中,这个装置被设计用来加速质子,有时还有更重的离子,比如碳离子。

真空技术


龙门端站-外部视图。你看见那位先生站起来了吗?在这里你可以欣赏设备的真实大小。(海德堡离子束治疗中心提供)

所有元件都设计用于在高真空条件下(<0.1 mTorr)工作。原因很简单:就像在质谱仪中一样,产生和转移离子束需要高真空条件。简而言之:没有真空,没有质子,没有光束。

同步加速器通常是系统中需要最低真空度的部分。良好的真空度是保证质子源效率的基础,这一要求通常通过提供特殊的离子泵或某些情况下的特殊扩散泵来实现。

光束线是质子被聚焦和输送到龙门架室的地方,使用一个组合离子泵沿磁路有规律地分布,通常安装在光束聚焦和弯曲磁体之间。




工作时高真空

真空技术


同步加速器,质子源。(照片由哈工大海德堡离子束治疗中心提供)

从应用的角度来看,除了设备的任何部分都需要特殊的真空条件外,泵和相关电源需要在巨大的特斯拉级磁场和巨大的发电机附近运行。这是应用程序的关键部分,可能也是我们最具挑战性的需求离子泵控制装置.尽管存在电磁干扰,但仍需要不断测量纳米电流,不断调整抽吸速度,确保真空保持在适当的水平。

为了获得操作医疗设备所需的认证,需要高质量的开发标准和检测工作。

真空技术


质子束流线:主束流线分为三条平行线,可同时治疗多个病人
(海德堡离子束治疗中心提供)

安捷伦连接

因为安捷伦与欧洲核研究组织(欧洲核子研究中心)和其他主要的物理研究中心,该公司是所有质子治疗系统制造商的特权合作伙伴。安捷伦为质子治疗科学的发展做出贡献的一种方式是通过开发特殊的真空解决方案,这种解决方案可以在那些极其强大的磁铁和电场附近完美地运行。考虑到任务的重要性,这可不是件容易的事。

下图显示了一个例子,其中一个操作者正在设置质子束流线的一部分。注意,这个特殊的大型离子泵就在他的左边。

真空技术


质子束流线段,展示了安捷伦离子泵在近距离强大的束流聚焦和弯曲磁铁。(由MedAustron)

面对客户处理极端应用和解决乍一看“不可能”的技术问题的挑战,这极大地促进了安捷伦离子泵的发展。