医用回旋高频腔的初步设计

田瑞霞，王贤武，许 哲，金 鹏，冯 勇

（中国科学院 近代物理研究所，甘肃 兰州 730000）

医用回旋加速器在核医学领域有着广泛的应用［1］，在肿瘤治疗等领域做出了巨大贡献。由中国科学院近代物理研究所自主设计研发的重离子肿瘤治疗示范装置注入器，工作过程是12C5＋经过回旋加速器高频系统加速，最终形成的碳离子束能量达7 MeV。对于回旋加速器中碳离子束的形成，回旋高频系统起到了至关重要的作用，即高频腔的结构设计非常重要也很关键。本文利用Microwave Studio CST三维数值仿真软件对设计的31.02 MHz医用回旋高频腔的相关高频参数进行模拟仿真计算，并与实际测量参数值进行对比，对产生的误差进行进一步的分析。

1 医用回旋高频腔的物理设计要求

根据医用回旋高频腔物理设计要求，腔体放置在磁铁的谷区。由于空间紧张，故采用λ／2竖腔结构。高频加速部件为两个张角为33°的Dee盒，两腔在整个系统中用中心区隔离。物理设计要求高频腔的谐振频率为31.02 MHz，Dee电压为70kV，匹配阻抗为50Ω。为了减小高频腔的功率损耗，要求其制作材料为无氧铜。

从上述高频参数可看出，虽然高频腔的谐振频率为点频，但加速电压较高，这要求高频腔有较高的储能条件，即高的品质因数Q0，同时医用回旋加速器的结构设计为紧凑型，所以高频腔的设计所能利用的空间比较有限。

基于以上考虑，医用回旋高频腔的结构设计为λ／2，即由两个λ／4 结构并联构成。由于谐振频率较低，同时结构为半波长，故整个腔体较长，所以有一部分高频腔的罩筒处于磁铁外部。……