CN102577633B - 采用电子开关的驻波直线加速器的交替多能量x射线能量操作 - Google Patents

Abstract

本公开涉及对驻波直线加速器(LINAC)进行快速切换操作以用于产生至少两种不同能量范围的X射线并且有利地使电子开关的发热较低的系统和方法。在某些实施方案中，通过位于驻波LINAC各个侧腔内的多个电子开关的受控的定时激活或者通过利用包括电子开关的经改进的侧腔，可在LINAC的快速切换操作期间有利地将电子开关的发热保持在较低水平。

Description

采用电子开关的驻波直线加速器的交替多能量X射线能量操作

相关申请的交叉引用

本申请要求于2009年7月8日提交的名称为“Interleaving Multi-EnergyX-Ray Energy Operation of a Standing Wave Linear Accelerator Using ElectronicSwitches”的美国专利申请No.12/499,644的权益，该专利的全部内容以引用的方式并入本文。

技术领域

本发明涉及对驻波直线加速器进行快速切换操作以用于产生至少两种不同能量范围的X射线的系统和方法。

背景技术

直线加速器(LINAC)是用于医学应用（诸如放射治疗和成像）以及工业应用（诸如射线照相、货物检查和食品杀菌）的有用工具。在一些这样的应用中，将由LINAC加速的电子束对准所关注的样品或物体以执行程序或者进行分析。然而，在许多这样的应用中，优选的是利用X射线来执行程序或进行分析。这些X射线通过将来自LINAC的电子束对准X射线发射靶来产生。

由于空间可用性的原因，大部分医疗器械利用驻波LINAC来加速电子，原因是可将驻波LINAC制造得比行波LINAC更小。在一些医学应用中，不止一个能带的X射线可适于进行分析或者执行程序。因此，可操作来产生具有不同平均能量的电子的交替输出的LINAC是可取的。理论上，可利用具有不同峰值能量的电子来产生具有不同能带的X射线。然而，驻波LINAC的加速结构通常被构造成在该加速器高效运行时仅支持有限数量的容许模式，其中仅有一种模式可高效加速电子束。目前为止尚难以开发出一种仪器，其可稳定运行以便以足够高的电子剂量率来输出不同能量的电子，以用于所需应用。

能量开关通常用于医用LINAC中以进行多X射线能量操作。包括由直线运动致动器所驱动的金属柱塞的机械式能量开关用于许多医用治疗机中。在八(8)小时的典型操作中，如果使两种能量交替，可能需要激活开关大约1千万次，这会限制机械开关的寿命。电子开关可具有比机械开关更快的切换时间和更长的预期寿命。然而，在LINAC的快速切换操作期间，电子开关会易于过热。

本文公开了用于LINAC的多X射线能量操作并且有利地使电子开关发热较低的系统和方法。

发明内容

如本文中所公开，提供了用于驻波直线加速器的快速切换操作以便有利地将位于加速器侧腔内的电子开关的发热维持在较低水平的系统和方法。所述系统和方法包括：将第一组电子注入加速器的纵向通道，其中加速器包括多个主腔和多个侧腔，各侧腔与多个主腔中的两个相邻主腔连通，其中纵向通道与多个主腔连通，其中多个侧腔中的至少两个侧腔各自包括电子开关，由此提供至少两个可解谐侧腔，其中第一组电子在纵向通道中通过耦接到加速器中的电磁波来加速，且其中当把可解谐侧腔的电子开关激活到第一激活状态时，以第一能量从加速器中发射第一组电子；可解谐侧腔中的至少两个的电子开关基本同时被激活到第二激活状态；以及将第二组电子注入纵向通道，其中以不同于第一能量的第二能量从加速器发射第二组电子。所述系统和方法还可包括：在将第一组电子注入纵向通道之前，基本同时将可解谐侧腔的电子开关激活到第一激活状态。在注入第一组电子之前，可以至少一个切换时间的时间间隔将电子开关激活到第一激活状态。加速器可包括三个或更多个可解谐侧腔。

在前述的系统和方法中，当把电子开关激活到第一激活状态时，可对可解谐侧腔进行解谐或者将其调整到工作频率。在注入第二组电子之前，可以至少一个切换时间的时间间隔将电子开关激活到第二激活状态。当将电子开关激活到第二激活状态时，可对至少两个可解谐侧腔进行解谐或者将其调整到工作频率。可解谐侧腔可彼此相邻地设置在加速器的侧面上。可解谐侧腔可彼此呈对角线设置在加速器的任一侧上。在某些实施方案中，可通过向电子开关施加第一电流来将电子开关激活到第一激活状态。在前述实施方案中，将电子开关激活到第二激活状态的步骤可包括向电子开关施加第二电流，其中第一电流不同于第二电流。在某些实施方案中，电子开关可包括导电构件，其中该导电构件位于可解谐侧腔的内部。在前述实施方案中，延伸至可解谐侧腔外部的电子开关的端部能够连接至至少一根同轴传输线。可通过将第一同轴传输线连接至各电子开关来将电子开关激活到第一激活状态。将电子开关激活到第二激活状态的步骤包括将第二同轴传输线连接至各电子开关，其中第一同轴传输线不同于第二同轴传输线。

还公开了一种驻波直线加速器，其包括多个主腔和多个侧腔，其中各侧腔耦接至多个主腔中的两个相邻主腔，其中多个侧腔中的至少一个侧腔包括电子开关，由此提供至少一个可解谐侧腔，且其中所述至少一个可解谐侧腔被构造成使得当电子开关未被激活时，在耦接到加速器的电磁波存在的情况下，所述至少一个可解谐侧腔的电抗与不包括电子开关的侧腔的电抗大致相似。所述至少一个可解谐侧腔还包括一个或多个柱，且其中所述柱被构造成使得当电子开关未被激活时，在耦接到加速器中的电磁波存在的情况下，所述至少一个可解谐侧腔的电抗与不包括电子开关的侧腔的电抗大致相似。所述至少一个可解谐侧腔还包括一个或多个柱，其中可解谐侧腔包含铜，且其中一个或多个柱的材料是铜合金、黄铜、陶瓷或者其组合。

如本文中所公开，还提供用于操作驻波直线加速器的系统和方法；其包括：将电磁波耦接到加速器，其中加速器包括多个主腔和多个侧腔，其中各侧腔耦接至多个主腔中的两个相邻主腔，其中多个侧腔中的至少一个侧腔包括电子开关，由此提供至少一个可解谐侧腔，且其中所述至少一个可解谐侧腔被构造成使得当电子开关未被激活时，在耦接到加速器的电磁波存在的情况下，所述至少一个可解谐侧腔的电抗与不包括电子开关的侧腔的电抗大致相似；以及将一组电子注入加速器，其中以某种能量从加速器中发射该组电子。可在将电磁波耦接到加速器之前激活电子开关。可通过向电子开关施加电流来激活电子开关。在某些实施方案中，电子开关可包括导电构件，且其中该导电构件位于可解谐侧腔的内部。在前述的实施方案中，电子开关的端部可延伸至可解谐侧腔的外部，其中电子开关的端部能够连接至至少一根同轴传输线。通过将同轴传输线连接至电子开关的端部来激活该电子开关。

如本文中所公开，还提供用于驻波直线加速器的快速切换操作从而有利地使位于加速器侧腔内的电子开关的发热较低的系统和方法。所述方法包括：将第一组电子注入加速器的纵向通道，其中加速器包括多个主腔和多个侧腔，各侧腔与多个主腔中的两个相邻主腔连通，其中纵向通道与多个主腔连通，其中多个侧腔中的至少一个侧腔各自包括电子开关，由此提供至少一个可解谐侧腔，其中所述至少一个可解谐侧腔被构造成使得当电子开关未被激活时，在耦接到加速器的电磁波存在的情况下，所述至少一个可解谐侧腔的电抗与不包括电子开关的侧腔的电抗大致相似，其中第一组电子在纵向通道中通过耦接到加速器中的电磁波来加速，且其中以第一能量从加速器中发射第一组电子，同时电子开关未被激活；激活所述至少一个可解谐侧腔的电子开关；以及将第二组电子注入纵向通道，其中以不同于第一能量的第二能量从加速器中发射第二组电子。可在注入第二组电子之前激活电子开关。可通过向电子开关施加电流来激活电子开关。在某些实施方案中，电子开关可包括导电构件，且其中该导电构件位于可解谐侧腔的内部。在前述的实施方案中，电子开关的端部延伸至可解谐侧腔的外部，其中该电子开关的端部能够连接至至少一根同轴传输线。可通过将同轴传输线连接至电子开关的端部来激活该电子开关。

附图说明

图1示出驻波LINAC结构的加速结构的横截面;

图2A示出驻波LINAC的加速主腔内的电场振幅变化的图;

图2B示出驻波LINAC的加速主腔内的电场振幅变化的图，其中电子开关已被激活;

图3示出根据第一方面的LINAC的操作的流程图;

图4示出具有彼此相邻地设置在LINAC的侧面上的两个可解谐侧腔的驻波LINAC;

图5示出具有三个可解谐侧腔的驻波LINAC;

图6示出具有四个可解谐侧腔的驻波LINAC;

图7A和图7B示出可解谐侧腔的横截面;

图8示出根据第二方面的LINAC的操作的流程图;

图9示出用于实施所述方法的示例性计算机系统。

具体实施方式

本发明提供用于驻波LINAC的快速切换操作以便有利地使位于加速器侧腔内的电子开关的发热较低的系统和方法。

驻波LINAC是通过产生具有特定平均能量的电子而工作。在操作中，利用加入到加速结构中的电磁波的电场（描述于以下的第5.1节），沿驻波LINAC加速结构的纵轴，对由电子枪（描述于第5.4.1节）注入驻波LINAC的电子进行加速。从微波的外部源（如速调管或磁控管）将电磁波耦接到加速结构中（描述于第5.4.3节）。加速结构被构造成支持电磁波的驻波模式。当电子穿越加速结构时，在LINAC加速结构的一系列主腔中利用由电磁波的电场分量和磁场分量施加在电子上的力对这些电子进行聚焦和加速，从而产生高能电子束。如第5.1.1节中所述，可利用位于加速结构侧腔内的开关来控制来自驻波LINAC的电子束输出能量。

在进行交替操作期间（其涉及在两种或更多种不同能量下产生电子束的驻波LINAC的快速切换操作），电子开关可能会过热。当电子开关被激活时，可将电子开关加热到远高于电子开关的最佳工作温度或者甚至是更高温度（描述于第5.1.1节）。本文公开用于在LINAC的快速切换操作期间通过电子开关的受控的定时激活来减少多个电子开关中的发热的系统和方法（更详细地描述于第5.2.1节）。如第5.2.1节中所述，多个电子开关的微波功率损耗可基本上相等。本文中还公开了在LINAC的快速切换操作期间通过改变侧腔来减少位于侧腔内的电子开关的发热的方法（见第5.2.2节）。

5.1驻波直线加速器

本发明提供包括电子开关的驻波LINAC。图1示出示例性侧耦合驻波LINAC结构的横截面。该侧耦合驻波LINAC包括加速结构1，加速结构1具有纵向通道10以及沿加速结构的中心孔而定位的多个电磁耦合的谐振主腔12、14、16、18。纵向通道10通往加速结构的中心。本领域技术人员将认识到本发明所提供的驻波LINAC可具有比图1中所示主腔更多或更少的主腔。例如，驻波LINAC可具有至少10个、至少15个、至少20个、至少25个、至少30个、至少35个、至少40个或者更多个主腔。将围绕纵向通道10的主腔12、14、16、18的形状设计成类似于圆环的形状。借助于侧腔并通过孔对相邻的一对主腔进行电磁耦合。存在两种类型的侧腔。包括电子开关的第一种类型的侧腔（例如侧腔32）（示于图1）通过孔13a和孔13b连接相邻的主腔12和14。不包括电子开关的第二种类型的侧腔（例如侧腔36）（参见图1）通过孔17a和孔17b连接相邻的主腔16和18。可将侧腔的形状设计成例如近似于立方体、近似于圆柱体、近似于长方形的形状、或者本领域技术人员认为合适的任何其它形态。如以下第5.1.1节中所述，侧腔32包括用于调整从驻波LINAC中发射的电子能量的电子开关。驻波LINAC结构还可包括入口腔50和出口腔52。可将入口腔50和出口腔52中的每个的形状设计成大致近似于主腔的一半。在某些实施方案中，入口腔50和出口腔52可以是完整的腔，将各腔调整到不同频率。入口腔50和出口腔52可各自具有有限厚度的端壁，并且具有尺寸与纵向通道相似的束孔。

在操作中，在加速结构1的大约π/2模式谐振频率下，将电磁波耦接到驻波LINAC。一般来说，该加速结构在微波频率（通常介于0.3GHz和300GHz之间）下是谐振的。通常，在沿纵向通道上的一点处通过可变光阑或锥形连接件（未图示）将从微波源中导出的微波耦接到所述主腔中的一个。微波频率的电磁波的源（如磁控管或速调管）详述于第5.4.3节。在某些实施方案中，电磁波可通过位于加速结构上部或下部中的开口耦接到所述主腔中的一个、或者通过代替所述侧腔中的一个的锥形物或连接件耦接到两个主腔。在后一种情况下，相邻的主腔是π异相，因此可利用在矩形波导的宽壁的相反侧的两个孔使电磁波耦接到相邻的主腔内，其中磁场是朝向相反方向。

将微波的频率设定为使得输入电磁波的驻波在加速结构的容许模式下在加速结构1中被激励。加速结构可被构造成使得加速结构的容许模式是在各侧腔与相邻的下游主腔之间或者主腔与下游侧腔之间具有π/2弧度相移的驻波谐振。因此，在某些实施方案中，在相邻的主腔12、14、16、18之间存在π弧度的相移。此驻波模式可提供与可能偶然被激励的相邻模式的谐振频率的最大分离。也即，π/2模式可提供理想的并联阻抗、宽的模式分离以及在大约一半光速与光速之间的相速的宽容限，π/2模式可用于小型LINAC。然而，本领域技术人员可以理解的是，也可以按照本文中所公开的系统和方法使用其它相移。例如，本文中所公开的系统和方法也适用于三周期的LINAC结构，该加速器结构包括每个周期的三个腔、每个腔的2π/3相位超前、以及每第三个腔中的节点，这三个节点离轴地定位或者如果共轴地定位则在长度上大大缩小。在此实施例中，可以对具有节点的第三个腔进行调整从而对加速器结构的下游部分进行解耦，如第5.1节和第5.2节中所述。在另一个实施例中，本文中所公开的系统和方法还适用于π/2模式下的二周期驻波结构，该结构包括发挥类似于本文中所述的可解谐侧腔的功能的共轴耦合腔。在此实施例中，可以对共轴耦合腔进行调整（例如通过改变它们的尺寸），从而对加速器结构的下游部分进行解耦，如第5.1节和第5.2节中所述。

通过电子枪源（未图示）将电子束2注入靠近入口腔50的纵向通道10。电子枪描述于以下的第5.4.1节。电子束2可以是连续的电子束或者脉冲的电子束。在一个具体的实施方案中，电子束是脉冲的电子束。加速结构1还可包括位于入口腔50与主腔12、14、16、18之间的聚束腔。聚束腔可以被构造成使得聚束腔内的电磁波的电场导致电子束会合而形成电子束团并且聚焦和加速电子。当电子穿越聚束腔时发生由最初的连续束形成电子束团，并且该系统可以被配置成使得聚束不被加速主腔中的加速电场显著降低。构造加速结构1并且选择微波频率，使得主腔12、14、16、18之间的间距为微波的自由空间波长的大约一半。注入的电子束2（包括电子束团）在各主腔中朝向出口腔52的方向被加速，使得当腔内的微波的电场处于向电子束2施加额外前向加速度的相时的时间点在一个主腔12内被加速的电子到达下一个主腔14。电子束2（包括电子束团）通常在几个第一主腔内被加速到接近光速。在剩余的主腔内由驻波的电场分量所施加的加速度进一步增加电子的能量（即，增加它们的相对论质量）。

在电子束被加速后，驻波LINAC结构从出口腔52中发射电子束2。在使用X射线辐射的应用中，可将发射的电子束2对准X射线靶（未图示）。X射线的产生以及靶的实例描述于以下的第5.3节中。可选择地，可将包括薄金属膜的真空窗设置在出口腔52，用以传输用于主体的粒子照射的电子束2。

5.1.1利用侧腔内的开关控制电子输出能量

如果所有主腔12、14、16、18是相似的且围绕纵向通道10是近似轴向对称的，且所有侧腔均类似于侧腔30或侧腔36，则各主腔内的电场将与其它主腔内的电场基本上相同。因此，在所有主腔内，电子束2将经历最大电场振幅（因此经历最大前向加速度）。图2A示出作用于各主腔内的电子束的电场振幅的变化，在操作期间电场振幅是作为沿驻波LINAC加速结构的纵向通道轴向位置的函数，在操作期间电子在每个主腔中被加速。从LINAC出口腔发射的电子束被加速到接近驻波LINAC系统的最大可达的最终输出能量的能量。

如果需要不同能量的输出电子束，则可以干扰驻波LINAC下游部分的驻波以便使较少的加速度作用于电子束。为达到此目的，可将所述侧腔中的一个制成相对于其两个相邻主腔不对称，从而干扰（到可控制的程度）其两个相邻主腔之间的谐振耦合。可以利用位于侧腔内的开关来干扰谐振耦合。例如，可以利用机械开关来干扰相邻主腔之间的谐振耦合，其中将机械开关的柱塞的机械调节插入侧腔内（参见例如美国专利No.4,629,938）。几何形状的不对称导致包含机械开关的侧腔内的电磁场分布不对称，使得在导通到上游主腔的孔中的磁场分量大于导通到下游主腔的孔中的磁场分量。与包含机械开关的侧腔相邻的两个主腔内的加速电场分量的比率与在主腔与侧腔之间的各孔中的磁场的比率有关。通过改变磁场对称性的干扰程度（例如通过改变机械柱塞插入侧腔内的程度），可以改变侧腔下游主腔内的加速电场的振幅，同时使上游主腔内的加速电场基本上不变。在某些实施方案中，也可将提供在LINAC中的电磁波的功率减小到适合于加速腔数量的程度，在开关被激活后该数量的加速腔仍然支持驻波，并且将聚束腔内的电磁场维持在适宜的水平。聚束腔适宜在电磁场的相当有限的范围内工作，且聚束腔可能起不到适当地加速电子束团的作用，使得如果不改变电磁场功率，则电子束团（一组电子）处于LINAC加速主腔中的电磁波波峰上或者处于波峰附近。如果电子束团未处于电磁波的波峰上或者处在波峰附近，则输出电子的能谱会变宽且能量稳定性会下降。

图2B示出作用于各主腔内的电子束2的电场振幅的变化，电场振幅是作为在侧腔内的开关被激活期间沿驻波LINAC加速结构的纵向通道的轴向位置的函数。位于被激活开关下游的主腔内的电磁波电场分量的振幅被显著减小。因此，在这些下游的主腔内电子束将经历相当小的加速且获得较低的最终能量。从LINAC出口腔中发射的输出电子束的能量低于驻波LINAC系统的最大可达能量。采用机械开关的弊端是机械开关的切换时间较慢。在驻波LINAC的交替操作中，理想的是快速且重复开关LINAC，以便从LINAC中相继地发射至少两种不同的，优选稳定的能量的电子束。在一些应用中，切换时间可以大约为数毫秒。尽管致动器可用于操作机械开关的柱塞，但是机械开关相对较慢的切换时间成为对LINAC开关速度的限制因素。而且，机械开关的寿命有限。如果假设机械开关具有一百万次循环的寿命，则如果试图将它用于交替操作，它将会在大约一小时的操作期间内发生磨损。

采用电子控制的电子开关，可以在大约为毫秒的时间内执行开关操作，这远远快于机械开关。然而，由于被电子开关干扰的微波功率流的原因，可能会在侧腔内发生不利的发热。具体地，在电子开关的可变电抗中被耗散的微波功率可导致电子开关过热，这可破坏该装置。电子开关的电容元件（电容性电抗）和/或感应元件（感应性电抗）的电磁波的对抗可产生电抗。电抗可以随电磁波频率的变化而变化。功率损耗可以导致当该开关被激活时电子开关的温度上升至远高于其最佳工作温度，这可导致严重的发热。

5.2用于减少快速切换操作期间的发热的系统和方法

在某些实施方案中，本文提供可以通过如下方式有利地维持在LINAC的快速切换操作期间多个电子开关的低发热量的方法和系统：(i)分别位于驻波LINAC的各自侧腔（描述于第5.2.1节）内的多个电子开关的受控的定时激活、或者(ii)对包括电子开关的侧腔的改变（描述于第5.2.2节）。采用方法(i)或方法(ii)或者采用方法(i)与方法(ii)的一些组合而工作的系统也在本公开的范围内。

5.2.1多个可解谐侧腔

在一个方面，本发明提供一种有利地使侧腔电子开关的发热较低的驻波LINAC的快速切换、交替操作的方法，其中操作LINAC而发射在第一输出能量与第二输出能量之间变换的电子束。所述方法可包括将第一组电子注入LINAC的纵向通道，以及利用电磁驻波将第一组电子加速到第一输出能量，基本同时激活两个或更多的可解谐侧腔的电子开关，将第二组电子注入纵向通道并且将第二组电子加速到第二输出能量。当解谐侧腔的电子开关被激活到第一激活状态时，以第一能量从LINAC中发射第一组电子。在第一激活状态下，电子开关可以不起作用，或者可以被激活到它们基本上作为不包括电子开关的侧腔而相对于LINAC工作的状态。电子开关的第二激活状态不同于第一激活状态，使得第二能量不同于第一能量。

图1示出包括可根据此方面而操作的可解谐侧腔的驻波LINAC加速结构。LINAC包括多个主腔和多个侧腔。本文中称为可解谐侧腔的两个侧腔（侧腔32和侧腔34）各自包括电子开关40、42。可基本同时激活电子开关40、42，由此对各自的可解谐侧腔32、34进行解谐，这干扰了位于各自可解谐侧腔32、34下游的电磁波的驻波传播。因此，具有类似于图2B中所示图中沿加速结构纵轴分布的电场作用于电子，从而导致以较低能量从驻波LINAC输出。

图1中所示的电子开关40、42各自连接至导电构件（如导电构件41），该导电构件延伸入各自的可解谐侧腔32、34。该导电构件可以是导电脚或导电环。该导电构件可包括任何电导体。导电构件的端部可以延伸至可解谐侧腔的外部，并且可借助于开关连接至可以改变该导电构件电性能的任何类型的元件。例如，可利用电子开关将该导电构件连接至一根或多根同轴传输电缆或者一些其它导体。当电子开关被激活时，所附接的元件（即，同轴传输电缆或其它导体）改变可解谐侧腔的电抗。通过改变电抗可改变可解谐侧腔的阻抗，因而改变其谐振频率。可选择地，可以通过向导电构件施加电流或电压来激活电子开关，从而也可以改变可解谐侧腔的电抗。电子开关的实例包括但不限于微波开关和PIN二极管开关。

在无电子开关的情况下，侧腔具有大约为零的电场，因为这两个相邻主腔具有大致相等且彼此是π弧度异相的电场。因为位于侧腔各侧的电场具有相反的符号，所以侧腔内的电场可以使相邻的主腔平衡。也即，侧腔内的电场与两个相邻主腔内的电场的代数和成正比。然而，连接经解谐侧腔的两个孔（如图1的可解谐侧腔32的孔13a和孔13b）的相互作用，可以造成经解谐侧腔的微波功率泄漏。此泄露的微波功率在经解谐侧腔下游的LINAC的整个部分内产生弱电场。通过对附近下游的第二侧腔进行解谐，而使经过第一经解谐侧腔所泄露的功率集中在这两个侧腔之间的主腔内，由此在正确的相中增加了刚好位于第一经解谐腔下游的主腔内的电场，从而降低第一经解谐腔内的电场。例如，参照图1，当第一可解谐侧腔32被解谐（通过激活电子开关40）时，孔13a与孔13b之间的相互作用引起经过可解谐侧腔32的功率泄漏。通过对下游可解谐侧腔34（通过激活电子开关42）进行解谐，而使经过可解谐侧腔32所泄漏的功率集中在主腔14内，由此在正确的相中提高主腔14内的电场，从而降低可解谐侧腔32内的电场。可解谐侧腔32内的该降低的电场导致可解谐侧腔32的电子开关的有利的低发热。利用两个经解谐侧腔的适当解谐，能够平衡两个经解谐侧腔内的微波功率损耗。也即，通过对这两个经解谐侧腔进行适当的解谐，可以使多个电子开关的微波功率损耗基本上相等。第二经解谐侧腔可以减少第一经解谐侧腔的电子开关内的微波功率损耗。

通过基本同时激活两个可解谐侧腔32、34的电子开关40和电子开关42，可以有利地将这两个腔的发热保持在较低水平。使用这两个经解谐侧腔可以改善位于经解谐侧腔下游的LINAC的部分的解耦，由此显著地减小解耦区域内的加速电场的振幅，并提供对电子输出能量的控制。使用两个可解谐侧腔有助于减少上游可解谐侧腔内的发热。电子开关的切换时间可以大约为微秒。

如果可以在彼此之间大约为微秒的时间间隔（如数微秒或者数十或数百微秒）内激活两个或更多个电子开关，则可以基本同时激活这些电子开关。例如，可以在彼此大约为10微秒的时间间隔内激活两个或更多个电子开关。在某些实施方案中，可以在彼此之间大约为1微秒或更小的时间间隔内将两个或多个电子开关全部激活。由于一旦第一可解谐侧腔被解谐经过电子开关的基本同时的功率泄漏，第一电子开关和第二电子开关的激活之间更长的延迟可降低对两个侧腔进行解谐所产生的任何益处的效果。也即，在较长的延迟期间，经过第一经解谐侧腔的功率泄漏可以严重到足以损坏该侧腔的电子开关。这两个电子开关的激活基本同时降低首先被解谐的可解谐侧腔的电子开关中发生过热的可能性。因此，基本同时激活电子开关可以导致电子开关的有利的低发热。

基本同时激活两个可解谐侧腔的另一个可能的优点是自动频率控制器(AFC)的响应。AFC可以自动地将电磁波调整到所需频率。通过对侧腔进行大的解谐，可以使各模式之间的分离消失，并且AFC可以锁定到错误模式（如经解谐侧腔的模式）。两个侧腔同时激活降低了AFC锁定在错误模式的危险性。

可利用一个或多个控制单元来控制电子开关的激活。电子开关的控制单元可接收来自计算机系统（例如存储于计算机存储器中的命令）的命令、来自计算机可读介质的命令、或者经由用户输入装置的来自用户的命令。该控制单元可以连接至电子开关40、42，并且可操作地控制可解谐侧腔32、34的谐振频率。电子开关的控制单元可以连接至包括用于改变施加给电子开关的电流或电压来将开关激活到所需激活状态的电路的元件。为了基本上同时激活电子开关40、42，控制单元可发出命令以将各电子开关激活到各自的激活状态，对位于经解谐侧腔下游的LINAC的部分进行解耦，由此显著地降低解耦区域内的加速电场，并且提供对电子输出能量的控制。发出控制电子开关的命令的相同控制单元也可以发出操作驻波LINAC的其它要素（包括但不限于电子枪注入电子的定时和脉冲长度、枪电流的振幅、耦接到LINAC的电磁波的定时、脉冲长度、振幅以及对AFC的指令）的命令。在另一个实例中，可使发出控制电子开关的命令的控制单元与发出操作LINAC的命令的控制单元相互分离。有利地，这两个或更多个控制单元将是相连的并且在实施所述方法的各步骤时是同步的。

可对一个或更多个控制单元进行编程，以使其向驻波LINAC和电子开关发出命令，其中命令的各步骤的执行导致LINAC的快速切换操作，以有利地使位于加速器侧腔内的电子开关的发热较低。图3示出可由一个或更多个控制单元发出的对电子开关和LINAC的命令的流程图。在图3的步骤100中，向电子开关40、42发出命令，从而基本同时将电子开关40、42激活到第一激活状态。在步骤102中，向电子枪发出命令以将第一组电子注入LINAC的纵向通道10。在步骤104中，发出命令以操作LINAC，从而以第一能量从LINAC中发射第一组电子。步骤104可包括将电磁波耦接到LINAC的命令和/或用于激活AFC的命令。可以对步骤100、102和104之间的时间间隔以及这些步骤的顺序加以选择，由此以所需剂量率和第一能量发射第一组电子。对于长度小于一米的LINAC，第一组电子可用数纳秒（例如，大约3纳秒）的时间经过该LINAC的长度范围，电磁波在LINAC中的填充时间可为大约数百纳秒或微秒（例如，对于X-波段为约200纳秒，对于S-波段为约1微秒），电子开关的切换时间可为大约数微秒至数十微秒。因此，在某些实施方案中，可以在步骤100和步骤102之前施行步骤104（例如将电磁波耦接到LINAC）。在步骤106中，发出命令以基本同时将电子开关40、42激活到第二激活状态。在步骤108中，向电子枪发出命令以将第二组电子注入纵向通道10。在步骤110中，发出操作LINAC的命令，从而以不同于第一能量的第二能量从LINAC中发射第二组电子。

在一个实施方案中，可将电子开关40、42激活到第一激活状态，从而对位于解谐侧腔下游的LINAC的部分进行解耦，由此显著地降低解耦区域内的加速电场。第一组电子将会通过位于经解谐侧腔上游的主腔中的电磁波电场的基本上可达的最大振幅来加速，并且通过位于经解谐侧腔下游的解耦区域内的降低的加速电场来加速。在此实施方案中，电子开关40、42的第二激活状态可以改变可解谐侧腔32、34的谐振频率，使得第二组电子通过基本上所有的主腔中的电磁波电场的基本上可达的最大振幅来加速。也即，将电子开关40、42激活到谐振状态，使得它们基本上作为不包括电子开关的侧腔（例如图1的侧腔30、36）来操作。在此实施方案中，第一能量可以低于第二能量。

在获得大于第二能量的第一能量的操作中，第二激活状态可对位于解谐侧腔下游的LINAC的部分进行解耦，同时第一激活状态可以改变可解谐侧腔32、34的谐振频率，使得第一组电子通过基本上所有主腔中的电磁波电场的基本上可达的最大振幅来加速。

在一个实例中，可以在电磁波的单脉冲期间执行步骤100至步骤110的所有步骤。例如，可以在将电磁波填充入LINAC的期间发出命令以将第一组电子注入LINAC（步骤102），从而几乎立即获得载束稳态。然后，可基本同时将电子开关激活到第二次激活（步骤106），由此可以增加可解谐侧腔下游的主腔内的电磁场。可以发出命令以将第二组电子注入LINAC（步骤108）同时LINAC下游区域内的电磁场仍然在增加，使得电子束能量可以几乎立即获得载束稳态。在此实例中，可在步骤100之后但在步骤102之前将电磁波耦接到LINAC。

在另一个实例中，可以在电磁波的第一脉冲期间执行步骤100至步骤104，并且可以在电磁波的第二脉冲期间执行步骤106至步骤110。

如果电子开关40与电子开关42属于相同类型，则对于各激活状态它们可以相似的方式被激活。也即，为了达到第一激活状态，可将电子开关40和电子开关42激活到相同程度。例如，可将相同水平的电流或电压施加给各电子开关，或者将相同类型的传输线（同轴电缆）连接至各电子开关。为了达到第二激活状态，可基本同时将电子开关40和电子开关42激活到不同于第一激活状态的激活状态。例如，将相同水平的电流或电压施加给各电子开关、或者将相同类型的传输线（同轴电缆）连接至各电子开关，但是该电流或电压不同于第一激活状态下所施加的电流或电压。如果电子开关40和电子开关42是不同类型的电子开关，例如一个电子开关可能是微波开关，而另一个电子开关是电动机械开关，则可将这两个电子开关激活到不同程度，但是最后结果是它们分别将各自可解谐侧腔的阻抗改变到基本上相同的程度，从而对各自可解谐侧腔的谐振频率产生相似的影响。

虽然在图1的图示中，驻波LINAC包括呈对角线设置的两个可解谐侧腔，但是也可以采用本领域技术人员认为合适的任何构造。例如，也可以利用图4中所示的驻波LINAC来实施所述方法，其中基本同时激活彼此相邻地设置在LINAC的侧面上的两个可解谐侧腔的电子开关。在此布置中，各可解谐侧腔之间分离约2π的弧度。如果存在尺寸或空间限制，则此布置是优选的，因为在此构造中，组合的LINAC-可解谐侧腔较狭窄。

而且，根据本文中所公开的方法可以使用2个以上的经解谐侧腔。在π/2二周期结构（如本文中所述的驻波LINAC）中，如图1中所示的两个相邻侧腔之间分离大约半个波长（π的弧度）。如图4中所示的经解谐侧腔之间分离一个波长（2π的弧度）。在某些实施方案中，本文中所公开的系统和方法可以应用于分离半波长的整数倍的经解谐侧腔。在具体实施方案中，经解谐侧腔之间可以分离高达大约3/2波长（3π的弧度）或者高达大约2个波长（4π的弧度）。在微波传输线中，两个分离大约为半波长的整数倍的阻抗，可以有效地被认为是彼此相互平行的。因此，利用适当的调整，可以使两个或更多个可解谐侧腔耗散近似相等量的功率，使得功率反射所涉及的耗散可以分到两个或更多个可解谐侧腔中。也即，如果以电子方式对两个相邻的可解谐侧腔进行解谐仍然导致电子开关的不希望的或不能接受的发热，则对第三个相邻的可解谐侧腔进行解谐可以有助于进一步降低发热的可能性。因此，本文中所公开的方法适用于具有三个可解谐侧腔的LINAC。图5示出具有三个可解谐侧腔的LINAC，这三个可解谐侧腔彼此位于斜对面，但是也可以采用这三个侧腔的其它布置方式。可基本同时激活这三个可解谐侧腔，正如前面具有两个可解谐侧腔的LINAC中所述。而且，所述方法可以应用于具有以相对于LINAC机体的任意排列而布置的四个（例如图6中所示）或更多个可解谐侧腔的LINAC。

5.2.2改变的可解谐侧腔

在另一个方面，可对可解谐侧腔进行改变，使得当在其中电子束通过基本上所有主腔中的电磁波电场的基本上可达的最大振幅来加速的模式下对LINAC进行操作时，在无需激活电子开关的情况下调整可解谐侧腔的谐振频率。可操作包括一个或多个改变的可解谐侧腔的系统，同时有利地使电子开关在LINAC的快速切换操作期间发热较低。具体地，电子开关与侧室结合作为未经解谐结构，以避免高能工作时可能发生的过热。

包括电子开关的侧腔与包含机械开关的侧腔的不同之处在于：当把机械开关用于高能工作时，由于微波功率被移走，所以机械开关可以不经历太多的发热。如上所述，过热可能是电子开关存在的问题。如果把电子开关用于侧腔的精密调整，则当加速器在其高能量模式下工作时电子开关在侧腔中传导功率。也即，即使该电子开关未被激活来解谐侧腔，侧腔中的电子开关也可能会经历一定量的发热。在未改变的侧腔中，电子开关可以在一种激活状态（用于具有最大可达能量的电子输出）与另一种激活状态（用于较低能量的电子输出）之间切换，例如通过在两种不同类型的传输线之间进行切换，其中一种传输线被调整到将侧腔处于LINAC的谐振频率，且另一种传输线被调整来对侧腔进行解谐。在此方法中，在LINAC的操作期间，电子开关经历了一定量的发热。

在此方面，改变可解谐侧腔，以便对可解谐侧腔进行调整从而使其具有驻波LINAC的谐振频率，同时使导电构件处在适当的位置但电子开关未被激活。驻波直线加速器包括至少一个改变的可解谐侧腔（即，包括电子开关的侧腔）。该改变的可解谐侧腔被构造成使得在耦接到LINAC的电磁波存在的情况下且当电子开关未被激活时，改变的可解谐侧腔的电抗与不包括电子开关的侧腔的电抗大致相似。也即，可以改变可解谐侧腔的电容性电抗和/或感应性电抗。在不对电子开关进行任何激活的情况下，该改变的可解谐侧腔基本上起驻波LINAC的节点的作用，从而导致改变的可解谐侧腔中的功率损耗最小或者无功率损耗。

当改变的可解谐侧的电子开关被激活时，该侧腔被解谐，从而干扰在改进的可解谐侧腔下游的驻波型电磁波。因此，如第5.2.1节中所述，注入LINAC的纵向通道的这组电子在下游的主腔内经历明显较小的加速，并且以较低能量被发射。可以利用本领域已知的任何方式来激活改变的可解谐侧腔的电子开关，例如上面的第5.2.1节中所述。作为非限制性实例，可以通过向电子开关施加电流、通过向电子开关施加电压、或者通过连接一根或多根同轴传输线来激活电子开关。

图7A示出未被改变并且在LINAC的操作期间易于过热的可解谐侧腔70的实例。该未改变的可解谐侧腔包括电子开关72、导电构件74和柱76。导电构件74可以是导电环或导电脚。柱76的各面彼此相互平行。图7B示出可解谐侧腔80的实例，该可解谐侧腔80已被改变，从而对该可解谐侧腔进行调整从而使其具有驻波LINAC的谐振频率，同时导电脚84处于适当的位置但是电子开关82未被激活。在图7B中，改变柱86的各表面，以便改变经改变的可解谐侧腔的电抗，使得在电子开关无功率损耗的情况下，该改变的可解谐侧腔在LINAC的谐振频率下工作。在图7B的实例中，给出的柱面的形状为圆形，这改变了这两个柱之间电容量，并因而改变侧腔的电抗，使得在未激活电子开关的情况下，此改变的可解谐侧腔起LINAC的“节点”的作用。虽然在图7B中描绘为圆形，但是在未激活电子开关的情况下，导致改变的可解谐侧腔像LINAC的“节点”那样操作的任何其它形态也可适用于此方面。在另一个实例中，使改变的可解谐侧腔的柱的表面移动得更近或更远，由此改变电容量并因而改变电抗。在另一个实例中，可以改变侧腔的尺寸（并因而改变体积），以改变该侧腔的电感（并因而改变其电抗）。在另一个实例中，改变可解谐侧腔，以便调整可解谐侧腔从而使其具有LINAC的谐振频率，同时使导电构件处于适当的位置，但是电子开关是开路的。例如，对于通过连接不同的同轴电缆而进行解谐的可解谐侧腔而言，同轴电缆内的X-波段的波长大约为一英寸（通过同轴连接器到达电子开关的距离），因而可以是谐振的，因此可加入在加速器工作频率下被调整到非谐振的短延迟线。在另一个实例中，柱是由不同于该可解谐侧腔剩余部分的材料的材料（例如但不限于不同的金属或合金，或者介电材料（包括但不限于陶瓷）、或者其混合物）制成，以便改变电抗。例如，侧腔的腔体可以由铜制成，并且柱可以由铜合金、黄铜、陶瓷或者其它适合材料制成。

图8示出包括改变的可解谐侧腔的LINAC的操作的流程图。在图8的步骤200中，向电子枪发出命令以将第一组电子注入LINAC的纵向通道10。在步骤202中，发出命令以操作LINAC，从而以第一能量从LINAC中发射第一组电子。可以对步骤200和步骤202之间的时间间隔以及步骤的顺序加以选择，从而导致以所需剂量率和第一能量发射第一组电子。在步骤204中，发出命令以激活该改变的可解谐侧腔的电子开关，从而对位于经解谐侧腔下游的LINAC的部分进行解耦，从而显著地降低解耦区域内的加速电场。在步骤206中，向电子枪发出命令以将第二组电子注入纵向通道10。第二组电子将会通过位于经解谐侧腔下游的主腔中的电磁波电场的基本上可达的最大振幅来加速，并且通过位于经解谐侧腔下游的解耦区域中的降低的加速电场来加速。在步骤208中，发出命令以操作LINAC，以便能够以不同于第一能量的第二能量从LINAC中发射第二组电子。

根据此方面的系统还可包括一个以上的改变的可解谐侧腔。在此LINAC的操作中，为了以第二能量发射第二组电子，可以如前所述的方式基本同时激活两个或更多个经改变的可解谐侧腔的电子开关，从而实现电子开关的有利的低发热。

5.3X射线

利用来自LINAC的经加速电子束或电子束团轰击靶材料来产生X射线。可以通过两种不同的机制从靶中产生X射线。在第一种机制中，来自LINAC的电子对靶原子的碰撞可以传递足够的能量，使得来自原子较低能级（内壳层）的电子逃逸出原子，从而在较低能级中留出空位。原子的较高能级的电子下降到较低能级以填补该空位，并且以X射线光子的形式释放出它们的过剩能量。因为较高能级与较低能级之间的能量差是离散值，所以这些X射线光子在X射线谱中呈现锐谱线（称为特征线）。在第二种机制中，利用靠近靶的原子的强电场使来自LINAC的电子束或电子束团散射，且该电子束或电子束团释放出轫致辐射（Bremsstrahlung radiation）。轫致辐射以连续谱的形式产生X射线光子，其中X射线的强度从入射电子的能量为零开始增加。也即，当从LINAC中发射电子时，可以由来自LINAC的电子产生的最高能量X射线是电子的最高能量。轫致辐射可能比许多应用的特征线更加令人感兴趣。

可用作产生X射线的靶的材料包括：钨、某些钨合金（例如但不限于碳化钨或钨(95%)-铼(5%)）、钼、铜、铂和钴。

5.4仪器

可用于驻波LINAC操作的某些仪器包括：电子枪、调制器和电磁波源。

5.4.1电子枪

将电子枪用作电子发射体，用于发射具有特定动能的一组电子（或电子束）。电子枪可以是本领域技术人员认为合适的任何电子枪。例如，可以使用L3电子枪组件，型号M592(L3 Communications Corporation,San Carlos,CA)。该电子枪可包括用于发射电子流的热电子阴极。该电子枪还可包括用于聚焦电子流的聚焦构件。例如，可以利用聚焦电极来成形电场，从而将电子束集中到出现在阳极前面的具有最小直径的会聚束。在一些电子枪中，聚焦构件是位于阳极与热电子阴极之间的栅网，其施加用以控制电子流直径的电场。这种栅网可具有与阳极和阴极的共有纵轴同轴的孔。在一些电子枪中，该栅网可包括能够根据施加在栅网上的电压来打开和关闭电子束并且控制波束电流的拦截网。阳极还可具有与纵轴同轴的孔。阳极的孔的直径可以小于阴极的直径。可相对于阴极将电压施加给栅网和阳极，从而在栅网与阳极之间产生会聚的轴向电场，这可以产生电流密度从阴极向阳极增加的电子的拟层流。通过降低给电子枪施加的电压，可以减小从电子枪中喷射出的电子的动能。

5.4.2调制器

调制器产生延续数微秒的高压脉冲。可将这些高压脉冲施加给电磁波源（描述于以下的第5.4.3节中）、给电子枪（参见第5.4.1节），或者同时施加给两者。电源向调制器提供直流(DC)电压，调制器将DC电压转换成高压脉冲。例如，固态磁调制器-M1或-M2(ScandiNova Systems AB,Uppsala，Sweden)可以连同磁控管一起使用。在另一个实例中，固态速调管调制器-K1或-K2(ScandiNova Systems AB,Uppsala，Sweden)可以连同速调管一起使用。

5.4.3微波发生器

电磁波源可以是本领域技术人员认为合适的任何电磁波源。用于LINAC的电磁波源（在射频(“RF”)范围的微波中）通常是磁控管振荡器或者速调管放大器。在这两种类型的仪器中，RF源的尺寸以及功率输出能力大致与电磁波的波长成比例。可以通过改变其振幅、频率或者相位来改变电磁波。

5.4.3.1磁控管

磁控管起高功率振荡器的作用，其以每秒数百次脉冲的重复率产生数微秒持续时间的微波脉冲。各脉冲内的微波频率通常为大约3,000MHz（S-波段）或者大约9,000MHz（X-波段）。对于非常高的峰值束电流或者高平均电流而言，可以使用800至1500MHz（L-波段）的脉冲。磁控管可以是本领域技术人员认为合适的任何磁控管。例如，可以使用CTL X-波段脉冲磁控管，型号PM-1100X(L3 Communications,Applied Technologies,Watsonville,CA)。通常，磁控管具有圆柱性结构，其具有中心设置的阴极和外部阳极，并且具有由固体铜片机械加工成的谐振腔。将阴极与阳极之间的空间抽真空。阴极被内灯丝加热，并且利用热电子发射而产生电子。在垂直于各腔的横截面的平面的方向上施加静磁场，并且在阴极与阳极之间施加脉冲直流(DC)电场。在脉冲DC电场的作用下以及在磁场的影响下，从阴极发射的电子被加速向阳极运动。因此，电子以复杂的螺旋运动方式向谐振腔运动，导致它们以微波的频率散发出电磁辐射。经由转移波导将所产生的微波脉冲加入加速器结构中。磁控管通常是在1或2MW的峰值功率输出下工作从而给低能量LINAC提供动力（6MV或6MV以下）。磁控管相对便宜并且可以制得较为紧凑，这对于许多应用是有利的，但是磁控管可以具有有限的输出功率和有限的寿命，并且可以对电磁波频率和相位提供相对有限的控制。连续波磁控管装置可在1GHz下具有高达大约100kW的输出功率，其中效率为大约75-85%，同时脉冲装置可以以大约60-77%的效率工作。磁控管可以用于对相位不敏感的单节低能量直线加速器。磁控管通常与反馈系统一起使用，以稳定微波输出。

5.4.3.2速调管

速调管可以是本领域技术人员认为合适的任何速调管。例如，可使用CPI S-波段脉冲速调管，型号VKS-8262G (Communications and PowerIndustries(CPI),Palo Alto,CA)。速调管通过将直流电子束的动能转换成微波功率而起放大器的作用。由热电子阴极（低逸出功材料的经加热靶丸）所产生的电子束通过高电压电极（通常在数十至数百千伏特的范围内）来加速。然后使此电子束经过输入腔。将微波加入在速调管腔内或其附近的速调管的输入腔中。微波的电场导致先前连续的电子束在输入频率下形成电子束团。为了加强聚束，速调管可包括额外的聚束腔。由电子束所载的微波频率电流产生微波频率磁场，然后该磁场激励在随后的谐振腔间隙之间的电压。在输出腔中，所产生的微波功率被耦合出速调管。能量降低的用过的电子束被捕获入集电极。速调管起放大器的作用，因为来自速调管的微波输出功率可以远远大于（通常为50至60db）微波输入功率，从而导致可以是相对于微波输入功率为相位稳定的放大的微波功率。因为它是放大器，所以速调管可灵敏地改变输出微波的频率和振幅。

5.5示例性的装置和计算机-程序执行

可使用计算机系统（例如此节中所述的计算机系统）并依照以下的程序和方法来执行本文中所公开方法的各方面。例如，根据本文所公开的方法，这种计算机系统可存储命令并向控制单元发出将各电子开关激活到不同的激活状态的命令、或者发出操作LINAC的各种其它部件的命令。所述系统和方法可在各种类型的计算机结构中执行，例如在单个的通用计算机、或者并行处理计算机系统、或者工作站、或者网络化系统（例如，客户机-服务器结构，如图9中所示）中执行。

图9中示出适用于实施本文中所公开方法的示例性计算机系统。如图9中所示，实施本文所公开的一个或多个方法和系统的计算机系统可连接至网络链接（例如局域网(“LAN”)的一部分、其它局部计算机系统）并且/或者连接至其它远程计算机系统的广域网(“WAN”)的一部分（如互联网）。软件部件可包含使一个或多个处理器向一个或多个控制单元发出命令的程序，该命令使一个或多个控制单元发出命令而导致电子枪将第一组电子注入LINAC的纵向通道，从而引起电子开关激活到激活状态，并且操作LINAC（包括将电磁波耦接到LINAC并且激活AFC的命令）。例如，该系统可接收命令而导致一个或多个控制单元激活，基本同时将两个或更多个电子开关激活到激活状态，从而对位于经解谐侧腔下游的LINAC的部分进行解耦（如上所述）。该程序可使该系统从数据存储（如数据库）中检索出用于按指定顺序且以各步骤之间指定的时间间隔来实施所述方法的各步骤的命令。这种数据存储可存储于大容量存储器（如硬盘驱动器）或者其它计算机可读介质中并且装载入计算机的存储器中，或者数据存储可借助于网络被计算机系统访问。

除了本文所述的示例性程序结构和计算机系统以外，其它替代的程序结构和计算机系统对于本领域技术人员而言将是显而易见的。这种替代的系统并不脱离上述计算机系统和程序结构的精神或范围，因此旨在包括在所附权利要求书的范围内。

引用的参考文献

本文中所引用的所有参考文献的全部内容以引用的方式并入本文并且用于所有目的，如同特定且单独地指出各单独出版物或者专利或专利申请的全部内容以引用的方式并入本文而用于所有目的。本文中的参考的论述或引用将不被理解为承认上述参考是本发明的现有技术。

修改

正如对于本领域技术人员将显而易见的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可对本发明做出多种修改和变更。仅通过实例来提供本文所述的具体实施方案，且本发明仅受所附权利要求书的权项以及权利要求所授权的等效物的全部范围的限制。

Claims (30)

1.一种用于在驻波直线加速器进行快速切换操作期间降低发热的方法，所述加速器包括纵向通道、沿所述纵向通道排列的多个主腔、以及多个侧腔，所述多个侧腔的每一个耦接至两个相邻主腔并具有谐振频率，其特征在于，所述方法包括：

分别为所述多个侧腔的第一侧腔和第二侧腔装备第一电子开关和第二电子开关，所述第一电子开关和所述第二电子开关的每一个被配置成解谐其各自的侧腔的谐振频率；

在所述加速器中产生驻电磁波；

将第一组电子注入所述纵向通道；

当所述第一电子开关和所述第二电子开关处于第一状态时，使用所述驻电磁波加速所述第一组电子到第一能量，在所述第一状态中所述第一侧腔和所述第一电子开关总体与所述第二侧腔和所述第二电子开关总体具有基本相同的电抗；

基本同时将所述第一电子开关和所述第二电子开关激活成第二状态，在所述第二状态中所述第一侧腔和所述第一电子开关总体与所述第二侧腔和所述第二电子开关总体具有基本相同的电抗，所述第二状态中的电抗与所述第一状态中的电抗不相同，所述第二状态改变所述驻电磁波；

将第二组电子注入所述纵向通道；以及

使用所改变的驻电磁波加速所述第二组电子到第二能量，所述第二能量与所述第一能量不相同。

2.根据权利要求1所述的方法，其中当被激活到所述第一状态时，所述第一电子开关和所述第二电子开关的每一个对它们各自的侧腔解谐。

3.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括：在将所述第一组电子注入所述纵向通道之前，基本同时将所述第一电子开关和所述第二电子开关激活到所述第一状态。

4.根据权利要求3所述的方法，该方法还包括：在对所述第一组电子进行所述注入之前，在至少一个切换时间的时间间隔将所述第一电子开关和所述第二电子开关激活到所述第一状态。

5.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括：在对所述第二组电子进行所述注入之前，在至少一个切换时间的时间间隔将所述第一电子开关和所述第二电子开关激活到所述第二状态。

6.根据权利要求1所述的方法，其中当被激活到所述第二状态时，所述第一电子开关和所述第二电子开关对它们各自的侧腔解谐。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一侧腔和所述第二侧腔彼此相邻地设置在所述加速器的相同侧上。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一侧腔和所述第二侧腔彼此呈对角线设置在所述加速器相对侧上。

9.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括：通过向所述第一电子开关和所述第二电子开关的每一个施加第一电流来将所述第一电子开关和所述第二电子开关激活到所述第一状态。

10.根据权利要求9所述的方法，该方法还包括：通过向所述第一电子开关和所述第二电子开关的每一个施加第二电流来将所述第一电子开关和所述第二电子开关激活到所述第二状态，其中所述第一电流与所述第二电流不相同。

11.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一电子开关和所述第二电子开关的每一个分别包括导电构件，且其中所述导电构件位于各自的侧腔的内部。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述导电构件的端部延伸至所述各自的侧腔的外部并能够连接至至少一根同轴传输线。

13.根据权利要求12所述的方法，该方法还包括：通过将第一同轴传输线连接至所述第一电子开关和所述第二电子开关的每一个来将所述第一电子开关和所述第二电子开关激活到所述第一状态。

14.根据权利要求13所述的方法，该方法还包括：通过将第二同轴传输线连接至所述第一电子开关和所述第二电子开关的每一个来将所述第一电子开关和所述第二电子开关激活到所述第二状态，其中所述第一同轴传输线与所述第二同轴传输线不相同。

15.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括对一个或多个额外的侧腔的每一个侧腔装备各自的电子开关。

16.一种驻波直线加速器，该驻波直线加速器包括多个主腔和多个侧腔，

其中每个所述侧腔耦接至所述多个主腔中的两个相邻主腔并具有谐振频率，其中所述多个侧腔中的第一侧腔包括电子开关，该电子开关被配置成解谐所述第一侧腔的谐振频率，其特征在于，所述第一侧腔包括：

不同于所述多个侧腔中不包括电子开关的其他侧腔的配置，该配置是当所述电子开关未被激活时所述第一侧腔和所述电子开关总体具有与所述其他侧腔基本相同的电抗。

17.根据权利要求16所述的驻波直线加速器，其中所述多个侧腔的每一个侧腔包括一个或多个柱，且其中所述第一侧腔的一个或多个柱被构造成与所述其他侧腔的一个或多个柱不相同。

18.根据权利要求17所述的驻波直线加速器，其中所述第一侧腔的所述一个或多个柱的材料包括铜合金、黄铜、陶瓷或者其组合。

19.一种用于操作驻波直线加速器的方法，所述加速器包括多个主腔和多个侧腔，每一个侧腔耦接至两个相邻主腔并具有谐振频率，所述方法包括：

为所述多个侧腔的第一侧腔装备电子开关，所述电子开关被配置成解谐所述第一侧腔的谐振频率，其特征在于，

所述第一侧腔具有不同于所述多个侧腔中不包括电子开关的其他侧腔的配置，该配置是当所述电子开关未被激活时所述第一侧腔和所述电子开关总体具有与所述其他侧腔基本相同的电抗；

在所述加速器中产生驻电磁波；

将一组电子注入所述加速器；以及

使用所述驻电磁波加速所述一组电子到一能量。

20.根据权利要求19所述的方法，该方法包括：在进行所述电磁波到所述加速器的所述耦接之前，激活所述电子开关。

21.根据权利要求20所述的方法，该方法包括：通过向所述电子开关施加电流来激活所述电子开关。

22.根据权利要求19所述的方法，其中所述电子开关包括位于所述第一侧腔的内部的导电构件。

23.根据权利要求22所述的方法，其中所述导电构件的端部延伸至所述第一侧腔的外部并能够连接至至少一根同轴传输线。

24.根据权利要求23所述的方法，其中通过将同轴传输线连接至所述端部来激活所述电子开关。

25.一种用于在对驻波直线加速器进行快速切换操作中降低发热的方法，所述加速器包括纵向通道、沿所述纵向通道排列的多个主腔、以及多个侧腔，所述多个侧腔的每一个耦接至两个相邻主腔并具有谐振频率，所述方法包括：为所述多个侧腔的第一侧腔装备电子开关，所述电子开关被配置成解谐所述第一侧腔的谐振频率，其特征在于，

所述第一侧腔具有不同于所述多个侧腔中不包括电子开关的其他侧腔的配置，该配置是当所述电子开关未被激活时所述第一侧腔和所述电子开关总体具有与所述其他侧腔基本相同的电抗；

在所述加速器中产生驻电磁波；

将第一组电子注入所述纵向通道，

使用所述驻电磁波并且在不激活所述电子开关的情况下加速所述第一组电子到第一能量；

激活所述电子开关以改变所述驻电磁波；以及

将第二组电子注入所述纵向通道，

使用所改变的驻电磁波加速所述第二组电子到第二能量，所述第二能量与所述第一能量不相同。

26.根据权利要求25所述的方法，该方法包括：在对所述第二组电子进行所述注入之前，激活所述电子开关。

27.根据权利要求26所述的方法，该方法包括：通过向所述电子开关施加电流来激活所述电子开关。

28.根据权利要求25所述的方法，其中所述电子开关包括位于所述第一侧腔的内部的导电构件。

29.根据权利要求28所述的方法，其中所述导电构件的端部延伸至所述第一侧腔的外部并能够连接至至少一根同轴传输线。

30.根据权利要求29所述的方法，其中通过将同轴传输线连接至所述端部来激活所述电子开关。