CN102711359A - 一种单光子6MeV医用低能驻波加速管 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种单光子6MeV医用低能驻波加速管，它包括两端分别连接有电子枪和靶体的腔链本体，腔链本体的侧面固定连接有矩形波导，矩形波导上固定连接有微波输入窗和溅射离子泵，所述电子枪为栅控三极电子枪，栅控三极电子枪较二极电子枪增加了一个栅极，栅极可以较好的对束流进行控制并能对X射线剂量率和能量进行微调，使电子束流能在瞬间达到稳定，并快速轰击靶体产生X射线。其腔链本体为6-7个束流孔径为4-6mm的加速腔与耦合腔组成的加速腔链，腔链本体的长度为27-33cm，这种设计制作的加速管，可使剂量在出束瞬间达到稳定。

Description

一种单光子6MeV医用低能驻波加速管
技术领域
本发明涉及一种加速管，尤其是一种单光子6MeV医用低能驻波加速管。
背景技术
随着调强放疗的发展，调强技术对加速器的硬件要求越来越高，要求加速器工作状态在瞬间达到稳定，剂量率可控，出光快速。因此，对作为医用加速器核心部件的加速管也就提出了更高的要求。目前市场上的低能加速器中，加速管的电子枪主要以阴控二极电子枪为主，其束流不可调节，随之产生的X射线的品质也不好，不能满足精确放疗的临床需要。另外，由于低能加速管存在的电子回轰问题，回轰功率较高，容易造成电子枪栅网击穿。这就是现有技术所存在的不足之处。
发明内容
本发明要解决的技术问题，就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种束流可控的单光子6MeV医用低能加速管。
本方案是通过如下技术措施来实现的：该单光子6MeV医用低能驻波加速管包括两端分别连接有电子枪和靶体的腔链本体，腔链本体的侧面固定连接有矩形波导，矩形波导上固定连接有微波输入窗和溅射离子泵，所述电子枪为栅控三极电子枪，所述腔链本体为6-7个束流孔径为4-6mm的加速腔与耦合腔组成的加速腔链，腔链本体的长度为27-33cm。
优选上述束流孔径为5mm、腔链本体的长度为28.5cm。
上述栅控三极电子枪中的阴极和栅极的中心开有同心且直径相等的通孔，通孔的直径为1-2mm，该电子枪较二极枪增加了一个控制栅极，且阴极及栅极与盖板的中心对中。当产生电子回轰时，回轰的电子通过通孔后直接打在盖板上，使回轰电子避开了栅极和阴极，从而延长了栅极和阴极的使用寿命。
上述栅极中栅网金属丝的直径采用0.04-0.06mm，以提高栅极的防反轰能力。 
上述腔链本体中连接有靶体的一端通过钛窗密封，靶体位于钛窗下方并与腔链本体活动连接，这种结构形式可以保证在不破坏加速管真空的情况下，对靶体进行拆卸和更换，有效地延长了加速管的使用寿命。
上述溅射离子泵为抽速为5L/s的圆形溅射离子泵，加速管工作时靠溅射离子泵维持管内高真空，工作时其真空电流小于0.5μA。
上述靶体与钛窗之间有冷却水路，水流对靶体和钛窗进行充分冷却，以提高靶体和钛窗的使用寿命。
上述腔链本体外侧设置有冷却水管，在加速管工作时，通过冷却水管对其进行冷却。
上述加速腔与耦合腔共轴或耦合腔置于加速腔轴线之外，可以根据具体需要灵活选择。
本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知，该单光子6MeV医用低能驻波加速管中，所采用的电子枪为栅控三极电子枪，栅控三极电子枪较二极电子枪增加了一个栅极，栅极可以较好的对束流进行控制并能对X射线剂量率和能量进行微调，使电子束流能在瞬间达到稳定，并快速轰击靶体产生X射线。其腔链本体为6-7个束流孔径为4-6mm的加速腔与耦合腔组成的加速腔链，腔链本体的长度为27-33cm，这种设计制作的加速管，可使剂量在出束瞬间达到稳定。由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步，其实施的有益效果也是显而易见的。
附图说明
图1为本发明具体实施方式的结构示意图。
图2为图1中电子枪的结构示意图。
图3为图2中A点的局部放大图。
图4为轴耦合加速结构的主视结构示意图。
图5为轴耦合加速结构的左视结构示意图。
图6为边耦合加速结构的主视结构示意图。
图7为边耦合加速结构的左视结构示意图。
图中，1为电子枪，2为氩弧焊翻边，3为冷却水管，4为耦合腔，5为加速腔，6为腔链本体，7为溅射离子泵，8为微波输入窗，9为矩形波导，10为连接螺栓，11为靶体，12为钛窗，13为阳极，14为栅极,15为接线柱，16为通孔，17为盖板，18为灯丝，19为阴控组件，20为栅极组件，21为阴极，22为壳体，23为通孔。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本方案进行阐述。
一种单光子6MeV医用低能驻波加速管，如图1所示，它包括两端分别连接有电子枪1和靶体11的腔链本体6，腔链本体6的侧面固定连接有矩形波导9，矩形波导9上固定连接有微波输入窗8和抽速为5L/s的圆形溅射离子泵7，溅射离子泵7工作时真空电流小于0.5μA。所述电子枪1采用栅控三极电子枪，所述腔链本体6为6-7个束流孔径为4-6mm的加速腔5与耦合腔4组成的加速腔链，腔链本体6的长度为27-33cm。优选束流孔径为5±0.2mm、腔链本体6的长度为28.5cm，选用这三组数据并组合使用，使加速管能兼顾能量和剂量率的关系，并使加速管有较小的电子回轰。其中，加速腔5与耦合腔4的结构形式可以采用如下两种方式：（1）如图4和图5所示，加速腔5与耦合腔4共轴，形成双周期轴耦合加速结构；（2）如图6和图7所示，耦合腔4置于加速腔5轴线之外，形成双周期边耦合加速结构，可以根据具体的作业使用要求灵活选择。
其中，如图2和图3所示，栅控三极电子枪1包括壳体22及位于壳体22两端的阳极13和盖板17，壳体22内设置有阴控组件19和栅极组件20；所述栅极组件20中的栅极14固定安装于阴控组件19中阴极21的上端部，阴极21和栅极14的中心分别开有同心且直径相等的通孔16和通孔23，通孔16和通孔23的直径为1-2mm，优选通孔16和通孔23的直径为2mm。该电子枪1较二极枪增加了一个控制栅极14，栅极14中栅网金属丝的直径采用0.04-0.06mm，且阴极21及栅极14与盖板17的中心对中。电子枪1通过氩弧焊翻边2与腔链本体6焊接固定。当产生电子回轰时，电子通过阳极13后依次进入通孔23和通孔16，从而使栅极14和阴极21直接避开回轰的电子，使回轰的电子直接打在盖板17上，电子轰击产生的热量直接通过盖板17散发，有效的避免了回轰电子对栅极14和阴极21造成的影响，在不改变加速管高加速梯度的前提下来减小电子回轰对栅极14和阴极21造成的伤害，从而延长了栅极14和阴极21的使用寿命，保证了加速管的输出剂量和能量的稳定性。又由于栅极14所采用的栅网金属丝的直径较大，所以其防电子回轰的能力较强，使用寿命长。
当栅极14对阴极21加上一个不大的负电压(截止偏压一Egc)时，使阴极21发射截止，这相当于在脉冲的间隙期停止放射，而脉冲的持续期栅极14对阴极21加上零或一个不大的正电压，使阴极21发射电子，通过对这个正电压的调整，达到对电子注流的控制。而阴极21对阳极13的电压，可以始终加上一个稳定的直流高压。
另外，为了冷却腔链本体6，在腔链本体6外侧设置有冷却水管3，通过冷却水管3中的循环水将腔链本体6的热量及时带走。为了充分冷却靶体11和钛窗12，在靶体11与钛窗12之间设置有冷却水路，这种结构形式既能保证腔链本体6的气密性，又可以避免温度太高而影响靶体11和钛窗12的使用寿命。
上述腔链本体6中连接有靶体11的一端通过钛窗12密封，通过钛窗12将腔链本体6的真空与靶体11分开，使腔链本体6内一直保持高真空。靶体11位于钛窗12下方，且靶体11与腔链本体6活动连接，该活动连接为靶体11通过刀口法兰和连接螺栓10与腔链本体6活动连接。采用这种可拆卸的机械连接结构后，如果靶体11出现磨损，在不破坏加速管真空的情况下，可以将靶体11卸下并及时更换新的，既能有效保证靶点对称，还可以提高加速管的使用寿命。为了保证腔链本体6的气密性，靶体11与腔链本体6采用上述机械连接方式后，在外部再用翻边氩弧焊封接。
通过上述对加速管腔链本体6的优化设计，在不降低整管束流阻抗的情况下，有效地降低了腔链本体6中电子回轰对电子枪1产生的影响，有效延长了电子枪1的使用寿命。电子在腔链本体6中经过加速后，从焊接在腔链本体6末端上的钛窗12引出，轰击重金属靶体11，产生X射线。电子由栅控三极电子枪1发射，栅控三极电子枪1的发射束流强度可以从5mA到1500mA可调，该电子枪1较阴控二极电子枪增加了一个栅极14，栅极14可以较好的对束流进行控制，满足放疗新技术对加速管“束流可控、瞬间稳定、快速出光”等技术的要求。该加速管的末腔上焊接安装有圆形或方形的法兰，用于加速管的直立安装。
本发明中未经描述的技术特征可以通过现有技术实现，在此不再赘述。本发明并不仅限于上述具体实施方式，本领域普通技术人员在本发明的实质范围内做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。 

Claims (10)

1.一种单光子6MeV医用低能驻波加速管，它包括两端分别连接有电子枪和靶体的腔链本体，腔链本体的侧面固定连接有矩形波导，矩形波导上固定连接有微波输入窗和溅射离子泵，其特征是：所述电子枪为栅控三极电子枪，所述腔链本体为6-7个束流孔径为4-6mm的加速腔与耦合腔组成的加速腔链，腔链本体的长度为27-33cm。
2.根据权利要求1所述的单光子6MeV医用低能驻波加速管，其特征是：所述束流孔径为5mm。
3.根据权利要求1或2所述的单光子6MeV医用低能驻波加速管，其特征是：所述腔链本体的长度为28.5cm。
4.根据权利要求1所述的单光子6MeV医用低能驻波加速管，其特征是：所述栅控三极电子枪中的阴极和栅极的中心开有同心且直径相等的通孔。
5.根据权利要求4所述的单光子6MeV医用低能驻波加速管，其特征是：所述通孔的直径为1-2mm。
6.根据权利要求4或5所述的单光子6MeV医用低能驻波加速管，其特征是：所述栅极中栅网金属丝的直径为0.04-0.06mm。
7.根据权利要求3所述的单光子6MeV医用低能驻波加速管，其特征是：所述腔链本体中连接有靶体的一端通过钛窗密封，靶体位于钛窗下方并与腔链本体活动连接。
8.根据权利要求1所述的单光子6MeV医用低能驻波加速管，其特征是：所述溅射离子泵为抽速为5L/s的圆形溅射离子泵，工作时其真空电流小于0.5μA。
9.根据权利要求4所述的单光子6MeV医用低能驻波加速管，其特征是：所述腔链本体外侧设置有冷却水管，靶体与钛窗之间有冷却水路。
10.根据权利要求1所述的单光子6MeV医用低能驻波加速管，其特征是：所述加速腔与耦合腔共轴或耦合腔置于加速腔轴线之外。
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