CN102711360A - 一种双光子医用中能驻波加速管 - Google Patents

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陶小魁
任旗
王爱涛
张明
蒋华
周勇
车永新
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Abstract

本发明提供了一种双光子医用中能驻波加速管，它包括腔链本体、封接在腔链本体两端的电子枪和带有钛窗的偏转装置，腔链本体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，腔链本体为束流孔径为6-8mm的加速腔与耦合腔组成的加速腔链，腔链本体的长度为1.2-1.4m，采用上述尺寸的束流孔径和腔链本体后，两者组合使用使得加速管的总长度小于1.6m，使得加速管的长度适中，并具有较高的分流阻抗，所以，该加速管能够兼顾低能加速管和中能加速管的输出剂量率和射线品质，电子打靶后可提供6-14MeV任意两档X线辐射，输出剂量率不小于3Gy/min.m；可提供5-14MeV任意三档E辐射，剂量率不小于4Gy/min.m。

Description

一种双光子医用中能驻波加速管
技术领域
本发明涉及一种加速管，尤其是一种双光子医用中能驻波加速管。
背景技术
放射治疗在对恶性肿瘤的治疗中占有重要的作用，虽然每年不断有新的方法出现，但放射治疗的地位始终没有降低，约有70%的肿瘤患者需要接受放射治疗。放射治疗的发展与加速器技术的发展密切相关，医用电子直线加速器是目前医院临床放射治疗中使用最普遍、数量最多的放射治疗装置。医用电子直线加速器按能量区分可分为低能机（4-6MeV）、中能机（8-15MeV）和高能机（20-25MeV）三种。
6MeV单光子加速器因其整机结构紧凑，机型轻便，操作简单等优点，在医院中装备数量较大。随着放疗新技术的发展，低能单光子加速器治疗由于能量低，穿透性不够，对于部位较深的肿瘤治疗效果不好；由于没有电子线，对于位于浅表的肿瘤治疗效果不好。中能加速器能够实现低能加速器的所有功能，而且-多一种射线类型，且穿透性更强，能够适应更多的临床适应症，比高能加速器性价比高，是大中型肿瘤医院和综合医院所需要的放射治疗装置。
目前中、高能加速器的发展水平主要受限于中、高能加速管技术。已有技术的中能加速管存在的核心问题是加速管太长，一般大于1.8m，不能同时兼顾低、中能两档能量在大射野下的输出剂量率和射线品质，射线能散度差，电子束加速到加速管末端偏转后束斑大小及靶点不易调节。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，而提供一种能够兼顾低能、中能的输出剂量率和射线品质的双光子医用中能驻波加速管。
本方案是通过如下技术措施来实现的：该双光子医用中能驻波加速管包括腔链本体、封接在腔链本体两端的电子枪和带有钛窗的偏转装置，腔链本体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，所述腔链本体为束流孔径为6-8mm的加速腔与耦合腔组成的加速腔链，腔链本体的长度为1.2-1.4m。
为了使加速管有较高的分流阻抗，以确保束流能量最高可达14MeV，使上述束流孔径为7mm、腔链本体的长度为1.25m。
上述电子枪为栅控电子枪，通过栅控电子枪发射电子。当加速管工作于不同的治疗状态时，通过栅控电子枪控制发射不同的电流，以满足治疗需要。
上述偏转装置为270度消色差偏转装置，当电子在腔链本体中加速到一定能量后经由270度消色差偏转装置偏转，然后经钛窗引出。不打靶时，直接引出电子线；需要打靶时，则将重金属靶移到束流孔下侧，打靶产生X射线。该270度消色差偏转装置，具有良好的消色差特性，偏转后束斑直径小于2mm，靶点保持对称，同时根据需要也可以提供直束电子线供研究调试使用。
上述钛窗为双层钛箔结构，双层钛箔之间为水。采用这种结构形式后，电子经过一层水层会滤掉一部分能量偏低一点、270度消色差偏转装置中未能完全滤去的电子，使射线能谱变好，且水能对钛窗进行有效的冷却，以延长钛窗的使用寿命，其散热效率较高。
上述腔链本体外侧设置有冷却水管, 通过冷却水管对腔链本体进行充分的冷却，偏转装置内设置有冷却水路，水路中的循环水对工作中的偏转装置进行冷却。
上述矩形波导为L型，其输出端与腔链本体的侧壁通过焊接固定，且为一次焊接成型，其变形小，焊接效率高。采用这种L型的矩形波导后，使加速管整体外形呈Ч型结构，使加速管整体调整和装配简单易行。另外，兼顾各档束流负载后，使矩形波导与腔链本体之间的耦合度取值为1.7。
上述溅射离子泵为抽速为8L/s的圆形溅射离子泵，工作时其真空电流小于1μA。
上述加速腔与耦合腔的结构形式可以采用如下两种方式：（1）加速腔与耦合腔共轴，形成双周期轴耦合加速结构；（2）耦合腔置于加速腔轴线之外，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。
本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知，该双光子医用中能驻波加速管中，腔链本体为束流孔径为6-8mm的加速腔与耦合腔组成的加速腔链，腔链本体的长度为1.2-1.4m，采用上述尺寸的束流孔径和腔链本体后，两者组合使用使得加速管的总长度小于1.6m，使得加速管的长度适中，并具有较高的分流阻抗，所以，该加速管能够兼顾低能加速管和中能加速管的输出剂量率和射线品质，电子打靶后可提供6—14MeV任意两档X线辐射，输出剂量率不小于3Gy/min.m；可提供5—14MeV任意三档E辐射，剂量率不小于4Gy/min.m。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为轴耦合加速结构的主视结构示意图。
图3为轴耦合加速结构的左视结构示意图。
图4为边耦合加速结构的主视结构示意图。
图5为边耦合加速结构的左视结构示意图。
图中，1为电子枪，2为腔链本体，3为微波输入窗，4为溅射离子泵，5为矩形波导，6为钛窗，7为偏转装置，8为耦合腔，9为加速腔。10为法兰盘，11为冷却水管。
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。
一种双光子医用中能驻波加速管，如图1所示，它包括腔链本体2、封接在腔链本体2两端的电子枪1和带有钛窗6的偏转装置7，电子枪1通过氩弧焊翻边与腔链本体2焊接，钛窗6为双层钛箔结构，双层钛箔之间为水，水一方面滤掉一部分能量偏低一点、偏转装置7中未能完全滤去的电子，以改善射线能谱，另一方面还可以对钛窗6进行有效的冷却。偏转装置7为270度消色差偏转装置，偏转装置7内铣有冷却水路，通过冷却水路对偏转装置7进行充分冷却。当电子在腔链本体2中加速到一定能量后经由270度消色差偏转装置7偏转，然后经由钛窗6引出。不打靶时，直接引出电子线进行治疗；需要打靶时，则将重金属靶移到束流孔下侧，打靶产生X射线。270度消色差偏转装置7中位于其外部的偏转磁铁产生磁力线，电子在该磁力线的作用下产生偏转来消色差，电子束经偏转后束斑直径小于2mm，靶点保持对称，同时根据需要也可以提供直束电子线供研究调试使用。
腔链本体2侧面焊接固定有L型的矩形波导5，矩形波导5的输出端与腔链本体2侧壁焊接，使加速管整体外形形成Ч型结构，装配、调整比较方便。兼顾各档束流负载后，使矩形波导5与腔链本体2之间的耦合度为1.7。腔链本体2和矩形波导5外侧设置有冷却水管11，通过冷却水管11对两者进行冷却。矩形波导5上固定连接有微波输入窗3和溅射离子泵4，该溅射离子泵4为抽速为8L/s的圆形溅射离子泵，工作时其真空电流小于1μA，以使腔链本体2获得高真空。
腔链本体2为束流孔径为6-8mm的加速腔9与耦合腔8组成的加速腔链，腔链本体2的长度为1.2-1.4m，束流孔径和腔链本体2对应的两组数据不是孤立的，两者组合使用后，所获得的加速管的长度小于1.6m，长度适中，并具有较高的分流阻抗。所以，该加速管能够兼顾低能加速管和中能加速管的输出剂量率和射线品质，电子打靶后可提供6—14MeV任意两档X线辐射，输出剂量率不小于3Gy/min.m；可提供5—14MeV任意三档E辐射，剂量率不小于4Gy/min.m。为了达到更好的实际使用效果，优选束流孔径为7mm，优选腔链本体2的长度为1.25m，采用这两个数据组合限制的腔链本体2后，加速管的总长度为1.56m，此时，加速管能兼顾射线剂量率和能量的关系，具有较好的实用性。
加速腔9与耦合腔8的结构形式可以采用如下两种方式：（1）如图2和图3所示，加速腔9与耦合腔8共轴，形成双周期轴耦合加速结构；（2）如图4和图5所示，耦合腔8置于加速腔9轴线之外，形成双周期边耦合加速结构。
本发明中所提供的加速管中，通过对腔链本体2的优化设计，使整个腔链从聚束段到光速段的相速及电场幅值分为三个均匀段，实现了加速管不需外加聚焦磁场，利用腔链本体2中射频场本身的聚焦作用即可实现聚焦。
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)

1.一种双光子医用中能驻波加速管，它包括腔链本体、封接在腔链本体两端的电子枪和带有钛窗的偏转装置，腔链本体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：所述腔链本体为束流孔径为6-8mm的加速腔与耦合腔组成的加速腔链，腔链本体的长度为1.2-1.4m。
2.根据权利要求1所述的双光子医用中能驻波加速管，其特征是：所述束流孔径为7mm。
3.根据权利要求1所述的双光子医用中能驻波加速管，其特征是：所述腔链本体的长度为1.25m。
4.根据权利要求1、2或3所述的双光子医用中能驻波加速管，其特征是：所述电子枪为栅控电子枪。
5.根据权利要求1、2或3所述的双光子医用中能驻波加速管，其特征是：所述偏转装置为270度消色差偏转装置。
6.根据权利要求1所述的双光子医用中能驻波加速管，其特征是：所述钛窗为双层钛箔结构，双层钛箔之间为水。
7.根据权利要求1所述的双光子医用中能驻波加速管，其特征是：所述腔链本体外侧设置有冷却水管,偏转装置内设置有冷却水路。
8.根据权利要求1所述的双光子医用中能驻波加速管，其特征是：所述矩形波导为L型，其输出端与腔链本体的侧壁固定连接，加速管外形为Ч型结构。
9.根据权利要求1所述的双光子医用中能驻波加速管，其特征是：所述溅射离子泵为抽速为8L/s的圆形溅射离子泵，工作时其真空电流小于1μA。
10.根据权利要求1所述的双光子医用中能驻波加速管，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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