CN105072799A - 一种轴耦合与边耦合混合型的双束驻波电子直线加速器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轴耦合与边耦合混合型的双束驻波电子直线加速器，通过加速腔与轴耦合腔交替连接的方式构成双束驻波电子直线加速器的主体，同时在边耦合腔设置金属短路开关，通过调整短路开关插入边耦合腔的长度对电子束流的能量状态进行调节。从而实现通过一个注波电子直线加速器获得高能量和低能量两种电子束流能量状态的功能，进而实现一机多用的功能，降低成像与放疗设备体积和成本。
Description
技术领域
本发明属于驻波电子直线加速器技术领域，更为具体地讲，涉及一种轴耦合与边耦合混合型的双束驻波电子直线加速器。
背景技术
驻波电子直线加速器是加速器领域目前发展的最为迅速的一类电子直线加速器，与其它类型的电子直线加速器相比，驻波电子直线加速器具有体积小、加速梯度强、加速效率高、电子束流稳定性好等优势，近年来，它在医用放射治疗领域有着广泛的研究与发展。
目前在医学放射领域，由于成像与放疗用的电子束流能量并不相同，因此病患部位的定位与放射治疗往往采取的是两套独立的电子直线加速器系统，由于两套系统的坐标不同等问题，导致对病患部位的放疗达不到人们所期待的精确程度。
该轴耦合与边耦合混合型的双束驻波电子直线加速器，可以输出两种不同能量级别的电子束流，分别满足成像与放疗，同时也具有体积小等优势，扩展了驻波电子直线加速器的应用领域。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种轴耦合与边耦合混合型的双束驻波电子直线加速器，能够输出两种能量段的电子束流，达到一机多用的功能。
为实现上述发明目的，本发明一种轴耦合与边耦合混合型的双束驻波电子直线加速器，其特征在于，包括：轴耦合驻波电子直线加速器、圆柱型边耦合腔和金属短路圆柱开关；
所述的轴耦合驻波电子直线加速器包括一个加速腔a和五个加速腔b，以及四个型号相同的轴耦合腔；
其中，加速腔a置于最前端，加速腔b依次排列其后，轴耦合腔分别位于除第四、第五个加速腔外的相邻加速腔之间，且前一个加速腔均与后一个轴耦合腔通过耦合孔直接连通；当信号从型号为a的加速腔通过时，先通过加速腔与轴耦合腔之间的耦合孔进入轴耦合腔，再从轴耦合腔与加速腔之间的耦合孔耦合到后续的加速腔；
所述的圆柱型边耦合腔的空心圆柱的高为Hq2，空心圆柱的直径为Dq2、内圆柱直径为Dq1，内圆柱高度为Hq1，所述的空心圆柱的轴线与内圆柱的轴线共线，所述的空心圆柱与内圆柱的轴线中心点重合；所述的双束驻波电子直线加速器的轴线与所述的空心圆柱的轴线平行，在所述的空心圆柱上开圆孔H，圆孔H的轴线在所述的双束驻波电子直线加速器的轴线与所述的空心圆柱的轴线构成的平面内，且过所述的空心圆柱的轴线中心点，圆孔H的直径为Dq3，在圆孔H的内壁自带有内螺纹；
圆柱型边耦合腔置于第四、第五个加速腔之间，边耦合腔的轴线与双束驻波电子直线加速器的轴线之间的距离为L，边耦合腔与型号为b的加速腔之间有公共部分，形成电磁波耦合孔；
所述的金属短路圆柱开关的直径为Dq3、高度为Hq1，其外表壁自带有外螺纹，将金属短路圆柱开关置于圆柱型边耦合腔上时，通过各自的螺纹进行连接；
当双束驻波电子直线加速器运行时，如果将金属短路圆柱开关置于最底端，则圆柱型边耦合腔相邻的两个加速腔电场相位保持同相，从而使电子束流在通过圆柱型边耦合腔之后从加速状态进入减速状态，进而输出低能量的电子束流；如果将金属短路圆柱开关置于最顶端，则圆柱型边耦合腔相邻的两个加速腔电场相位保持反相，且电子束流在通过圆柱型边耦合腔之后继续保持加速状态，进而输出高能量的电子束流。
本发明的发明目的是这样实现的：
本发明一种轴耦合与边耦合混合型的双束驻波电子直线加速器，通过加速腔与轴耦合腔交替连接的方式构成双束驻波电子直线加速器的主体，同时在边耦合腔设置金属短路开关，通过调整短路开关插入边耦合腔的长度对电子束流的能量状态进行调节。从而实现通过一个注波电子直线加速器获得高能量和低能量两种电子束流能量状态的功能，进而实现一机多用的功能，降低成像与放疗设备体积和成本。
同时，本发明一种轴耦合与边耦合混合型的双束驻波电子直线加速器还具有以下有益效果：
(1)、通过使用轴耦合与边耦合混合型的双束驻波电子直线加速器，实现了一个器件输出高、低两种能量状态的电子束流，低能状态的电子束流用于低剂量病患部位放射检查，高能状态的电子束流用于高剂量病患部位放射治疗，实现一机多用的功能；
(2)、轴耦合与边耦合混合型的双束驻波电子直线加速器可以将现有两套独立的电子直线加速器系统简化为一套，可进一步降低设备体积和成本，同时可以避免两套系统坐标系统的差异造成误差，进而提高对病患部位检查和治疗的精度。
附图说明
图1是本发明轴耦合与边耦合混合型的双束驻波电子直线加速器的仿真模型；
图2是本发明轴耦合与边耦合混合型的双束驻波电子直线加速器的实体模型；
图3是圆柱型边耦合腔的结构图；
图4是金属短路圆柱开关置于底端的结构图；
图5是金属短路圆柱开关置于顶端的结构示意图；
图6是加速腔a的结构示意图；
图7是加速腔b的结构示意图；
图8是轴耦合腔的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
实施例
图1是本发明轴耦合与边耦合混合型的双束驻波电子直线加速器的仿真模型。
图2是本发明轴耦合与边耦合混合型的双束驻波电子直线加速器的实体模型。
在本实施例中，如图1、2所示，本发明一种轴耦合与边耦合混合型的双束驻波电子直线加速器，包括：轴耦合驻波电子直线加速器1、圆柱型边耦合腔2和金属短路圆柱开关3；
其中，如图2所示，轴耦合驻波电子直线加速器1包括一个加速腔a101和五个加速腔b102，以及四个型号相同的轴耦合腔103；
其中，加速腔a101置于最前端，加速腔b102依次排列其后，轴耦合腔103分别位于除第四、第五个加速腔外的相邻加速腔之间，且前一个加速腔均与后一个轴耦合腔103通过耦合孔直接连通；当信号从加速腔a101进入时，先通过加速腔与轴耦合腔之间的耦合孔进入轴耦合腔，再从轴耦合腔与加速腔之间的耦合孔耦合到后续的加速腔；
如图3所示，圆柱型边耦合腔2的空心圆柱的高为Hq2＝27.8mm，空心圆柱的直径为Dq2＝41.3mm、内圆柱直径为Dq1＝19.4mm，内圆柱高度为Hq1＝7.8mm；
其中，空心圆柱的轴线与内圆柱的轴线共线，空心圆柱与内圆柱的轴线中心点重合；
轴耦合驻波电子直线加速器1的轴线与空心圆柱的轴线平行，在垂直于空心圆柱轴线方向上开圆孔，圆孔的轴线在所述的轴耦合驻波电子直线加速器1的轴线与所述的空心圆柱的轴线构成的平面内，且过所述的空心圆柱的轴线中心点；如图4所示，圆孔的直径为Dq3＝7.2mm，圆孔为通孔，但不能破坏空心圆柱靠近加速器中心轴线一侧的结构，在圆孔的内壁自带有内螺纹；
圆柱型边耦合腔2置于第四、第五个加速腔之间，圆柱型边耦合腔2的轴线与轴耦合驻波电子直线加速器1的轴线之间的距离为H，圆柱型边耦合腔2与加速腔b102之间有公共部分，形成电磁波耦合孔；
如图4所示，金属短路圆柱开关3的直径为Dq3＝6.8、高度大于Ld＝39mm，其外表壁自带有外螺纹，将金属短路圆柱开关置于圆柱型边耦合腔上时，通过各自的螺纹进行连接；
当双束驻波电子直线加速器运行时，如图4所示，如果将金属短路圆柱开关置于最底端，则圆柱型边耦合腔相邻的两个加速腔电场相位保持同相，从而使电子束流在通过圆柱型边耦合腔之后从加速状态进入减速状态，进而输出低能量的电子束流；如图5所示，如果将金属短路圆柱开关置于最顶端，则圆柱型边耦合腔相邻的两个加速腔电场相位保持反相，且电子束流在通过圆柱型边耦合腔之后继续保持加速状态，进而输出高能量的电子束流。
图6是加速腔a的结构示意图。
在本实施例中，如图6所示，加速腔a的电子注通道直径为D＝6mm，内腔直径Da1＝75.6mm，内腔圆角圆心所在圆的直径Da2＝59.8mm，内腔中心线左侧上倒圆角圆心所在圆的直径Da3＝14.8mm，内腔中心线左侧下倒圆角圆心所在圆的直径Da4＝11mm，内腔中心线右侧倒圆角圆心所在圆的直径Da5＝8.2mm，内腔中心线左侧上倒圆角的半径Ra1＝4.2mm，内腔中心线左侧下倒圆角的半径Ra2＝2.5mm，内腔圆角半径Ra3＝7.9mm，以左边缘为基准，内腔中心线左侧上倒圆角圆心与基准的距离La1＝3.2mm，内腔中心线左侧下倒圆角圆心与基准的距离La2＝4.9mm，内腔左侧壁与基准的距离La3＝5mm，内腔左侧突起面与基准的距离La4＝7.4mm，内腔近轴右侧突起倒圆角圆心与基准的距离La5＝20.4mm，第一个轴耦合腔左边缘与基准的距离Lz＝24.9mm，内腔两个圆角圆心的距离La＝2mm，内腔近轴右侧突起倾斜角θa＝25°，耦合孔大圆弧所在的直径为Do1＝54mm，耦合孔小圆弧所在的直径为Do2＝44mm
图7是加速腔b的结构示意图。
在本实施例中，如图7所示，以基准参考面为第一个轴耦合腔左边缘；轴耦合腔的厚度Lb1＝3mm，加速腔b左侧内壁与基准面的距离Lb2＝5.1mm，腔内近轴两端突起倒圆角圆心之间的距离Lb3＝30mm，腔内两侧侧壁之间的距离Lb4＝42.8mm，腔内近轴两端突起倒圆角的半径Rb2＝1.5mm，腔内大圆角半径Rb1＝19.4mm，腔内直径Db1＝77.5mm，腔内大圆角圆心所在圆的直径Db2＝38.7mm，腔内近轴两端突起倒圆角圆心所在圆的直径Db3＝8.2mm，腔内近轴两端突起倾角θb＝25°，长度“Lb2+Lb4”为轴耦合腔与加速腔b重复出现的一个周期长度。
图8是轴耦合腔的结构示意图。
在本实施例中，如图8(a)所示，轴耦合腔的腔体高度Hz＝3mm，腔体直径Dz＝72.7mm。微波在轴耦合腔中电压幅值很小，对电子束流的最终能量状态影响可忽略不计。
在轴耦合腔两侧分布有耦合孔，以轴耦合驻波电子直线加速器的轴线对称分布，且两侧耦合孔的位置在中心面的投影呈垂直等分状态，如图8(b)所示，耦合孔大圆弧所在的直径为Do1＝54mm，耦合孔小圆弧所在的直径为Do2＝44mm，耦合孔边缘圆弧直径Do＝Do1-Do2＝10mm，耦合孔两端边缘圆弧圆心相对于耦合腔圆心张角θo＝10°。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
Claims (4)
1.一种轴耦合与边耦合混合型的双束驻波电子直线加速器，其特征在于，包括：轴耦合驻波电子直线加速器、圆柱型边耦合腔和金属短路圆柱开关；
所述的轴耦合驻波电子直线直线加速器包括一个加速腔a和五个加速腔b，以及四个型号相同的轴耦合腔；
其中，加速腔a置于最前端，加速腔b依次排列其后，轴耦合腔分别位于除第四、第五个加速腔外的相邻加速腔之间，且前一个加速腔均与后一个轴耦合腔通过耦合孔直接连通；当信号从型号为a的加速腔通过时，先通过加速腔与轴耦合腔之间的耦合孔进入轴耦合腔，再从轴耦合腔与加速腔之间的耦合孔耦合到后续的加速腔；
所述的圆柱型边耦合腔的空心圆柱的高为Hq2，空心圆柱的直径为Dq2、内圆柱直径为Dq1，内圆柱高度为Hq2，所述的空心圆柱的轴线与内圆柱的轴线共线，所述的空心圆柱与内圆柱的轴线中心点重合；所述的双束驻波电子直线加速器的轴线与所述的空心圆柱的轴线平行，在所述的空心圆柱上开圆孔H，圆孔H的轴线在所述的双束驻波电子直线加速器的轴线与所述的空心圆柱的轴线构成的平面内，且过所述的空心圆柱的轴线中心点，圆孔H的直径为Dq3，在圆孔H的内壁自带有内螺纹；
圆柱型边耦合腔置于第四、第五个加速腔之间，边耦合腔的轴线与双束驻波电子直线加速器的轴线之间的距离为L，边耦合腔与型号为b的加速腔之间有公共部分，形成电磁波耦合孔；
所述的金属短路圆柱开关的直径为Dq3、高度为Hq1，其外表壁自带有外螺纹，将金属短路圆柱开关置于圆柱型边耦合腔上时，通过各自的螺纹进行连接；
当双束驻波电子直线加速器运行时，如果将金属短路圆柱开关置于最底端，则圆柱型边耦合腔相邻的两个加速腔电场相位保持同相，从而使电子束流在通过圆柱型边耦合腔之后从加速状态进入减速状态，进而输出低能量的电子束流；如果将金属短路圆柱开关置于最顶端，则圆柱型边耦合腔相邻的两个加速腔电场相位保持反相，且电子束流在通过圆柱型边耦合腔之后继续保持加速状态，进而输出高能量的电子束流。
2.根据权利要求1所述的一种轴耦合与边耦合混合型的双束驻波电子直线加速器，其特征在于，所述的加速腔a的电子注通道直径为D，内腔直径为Da1，内腔圆角圆心所在圆的直径为Da1，内腔中心线左侧上倒圆角圆心所在圆的直径为Da3，内腔中心线左侧下倒圆角圆心所在圆的直径为Da4，内腔中心线右侧倒圆角圆心所在圆的直径为Da5，内腔中心线左侧上倒圆角的半径为Ra1，内腔中心线左侧下倒圆角的半径为Ra2，内腔圆角半径为Ra3，以左边缘为基准，内腔中心线左侧上倒圆角圆心与基准的距离为La1，内腔中心线左侧下倒圆角圆心与基准的距离为La2，内腔左侧壁与基准的距离为La3，内腔左侧突起面与基准的距离为La4，内腔近轴右侧突起倒圆角圆心与基准的距离为La5，第一个轴耦合腔左边缘与基准的距离为Lz，内腔两个圆角圆心的距离为La，内腔近轴右侧突起倾斜角为θa。
3.根据权利要求1所述的一种轴耦合与边耦合混合型的双束驻波电子直线加速器，其特征在于，所述的加速腔b的结构为：
基准参考面为第一个轴耦合腔左边缘；轴耦合腔的厚度Lb1，加速腔b左侧内壁与基准面的距离Lb2，腔内近轴两端突起倒圆角圆心之间的距离Lb3，腔内两侧侧壁之间的距离Lb4，腔内近轴两端突起倒圆角的半径Rb2，腔内大圆角半径Rb1，腔内直径Db1，腔内大圆角圆心所在圆的直径Db2，腔内近轴两端突起倒圆角圆心所在圆的直径Db3，腔内近轴两端突起倾角θb，长度“Lb2+Lb4”为轴耦合腔与加速腔b重复出现的一个周期长度；
4.根据权利要求1所述的一种轴耦合与边耦合混合型的双束驻波电子直线加速器，其特征在于，所述的轴耦合腔的腔体高度Hz，腔体直径Dz；在轴耦合腔两侧分布有耦合孔，以轴耦合驻波电子直线加速器的轴线对称分布，且两侧耦合孔的位置在中心面的投影呈垂直等分状态，其中，耦合孔大圆弧所在的直径为Do1，耦合孔小圆弧所在的直径为Do2，耦合孔边缘圆弧直径Do＝Do1-Do2，耦合孔两端边缘圆弧圆心相对于耦合腔圆心张角θo。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20151118 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |