CN105722298B - 一种加速管 - Google Patents

Abstract

一种加速管包括至少两个相邻的加速腔以及与所述两个相邻的加速腔耦接的边耦合腔，所述边耦合腔上设置有开关组件，所述开关组件包括插入件，所述插入件沿着与束流通道基本垂直的方向布置并与所述边耦合腔的基本垂直于所述束流通道的中心轴线偏离开，所述开关组件在第一状态和第二状态之间是可调节的；其中，在所述第一状态，所述插入件未插入到所述边耦合腔内；在所述第二状态，所述插入件插入到所述边耦合腔内以使其端部邻近所述边耦合腔与加速腔形成的耦合孔。

Description

一种加速管

技术领域

本发明涉及医疗设备领域，具体涉及一种加速管。

背景技术

医用电子直线加速器利用微波加速电子到一定的能量，并轰击金属靶产生X射线。通常一台加速器只优化工作在一种加速能量，当需要多档能量时，需要改变进入加速管内部的微波大小，然而这种方法有其自身的缺点：电子直线加速管包括聚束段和光速段，加速管出口束流的品质好坏主要由聚束段的聚束效果决定，加速管在设计时，会优化聚束段，使得在某种能量时，聚束的效果最好；当微波功率改变时，聚束段的电场幅度也会改变，从而导致最佳聚束的条件发生变化，聚束效果减弱，加速管出口束流的能散以及俘获率变差。因此，很难通过改变微波功率，既能够改变加速能量，又能够获得很好的加速效果。

能量开关技术的引入可以使医用电子直线加速器在更多的能量范围内稳定高效地工作。目前国际及国内设计能量开关的主要思路为：优化加速管设计使其工作在中能量或者高能量上，然后调节能量开关，在保证加速管聚束段的电场强度不变的前提下，降低加速管出口的电子能量。

然而，现有技术的能量开关不是结构上过于复杂就是调节范围受限。

发明内容

本发明旨在提出一种结构上简单合理，调节上非常便利、连续可调而且调节范围较大的能量开关。在一种较优实施例中，能量开关在同相位下，即工作在加速模式下，既能提高能量，也能降低能量，还能够保证俘获率不降；开关工作时对加速管的工作模式(pi/2模)的频率扰动非常小，工作模式附近的模式间隔非常宽。

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种加速管，包括至少两个相邻的加速腔以及与所述两个相邻的加速腔耦接的边耦合腔，所述边耦合腔上设置有开关组件，所述开关组件包括插入件，所述插入件沿着与束流通道基本垂直的方向布置并与所述边耦合腔的基本垂直于所述束流通道的中心轴线偏离开，所述开关组件在第一状态和第二状态之间是可调节的；其中，在所述第一状态，所述插入件未插入到所述边耦合腔内；在所述第二状态，所述插入件插入到所述边耦合腔内以使其端部邻近所述边耦合腔与加速腔形成的耦合孔。

根据本发明的一个方面，公开了一种加速管，包括至少两个相邻的加速腔以及与所述两个相邻的加速腔耦接的边耦合腔，所述边耦合腔设置有插入件，所述插入件与所述边耦合腔的径向轴线偏离开，所述插入件在径向上可移动地以使所述加速管处于第一状态和第二状态；其中，在所述第一状态，所述插入件从所述边耦合腔缩回以使所述两个相邻加速腔的电场强度基本相同；在所述第二状态，所述插入件插入到所述边耦合腔内以改变两个相邻的加速腔中的处于束流通道下游的加速腔的电场强度。

根据本发明的一个方面，公开了一种加速管，包括至少两个相邻的加速腔以及与两个相邻的加速腔耦接的边耦合腔，所述边耦合腔设置有在径向上可移动的插入件，所述边耦合腔还包括从两侧向内凸伸的鼻锥并且在一个所述鼻锥上限定有用于所述插入件穿过的通道，所述插入件被配置在从所述边耦合腔内缩回以使所述两个相邻的加速腔的电场强度基本相同的第一位置，以及被插入到所述边耦合腔内以改变两个相邻加速腔中的处于束流通道下游的加速腔的电场强度。

根据本发明的一个方面，公开了一种加速管，包括至少两个相邻加速腔以及与所述两个相邻的加速腔耦接的边耦合腔，所述边耦合腔内设置有开关组件，所述开关组件包括在所述边耦合腔的基本垂直于束流通道的方向的中心轴线的两侧沿着基本垂直于束流通道的方向布置第一插入件和第二插入件，所述开关组件在第一状态、第二状态和第三状态中的至少两个状态之间是可调节的；其中，在所述第一状态，所述第一插入件和所述第二插入件均未插入到所述边耦合腔内；在所述第二状态，所述第一插入件插入到所述边耦合腔内以使其端部邻近所述边耦合腔与其上游的加速腔形成的耦合孔并且所述第二插入件未插入到所述边耦合腔内；在所述第三状态，所述第二插入件插入到所述边耦合腔内以使其端部邻近所述边耦合腔与其下游的加速腔形成的耦合孔并且所述第一插入件未插入所述边耦合腔内。

根据本发明的一个方面，公开了一种加速管，包括至少两个相邻的加速腔以及与所述两个相邻的加速腔耦接的边耦合腔，所述边耦合腔在其径向中心轴线的两侧设置有第一插入件和第二插入件，所述第一插入件和所述第二插入件沿着径向方向是可移动的，所述加速管至少能被配置成：所述第一插入件和所述第二插入件中的一个插入到所述边耦合腔内并邻近所述边耦合腔和加速腔形成的耦合孔，所述第一插入件和所述第二插入件中的另一个从所述边耦合腔内缩回。

根据本发明的一个方面，公开了一种加速管，包括第一加速腔、与所述第一加速腔相邻的第二加速腔以及与所述第一加速腔和所述第二加速腔耦接的边耦合腔，其中，所述第一加速腔相对所述第二加速腔处于束流通道上游，所述边耦合腔在其径向中心轴线两侧设置有第一插入件和第二插入件，所述第一插入件和所述第二插入件沿着径向方向是可移动的，所述加速管至少可被配置成：所述第一插入件插入到所述边耦合腔内并且其端部邻近所述边耦合腔和所述第一加速腔形成的耦合孔，同时所述第二插入件从所述边耦合腔内缩回，以使得所述第二加速腔的电场幅值升高；或者所述第二插入件插入到所述边耦合腔内并且其端部邻近所述边耦合腔和所述第二加速腔形成的耦合孔，同时所述第一插入件从所述边耦合腔内缩回，以使得所述第二加速腔的电场幅值降低。

根据本发明的一个方面，公开了一种加速管，包括第一加速腔、与所述第一加速腔相邻的第二加速腔以及与所述第一加速腔和所述第二加速腔耦接的边耦合腔，其中，所述第一加速腔相对所述第二加速腔处于束流通道上游，所述边耦合腔设置有沿着径向方向可移动的第一插入件和第二插入件，所述边耦合腔还包括从两侧向内凸伸的第一鼻锥和第二鼻锥，在所述第一鼻锥上限定有用于所述第一插入件通过的通道，在所述第二鼻锥上限定有用于所述第二插入件通过的通道，所述加速管至少可被配置成：所述第一插入件插入到所述边耦合腔内并且其端部邻近所述边耦合腔和所述第一加速腔形成的耦合孔，同时所述第二插入件从所述边耦合腔内缩回，以使得所述第二加速腔的电场幅值升高；或者所述第二插入件插入到所述边耦合腔内并且其端部邻近所述边耦合腔和所述第二加速腔形成的耦合孔，同时所述第一插入件从所述边耦合腔内缩回，以使得所述第二加速腔的电场幅值降低。

本发明的加速管可以保证了加速器的束流品质和俘获率。同样地，能量调节的范围较大，从而可以输出多档能量，满足各类医用直线加速器的需要。附加地，根据优化的设计，开关组件工作时对加速管的工作模式的频率扰动很小，而且工作模式与相邻两个模的模式间隔也基本一致，使得加速管能够非常稳定地工作。

附图说明

图1是本发明的一种实施方式的加速管处于第一模式时的结构示意图；

图2是本发明的一种实施方式的加速管处于第二模式时的结构示意图；

图3是本发明的一种实施方式的加速管处于第三模式时的结构示意图；

图4是图1、图2和图3的加速管在某一时刻时的电场分布比较示意图；

图5是图1、图2和图3的加速管在pi/2以及其最相邻模式的频率表；

图6是沿着基本垂直于束流通道的方向上移动第一插入件或第二插入件时边耦合腔耦合的束流通道下游的加速腔的电场强度与上游的加速腔的电场强度之比的表格；

图7是图6的各个插入深度处的频率特性参数；

图8是根据图6的表格数据在二维坐标系内的分布情形；

图9是沿着基本平行于束流通道的方向上移动第一插入件或第二插入件时边耦合腔耦合的束流通道下游的加速腔的电场强度与上游的加速腔的电场强度之比的表格；

图10是图9的各个插入深度处的频率特性参数；

图11是根据图9的表格数据在二维坐标系内的分布情形；以及

图12是根据图1、图2和图3的加速管的开关组件的示意框图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例作详细地说明。

如图1-图3所示，根据一种本发明的一种实施例，图1为加速管处于第一模式时的结构示意图，图2为加速管处于第二模式时的结构示意图、图3为加速管处于第三模式时的结构示意图。

具体地，该加速管10为驻波加速管。该加速管10的一端可以与产生电子束的电子枪30相耦接，该加速管10的另一端可以与靶组件耦接以使得从加速管10射出的电子束撞击到靶材料上并因而产生光子束，该加速管10还耦接诸如真空泵的真空源以使加速管10内部是真空环境的，另外，该加速管10还通过加速腔109的波导耦合口与包括诸如磁控管和波导的微波系统耦接以使微波能量馈入到加速管10内以形成电场，进一步地，该加速管10的周围还布置有束流元件，诸如磁铁等，以使加速管10内的电子按照预定路径行进。

可以理解，前述靶组件例如可以包括钨靶，也可以理解，前述加速管10可以不耦接任何靶组件而直接以加速管10加速后的电子束来治疗也是可行的，还可以理解，前述靶组件可以在光子靶和电子靶之间能转换的。即，本发明的加速管对最终出束是光子还是电子不作限定。

具体到该加速管10，该加速管10包括加速腔101、103、105、107、109、111、113，还包括边耦合腔102、104、106、108、110、112，其中，边耦合腔102耦接加速腔101、103，边耦合腔104耦接加速腔103、105，边耦合腔106耦接加速腔105、107，边耦合腔108耦接加速腔107、109，边耦合腔110耦接加速腔109、111，边耦合腔112耦接加速腔111、113。边耦合腔102、104、106、108、110、112均偏离开加速管10的纵向中心轴线，其作用在于电磁耦合相邻的加速腔。具体地，除了边耦合腔106外，其他的边耦合腔均包括圆筒形的侧壁部分以及从圆筒形的侧壁部分向内突伸的部分(通常称为鼻锥)；边耦合腔106包括圆筒形的侧壁部分以及布置在侧壁上的开关组件20，其中开关组件将于下文予以详述。加速腔101、103之间、加速腔103、105、加速腔105、107、加速腔107、109以及加速腔109、111之间还具有漂移管11，漂移管11基本同轴地布置在加速腔的中央以便于来自电子枪30的电子依次地通过各加速腔之间的漂移管11。由漂移管11在电子行进方向上限定的通道为束流通道。

开关组件20布置在边耦合腔106中。因此，在这种实施例中，加速腔101、103为聚束段，其余加速腔105、107、109、111、113为主加速段，其中，加速腔107、109、111、113为可调段。具体地，该边耦合腔106的侧壁朝着其径向中心轴线凸伸有彼此相对的第一鼻锥1061和第二鼻锥1063，每个鼻锥上限定有径向的通道，该通道例如可以是通孔。该开关组件20包括两个开关元件，所述两个开关元件分别为第一插入件202、第二插入件204，它们分别布置在边耦合腔106的径向中心轴线的两侧，即，与该径向中心轴线偏离开预定距离，在此，该预定距离示例性地为6.264mm，它们均能在基本垂直于束流通道(或者沿着基本平行于边耦合腔106的径向中心轴线的方向上)可滑动或者可移动地调节以使第一插入件202或第二插入件204可穿过对应的第一鼻锥1061或第二鼻锥1063上的通道。在一种可选择的实施例中，该第一鼻锥1061和第二鼻锥1063上的通道可以为在径向上开放并且在基本垂直于径向方向上具有预定长度的狭槽，该狭槽允许第一插入件202和第二插入件204还可以分别在基本垂直于径向方向上进行调节从而移动到预定的偏置位置或者在多个预定的偏置位置间可移动的。该第一插入件202和第二插入件204由诸如铜、铜合金、其他合金材料或者不锈钢的金属材料制成。如图12所示，该开关组件20还包括驱动器206、位移传感器208和控制器210，其中，驱动器206具体地包括第一电机2062和第二电机2064，其中，第一电机2062用于驱动第一插入件202，第二电机2064用于驱动第二插入件204；位移传感器208包括第一光栅2082和第二光栅2084，其中，第一光栅2082用于检测第一插入件202的端部的当前位置，第二光栅2084用于检测第二插入件204的端部的当前位置；控制器210根据第一光栅2082、第二光栅2084检测到的位置信息以及所需的束流模式来控制第一电机2062和第二电机2064从而驱动第一插入件202和第二插入件204来实现选定的束流模式。本领域技术人员可以理解，该驱动器206除了可以是电动的，也可以是气动的。本领域技术人员也应当可以理解，上述的加速管结构只是示意性的，可以对其做各种变形，例如，在一种实施方式中，聚束段可以包括一个腔，主加速段可以包括六个腔，边耦合腔可以有六个，本发明不受限于加速腔、耦合腔的数目。

更具体地，参见图1，这里示出了该加速管10在开关组件20的控制下可以实现第一模式。在第一模式下，第一插入件202和第二插入件204均从边耦合腔106内缩回或退出，由于它们均未插入到边耦合腔106内，故，插入件对加速管10不产生影响，这种加速模式与没有该开关组件20同时将该边耦合腔106设置成与其他边耦合腔相同的加速情形是基本相同的。这种模式为熟知的正常持续加速模式。该模式下的模式间距参数可以参见图5表中的与第一模式相关的数据。

在这种模式下，在同一时刻，加速管中所有腔体101、103、105、107、109、111、113都在来自诸如磁控管的微波能量的激励下在pi/2模式谐振在约2996.9MHz的频率上，所有加速腔的相邻两加速腔内的电场相位相差180°，即，相邻加速腔内的电场场强反相，而且所有主加速腔的电场强度幅值都基本相同。电子在一个主加速段的加速腔飞跃的时间为t＝D/v，其中，v为飞行速度，t等于加速管中电磁场振荡的半周期，相邻加速腔间的距离为D，电子的飞跃时间与加速场改变方向的时间一致使得电子束流到达每个腔体时都被加速，实现电子束沿束流方向持续加速。

参见图2，这里示出了该加速管10在开关组件20的控制下可以实现的第二模式。

图2所示的模式可以通过向边耦合腔106内滑动或移动第一插入件202同时保持第二插入件204的未插入状态(如果第二插入件204的前一状态是处于插入状态的，则需要将第二插入件204从边耦合腔106内缩回)来实现。在滑动或移动过程中，第一光栅2082和第二光栅2084可即时地获取第一插入件202和第二插入件204的位置信息并将其传送给控制器210，控制器210根据预存的应移动量控制第一电机2062或第二电机2064。

图5的一部分数据列举了当处于特定的第二模式下的模式间距参数，图6-图8中的一部分数据列举了当插入第一插入件202使其端部越过第一鼻锥1061后继续插入过程中所得到的各个参数，其中，图6的一部分数据表示第一插入件202的插入深度与加速腔107和加速腔105的电场强度之比的关系表，图7表示加速腔的pi/2模工作模式以及相邻模工作模式下的谐振频率的变化关系，图8是以多个方形离散点表示的第一插入件202的插入深度与加速腔107和加速腔105的电场场强之比的变化关系的二维图。在图6-图8中，第一插入件202在基本平行于束流通道的方向上与边耦合腔106的径向中心轴线的距离是被预定的，如前所述，该距离在此为6.264mm。这里，插入深度指的是第一插入件202的端部从径向上凸伸出第一鼻锥1061的侧表面的长度，从截面图上看，指的是第一插入件202的端部距离第一鼻锥1061的下侧投影表面S1的距离。在示例性实施例中，该第一鼻锥1061的侧表面S1或第二鼻锥1063的侧表面S2与位于加速腔105和加速腔107之间的公用侧壁的耦合部分S3在基本垂直于束流通道方向上的距离约为14mm。当第一插入件202的端部逐渐远离第一鼻锥1061的侧表面S1并逐渐接近加速腔105和加速腔107之间的公用侧壁的耦合部分S3时，其插入深度从0mm变化到14mm，即，第一插入件202的端部与公用侧壁的耦合部分S3的距离从14mm变化到0，实验中产生多组数据，由于插入深度从0mm-4mm之间的变化时电场场强的变化微弱，故这些数据已经从表格中删除。在所示的这些数据中，可以看出，一方面，随着插入深度从4mm变化到14mm，或者说越来越接近边耦合腔106和加速腔105形成的耦合孔，则加速腔107与加速腔105的电场场强比值越来越大，从1持续增加至1.76；另一方面，当插入深度从4mm变化到14mm时，加速腔的工作模式pi/2模与相邻的pi/3模的模式间距逐渐变大同时加速腔的工作模式pi/2模与相邻的2pi/3模的模式间距逐渐变小，因此，若在插入深度中选择中间偏后的数据也许是有利的，在插入深度为10mm时，加速腔的模式间距数据表现很好，亦可参见图5，可被优先选用。此时，加速腔107和加速腔105的电场强度之比为1.25。

根据前面的描述，第一插入件202被插入到预定的插入深度，如10mm处，这时，加速管10处于如图2所示的第二模式。在这种模式下，在同一时刻，加速管中所有腔体101、103、105、107、109、111、113都在来自诸如磁控管的微波能量的激励下在pi/2模谐振在2996.8MHz的频率上。并且，在任一具体时刻，加速腔中相邻两加速腔内的电场相位相差180°。进一步地，加速腔101、103、105的电场强度幅值基本未发生变化，加速腔107、109、111、113的电场强度幅值均是基本相同的且大约是加速腔105的电场强度的1.25倍。因为电磁场震荡半周期大致为电子从一个加速腔的起点到达相邻的另一个加速腔起点的时间，所以，电子在加速腔101-113内持续地被加速。

参见图3，这里示出了该加速管10在开关组件20的控制下可以实现的第三模式。

图3所示的模式可以通过向边耦合腔106内滑动或移动第二插入件204同时保持第一插入件202的未插入状态(如果第一插入件202的前一状态是处于插入状态的，则需要将第一插入件202从边耦合腔106内缩回)来实现。在滑动或移动过程中，第一光栅2082和第二光栅2084可即时地获取第一插入件202和第二插入件204的位置信息并将其传送给控制器210，控制器210根据预存的应移动量控制第一电机2062或第二电机2064。

图5的一部分数据列举了当处于特定的第三模式下的模式间距参数，图6-图8中的一部分数据列举了当移动第二插入件204使其端部越过第二鼻锥1063后继续移动过程中所得到的各个参数，其中，图6的一部分数据表示第二插入件204的插入深度与加速腔107和加速腔105之间的电场强度之比的关系表，图7的一部分数据表示第二插入件204的插入深度与加速腔的pi/2模工作模式以及相邻工作模式下的谐振频率的变化关系，图8是以多个圆形离散点表示的第二插入件204的插入深度和电场场强之比的变化关系的二维图。在图6-图8中，第二插入件204在基本平行于束流通道的方向上与边耦合腔106的径向中心轴线的距离是被预定的，在此，该距离为6.264mm。这里，插入深度指的是第二插入件204的端部从径向上凸伸出第二鼻锥1063的侧表面的长度，从截面上看，是第二插入件204的端部距离第二鼻锥1063的下侧投影表面S2的距离。在示例性实施例中，该第一鼻锥1061的侧表面S1或第二鼻锥1063的侧表面S2与位于加速腔105和加速腔107之间的公用侧壁的耦合部分S3的距离约为14mm。当第二插入件204的端部逐渐远离第二鼻锥1063的侧表面并逐渐接近加速腔105和加速腔107之间的公用侧壁的耦合部分S3时，其插入深度从0mm变化到14mm，即，第二插入件204的端部与公用侧壁的耦合部分S3的距离从14mm变化到0，实验中产生多组数据，由于插入深度从0mm-4mm之间变化时电场场强的变化微弱，故这些数据已经从表格中删除。在所示的这些数据中，可以看出，一方面，随着插入深度从4mm变化到14mm，或者说越来越接近边耦合腔106和加速腔107形成的耦合孔，则加速腔107与加速腔105的电场场强比值越来越小，从1持续减小至0.59；另一方面，当插入深度从4mm变化到14mm时，加速腔的工作模式pi/2模与相邻的pi/3模的模式间距逐渐变大同时加速腔的工作模式pi/2模与相邻的2pi/3模的模式间距逐渐变小，因此，若在插入深度中选择中间偏后的数据也许是有利的，在插入深度为10mm时，加速腔的模式间距数据表现很好(亦可参见图5的表)，可被优先选用。此时，加速腔107和加速腔105的电场强度之比为0.8。

根据前面的描述，第二插入件204被移动到预定的插入深度处，例如，10mm，这时，加速管10处于如图3所示的第三模式。在这种模式下，在同一时刻，加速管中所有腔体101、103、105、107、109、111、113都在来自诸如磁控管的微波能量的激励下在pi/2模谐振在2996.8MHz的频率上。并且，在任一具体时刻，加速腔中相邻两加速腔内的电场相位相差180°。进一步地，加速腔101、103、105的电场强度幅值基本未发生变化，加速腔107、109、111、113的电场强度幅值均是基本相同的且大约是加速腔105的电场强度的0.8倍。因为电磁场震荡半周期大致为电子从一个加速腔的起点到达相邻的另一个加速腔起点的时间，所以，电子在加速腔101-113内持续地被加速。

再根据图8所示，可以发现，对于第一插入件202插入到边耦合腔106内的第二模式而言，边耦合腔106耦合的束流通道下游的加速腔107的电场场强与其相邻的上游加速腔105之间的电场场强的比值随着第一插入件202的插入深度的变化是非线性的单调递增函数，当越靠近加速腔105和加速腔107之间的公用腔壁的耦合部分S3时，变化率越大。同样地，对于第二插入件204插入到边耦合腔106内的第三模式而言，边耦合腔106耦合的束流通道下游的加速腔107的电场场强与其相邻的上游加速腔105之间的电场场强的比值随着第二插入件204的插入深度的变化是非线性的单调递减函数，当越靠近加速腔105和加速腔107之间的公用腔壁的耦合部分S3时，变化率也越大。即，插入深度越深，放大或缩小的程度越大且变化越快。

本领域普通技术人员应当可以理解，在选用特定的第二模式或特定的第三模式中，可以结合对应的模式间距参数来作出较优的选择，较优的参数会使加速管运行更加稳定。然而，在有的实施例中，较优的模式间距参数并非必要的。

在前述的实施例的描述中，第一插入件202和第二插入件204在基本平行于束流通道的方向上与边耦合腔106的径向中心轴线的距离(可称为偏置距离)是被预定的，并且如前所述优选地被预定为6.264mm。可以理解，偏置距离是可以被调节的，而且对该距离的调节同样会对电场强度比值产生影响。在此，简要地叙述下偏置距离与电场强度的比值的关系，本领域普通技术人员在本申请内容的启发下进行各种模拟和实验并确定合适的偏置距离以及插入深度是容易的。

具体地，图9-图11是以第一插入件202或第二插入件204的插入深度被预定为10mm所做的实验数据。第一插入件202从与边耦合腔106的径向中心轴线一致的方向开始向左移动并使偏置距离从1mm变化到4mm时，该边耦合腔106耦合的下游的加速腔107与上游加速腔105的电场强度之比从1.14上升到1.36；继续向左移动并使偏置距离从4mm变化到9mm时，前述电场强度之比从1.36降低到1.14。再看模式间距参数，概略性地说，在插入件202的整个移动过程中，加速腔的工作模式pi/2模与相邻的pi/3模的模式间距逐渐变大再逐渐变小同时加速腔的工作模式pi/2模与相邻的2pi/3模的模式间距逐渐变小再逐渐变大，因此，若在偏置距离中选择中间偏后的数据也许是有利的。第二插入件204从与边耦合腔106的径向中心轴线一致的方向开始向右移动并使偏置距离从1mm变化到3mm时，该边耦合腔106耦合的下游的加速腔107与上游加速腔105的电场强度之比从0.89下降到0.7，继续向右移动并使其偏置距离从3mm变化到9mm时，前述电场强度之比从0.7上升到0.88。再看模式间距参数，概略性地说，在插入件204的整个移动过程中，加速腔的工作模式pi/2模与相邻的pi/3模的模式间距逐渐变大再逐渐变小同时加速腔的工作模式pi/2模与相邻的2pi/3模的模式间距逐渐变小再逐渐变大，因此，若在偏置距离中选择中间偏后的数据也许是有利的。从上述数据可以看出电场强度的放大或缩小程度随着偏置距离变大先变大后变小。

根据多次实验显示，当第一插入件202或第二插入件204与边耦合腔106的径向中心轴线的偏置距离被预定后，边耦合腔106耦合的下游加速腔107相对上游加速腔105的场强放大或缩小程度随着插入深度变深而变大；而且，当插入深度不变而偏置距离不断增大时，边耦合腔106耦合的下游加速腔107相对上游加速腔105的场强放大或缩小程度呈现先变大后变小的趋势。因此，如果第一插入件202或第二插入件204偏离开边耦合腔106的偏置距离取更接近中间的值则对于希望获得更大的场强放大或缩小程度应当是有利的。

根据实验显示，偏置距离S可以取大于0小于9mm的值，较优地，可以取大于等于2小于等于8的值；更优地，可以取大于等于4mm小于等于7mm的值。同时，第一插入件202或第二插入件204的插入深度可以取大于5mm小于14mm(即，第一插入件202或第二插入件204的端部与耦合部分S3的距离为大于0小于9mm)的值，较优地，可以取大于等于6mm小于等于12mm(即，第一插入件202或第二插入件204的端部与耦合部分S3的距离为大于等于2mm小于等于8mm)的值；更优地，可以取大于等于7mm小于等于11mm(即，第一插入件202或第二插入件204的端部与耦合部分S3的距离为大于等于3mm小于等于7mm)的值。

在此，较优的组合可以为：偏置距离S取大于等于2mm小于等于8mm的值，同时，第一插入件202或第二插入件204的插入深度取大于等于6mm小于等于12mm的值；更优地，偏置距离S取大于等于4mm小于等于7mm的值，同时，第一插入件202或第二插入件204的插入深度取大于等于7mm小于等于11mm的值。

另外，实验还显示，插入深度相对偏置距离S对电场强度放大或缩小程度的影响更大，因此，在设计时，将第一插入件202和第二插入件204仅设置成在基本平行于边耦合腔106的径向中心轴线的方向上是可调节的是可行的。或者，将第一插入件202和第二插入件204仅设置成可在基本平行于边耦合腔106的径向中心轴线的方向停止在特定的深度处也是可行的。

可以理解，在一种与前述实施例所述的结构基本类似的实施例中，加速管的开关组件中只包括第一插入件而省略第二插入件也是可行的，这种加速管可以实现两种状态。在第一种状态下，第一插入件未插入到边耦合腔中或者从边耦合腔内缩回；在第二种状态下，第一插入件插入到边耦合腔内以改变与该边耦合腔耦合的束流通道下游的加速腔的电场强度。具体地，可以使与该边耦合腔耦合的束流通道下游的加速腔的电场强度与其上游的加速腔的电场强度之比大于1。

在另一种与前述实施例所述的结构基本类似的实施例中，加速管的开关组件中只包括第二插入件而省略第一插入件也是可行的，这种加速管可以实现两种状态。在第一种状态下，第二插入件未插入到边耦合腔中或者从边耦合腔内缩回；在第二种状态下，第二插入件插入到边耦合腔内以改变与该边耦合腔耦合的束流通道下游的加速腔的电场强度。具体地，可以使与该边耦合腔耦合的束流通道下游的加速腔的电场强度与其上游的加速腔的电场强度之比小于1。

在另一种与前述实施例所述的结构基本类似的实施例中，加速管的开关组件中包括第一插入件和现有技术中已知的作为能量开关的第三插入件，这种加速管可以实现三种状态。在第一种状态下，第一插入件和第三插入件均未插入到边耦合腔中或者从边耦合腔内缩回；在第二种状态下，第一插入件插入到边耦合腔内同时第三插入件从该边耦合腔内缩回以改变与该边耦合腔耦合的束流通道下游的加速腔的电场强度，例如，使下游加速腔的电场强度放大；在第三种状态下，第一插入件从边耦合腔内缩回同时第三插入件插入到边耦合腔内以实现其已知的特定功能，例如改变相位。

在另一种与前述实施例所述的结构基本类似的实施例中，加速管的开关组件中包括第二插入件和现有技术中已知的作为能量开关的第三插入件，这种加速管可以实现三种状态。在第一种状态下，第二插入件和第三插入件均未插入到边耦合腔中或者从边耦合腔内缩回；在第二种状态下，第二插入件插入到边耦合腔内同时第三插入件从该边耦合腔内缩回以改变与该边耦合腔耦合的束流通道下游的加速腔的电场强度，例如，使下游加速腔的电场强度变小；在第三种状态下，第二插入件从边耦合腔内缩回同时第三插入件插入到边耦合腔内以实现其已知的特定功能，例如改变相位。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (44)

1.一种加速管，包括至少两个相邻的加速腔以及与所述两个相邻的加速腔耦接的边耦合腔，所述边耦合腔上设置有开关组件，所述开关组件包括插入件，所述插入件沿着与束流通道基本垂直的方向布置并与所述边耦合腔的基本垂直于所述束流通道的中心轴线偏离开，所述开关组件在第一状态和第二状态之间是可调节的；

其中，在所述第一状态，所述插入件未插入到所述边耦合腔内；在所述第二状态，所述插入件插入到所述边耦合腔内以使其端部邻近所述边耦合腔与加速腔形成的耦合孔；

所述边耦合腔包括朝着基本平行于所述束流通道的中心轴线向内凸伸的第一鼻锥和第二鼻锥，所述第一鼻锥和/或第二鼻锥上限定有用于所述插入件穿过的通道，且在所述第二状态，在基本垂直于所述束流通道的方向上，所述插入件的端部与所述两个相邻加速腔之间的公用腔壁的耦合部分的距离为大于0小于9mm。

2.根据权利要求1所述的加速管，其中，所述开关组件还包括位移传感器，其用于感应所述插入件的位移。

3.根据权利要求2所述的加速管，其中，所述开关组件还包括驱动器，其用于驱动所述插入件插入到所述边耦合腔内或从所述边耦合腔内缩回。

4.根据权利要求3所述的加速管，其中，所述开关组件还包括控制器，其用于根据所述位移传感器的信号控制所述驱动器驱动所述插入件。

5.根据权利要求1所述的加速管，其中，所述插入件在基本平行于所述束流通道的方向上是可移动的。

6.根据权利要求1所述的加速管，其中，所述插入件为第一插入件，其朝着束流通道上游的方向偏离开所述边耦合腔的中心轴线。

7.根据权利要求1所述的加速管，其中，所述插入件插入到所述边耦合腔内以使其端部与所述边耦合腔和加速腔形成的耦合孔的邻近程度被配置为实现模式间隔参数的最优化。

8.根据权利要求6或7所述的加速管，其中，在所述第二状态，在基本平行于所述束流通道的方向上，所述插入件与所述边耦合腔的径向中心轴线的距离大于0小于9mm，或者大于等于2mm小于等于8mm，或者大于等于4mm小于等于7mm。

9.根据权利要求8所述的加速管，其中，在所述第二状态，在基本垂直于所述束流通道的方向上，所述插入件的端部与所述两个相邻加速腔之间的公用腔壁的耦合部分的距离大于等于2mm小于等于8mm，或者大于等于3mm小于等于7mm。

10.根据权利要求6所述的加速管，其中，所述第一插入件的材料包括铜、铜合金或不锈钢。

11.根据权利要求6所述的加速管，其中，所述边耦合腔包括朝着基本平行于所述束流通道的中心轴线向内凸伸的第一鼻锥和第二鼻锥，所述第一鼻锥相对所述第二鼻锥布置在所述束流通道的上游并且其上限定有用于所述第一插入件穿过的通孔或者狭槽。

12.根据权利要求11所述的加速管，其中，在所述第二状态，在基本平行于所述束流通道的方向上，所述插入件与所述边耦合腔的径向中心轴线的距离大于等于4mm小于等于7mm。

13.根据权利要求12所述的加速管，其中，在所述第二状态，在基本垂直于所述束流通道的方向上，所述第一插入件的端部与所述第一鼻锥的侧表面的距离为大于等于6mm小于等于12mm，或者大于等于7mm小于等于11mm。

14.根据权利要求1所述的加速管，其中，所述插入件为第二插入件，其朝着所述束流通道下游的方向偏离开所述边耦合腔的中心轴线。

15.根据权利要求14所述的加速管，其中，所述插入件插入到所述边耦合腔内以使其端部与所述边耦合腔和加速腔形成的耦合孔的邻近程度被配置为实现模式间隔参数的最优化。

16.根据权利要求14或15所述的加速管，其中，在所述第二状态，在基本平行于所述束流通道的方向上，所述插入件与所述边耦合腔的径向中心轴线的距离大于0小于9mm，或者大于等于2mm小于等于8mm，或者大于等于4mm小于等于7mm。

17.根据权利要求16所述的加速管，其中，在所述第二状态，在基本垂直于所述束流通道的方向上，所述插入件的端部与所述两个相邻加速腔之间的公用腔壁的耦合部分的距离为大于0小于9mm，或者大于等于2mm小于等于8mm，或者大于等于3mm小于等于7mm。

18.根据权利要求14所述的加速管，其中，所述插入件的材料包括铜、铜合金或不锈钢。

19.根据权利要求14所述的加速管，其中，所述边耦合腔包括朝着基本平行于所述束流通道的中心轴线向内凸伸的第一鼻锥和第二鼻锥，所述第二鼻锥相对所述第一鼻锥布置在所述束流通道的下游并且其上限定有用于所述第二插入件穿过的通孔或者狭槽。

20.根据权利要求19所述的加速管，其中，在所述第二状态，在基本平行于所述束流通道的方向上，所述插入件与所述边耦合腔的径向中心轴线的距离大于等于4mm小于等于7mm。

21.根据权利要求20所述的加速管，其中，在所述第二状态，在基本垂直于所述束流通道的方向上，所述第二插入件的端部与所述第二鼻锥的侧表面的距离为大于等于6mm小于等于12mm，或者大于等于7mm小于等于11mm。

22.一种加速管，包括至少两个相邻的加速腔以及与所述两个相邻的加速腔耦接的边耦合腔，所述边耦合腔设置有插入件，所述插入件与所述边耦合腔的径向轴线偏离开，所述插入件在径向上可移动地以使所述加速管处于第一状态和第二状态；

其中，在所述第一状态，所述插入件从所述边耦合腔缩回以使所述两个相邻加速腔的电场强度基本相同；在所述第二状态，所述插入件插入到所述边耦合腔内以改变两个相邻的加速腔中的处于束流通道下游的加速腔的电场强度；

所述边耦合腔包括朝着基本平行于所述束流通道的中心轴线向内凸伸的第一鼻锥和第二鼻锥，所述第一鼻锥和/或第二鼻锥上限定有用于所述插入件穿过的通道，且在所述第二状态，在基本垂直于所述束流通道的方向上，所述插入件的端部与所述两个相邻加速腔之间的公用腔壁的耦合部分的距离为大于0小于9mm。

23.根据权利要求22所述的加速管，其中，所述插入件插入到所述边耦合腔内的程度为能使所述加速腔的模式间隔参数最优化的程度。

24.一种加速管，包括至少两个相邻的加速腔以及与两个相邻的加速腔耦接的边耦合腔，所述边耦合腔设置有在径向上可移动的插入件，所述边耦合腔还包括从两侧向内凸伸的鼻锥并且在一个所述鼻锥上限定有用于所述插入件穿过的通道，所述插入件被配置在从所述边耦合腔内缩回以使所述两个相邻的加速腔的电场强度基本相同的第一位置，以及被插入到所述边耦合腔内以改变两个相邻加速腔中的处于束流通道下游的加速腔的电场强度，其中当被插入到所述边耦合腔内时，在基本垂直于所述束流通道的方向上，所述插入件的端部与所述至少两个相邻加速腔之间的公用腔壁的耦合部分的距离为大于0小于9mm。

25.一种加速管，包括至少两个相邻加速腔以及与所述两个相邻的加速腔耦接的边耦合腔，所述边耦合腔内设置有开关组件，所述开关组件包括在所述边耦合腔的基本垂直于束流通道的方向的中心轴线的两侧沿着基本垂直于束流通道的方向布置第一插入件和第二插入件，所述开关组件在第一状态、第二状态和第三状态中的至少两个状态之间是可调节的；

其中，在所述第一状态，所述第一插入件和所述第二插入件均未插入到所述边耦合腔内；在所述第二状态，所述第一插入件插入到所述边耦合腔内以使其端部邻近所述边耦合腔与其上游的加速腔形成的耦合孔并且所述第二插入件未插入到所述边耦合腔内；在所述第三状态，所述第二插入件插入到所述边耦合腔内以使其端部邻近所述边耦合腔与其下游的加速腔形成的耦合孔并且所述第一插入件未插入所述边耦合腔内；

所述边耦合腔包括朝着基本平行于所述束流通道的中心轴线向内凸伸的第一鼻锥和第二鼻锥，所述第一鼻锥上限定有用于所述第一插入件穿过的通道，第二鼻锥上限定有用于所述第二插入件穿过的通道。

26.根据权利要求25所述的加速管，其中，所述第一插入件与所述边耦合腔的基本垂直于所述束流通道的中心轴线偏离开第一预定距离，所述第二插入件与所述边耦合腔的基本垂直于所述束流通道的中心轴线偏离开第二预定距离，所述第一预定距离和所述第二预定距离在大于0小于9mm，或者大于等于2mm小于等于8mm，或者大于等于4mm小于等于7mm之间。

27.根据权利要求26所述的加速管，其中，所述边耦合腔包括朝着基本平行于所述束流通道的中心轴线向内凸伸的第一鼻锥和第二鼻锥，所述第一鼻锥限定有用于所述第一插入件穿过的通道，所述第二鼻锥限定有用于所述第二插入件穿过的通道。

28.根据权利要求27所述的加速管，其中，当处于所述第二状态时，在基本垂直于所述束流通道的方向上，所述第一插入件的端部与所述第一鼻锥的侧表面的距离为大于5mm小于14mm，或者大于等于6mm小于等于12mm，或者大于等于7mm小于等于11mm。

29.根据权利要求27所述的加速管，其中，当处于所述第三状态时，在基本垂直于所述束流通道的方向上，所述第二插入件的端部与所述第二鼻锥的侧表面的距离为大于5mm小于14mm，或者大于等于6mm小于等于12mm，或者大于等于7mm小于等于11mm。

30.根据权利要求25所述的加速管，其中，所述第一插入件或第二插入件的材料包括铜、铜合金或不锈钢。

31.根据权利要求25所述的加速管，其中，所述开关组件还包括用于感应所述第一插入件的位置或位移的第一传感器，以及用于感应所述第二插入件的位置或位移的第二传感器。

32.根据权利要求25所述的加速管，其中，所述开关组件还包括用于驱动所述第一插入件的第一驱动器，以及用于驱动所述第二插入件的第二驱动器。

33.一种加速管，包括至少两个相邻的加速腔以及与所述两个相邻的加速腔耦接的边耦合腔，所述边耦合腔在其径向中心轴线的两侧设置有第一插入件和第二插入件，所述第一插入件和所述第二插入件沿着径向方向是可移动的，所述加速管至少能被配置成：所述第一插入件和所述第二插入件中的一个插入到所述边耦合腔内并邻近所述边耦合腔和加速腔形成的耦合孔，所述第一插入件和所述第二插入件中的另一个从所述边耦合腔内缩回；

所述边耦合腔包括朝着基本平行于所述束流通道的中心轴线向内凸伸的第一鼻锥和第二鼻锥，所述第一鼻锥上限定有用于所述第一插入件穿过的通道，第二鼻锥上限定有用于所述第二插入件穿过的通道。

34.根据权利要求33所述的加速管，其中，所述第一插入件和所述第二插入件中的一个插入到所述边耦合腔内并邻近所述边耦合腔和加速腔形成的耦合孔中，其邻近程度为：在所述径向方向上，所述插入件的端部与所述两个相邻加速腔之间的公用腔壁的耦合部分的距离大于0小于9mm，或者大于等于2mm小于等于8mm，或者大于等于3mm小于等于7mm。

35.根据权利要求33所述的加速管，其中，所述边耦合腔内具有鼻锥，所述第一插入件和所述第二插入件中的一个插入到所述边耦合腔内并邻近所述边耦合腔和加速腔形成的耦合孔中，其邻近程度为：所述插入件的端部与所述鼻锥的侧表面的距离为大于5mm小于14mm，或者大于等于6mm小于等于12mm，或者大于等于7mm小于等于11mm。

36.根据权利要求33所述的加速管，其中，所述第一插入件和所述第二插入件均距离所述边耦合腔的径向中心轴线大于0小于9mm，或者大于等于2mm小于等于8mm，或者大于等于4mm小于等于7mm。

37.一种加速管，包括第一加速腔、与所述第一加速腔相邻的第二加速腔以及与所述第一加速腔和所述第二加速腔耦接的边耦合腔，其中，所述第一加速腔相对所述第二加速腔处于束流通道上游，所述边耦合腔在其径向中心轴线两侧设置有第一插入件和第二插入件，所述第一插入件和所述第二插入件沿着径向方向是可移动的，所述加速管至少可被配置成：

所述第一插入件插入到所述边耦合腔内并且其端部邻近所述边耦合腔和所述第一加速腔形成的耦合孔，同时所述第二插入件从所述边耦合腔内缩回，以使得所述第二加速腔的电场幅值升高；或者

所述第二插入件插入到所述边耦合腔内并且其端部邻近所述边耦合腔和所述第二加速腔形成的耦合孔，同时所述第一插入件从所述边耦合腔内缩回，以使得所述第二加速腔的电场幅值降低；

所述边耦合腔包括朝着基本平行于所述束流通道的中心轴线向内凸伸的第一鼻锥和第二鼻锥，所述第一鼻锥上限定有用于所述第一插入件穿过的通道，第二鼻锥上限定有用于所述第二插入件穿过的通道，其中所述第一插入件或所述第二插入件插入到所述边耦合腔内并邻近所述耦合孔的邻近程度为：在所述径向方向上，所述插入件的端部与所述两个相邻加速腔之间的公用腔壁的耦合部分的距离大于0小于9mm。

38.根据权利要求37所述的加速管，其中，所述第一插入件或所述第二插入件插入到所述边耦合腔内并且其端部邻近对应的耦合孔的程度为能使所述加速腔的频率模式间隔参数最优化的程度。

39.根据权利要求37或38所述的加速管，其中，所述第一插入件或所述第二插入件插入到所述边耦合腔内并邻近所述耦合孔的邻近程度为：在所述径向方向上，所述插入件的端部与所述两个相邻加速腔之间的公用腔壁的耦合部分的距离大于等于2mm小于等于8mm，或者大于等于3mm小于等于7mm。

40.根据权利要求39所述的加速管，其中，所述第一插入件和所述第二插入件均距离所述边耦合腔的径向中心轴线大于0小于9mm，或者大于等于2mm小于等于8mm，或者大于等于4mm小于等于7mm。

41.一种加速管，包括第一加速腔、与所述第一加速腔相邻的第二加速腔以及与所述第一加速腔和所述第二加速腔耦接的边耦合腔，其中，所述第一加速腔相对所述第二加速腔处于束流通道上游，所述边耦合腔设置有沿着径向方向可移动的第一插入件和第二插入件，所述边耦合腔还包括从两侧向内凸伸的第一鼻锥和第二鼻锥，在所述第一鼻锥上限定有用于所述第一插入件通过的通道，在所述第二鼻锥上限定有用于所述第二插入件通过的通道，所述加速管至少可被配置成：

所述第一插入件插入到所述边耦合腔内并且其端部邻近所述边耦合腔和所述第一加速腔形成的耦合孔，同时所述第二插入件从所述边耦合腔内缩回，以使得所述第二加速腔的电场幅值升高；或者

所述第二插入件插入到所述边耦合腔内并且其端部邻近所述边耦合腔和所述第二加速腔形成的耦合孔，同时所述第一插入件从所述边耦合腔内缩回，以使得所述第二加速腔的电场幅值降低。

42.根据权利要求41所述的加速管，其中，所述第一插入件或所述第二插入件插入到所述边耦合腔内并且其端部邻近对应的耦合孔的程度为能使所述加速腔的频率模式间隔参数最优化的程度。

43.根据权利要求41或42所述的加速管，其中，所述第一插入件或所述第二插入件插入到所述边耦合腔内并邻近所述耦合孔的邻近程度为：在基本垂直于所述束流通道的方向上，所述插入件的端部与对应的鼻锥的侧表面的距离为大于5mm小于14mm，或者大于等于6mm小于等于12mm，或者大于等于7mm小于等于11mm。

44.根据权利要求41所述的加速管，其中，所述第一插入件和所述第二插入件均距离所述边耦合腔的径向中心轴线大于0小于等于9mm，或者大于等于2mm小于等于8mm，或者大于等于4mm小于等于7mm。

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