CN105764230B - 加速管、加速带电粒子的方法以及医用直线加速器 - Google Patents

Abstract

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，所述边耦合腔包括从两侧向内凸伸的鼻锥并且所述鼻锥在径向上将所述边耦合腔分成了远离所述加速腔的第一腔、靠近所述加速腔的第二腔以及所述第一腔和所述第二腔之间的通道，所述加速管还包括开关组件，所述开关组件包括杆状件，所述杆状件沿着基本垂直于所述边耦合腔的径向中心轴线的方向定位在所述边耦合腔的第一腔内。

Description

加速管、加速带电粒子的方法以及医用直线加速器

技术领域

本发明涉及医疗设备领域，具体涉及一种加速管、在加速管中加速带电粒子的方法及医用直线加速器。

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。

发明内容

本发明提供了一种加速管，该加速管不仅可以降低打火风险而且可以调节输出能量范围。

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种加速管，其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，所述边耦合腔包括从两侧向内凸伸的鼻锥并且所述鼻锥在径向上将所述边耦合腔分成了远离所述加速腔的第一腔、靠近所述加速腔的第二腔以及所述第一腔和所述第二腔之间的通道，所述加速管还包括开关组件，所述开关组件包括杆状件，所述杆状件沿着基本垂直于所述边耦合腔的径向中心轴线的方向定位在所述边耦合腔的第一腔内。

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两个相邻的加速腔耦接的边耦合腔，所述边耦合腔包括从两侧向内凸伸的鼻锥并且所述鼻锥在径向上将所述边耦合腔分成了远离所述加速腔的第一腔、靠近所述加速腔的第二腔以及所述鼻锥限定的通道，所述加速管还包括沿着基本垂直于所述边耦合腔的径向中心轴线被定位的杆状件，所述杆状件是可操作的从而根据所述加速管的至少一种出束模式使所述杆状件的端部被定位在所述边耦合腔的第一腔内。

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两个相邻的加速腔耦接的边耦合腔，所述边耦合腔包括从两侧向内凸伸的鼻锥，所述加速管还包括杆状件，所述杆状件在径向上远离束流通道和所述鼻锥并且在基本平行于所述束流通道的方向上以可插入的方式耦合到所述边耦合腔。

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，所述边耦合腔包括从两侧向内凸伸的鼻锥并且所述鼻锥在基本垂直于束流通道的方向上将所述边耦合腔分成了远离所述加速腔的第一腔、靠近所述加速腔的第二腔以及所述第一腔和所述第二腔之间的通道，所述加速管还包括开关组件，所述开关组件包括：第一杆状件和第二杆状件，其在基本平行于所述加速管的束流通道的方向上相对地布置在所述第一腔的侧壁上；第一驱动元件和第二驱动元件，其分别用于驱动所述第一杆状件和第二杆状件；以及控制器，其用于控制所述第一驱动元件和所述第二驱动元件以使所述第一杆状件和所述第二杆状件在所述第一腔内相向或背向地移动从而改变所述边耦合腔耦合的下游的加速腔的电场幅值。

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，所述边耦合腔包括从两侧向内凸伸的鼻锥，并且所述鼻锥在基本垂直于束流通道的方向上将所述边耦合腔分成远离所述加速腔的第一腔、靠近所述加速腔的第二腔以及所述第一腔和所述第二腔之间的通道，所述加速管还包括相对地设置在所述第一腔上并且在基本平行于所述束流通道的方向上可移动的第一杆状件和第二杆状件，所述加速管被配置为至少具有第一状态、第二状态和第三状态的任两种；其中：在所述第一状态，所述第一杆状件和第二杆状件从所述第一腔缩回以使所述两个相邻的加速腔的电场幅值基本相同；在所述第二状态，所述第一杆状件和所述第二杆状件插入到所述边耦合腔内并使所述两个相邻的加速腔中的束流通道下游的电场幅值变大；在所述第三状态，所述第一杆状件和所述第二杆状件插入到所述边耦合腔内并使所述两个相邻的加速腔中的束流通道下游的电场幅值变小。

根据本发明的一个方面，公开了一种在加速管中加速带电粒子的方法，其中，所述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，所述边耦合腔包括从两侧向内凸伸的鼻锥，所述边耦合腔还设置有第一杆状件和第二杆状件，它们在基本平行于所述加速管的束流通道的方向上相对地布置在所述边耦合腔的远离束流通道和鼻锥的侧壁上，所述方法包括：

-将带电粒子沿着所述加速管的束流通道注入到所述加速腔内；

-向所述加速腔内馈入能量以使所述加速腔和所述边耦合腔在基本相同的

电场幅值下谐振；

以及以下步骤中的至少一个：

-将所述第一杆状件和所述第二杆状件对称地定位到所述边耦合腔的径向中心轴线的两侧并且它们的端部相距第一距离以使与所述边耦合腔耦合的所述两个相邻的加速腔中的下游加速腔的电场幅值比其上游加速腔的电场幅值大；

-将所述第一杆状件和所述第二杆状件对称地定位到所述边耦合腔的径向中心轴线的两侧并且它们的端部相距比所述第一距离小的第二距离以使与所述边耦合腔耦合的所述两个相邻的加速腔中的下游加速腔的电场幅值比其上游加速腔的电场幅值小。

根据本发明的一个方面，公开了一种医用直线加速器，其包括前述的加速管。

附图说明

图1是根据本发明的一种实施方式的加速管处于第一状态时的剖面结构示意图；

图2是图1的加速管在某一时刻时的电场分布示意图；

图3是根据本发明的一种实施方式的加速管处于第二状态时的剖面结构示意图；

图4是图3的加速管在某一时刻时的电场分布示意图；

图5是根据本发明的一种实施方式的加速管处于第三状态时的结构示意图；

图6是图5的加速管在某一时刻时的电场分布示意图；

图7是图3和图5的加速管的第一杆状件和第二杆状件的端部距边耦合腔的径向中心轴线的距离与电场幅值放大系数和模式间隔之间的关系；

图8是本发明的一种实施方式的开关组件的结构框图；

图9是本发明的一种实施方式的放射治疗系统的结构示意图；以及

图10是本发明的一种实施方式的加速管的控制方法流程图。

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8所示，图1、图3和图5示出了根据本发明的一种实施方式的加速管10在不同模式下的剖面示意图，图2、图4和图6分别示出了与图1、图3和图5分别对应的某时刻的各加速腔的电场分布示意图，图7示出了图3和图5的加速管10的第一杆状件202和第二杆状件204的端部距边耦合腔106的径向中心轴线的距离与电场幅值放大系数和模式间隔之间的关系。更具体地，在图2、图4和图6中，横坐标表示束流方向上各加速腔的物理长度，纵坐标表示各加速腔内的电场强度，其中，电场强度是矢量，正值表示使电子加速的电场方向，负值表示使电子减速的电场方向。若相邻的两个加速腔中，其中一个加速腔内的电场强度值大于等于0，另一个加速腔内的电场强度值小于等于0，则所述相邻两加速腔内的电场方向反相。

具体地，如图1-8所示，根据本发明的一种实施方式，公开了一种加速管10，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107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内以形成加速和/或减速电场，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，以加速管10加速后的电子束来治疗也是可行的，即，本发明的加速管对最终出束是光子还是电子不作限定。

具体到该示例性加速管10，该加速管10包括加速腔101、103、105、107、109、111，还包括边耦合腔102、104、106、108，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109、111，耦接加速腔107、109的边耦合腔由于截面角度未显示在图中。边耦合腔102、104、106、108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鼻锥；边耦合腔106包括圆筒形的侧壁部分、从侧壁部分两侧向内凸伸的鼻锥1061以及耦接到所述边耦合腔106上的开关组件20，其中开关组件20将于下文予以详述。加速腔101、103、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的电子依次地通过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。

如图1、图3和图5所示，在本发明的示例性实施方式中，开关组件20与边耦合腔106耦接，其中，加速腔101、103为聚束段，其余加速腔105、107、109、111为主加速段，而且，加速腔107、109、111为可调段。具体地，该边耦合腔106内的两个彼此相对的鼻锥1061将边耦合腔106分为在径向上远离加速腔的第一腔1062、靠近加速腔的第二腔1064以及鼻锥1061之间的连通第一腔1062和第二腔1064的通道1066，该通道1066通常为中空的圆柱形。该开关组件20包括两个开关元件，这两个开关元件分别为第一杆状件202、第二杆状件204，它们以可插入的方式耦接到边耦合腔106的第一腔1062上。具体地，两个杆状件202、204的端部相对布置，它们均能在基本平行于加速管10的束流通道的方向(其中，在示意性的图中，束流通道的方向与加速管10的纵向中心轴线方向大体一致且与边耦合腔106的径向中心轴线大致垂直)可被移动的以调节各自在边耦合腔106内的插入程度。如图所示，杆状件202、204与边耦合腔106的第一腔1062耦接，并与鼻锥1061之间的电场集中区域偏离开，当杆状件202、204从一种状态变化到另一种状态的过程中，打火的风险大大降低。在图中所示的示例性的实施方式中，两个杆状件202、204关于边耦合腔106的径向中心轴线基本对称地布置的，这样，第一杆状件202的端部和边耦合腔106的径向中心轴线之间的距离与第二杆状件204和边耦合腔106的径向中心轴线的距离是基本相同的。该第一杆状件202和第二杆状件204由电导率较高的金属材料，诸如铜、铜合金、银或不锈钢等制成。在图1-图8所示的示例性实施方式中，鼻锥1061限定的通道1066的纵向长度(即，中空圆柱体的直径)约为6.8mm，第一杆状件202和第二杆状件204的直径约为8mm，两杆状件202、204与鼻锥1061的间距约为2mm。可以理解，在其他实施例中，第一杆状件202和第二杆状件204的直径较优地可以在4mm-11mm中取任意值；并且两杆状件202、204与鼻锥1061的间距较优地可以在大于0小于等于4mm之间选取任意值。

如图8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用于驱动第一杆状件202，第二电机2064用于驱动第二杆状件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用于检测第一杆状件202的端部的当前位置，第二光栅2084用于检测第二杆状件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从而驱动第一杆状件202和第二杆状件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10的结构只是示意性的，可以对其做各种变形，例如，在一种实施方式中，聚束段可以包括三个腔，主加速段可以包括四个腔，边耦合腔可以有六个，本发明不受限于加速腔、边耦合腔的数目。

图1和图2示出了根据本发明示例性实施方式的处于第一状态的加速管10，图3和图4示出了根据本发明示例性实施方式的处于第二状态的加速管10，图5和图6示出了根据本发明示例性实施方式的处于第三状态的加速管10。下面，先叙述第一状态。

参见图1和图2所示的第一状态，这种状态与没有该开关组件20同时将该边耦合腔106设置成与其他边耦合腔大致相同的加速情形是基本相同的。

在这种状态下，在同一时刻，加速管10中所有腔体101、103、105、107、109、111都在来自诸如磁控管的微波能量的激励下在pi/2模式谐振在一个频率上，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，如图2所示，所有主加速腔的电场幅值都基本相同。电子在一个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。

再看第二状态，参见图3和图4，图中的第一杆状件202和第二杆状件204均沿着基本垂直于边耦合腔106的径向中心轴线的方向定位在边耦合腔106内。这里，第二状态指的是边耦合腔106耦合的下游加速腔107的电场幅值比相邻的上游加速腔105的电场幅值大。这意味着该开关组件20起到了放大电场幅值的作用，结果，与第一状态相比，处于第二状态的加速管10输出能量增加了。

图3和图4所示的第二状态可以在前述图1和图2所示的第一状态下通过向内移动第一杆状件202和第二杆状件204来实现。具体地，如图所示，第一杆状件202和第二杆状件204被第一电机2062和第二电机2064同步地驱动以使第一杆状件202的端部和第二杆状件204的端部在任意时刻关于边耦合腔106的径向中心轴线是大体对称的。在移动过程中，第一光栅2082和第二光栅2084可即时地获取第一杆状件202和第二杆状件204的位置信息并将其传送给控制器210，控制器210根据预存的例如所需束流模式与诸如对应位置信息控制第一电机2062和第二电机2064。

根据图7，其中曲线L1为杆状件的端部分别距离边耦合腔106的径向中心轴线的距离D与电场幅值放大系数之间的关系曲线，曲线L2为杆状件的端部距离边耦合腔106的径向中心轴线的距离D与模式间隔之间的关系曲线。在第二状态，该第一杆状件202和第二杆状件204的端部被定位到分别相距边耦合腔106的径向中心轴线的距离大约为4mm，此时，边耦合腔106耦合的下游加速腔107的电场幅值和上游加速腔105的电场幅值之比(可称为电场幅值放大系数)约为3.5，模式间隔约为3.3MHz，该模式间隔是可接受的。

杆状件202、204的端部与边耦合腔106的径向中心轴线的距离D和电场幅值放大系数的关系被预存在与控制器210关联的存储器内以便于当加速管10从图1和图2所示的第一状态变化到图3和图4所示的第二状态，或者从图3和图4所示的一种能量级别变化到另一种能量级别时控制第一电机2062和第二电机2064。在此，当从图1和图2所示的第一状态向图3和图4所示的第二状态调节时，第一杆状件202和第二杆状件204可以相向地被驱动和停止，优选地，它们是基本同步地被驱动；当从图3和图4所示的一种能量级别向另一种能量级别调节而控制第一电机2062和第二电机2064时，第一杆状件202和第二杆状件204可以相向地或者大致背向地被驱动和停止，优选地，它们是基本同步地被驱动。例如，在杆状件202、204的端部与边耦合腔106的径向中心轴线的距离均约为12mm的位置向内同步移动到距离均约为4mm的位置处，电场幅值放大系数可以从1.5逐步增大到3.5；在杆状件202、204的端部与边耦合腔106的径向中心轴线的距离均约为4mm的位置向内同步移动到距离均约为1.4mm的位置处，电场幅值放大系数从3.5逐步减小到约为1。

当第一杆状件202和第二杆状件204到达预定位置(在此，D＝4mm)处时，加速腔107、109、111的相位与正常加速状态相同，但幅值变大，在任一具体时刻，加速腔101、103、105、107、109、111的相邻两加速腔内的电场相位相差180°，加速腔107、109、111的电场幅值为之前的电场幅值的3.5倍。

可以理解，由于可以以不同的速度分别移动第一杆状件202和第二杆状件204以使它们到达各自预定位置(即，使各自预定位置是对称的)，故同步地移动第一杆状件202和第二杆状件204并非必需的；而且，第一杆状件202和第二杆状件204在第二状态下并不必然如示例性实施方式是大致对称的，故，在第二状态，它们在边耦合腔106内是大致对称的也并非必需的。也可以理解，杆状件202、204的应移动量也可以根据使用者输入的所需输出能量信息或者所需的电场幅值放大系数而即时计算得到的。可以理解，还可以通过移动第一杆状件202、第二杆状件204以使它们的端部相距边耦合腔106的径向中心轴线的距离为其他值，例如，从1.4mm-12mm中选择合适的值，以实现电场幅值放大系数大于1，较优地，可以在该范围内选取同时具有较好的模式间隔的值。也可以理解，图3和图4所示的状态也可以在如后所述的图5和图6所示的第三状态下通过向外移动第一杆状件202和第二杆状件204来实现，此时，第一电机2062和第二电机2064被控制以使第一杆状件202和第二杆状件204可以背向地被驱动或停止，较优地，电机是基本同速的以使所述杆状件是同步远离边耦合腔106的径向中心轴线。

接着，参见图5和图6所示的第三状态，图中的第一杆状件202和第二杆状件204均沿着基本垂直于边耦合腔106的径向中心轴线的方向定位在边耦合腔106内。这里，第三状态指的是边耦合腔106耦合的下游加速腔107的电场幅值比相邻的上游加速腔105的电场幅值小。这意味着该开关组件20起到了减小电场幅值的作用，结果，与第一状态相比，处于第三状态的加速管10输出能量减少了。

图5和图6所示的第三状态可以在前述图3和图4所示的第二状态下通过进一步向内移动第一杆状件202和第二杆状件204来实现。具体地，如图所示，第一杆状件202和第二杆状件204被第一电机2062和第二电机2064同步地驱动以使第一杆状件202的端部和第二杆状件204的端部在任意时刻关于边耦合腔106的径向中心轴线是大体对称的。在移动过程中，第一光栅2082和第二光栅2084可即时地获取第一杆状件202和第二杆状件204的位置信息并将其传送给控制器210，控制器210根据预存的例如第三状态与诸如对应位置信息控制第一电机2062和第二电机2064。

根据图7，在第三状态，该第一杆状件202和第二杆状件204的端部被定位到分别相距边耦合腔106的径向中心轴线的距离大约为1.2mm，此时，边耦合腔106耦合的下游加速腔107的电场幅值和上游加速腔105的电场幅值之比约为0.4，模式间隔约为3.1MHz，该模式间隔是可接受的。

如前所述，杆状件202、204的端部与边耦合腔106的径向中心轴线的距离D和电场幅值放大系数的关系被预存在与控制器210关联的存储器内以便于当加速管10从图1和图2所示的第一状态变化到图5和图6所示的第三状态，或者从图3和图4所示的第二状态变化到图5和图6所示的第三状态，或者从图5和图6所示的一种能量级别变化到另一种能量级别时控制第一电机2062和第二电机2064。在此，当从图1和图2所示的第一状态或者从图3和图4所示的第二状态向图5和图6所示的第三状态调节时，第一杆状件202和第二杆状件204可以相向地被驱动和停止，较优地，它们是基本同步被驱动的；当从图5和图6所示的一种能量级别向另一种能量更低的级别调节而控制第一电机2062和第二电机2064时，第一杆状件202和第二杆状件204可以相向地被驱动和停止，较优地，它们是基本同步被驱动的。

当第一杆状件202和第二杆状件204到达预定位置(在此，D＝1.2mm)处时，加速腔107、109、111的相位与正常加速状态相同，但幅值变小，在任一具体时刻，加速腔101、103、105、107、109、111的相邻两加速腔内的电场相位相差180°，加速腔107、109、111的电场幅值为之前的电场幅值的0.4倍。

根据上文描述可知，通过图1-图6的示例性的加速管，可以获得三种状态，第一状态下可以获得与不设置开关组件20的加速管相比大致相同的能量，第二状态下可以获得比第一状态的输出能量更大的能量，第三状态下可以获得比第一状态的输出能量更小的能量，而且，第二状态的能级和第三状态的能级本身也是可调节的。杆状件202、204的端部距边耦合腔106的径向中心轴线的距离D是可以根据前述状态以及所对应的能级被预定的或者根据操作者的输入信息而被即时计算的。

如图9所示，本发明还公开了一种医用直线加速器40，该医用直线加速器40设置有电子枪和加速管10，其中，加速管10接收来自电子枪的电子并将其加速到希望的出束能量，该加速管10至少具有前述的第一状态、第二状态和第三状态中的两个状态。

如图10所示，本发明还公开了一种加速带电离子的方法，其中，所述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，所述边耦合腔包括从两侧向内凸伸的鼻锥，所述边耦合腔还设置有第一杆状件和第二杆状件，它们在基本平行于所述加速管的束流通道的方向上相对地布置在所述边耦合腔的远离束流通道和鼻锥的侧壁上，所述方法包括：

-将带电粒子沿着所述加速管的束流通道注入到所述加速腔内；

-向所述加速腔内馈入能量以使所述加速腔通过所述边耦合腔的耦合，并在基本相同的电场幅值下谐振；

以及以下步骤中的至少一个：

-(A1)将所述第一杆状件和所述第二杆状件对称地定位到所述边耦合腔的径向中心轴线的两侧并且它们的端部相距第一距离以使与所述边耦合腔耦合的所述两个相邻的加速腔中的下游加速腔的电场幅值比其上游加速腔的电场幅值大；

-(A2)将所述第一杆状件和所述第二杆状件对称地定位到所述边耦合腔的径向中心轴线的两侧并且它们的端部相距比所述第一距离小的第二距离以使与所述边耦合腔耦合的所述两个相邻的加速腔中的下游加速腔的电场幅值比其上游加速腔的电场幅值小。

可以理解，上述步骤A1和步骤A2可以是选择性执行的，也可以是依照A1到A2顺序执行的，也可以先执行A2再执行A1。

本领域普通技术人员可以理解，根据图1-图6所示的实施例的启示，如果加速管10只需要输出比第一状态时更大的能量，那么可以将加速管10的第一杆状件202和第二杆状件204以不可调节的方式布置成第二状态的某个能级；同样地，如果加速管10只需要输出比第一状态更小的能量，那么可以将加速管10的第一杆状件202和第二杆状件204以不可调节的方式布置成第三状态的某个能级。

根据图1-图6所示的实施例的启示，在一种可能的实施例中，第一杆状件202和第二杆状件204大致垂直于边耦合腔106的径向中心轴线的方向彼此相对地耦接到第一腔1062，其中，第一杆状件202的端部以不可调节的方式固定到加速管10的第一腔1062内，第二杆状件204是可调节的以使其端部从第一腔1062缩回的状态变化到定位到第一腔1062内的状态，其中，第二杆状件204的端部靠近第一杆状件202并使边耦合腔106耦合的下游加速腔的电场幅值变化。同样地，可以将第二杆状件204的端部以不可调节的方式固定到加速管10的第一腔1062内而第一杆状件202是可调节的。

根据图1-图6所示的实施例的启示，在一种可能的实施例中，在与前述加速管10除了开关组件20外结构基本相同的加速管中，只有一个杆状件耦接到边耦合腔上，其在与边耦合腔的径向中心轴线基本垂直的方向是可调节的，并且当加速管处于至少一种出束状态时，该杆状件的端部定位在边耦合腔内的第一腔中，其中，该第一腔与第二腔分布在鼻锥的两侧，该第一腔远离加速腔。如此配置的优势在于由于该杆状件的端部在调节过程中始终处于远离鼻锥的第一腔内，故操作中打火的风险大大降低。本领域普通技术人员应当可以理解，加速管的杆状件可以是不可调节的，即，其端部可以始终被定位到边耦合腔的第一腔内以使加速管始终处于特定的出束状态。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例所提及的方法中的部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：ROM、RAM、磁盘或光盘等。

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 (28)

1.一种加速管，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，所述边耦合腔包括从两侧向内凸伸的鼻锥并且所述鼻锥在径向上将所述边耦合腔分成了远离所述加速腔的第一腔、靠近所述加速腔的第二腔以及所述第一腔和所述第二腔之间的通道，所述加速管还包括开关组件，所述开关组件包括杆状件，所述杆状件由金属材料制成；

所述杆状件沿着基本垂直于所述边耦合腔的径向中心轴线的方向定位在所述边耦合腔的第一腔内，所述杆状件的端部始终处于所述第一腔内。

2.根据权利要求1所述的加速管，其中，所述杆状件沿着基本垂直于所述边耦合腔的径向中心轴线的方向是可调节的。

3.根据权利要求1所述的加速管，其中，所述杆状件的数目为两个，分别为第一杆状件和第二杆状件，它们相对地布置。

4.根据权利要求3所述的加速管，其中，所述第一杆状件和所述第二杆状件中的至少一个沿着基本垂直于所述边耦合腔的径向中心轴线的方向是可调节的。

5.根据权利要求4所述的加速管，其中，所述第一杆状件和所述第二杆状件被配置为均沿着基本垂直于所述边耦合腔的径向中心轴线的方向是可同步调节的。

6.根据权利要求3所述的加速管，其中，所述第一杆状件和所述第二杆状件是关于所述边耦合腔的径向中心轴线对称的。

7.根据权利要求6所述的加速管，其中，所述第一杆状件和所述第二杆状件的端部距所述边耦合腔的径向中心轴线的距离为D，其中，0<D≤12mm。

8.根据权利要求6所述的加速管，其中，所述加速管至少被配置成一种状态以使所述边耦合腔耦合的下游加速腔的电场幅值比相邻的上游电场幅值大，在这种状态，所述第一杆状件和所述第二杆状件的端部距所述边耦合腔的径向中心轴线的距离为D，其中，1.4mm<D≤12mm。

9.根据权利要求8所述的加速管，其中，所述第一杆状件和所述第二杆状件的端部距所述边耦合腔的径向中心轴线的距离D，2mm≤D≤9mm。

10.根据权利要求6所述的加速管，其中，所述加速管至少被配置成一种状态以使所述边耦合腔耦合的下游加速腔的电场幅值比相邻的上游电场幅值小，在这种状态，所述第一杆状件和所述第二杆状件的端部距所述边耦合腔的径向中心轴线的距离为D，其中，0<D<1.4mm。

11.根据权利要求10所述的加速管，其中，所述第一杆状件和所述第二杆状件的端部距所述边耦合腔的径向中心轴线的距离D，D约为1.2mm。

12.根据权利要求3所述的加速管，其中，所述第一杆状件或所述第二杆状件的直径的范围在4mm-11mm之间。

13.一种加速管，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，所述边耦合腔包括从两侧向内凸伸的鼻锥并且所述鼻锥在径向上将所述边耦合腔分成了远离所述加速腔的第一腔、靠近所述加速腔的第二腔以及所述鼻锥限定的通道，所述加速管还包括沿着基本垂直于所述边耦合腔的径向中心轴线被定位的杆状件，所述杆状件由金属材料制成；

所述杆状件是可操作的从而根据所述加速管的至少一种出束模式使所述杆状件的端部被定位在所述边耦合腔的第一腔内，所述杆状件的端部始终处于所述第一腔内。

14.根据权利要求13所述的加速管，其中，所述杆状件沿着基本垂直于所述边耦合腔的径向中心轴线的方向是可调节的。

15.根据权利要求13所述的加速管，其中，所述杆状件的数目为两个，其彼此相对地布置。

16.根据权利要求15所述的加速管，其中，所述两个杆状件是关于所述边耦合腔的径向中心轴线对称布置的。

17.一种加速管，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，所述边耦合腔包括从两侧向内凸伸的鼻锥，所述鼻锥在径向上将所述边耦合腔分成了远离所述加速腔的第一腔、靠近所述加速腔的第二腔以及所述第一腔和所述第二腔之间的通道，所述加速管还包括杆状件，所述杆状件由金属材料制成，所述杆状件的端部始终处于所述第一腔内；

所述杆状件在径向上远离束流通道和所述鼻锥并且在基本平行于所述束流通道的方向上以可插入的方式耦合到所述边耦合腔。

18.根据权利要求17所述的加速管，其中，所述杆状件的数目为两个，它们彼此相对的布置。

19.根据权利要求18所述的加速管，其中，所述两个杆状件是关于所述边耦合腔的径向中心轴线对称的。

20.一种加速管，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，所述边耦合腔包括从两侧向内凸伸的鼻锥并且所述鼻锥在基本垂直于束流通道的方向上将所述边耦合腔分成了远离所述加速腔的第一腔、靠近所述加速腔的第二腔以及所述第一腔和所述第二腔之间的通道，所述加速管还包括开关组件，所述开关组件包括：

第一杆状件和第二杆状件，其在基本平行于所述加速管的束流通道的方向上相对地布置在所述第一腔的侧壁上，所述第一杆状件和所述第二杆状件由金属材料制成，所述第一杆状件的端部和所述第二杆状件的端部始终处于所述第一腔内；

第一驱动元件和第二驱动元件，其分别用于驱动所述第一杆状件和第二杆状件；以及

控制器，其用于控制所述第一驱动元件和所述第二驱动元件以使所述第一杆状件和所述第二杆状件在所述第一腔内相向或背向地移动从而改变所述边耦合腔耦合的下游的加速腔的电场幅值。

21.根据权利要求20所述的加速管，其中，所述第一驱动元件和所述第二驱动元件被配置为同步驱动所述第一杆状件和第二杆状件以使所述第一杆状件的端部和所述第二杆状件的端部关于所述边耦合腔的径向中心轴线保持对称的。

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，所述边耦合腔包括从两侧向内凸伸的鼻锥，并且所述鼻锥在基本垂直于束流通道的方向上将所述边耦合腔分成远离所述加速腔的第一腔、靠近所述加速腔的第二腔以及所述第一腔和所述第二腔之间的通道，所述加速管还包括相对地设置在所述第一腔上并且在基本平行于所述束流通道的方向上可移动的第一杆状件和第二杆状件，所述第一杆状件和所述第二杆状件由金属材料制成，所述加速管被配置为至少具有第一状态、第二状态和第三状态的任两种，所述第一杆状件的端部和所述第二杆状件的端部始终处于所述第一腔内；其中：

在所述第一状态，所述第一杆状件和第二杆状件从所述第一腔缩回以使所述两个相邻的加速腔的电场幅值基本相同；

在所述第二状态，所述第一杆状件和所述第二杆状件插入到所述边耦合腔内并使所述两个相邻的加速腔中的束流通道下游的电场幅值变大；

在所述第三状态，所述第一杆状件和所述第二杆状件插入到所述边耦合腔内并使所述两个相邻的加速腔中的束流通道下游的电场幅值变小。

23.根据权利要求22所述的加速管，其中，在所述第二状态或所述第三状态，所述第一杆状件的端部和所述第二杆状件的端部关于所述边耦合腔的径向中心轴线是基本对称的。

24.根据权利要求22所述的加速管，其中，在所述第二状态，所述第一杆状件的端部和所述第二杆状件的端部关于所述边耦合腔的径向中心轴线是基本对称的并且它们的端部与所述径向中心轴线的距离为第一距离；在所述第三状态，所述第一杆状件的端部和所述第二杆状件的端部关于所述边耦合腔的径向中心轴线是基本对称的并且它们的端部与所述径向中心轴线的距离为第二距离；所述第二距离小于所述第一距离。

25.一种在加速管中加速带电粒子的方法，其中，所述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，所述边耦合腔包括从两侧向内凸伸的鼻锥，所述鼻锥在径向上将所述边耦合腔分成了远离所述加速腔的第一腔、靠近所述加速腔的第二腔以及所述第一腔和所述第二腔之间的通道，所述边耦合腔还设置有第一杆状件和第二杆状件，所述第一杆状件和所述第二杆状件由金属材料制成，它们在基本平行于所述加速管的束流通道的方向上相对地布置在所述边耦合腔的远离束流通道和鼻锥的侧壁上，所述第一杆状件的端部和所述第二杆状件的端部始终处于所述第一腔内；

所述方法包括：

-将带电粒子沿着所述加速管的束流通道注入到所述加速腔内；

-向所述加速腔内馈入能量以使所述加速腔通过所述边耦合腔耦合并在基本相同的电场幅值下谐振；

以及以下步骤中的至少一个：

-将所述第一杆状件和所述第二杆状件对称地定位到所述边耦合腔的径向中心轴线的两侧并且它们的端部相距第一距离以使与所述边耦合腔耦合的所述两个相邻的加速腔中的下游加速腔的电场幅值比其上游加速腔的电场幅值大；

-将所述第一杆状件和所述第二杆状件对称地定位到所述边耦合腔的径向中心轴线的两侧并且它们的端部相距比所述第一距离小的第二距离以使与所述边耦合腔耦合的所述两个相邻的加速腔中的下游加速腔的电场幅值比其上游加速腔的电场幅值小。

26.根据权利要求25所述的加速带电粒子的方法，其中，所述将所述第一杆状件和所述第二杆状件定位到所述边耦合腔的径向中心轴线的两侧并且它们的端部相距第一距离的步骤是通过向所述边耦合腔内同步地插入所述第一杆状件和所述第二杆状件来实现的。

27.根据权利要求26所述的加速带电粒子的方法，其中，所述将所述第一杆状件和第二杆状件定位到所述边耦合腔的径向中心轴线的两侧并且它们的端部相距第二距离的步骤是通过进一步向所述边耦合腔内同步地插入所述第一杆状件和所述第二杆状件来实现的。

28.一种医用直线加速器，包括电子枪及与所述电子枪耦接的加速管以接收来自电子枪的电子束，其中，所述加速管为权利要求1-12任一项所述的加速管。