CN106455288A - 一种能量可调节电子直线加速器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种能量可调节电子直线加速器，包括调制器、微波功率源、可调功分器和电子直线加速管。调制器通过线路与微波功率源相连接，调制器能为微波功率源提供脉冲高压。电子直线加速管包括电子枪和直线加速管，直线加速管包括能将电子枪发射的电子束进行聚束的聚束段和光速段，光速段上设置有耦合器。可调功分器具有两个输入端口和两个输出端口，可调功分器的一个输入端口通过波导管与微波功率源相连接，可调功分器的一个输出端口与直线加速管上的耦合器相连接；可调功分器的另一个输入端口和另一个输出端口均连接有负载。本发明的电子直线加速器能使加速器输出的射线能量从keV到MeV实现连续调节，满足不同领域的需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种电子加速器，特别是一种能量可调节电子直线加速器。
背景技术
随着科技的发展，电子直线加速器的应用领域越来越广泛，如医用电子直线加速器、辐照电子直线加速器、无损检测加速器和科研用加速器等。
不同情况对于加速器能量的需求不同，如医用加速器要根据不同部位不同肿瘤，选择不同能量的射线进行治疗；辐照加速器要根据不同货物的穿透深度选择不同能量的射线进行照射；无损检测加速器也要根据不同工件的厚度选择相应能量档位的射线进行拍照。
尤其是在放射治疗领域，摆位成像需要能量为keV级的射线，而放射治疗需要能量为MeV级的射线，目前医院一般都是使用两套不同的系统，这就造成了成像和治疗时的位置偏差，对治疗效果造成影响。
目前，调整电子直线加速器能量的方法有以下几种，一是调节调制器高压，从而改变功率源（磁控管或速调管）输出功率，实现调整加速器能量的目的，这种方法的缺点是能量调节范围小，尤其是无法输出keV级射线；二是使用能量开关，利用能量开关失谐位于其后的加速管，从而降低加速器输出射线的能量，这种方法的缺点是加速器的能量只有两个档位可供选择，无法连续调整。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种能量可调节电子直线加速器，该能量可调节电子直线加速器能使加速器输出的射线能量从keV到MeV实现连续调节，满足不同领域的需求。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种能量可调节电子直线加速器，包括调制器、微波功率源、可调功分器和电子直线加速管。
调制器通过线路与微波功率源相连接，调制器能为微波功率源提供脉冲高压。
电子直线加速管包括电子枪和直线加速管，直线加速管包括聚束段和光速段，聚束段由靠近电子枪的一个或多个加速腔组成，聚束段能将电子枪发射的电子束进行聚束；直线加速管内的其余加速腔构成光速段，光速段上设置有耦合器。
可调功分器具有两个输入端口和两个输出端口，可调功分器的一个输入端口通过波导管与微波功率源相连接，可调功分器的另一个输入端口连接负载一；可调功分器的一个输出端口与直线加速管上的耦合器相连接，可调功分器的另一个输出端口匹配负载二。
所述调制器向微波功率源提供的脉冲高压大小能够调节。
所述微波功率源为磁控管。
所述微波功率源为速调管。
所述电子枪与直线加速管之间设置有270°磁偏转装置，电子枪的轴线与直线加速管的轴线相互垂直；270°磁偏转装置包括270°偏转盒和270°偏转磁铁，270°偏转磁铁为弧形块状结构，270°偏转磁铁的数量为两块，对称设置在270°偏转盒的两侧。
本发明采用上述结构后，上述可调功分器内部带有调谐活塞，通过控制步进电机可以连续调节活塞的位置，从而调整两个输出端口的功率分配比例。与此同时，直线加速管的聚束段的设计，能使使加速管与可调功分器配合工作，输出keV级和MeV级射线且能实现连续调节。如使加速管在输入低功率微波（如0.4MW以下）的情况下输出keV级射线，在输入高功率微波（如0.6MW以上）的情况下输出MeV级射线。从而能够大幅度的改变进入直线加速管中的微波功率，从而在较大范围内改变加速器输出射线的能量，尤其是满足了放射治疗领域对于同一台加速器能量输出keV和MeV射线的需求。另外，与现有技术相比，可调功分器与调制器的联合使用，扩大了同一台加速器的能量调节范围，且操作简便。
附图说明
图1是本发明一种能量可调节电子直线加速器的结构示意图。
其中有：1—磁控管，2—可调功分器，3—负载一，4—负载二， 5—直线加速管，6—耦合器，7—输出端口一，8—输出端口二,9—调制器，10—波导管，11—电子枪；12-聚束段。
具体实施方式
下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，一种能量可调节电子直线加速器，包括调制器9、微波功率源、可调功分器2和电子直线加速管。
调制器通过线路与微波功率源相连接，调制器能为微波功率源提供脉冲高压。优选，调制器向微波功率源提供的脉冲高压大小能够调节。
微波功率源可以为磁控管，也可以为速调管或其他微波功率设备。
电子直线加速管包括电子枪11和直线加速管5。
直线加速管包括聚束段12和光速段，直线加速管由若干个加速腔组成，聚束段由靠近电子枪的一个或多个加速腔组成。在图1中，将靠近电子枪的第一个加速腔作为聚束段，其余的加速腔全部构成光速段。当然，作为替换，聚束段中加速腔的数量可以为两个或多个。
聚束段能将电子枪发射的电子束进行聚束，根据所要输出射线，合理优化设计聚束段的尺寸，使之满足需要。
直线加速管内的其余加速腔构成光速段，光速段上设置有耦合器6。
电子枪与直线加速管之间优选设置有270°磁偏转装置，270°磁偏转装置用于向位于270°偏转盒内的电子束提供偏转角度为270°的偏转磁场。
270°磁偏转装置优选包括270°偏转盒和270°偏转磁铁，270°偏转磁铁为弧形块状结构，270°偏转磁铁的数量为两块，对称设置在270°偏转盒的两侧。
电子枪与直线加速管不共轴，且电子枪的轴线与直线加速管的轴线相互垂直，避免了返轰电子对电子枪的破坏。采用270°偏转磁铁，使得能量高的电子由于在扇形磁场区域要走过较长的路径而偏转角度更大，能量低的电子只需在磁场下走过较短的路程而偏转角度较小，结果起到消色差的作用。
可调功分器具有两个输入端口和两个输出端口，可调功分器的一个输入端口通过波导管与微波功率源相连接，可调功分器的另一个输入端口连接负载一3。
可调功分器的两个输出端口分别为输出端口一7和输出端口二8。其中，输出端口一与直线加速管上的耦合器相连接，输出端口二匹配负载二4。
上述调制器9为微波功率源提供脉冲高压，微波功率源输出满足要求的大功率微波，大功率微波通过波导管10进入可调功分器2。
可调功分器2将输出功率分成两部分，一部分进入负载二4，另一部分通过输出端口7进入加速管5，可调功分器2的特点是通过步进电机控制活塞的位置，可以连续调整两部分输出功率的分配比例，从而调整输出端口一7的输出功率，微波功率经过直线加速管的耦合器6进入直线加速管5后建立起加速电场，电子枪11发射的电子束进入直线加速管5，在电场的作用下得到加速。
加速管的聚束段位于加速管的初始端（靠近电子枪的位置），一般由一个或多个长度小于光速腔的加速腔组成，如图1所示直线加速管5，包含一个聚束段1和聚束段后面的光速腔，聚束段的作用是对电子束进行聚束。聚束段的优化过程是，根据束流动力学计算结果，调整聚束段的尺寸，最终使得加速管在输入低功率微波（如0.4MW以下）的情况下可以输出keV射线，在输入高功率微波（如0.6MW以上）的情况下输出MeV级射线。
改变调制器9的脉冲高压，也可以在一定范围内改变磁控管（或速调管）1的输出功率，因此将可调功分器和调制器配合使用，可以更好的调整加速器的输出能量。
经过计算，6MeV加速器利用可调功分器2改变输出功率，对加速器能量的调整如下：
| 输出功率 | 束流能量 | 脉冲流强 |
| 0.3MW | 0.2MeV | 41.2mA |
| 0.68MW | 2.6MeV | 42.8mA |
| 2.3MW | 6.4MeV | 67.2mA |
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种能量可调节电子直线加速器，其特征在于：包括调制器、微波功率源、可调功分器和电子直线加速管；
调制器通过线路与微波功率源相连接，调制器能为微波功率源提供脉冲高压；
电子直线加速管包括电子枪和直线加速管，直线加速管包括聚束段和光速段，聚束段由靠近电子枪的一个或多个加速腔组成，聚束段能将电子枪发射的电子束进行聚束；直线加速管内的其余加速腔构成光速段，光速段上设置有耦合器；
可调功分器具有两个输入端口和两个输出端口，可调功分器的一个输入端口通过波导管与微波功率源相连接，可调功分器的另一个输入端口连接负载一；可调功分器的一个输出端口与直线加速管上的耦合器相连接，可调功分器的另一个输出端口匹配负载二。
2.根据权利要求1所述的能量可调节电子直线加速器，其特征在于：所述调制器向微波功率源提供的脉冲高压大小能够调节。
3.根据权利要求1所述的能量可调节电子直线加速器，其特征在于：所述微波功率源为磁控管。
4.根据权利要求1所述的能量可调节电子直线加速器，其特征在于：所述微波功率源为速调管。
5.根据权利要求1所述的能量可调节电子直线加速器，其特征在于：所述电子枪与直线加速管之间设置有270°磁偏转装置，电子枪的轴线与直线加速管的轴线相互垂直；270°磁偏转装置包括270°偏转盒和270°偏转磁铁，270°偏转磁铁为弧形块状结构，270°偏转磁铁的数量为两块，对称设置在270°偏转盒的两侧。
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