CN106455289A - 驻波加速管具有该驻波加速管的加速器 - Google Patents

Abstract

一种驻波加速管，包括：多个加速腔以及与相邻的加速腔耦合的边耦合腔，还包括与至少一个边耦合腔耦合的能量开关。所述能量开关包括大致平行且以基本垂直于所述驻波加速管的纵向方向布置的两块金属板，所述金属板上限定有通孔，在第一状态下，所述两块金属板被配置为从所述边耦合腔退出以使所述驻波加速管工作在pi/2模，在第二状态下，所述两块金属板被配置为进入所述边耦合腔内并且将所述边耦合腔分成三腔结构，并且所述三腔结构中的两两相邻的腔体通过所述金属板的通孔耦合，所述金属板的形状被配置为对所述边耦合腔的电磁场是产生影响的以便于所述驻波加速管保持在pi/2模。

Description

驻波加速管具有该驻波加速管的加速器

技术领域

本发明涉及一种加速管，尤其一种驻波加速管。

背景技术

对于直线加速器来说，优化在单能上是方便的。但是单能的直线加速器用途极窄，尤其对于医用直线加速器来说更是如此，所以对带多档能量开关的直线加速器提出了需求。

结合能量开关的加速管应运而生，能量开关的操作既不影响加速管在优化模式下的加速性能，又方便结合有这种加速管的直线加速器输出多档能量，大大扩展了直线加速器的利用价值。

通常，能量开关是在边耦合腔加入机械或者电装置来改变边耦合腔和与其耦合的两主加速腔之间的耦合状态而调节能量，而调节能量的方式包括改变能量的幅值或者改变部分腔体的加速相位。改变加速相位能够让一定能量的粒子降低能量，它的可调节幅度比其它方式要大，从而大大拓展了这种能量开关的利用范围。

发明内容

根据本发明的一个方面，公开了一种驻波加速管，包括：多个加速腔以及与相邻的加速腔耦合的边耦合腔，还包括与至少一个边耦合腔耦合的能量开关，其中，所述能量开关包括大致平行且以基本垂直于所述驻波加速管的纵向方向布置的两块金属板，所述金属板上限定有通孔，在第一状态下，所述两块金属板被配置为从所述边耦合腔退出以使所述驻波加速管工作在pi/2模，在第二状态下，所述两块金属板被配置为进入所述边耦合腔内并且将所述边耦合腔分成三腔结构，并且所述三腔结构中的两两相邻的腔体通过所述金属板的通孔耦合，所述金属板的形状被配置为对所述边耦合腔的电磁场是产生影响的以便于所述驻波加速管保持在pi/2模。

选择性地，所述被配置为对所述边耦合腔的电磁场是产生影响的所述金属板的形状包括相对于所述金属板的外周边更靠近所述金属板的中央布置的凸起的形状。

选择性地，所述被配置为对所述边耦合腔的电磁场是产生影响的所述金属板的形状包括所述通孔本身或者其他通孔的形状，其中，所述通孔本身或者其他通孔在径向上相对于所述金属板的中央更靠近外侧。

在一种实施方式中，所述金属板的通孔位于其中央。选择性地，所述被配置为对所述边耦合腔的电磁场是产生影响的形状包括环形凸起的形状，所述环形凸起围绕所述通孔。选择性地，所述被配置为对所述边耦合腔的电磁场是产生影响的形状包括多个凸起的形状，所述多个凸起围绕所述通孔，且呈放射状。

根据本发明的另一个方面，还公开了一种加速器，包括前述的驻波加速管。

根据本发明的另一个方面，还公开了一种加速器，所述加速器为医用直线加速器。

根据本发明的另一个方面，公开了一种驻波加速管，包括：相邻的第一加速腔和第二加速腔以及与所述第一加速腔和所述第二加速腔耦合的边耦合腔，所述边耦合腔还耦合有两块金属板，所述两块金属板大致平行且以基本垂直于所述驻波加速管的纵向方向布置，每块金属板上限定有通孔；在第一状态下，所述两块金属板被配置为与所述边耦合腔脱离电磁耦合状态，所述第一加速腔和所述第二加速腔的电场方向相反；在第二状态下，所述两块金属板被配置为定位到所述边耦合腔内并且每块金属板与所述边耦合腔的内侧壁适配，以限定出与所述第一加速腔耦合的第一子腔、与所述第二加速腔耦合的第二子腔以及通过两块金属板的通孔与所述第一子腔和所述第二子腔耦合的第三子腔，所述第一加速腔和所述第二加速腔的电场方向相同；其中，所述驻波加速管在所述第一状态和所述第二状态均工作在pi/2模。

选择性地，所述两块金属板的形状是相同的。

可选择地，所述两块金属板的任一个的所述通孔布置在所述金属板的中央。

可选择地，所述两块金属板的任一个包括相对所述金属板的外周边更靠近所述金属板的中央布置的凸起。

可选择地，所述两块金属板的任一个的所述通孔在径向上相对于所述金属板的中央更靠近外侧。进一步地，所述两块金属板的任一个还包括其他通孔，所述其他通孔在径向上相对于所述金属板的中央更靠近外侧。

通过该加速管，可以方便地调节该加速管的输出能量。

附图说明

图1是根据本发明的一种实施方式的加速管在第一状态时其一部分的示意图；

图2是根据本发明的一种实施方式的加速管在第二状态时其一部分的示意图；

图3是根据图2的加速管的另一示意图，在此，金属板被清楚地予以示出；

图4是加速管的图示主加速腔在图1的第一状态和图2的第二状态下的电场示意图；

图5是可以替换图1-图3中的金属板的金属板的示意图；

图6是可以替换图1-图3中的金属板的另一金属板的示意图；

图7是可以替换图1-图3中的金属板的另一金属板的示意图；

图8是可以替换图1-图3中的金属板的另一金属板的示意图；以及

图9是可以替换图1-图3中的金属板的另一金属板的示意图。

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，驻波加速管100包括多个加速腔以及与相邻的加速腔耦合的边耦合腔。示例性地，能量开关200耦合到其中一个边耦合腔106上，其中，边耦合腔106分别与相邻的第一加速腔102和第二加速腔104耦合。为了便于与能量开关200耦合以便于发挥能量调节的作用，该边耦合腔106还被配置为省略了鼻锥部分。自然，可以理解，边耦合腔106内具备鼻锥部分也是可行的。

该能量开关200包括沿着基本垂直于电子束流通道P的方向平行布置的两块金属板202、204，这两块金属板202、204的外形被设置成与边耦合腔106的内表面彼此适配的形状，如图所示，它们形状完全相同。其中，前述电子束流通道P的方向与加速管的纵向方向是一致的。具体地，它们的形状大致呈圆形，中央分别限定有通孔2021、2041。该金属板202、204的材料可以选用与加速管100的材料相同或者相似的材料，譬如，无氧铜。然而，可以理解，与加速管100不相同或者不相似的其他材料也是可以的，在此，不做限定。另外，可以理解，金属板可以包括起电磁耦合作用的部分以及在起电磁耦合作用的部分和驱动装置之间起连接作用的部分，前述的与边耦合腔106的内表面彼此适配的形状指的是起电磁耦合作用的金属板部分的外形。

该金属板202、204还设置有对边耦合腔106的电磁场产生影响的部分以便于使边耦合腔106的频率更接近加速腔102、104的频率，从而使驻波加速管100在下述的第二状态时能工作在pi/2模。更具体地，参见图3，金属板202、204上均围绕中央通孔2021、2041设置有环形凸起2023、2043。

该金属板202、204耦接到驱动装置，诸如，马达，并在控制系统的控制下，在第一状态和第二状态间操作。

在第一状态，该金属板202、204被驱动装置驱动以退出该边耦合腔106，从而脱离与边耦合腔的电磁耦合状态。工作时，驻波加速管工作在pi/2模，加速腔102、104的电场相位相差180度。具体地，该状态下的加速腔102、104的电场分布图如图4的曲线L1所示(其中，横坐标表示加速管沿着纵向的位置，纵坐标表示其电场幅值)，因此，进入到该加速管100的电子束可以在通过加速腔102、104时被持续地加速。

在第二状态，该金属板202、204被驱动装置驱动以进入到边耦合腔106内，并且金属板202、204的周边与边耦合腔106的内侧壁彼此适配。此时，该边耦合腔106被金属板202、204分成了三腔结构，即，被分成了第一子腔1061、第二子腔1065和第三子腔1063。加速腔102与子腔1061耦合，子腔1061、1063通过金属板202上的中央通孔2021耦合，子腔1063、1065通过金属板204上的中央通孔2041耦合，子腔1065与加速腔104耦合。工作时，在金属板202、204的中央通孔2021、2041附近，电场相对较高同时磁场相对偏弱，而在金属板202、204径向上离中央通孔2021、2041的远端附近，电场相对偏弱同时磁场相对偏强。金属板202、204的围绕中央通孔的凸起2023、2043可以对电磁场产生扰动，尤其对电场产生扰动，以便于降低边耦合腔106的频率。子腔1061、1065的电场幅值基本为零，而子腔1063相当于被配置成了一个加速腔，则，驻波加速管依旧保持在pi/2模，加速腔102与子腔1063的电场相位相差180度，子腔1063与加速腔104的电场相位相差180度。换言之，加速腔102、104的电场相位是相同的。具体地，该状态下的加速腔102、104的电场分布图如图4的曲线L2所示。因此，进入到该加速管100的电子束在通过加速腔102之后能够被减速。

在前述实施例中仅以一个边耦合腔106耦合能量开关200为例进行叙述，实际上，加速管100的多个边耦合腔中的两个或者更多边耦合腔均可以耦合前述能量开关，这样，可以输出多种能量。

通常地，具有能量开关200的加速管的输出能级是多能级的，例如，4MeV和6MeV，输出能级的多样性对于治疗不同患者和/或者不同类型的肿瘤是有益的。实际操作时，根据使用者对加速管输出能级的选择，例如第一能级，该第一能级例如为6MeV，控制系统根据预先存储的数据获得与第一能级对应的能量开关应处于第一状态的信息控制驱动装置驱动金属板退出边耦合腔；同样地，根据使用者对加速管输出能级的另一选择，例如，比第一能级小的第二能级，该第二能级例如为4MeV，控制系统根据预先存储的数据获得与第二能级对应的能量开关应处于第二状态的信息控制驱动装置驱动金属板进入到边耦合腔。

图5示出了可以构成能量开关的另一种形式的成对金属板300的一块，其可以替换图1-图3中的金属板202、204。金属板300与图1和图2的金属板202、204的不同之处在于：该金属板300具有两个通孔302、304。通孔302、304的大小是相同的，并且被限定到以金属板300的中央为圆心的一个圆形轨迹上并且两通孔相对圆心对称。进一步地，在第二状态下，该金属板300的通孔302与另一同样金属板300的通孔302对准，该金属板300的通孔304与另一同样金属板300的通孔304对准。

当将两块如图5所示的金属板300替换金属板202、204并被插入到边耦合腔内时，在金属板300的中央附近，电场相对较高同时磁场相对偏弱，而金属板300径向上的远端附近，电场相对偏弱同时磁场相对偏强。金属板300的通孔302、304在传递能量的同时可以对电磁场产生扰动，尤其是对磁场产生扰动，以便于降低边耦合腔106的频率，使其更接近加速腔102、104的频率，从而使驻波加速管100工作在pi/2模。

本领域普通技术人员可以理解，金属板300上的通孔302、304的大小、在金属板上的位置均有各种可能性，在第二状态下，通孔之间彼此对准也并不是必须的。

本领域普通技术人员可以理解，为了实现对腔内的电磁场扰动以降低频率同时传递能量的目的，两块金属板的通孔数目和/或通孔布置方式和/或凸起的数目和/或凸起的布置方式可以是不同的。下面对几个可能的实施例进行简要描述。

图6示出了另一种可以构成能量开关的成对金属板中的一块金属板400的示意图。该金属板400上限定四个通孔，这四个通孔均布置在以该板的中央为圆心的弧上，并且，这些通孔在径向上更靠近金属板的外侧。当将这种金属板替换图1的金属板并工作时，金属板400的各通孔在传递能量的同时可以对电磁场产生扰动，尤其是对磁场产生扰动，以便于降低边耦合腔106的频率，使其更接近加速腔102、104的频率，从而使驻波加速管100工作在pi/2模。自然，各通孔均具有能量传递的功能。

图7示出了另一种可以构成能量开关的成对金属板中的一块金属板500的示意图。该金属板500上限定中央通孔501、径向上靠近外侧限定的一个通孔503以及围绕中央通孔501设置的环形凸起505。当将这种金属板替换图1的金属板并工作时，通孔503主要用于对电磁场尤其是磁场的扰动，环形凸起505主要用于对电磁场尤其是电场的扰动，以便于将边耦合腔106的频率降低，使其更接近加速腔102、104的频率，从而使驻波加速管100工作在pi/2模。自然，通孔501和通孔503均具有能量传递的功能。

图8示出了另一种可以构成能量开关的成对金属板中的一块金属板600的示意图。该金属板600上限定中央通孔601、径向上靠近外侧限定的两个通孔603、605以及围绕中央通孔601设置的环形凸起607。当将这种金属板替换图1的金属板并工作时，通孔603、605主要用于对电磁场尤其是磁场的扰动，环形凸起607主要用于对电磁场尤其是电场的扰动，以便于将边耦合腔106的频率降低，使其更接近加速腔102、104的频率，从而使驻波加速管100工作在pi/2模。自然，通孔601、603、605均具有能量传递的功能。

图9示出了另一种可以构成能量开关的成对金属板中的一块金属板700的示意图。该金属板700上限定中央椭圆形通孔701以及围绕中央椭圆环形通孔701设置的环形凸起703。当将这种金属板替换图1的金属板并工作时，环形椭圆环形凸起703主要用于对电磁场尤其是电场的扰动，以便于将边耦合腔106的频率降低，使其更接近加速腔102、104的频率，从而使驻波加速管100工作在pi/2模。自然，通孔701也具有能量传递的功能。

本领域普通技术人员可以理解，不同形式的金属板被配合成一对在一个边耦合腔内也可以使用。

虽然在附图中所示出的金属板是沿着基本垂直于电子束束流通道的方向进入或者退出的，然而，可以理解，金属板也可以在平行于电子束束流通道的方向上进入或者退出。例如，在第一状态时，沿着基本垂直于电子束流通道的方向上布置的两金属板可以分别位于在图1的边耦合腔的左右两侧，在第二状态时，两金属板相向地移动并且在预定位置处停止从而形成图2所示的边耦合腔的三腔结构。

本领域普通技术人员可以理解，直线加速器可以包括上述加速管，其中，该直线加速器可以是医用直线加速器。

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 (14)

1.一种驻波加速管，包括：多个加速腔以及与相邻的加速腔耦合的边耦合腔，还包括与至少一个边耦合腔耦合的能量开关，其中，所述能量开关包括大致平行且以基本垂直于所述驻波加速管的纵向方向布置的两块金属板，所述金属板上限定有通孔，在第一状态下，所述两块金属板被配置为从所述边耦合腔退出以使所述驻波加速管工作在pi/2模，在第二状态下，所述两块金属板被配置为进入所述边耦合腔内并且将所述边耦合腔分成三腔结构，并且所述三腔结构中的两两相邻的腔体通过所述金属板的通孔耦合，所述金属板的形状被配置为对所述边耦合腔的电磁场是产生影响的以便于所述驻波加速管保持在pi/2模。

2.根据权利要求1所述的驻波加速管，其中，所述被配置为对所述边耦合腔的电磁场是产生影响的所述金属板的形状包括相对于所述金属板的外周边更靠近所述金属板的中央布置的凸起的形状。

3.根据权利要求1所述的驻波加速管，其中，所述被配置为对所述边耦合腔的电磁场是产生影响的所述金属板的形状包括所述通孔本身或者其他通孔的形状，其中，所述通孔本身或者其他通孔在径向上相对于所述金属板的中央更靠近外侧。

4.根据权利要求1所述的驻波加速管，其中，所述金属板的通孔位于其中央。

5.根据权利要求4所述的驻波加速管，其中，所述被配置为对所述边耦合腔的电磁场是产生影响的形状包括环形凸起的形状，所述环形凸起围绕所述通孔。

6.根据权利要求4所述的驻波加速管，其中，所述被配置为对所述边耦合腔的电磁场是产生影响的形状包括多个凸起的形状，所述多个凸起围绕所述通孔，且呈放射状。

7.一种加速器，包括如权利要求1-6任一项所述的驻波加速管。

8.根据权利要求7所述的加速器，所述加速器为医用直线加速器。

9.一种驻波加速管，包括：相邻的第一加速腔和第二加速腔以及与所述第一加速腔和所述第二加速腔耦合的边耦合腔，所述边耦合腔还耦合有两块金属板，所述两块金属板大致平行且以基本垂直于所述驻波加速管的纵向方向布置，每块金属板上限定有通孔；

在第一状态下，所述两块金属板被配置为与所述边耦合腔脱离电磁耦合状态，所述第一加速腔和所述第二加速腔的电场方向相反；

在第二状态下，所述两块金属板被配置为定位到所述边耦合腔内并且每块金属板与所述边耦合腔的内侧壁适配，以限定出与所述第一加速腔耦合的第一子腔、与所述第二加速腔耦合的第二子腔以及通过两块金属板的通孔与所述第一子腔和所述第二子腔耦合的第三子腔，所述第一加速腔和所述第二加速腔的电场方向相同；

其中，所述驻波加速管在所述第一状态和所述第二状态均工作在pi/2模。

10.根据权利要求9所述的驻波加速管，其中，所述两块金属板的形状是相同的。

11.根据权利要求9所述的驻波加速管，其中，所述两块金属板的任一个的所述通孔布置在所述金属板的中央。

12.根据权利要求9或11所述的驻波加速管，其中，所述两块金属板的任一个包括相对所述金属板的外周边更靠近所述金属板的中央布置的凸起。

13.根据权利要求9所述的驻波加速管，其中，所述两块金属板的任一个的所述通孔在径向上相对于所述金属板的中央更靠近外侧。

14.根据权利要求13所述的驻波加速管，其中，所述两块金属板的任一个还包括其他通孔，所述其他通孔在径向上相对于所述金属板的中央更靠近外侧。