CN107333382B - 一种边耦合驻波加速管及驻波加速器 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种边耦合驻波加速管，包括主腔链，所述主腔链由同轴线的多个加速腔沿轴线方向依次排列形成，所述轴线上开设有贯通各个加速腔的束流通道，相邻的两个加速腔之间均设有一个边耦合腔，所述边耦合腔的两个连接端分别通过隔离耦合孔与相邻的加速腔连接。本申请通过隔离耦合孔的设置使加速腔和边耦合腔相互独立，从而可以分别调节加速腔和边耦合腔的工作频率，易于调谐，工作稳定性更高，产生的束流的品质更好。

Description

一种边耦合驻波加速管及驻波加速器
技术领域
本申请涉及医疗设备领域，尤其是指一种边耦合驻波加速管及驻波加速器。
背景技术
医用电子直线加速器是广泛用于恶性肿瘤放射治疗的大型医疗设备。医用电子直线加速器产生高能电子束，轰击金属靶，产生X射线，照射肿瘤细胞，实现放射治疗恶性肿瘤。
加速管是医用电子直线加速器的关键部件。加速管的一端可以与产生电子束的电子枪相耦接，另一端可以与靶组件耦接，把从电子枪注入的电子在微波电场作用下加速到高能，最后打靶产生高能X射线。
根据加速电子的方式的不同，加速管分为行波加速管和驻波加速管两种。驻波加速管分路阻抗高、加速效率高、结构紧凑、经济适用性强，适合于商业应用。特别是针对低能医用电子直线加速器，其设计通常采用加速管垂直方案，对结构紧凑要求较高。
按耦合孔位置来划分，驻波加速管有边耦合和轴耦合两种方式，其中边耦合方式的分路阻抗最高，渡越时间最高。
现有的边耦合加速管通常采用加速腔与边耦合腔以两腔体直接相连的方式，腔体工作频率调节时和加速腔与耦合腔耦合度相互影响，会给加工和调试带来极大的不方便，特别是对于腔体调试，加速腔和边耦合腔频率以及腔间耦合系数会同时受影响，调节难度增大；而在临床使用中，两个加速腔的频率变化相互影响，会导致医用电子直线加速器工作状态不稳定。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种边耦合驻波加速管及驻波加速器。
具体地，本申请是通过如下技术方案实现的：
本申请实施例的第一方面，提供了一种边耦合驻波加速管，包括主腔链，所述主腔链由同轴线的多个加速腔沿轴线方向依次排列形成，所述轴线上开设有贯通各个加速腔的束流通道，相邻的两个加速腔之间均设有一个边耦合腔，所述边耦合腔的两个连接端分别通过隔离耦合孔与相邻的加速腔连接。
作为优选，所述的边耦合腔交错分布于束流通道的两侧。
作为优选，所述隔离耦合孔是矩形孔、圆孔或椭圆孔。
作为优选，所述的主腔链分为聚束段和均匀段，所述聚束段由一个或若干个聚束腔组成，所述均匀段由若干个均匀腔组成，其中第一个聚束腔为首腔，最后一个均匀腔为末端腔。
作为优选，所述聚束腔的数量为两个，两个聚束腔按排列次序依次为首腔、第二聚束腔。
作为优选，所述均匀腔的数量为五个，五个加速腔按排列次序依次为第一均匀腔、第二均匀腔、第三均匀腔、第四均匀腔和末端腔。
作为优选，所述的主腔链为双周期结构。
作为优选，所述各个加速腔的平均相移均为π模。
作为优选，所述首腔的束流通道入口上下两侧的侧壁分别向内突伸形成鼻锥。
本申请实施例的第二方面，提供了一种驻波加速器，包括如上所述的边耦合驻波加速管。
本申请通过隔离耦合孔的设置使加速腔和边耦合腔相互独立，从而可以分别调节加速腔和边耦合腔的工作频率，易于调谐，工作稳定性更高，产生的束流的品质更好。
附图说明
图1是本申请边耦合驻波加速管的一种剖面结构示意图；
图2是本申请边耦合驻波加速管中首腔的剖面结构示意图。
图中，1-首腔，2-第二聚束腔，3-第一均匀腔，4-第二均匀腔，5-第三均匀腔，6-第四均匀腔，7-末端腔，8-束流通道，9-隔离耦合孔，10-鼻锥，11-第一边耦合腔，12-第二边耦合腔，13-第三边耦合腔，14-第四边耦合腔，15-第五边耦合腔，16-第六边耦合腔。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一均匀腔也可以被称为第二均匀腔，类似地，第二均匀腔也可以被称为第一均匀腔。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
如图1所示，一种边耦合驻波加速管，包括主腔链，主腔链由同轴线的多个加速腔沿轴线方向依次排列形成，轴线上开设有贯通各个加速腔的束流通道8，相邻的两个加速腔之间均设有一个边耦合腔，边耦合腔的两个连接端分别通过隔离耦合孔9与相邻的加速腔连接。
本申请边耦合驻波加速管为双周期结构，各个加速腔的平均相移均为π模。在同一时刻，所有加速腔都在来自诸如磁控管的微波能量的激励下对束流加速，工作模式为π模，工作频率可以为2998MHz。
边耦合把耦合腔从束流通道8所在轴线上移开，形成放在各个加速腔的外边的边耦合腔。各个加速腔通过隔离耦合孔9和边耦合腔耦合，相邻的加速腔通过边耦合腔相互耦合在一起。如此，所述束流通道8用于束流贯穿和上下游各个加速腔的隔离，而不起功率耦合作用，以获得最大的分流阻抗。
具体的，主腔链的多个加速腔可以分为聚束段和均匀段，聚束段由一个或若干个聚束腔组成，均匀段由若干个均匀腔组成，其中第一个聚束腔为首腔，最后一个均匀腔为末端腔。
如图1所示，聚束段由2个聚束腔组成，两个聚束腔按排列次序依次为首腔1、第二聚束腔2；均匀段由5个均匀腔组成，五个加速腔按排列次序依次为第一均匀腔3、第二均匀腔4、第三均匀腔5、第四均匀腔6和末端腔7；边耦合腔共6个，分别为第一边耦合腔11、第二边耦合腔12、第三边耦合腔13、第四边耦合腔14、第五边耦合腔15和第六边耦合腔16。
每个边耦合腔均具有两个连接端，两个连接端分别通过隔离耦合孔9与相邻的加速腔连接，可以实现加速腔和边耦合腔相互隔离的耦合。图1中隔离耦合孔9合计为12个。第一边耦合腔11的两个连接端分别通过隔离耦合孔9耦接首腔1、第二聚束腔2，第二边耦合腔12的两个连接端分别通过隔离耦合孔9耦接第二聚束腔2、第一均匀腔3，第三边耦合腔13的两个连接端分别通过隔离耦合孔9耦接第一均匀腔3、第二均匀腔4，第四边耦合腔14的两个连接端分别通过隔离耦合孔9耦接第二均匀腔4、第三均匀腔5，第五边耦合腔15的两个连接端分别通过隔离耦合孔9耦接第三均匀腔5、第四均匀腔6，第六边耦合腔16的两个连接端分别通过隔离耦合孔9耦接第四均匀腔6、末端腔7。
进一步的，所述的边耦合腔可以交错分布于束流通道8的两侧。如图1中，第一边耦合腔11、第三边耦合腔13、第五边耦合腔15位于束流通道8的一侧，第二边耦合腔12、第四边耦合腔14、第六边耦合腔16位于束流通道8的另一侧。
隔离耦合孔9可以是矩形孔、圆孔或椭圆孔等其他形状，具体形状可以根据实际需要进行选择。图1中的隔离耦合孔9为矩形孔。
由于隔离耦合孔9将加速腔和边耦合腔隔离，加速腔和边耦合腔相互独立，轴线上的加速腔和轴线外的边耦合腔分别独立加工，降低了加工的复杂度；可以独立调节加速腔和边耦合腔的工作频率和腔间耦合系数。由于，易于调谐、稳定工作、产生高品质束流。
实际操作中，调节工作频率时，调节其中一个腔的尺寸的变化，对耦合连接的另一腔频率的影响极大地降低，从而可以分别调节加速腔和边耦合腔的频率；调节腔间耦合系数时，调节隔离耦合孔9的尺寸，减小对加速腔和边耦合腔尺寸的改变，降低了对各腔体频率的影响。在临床使用中，温度等原因会造成部分腔体的尺寸变化时，而隔离耦合孔的存在，使得其对邻近腔体的频率影响较小，从而提高了系统工作稳定性。
作为本申请的一种实施方式，所述首腔的束流通道8入口上下两侧的侧壁分别向内突伸形成鼻锥10，从而构成双鼻锥结构，如图2所示具有双鼻锥结构的首腔1及第一边耦合腔的前半部分。其中，鼻锥部分的材料可以为不锈钢、铜或铜合金。
现有边耦合加速管的首腔的端板主要采用带圆弧孔金属板，因而分路阻抗低、渡越时间低、自聚焦较低。本申请的首腔在束流通道8的入口处采用双鼻锥结构，使束流通道8入口处产生聚焦场，增大首腔自聚焦能力，增大首腔分路阻抗、增大渡越时间，从而可以提高束流品质。
另外，除了首腔，后续的加速腔均可采用双鼻锥结构，如聚束腔和均匀腔的靠近束流通道8上下两侧的侧壁分别向内突伸形成鼻锥。特别的，后续的加速腔可以在各自的束流入口和束流出口分别形成双鼻锥结构。
作为本申请的一种实施方式，首腔束流通道的孔径大于下游所有加速腔束流通道的孔径。
本申请的另一方面，提出了一种驻波加速器，包括如上所述的边耦合驻波加速管，在此不再加以赘述边耦合驻波加速管。
进一步地，边耦合驻波加速管的周围还可以布置有束流元件，诸如磁铁等，以使边耦合驻波加速管内的电子按照预定路径行进。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种边耦合驻波加速管，其特征在于，包括主腔链，所述主腔链由同轴线的多个加速腔沿轴线方向依次排列形成，所述轴线上开设有贯通各个加速腔的束流通道，相邻的两个加速腔之间均设有一个边耦合腔，所述边耦合腔的两个连接端分别通过隔离耦合孔与相邻的加速腔连接，所述各个加速腔的平均相移均为π模。
2.根据权利要求1所述的边耦合驻波加速管，其特征在于，所述的边耦合腔交错分布于束流通道的两侧。
3.根据权利要求1或2所述的边耦合驻波加速管，其特征在于，所述隔离耦合孔是矩形孔、圆孔或椭圆孔。
4.根据权利要求1所述的边耦合驻波加速管，其特征在于，所述主腔链的多个加速腔分为聚束段和均匀段，所述聚束段由一个或若干个聚束腔组成，所述均匀段由若干个均匀腔组成，其中第一个聚束腔为首腔，最后一个均匀腔为末端腔。
5.根据权利要求4所述的边耦合驻波加速管，其特征在于，所述聚束腔的数量为两个，两个聚束腔按排列次序依次为首腔、第二聚束腔。
6.根据权利要求4所述的边耦合驻波加速管，其特征在于，所述均匀腔的数量为五个，五个加速腔按排列次序依次为第一均匀腔、第二均匀腔、第三均匀腔、第四均匀腔和末端腔。
7.根据权利要求4所述的边耦合驻波加速管，其特征在于，所述首腔的束流通道入口上下两侧的侧壁分别向内突伸形成鼻锥。
8.根据权利要求7所述的边耦合驻波加速管，其特征在于，首腔束流通道的孔径大于下游所有加速腔束流通道的孔径。
9.一种驻波加速器，其特征在于，包括权利要求1至8任意一项所述的边耦合驻波加速管。
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