CN113365408A - 一种加速结构及多腔加速器 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种加速结构及多腔加速器，包括：具有加速腔的腔体，所述腔体包括壳体以及至少一块基板，所述基板形成有多个横向排列的供粒子束流穿过的束流孔；形成有多个束流通道的电极板，所述电极板穿设在所述壳体上，所述束流通道的一端位于所述加速腔内且与所述基板间隔设置以建立交变电场；电子枪，所述电子枪配置为向所述加速腔内提供粒子束流；以及偏转结构，所述束流孔内与所述束流通道的轴线所处的平面为运动平面，所述偏转结构配置为往复的将粒子束流进行180°偏转，以使得粒子束流在所述运动平面上进行S形加速。本申请实施例的一种加速结构及多腔加速器，具有体积小且粒子束流品质高的优点。

Description

一种加速结构及多腔加速器

技术领域

本申请涉及加速器技术领域，尤其涉及一种加速结构及多腔加速器。

背景技术

现有技术中，电子加速器装置是辐照加工产业的基础设备之一，已被广泛应用在医疗用品消毒、食品保鲜和辐射化工等领域。目前用于辐照加工产业的高能大功率电子加速器主要有直线加速器、单腔加速器和多腔加速器，直线加速器由于受到射频功率源和加速结构的限制很难将10MeV的粒子束流功率提高到50kW以上，单腔加速器主要是梅花瓣型加速器，虽然这种加速器可以获得200kW的10MeV粒子束流，但其腔内的射频功率损耗较大。多腔加速器主要指蛇形加速器，通常利用两个或多个谐振腔体并排放置进行加速，并利用偏转磁铁将束流重新注入腔体进行多次加速。

现有蛇形加速器中的谐振腔采用圆柱形腔体，并在内部对称放置两个电极板，粒子束通过两个电极板之间的间隙时得到加速。在加速频率一定的情况下，偏转磁铁的距离到间隙的距离需要按照预设值设计，由于腔体选择较大直径值以降低射频功率损耗，一方面导致圆柱形腔体的体积过大，另一方面圆柱形腔体的外径导致偏转磁铁的安装距离受限；更无法在偏转磁铁和腔体之间增加聚焦线圈。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例期望提供一种加速结构及多腔加速器，以解决体积过大的问题。

为达到上述目的，本申请实施例的技术方案是这样实现的：

一种加速结构，包括：具有加速腔的腔体，所述腔体包括壳体以及至少一块基板，所述基板形成有多个横向排列的供粒子束流穿过的束流孔；形成有多个束流通道的电极板，所述电极板穿设在所述壳体上，所述束流通道的一端位于所述加速腔内且与所述基板间隔设置以建立交变电场；电子枪，所述电子枪配置为向所述加速腔内提供粒子束流；以及偏转结构，所述束流孔内与所述束流通道的轴线所处的平面为运动平面，所述偏转结构配置为往复的将粒子束流进行180°偏转，以使得粒子束流在所述运动平面上进行S形加速。

进一步地，所述束流通道的另一端沿所述电极板的板面方向朝外延伸并在所述加速腔外与连接法兰连接；所述偏转结构包括第一偏转装置、多个第二偏转装置以及多个第三偏转装置；所述粒子束流经过交变电场第一次加速后能够通过所述第一偏转装置偏转180°方向；所述第二偏转装置以及所述第三偏转装置均能够将所述粒子束流偏转180°方向，任一个所述第二偏转装置连通相邻两个所述束流孔；任一个所述第三偏转装置连通相邻两个所述连接法兰；所述第二偏转装置以及所述第三偏转装置的偏转方向相反。

进一步地，所述第一偏转装置与所述交变电场的距离小于所述第三偏转装置与所述交变电场的距离。

进一步地，首位的所述束流孔与所述电子枪连接；首位的所述束流通道以及与其相邻的所述束流通道通过所述第一偏转装置连通。

进一步地，所述加速腔结构包括聚焦线圈；所述聚焦线圈设置在所述第三偏转装置与所述连接法兰之间；和/或，所述聚焦线圈设置在所述第二偏转装置与所述束流孔之间。

进一步地，所述壳体的横截面呈C形或者凵字形；

所述基板为平板或者弧板。

进一步地，所述壳体的顶壁面上形成有波导输入口。

一种多腔加速器，包括：至少两个并排设置在同一平面的具有加速腔的腔体，一个所述腔体包括壳体、至少一块基板以及形成有多个束流通道的电极板，所述基板形成有多个横向排列的供粒子束流穿过的束流孔；所述电极板穿设在所述壳体上，所述束流通道的一端位于所述加速腔内且与所述基板间隔设置以建立交变电场；所述束流孔内与所述束流通道的轴线所处的平面为运动平面；电子枪，所述电子枪配置为向所述加速腔内提供粒子束流；以及多个能够将所述粒子束流偏转180°方向的第四偏转装置，相邻两个所述束流孔之间通过所述第四偏转装置连通；相邻的两个所述腔体的所述束流通道一一对应的连通；粒子束流相邻两次的偏转方向相反以使得粒子束流在所述束流孔内与所述束流通道形成的运动平面上进行S形加速。

进一步地，其中一个所述腔体的首位的所述束流孔与所述电子枪连接；首位的所述束流孔所对应的另一个所述腔体的首位的所述束流孔所连接的所述第四偏转装置与所述交变电场的距离小于其它所述第四偏转装置与所述交变电场的距离。

进一步地，所述多腔加速器包括聚焦线圈；所述聚焦线圈设置在相邻的两个所述腔体的所述束流通道之间；和/或，所述聚焦线圈设置在所述第四偏转装置与所述束流孔之间。

本申请实施例的一种加速结构及多腔加速器通过设置具有加速腔的腔体、形成有多个束流通道的电极板、电子枪。腔体包括壳体以及至少一块基板，电极板穿设在壳体上。通过设计基板与壳体围设形成加速腔，以基板替代电极板，使得加速腔内只需要单侧设置电极板。使得基板与壳体的纵向长度得到缩短，一方面大大减小装置体积，另一方面可以空出足够的安装区域装聚焦线圈以向粒子束流提供横向的聚焦力，避免粒子束流在腔体中受到纵向的加速力但缺少横向的聚焦力，进而避免运动过程中出现束流损失，提高粒子束流品质。

附图说明

图1为本申请实施例的加速结构的三维视图；

图2为图1的加速结构的另一视角下的视图；

图3为图2中的加速结构沿运动平面的剖视图；

图4为图3的B-B剖视图与现有技术中加速腔的结构示意图的对比图，其中，上半部分为B-B剖视图；

图5为本申请一实施例的多腔加速器的三维视图；

图6为图5的多腔加速器的另一视角下的视图；

图7为图6中的多腔加速器沿运动平面的C-C剖视图；。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合，具体实施方式中的详细描述应理解为本申请的解释说明，不应视为对本申请的不当限制。

在本申请实施例的描述中，“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，需要理解的是，这些方位术语仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

如图1至图4所示，一种加速结构，包括：具有加速腔13的腔体1、形成有多个束流通道21的电极板2、电子枪3以及偏转结构4。

腔体1包括壳体12以及至少一块基板11，基板11与壳体12可以一体连接也可以是分体设计并通过焊接的方式连接在一起。基板11上形成有多个横向排列的供粒子束流穿过的束流孔111。壳体12的顶壁面上形成有波导输入口121，外界馈入的射频通过波导输入口121进入加速腔13中以形成相应的加速交变电场。

电极板2穿设在壳体12上。在图3所示意出的非限定性的实施例中，电极板2的数量为一块，沿纵向水平穿设在壳体12上，束流通道21沿纵向延伸，大半的电极板2位于加速腔13内，并露出少量板体在腔体1外。在其他一些非限定性的实施例中，电极板2的数量可为两块或者多块，并从同一侧沿纵向水平穿设在壳体12上，相邻的电极板2之间不形成交变电场，每一块电极板2与基板11上对应的束流孔111间隔设置以方便形成交变电场。

电极板2的边缘可为直线或曲线，例如长方形电极板、梯形电极板或边缘为曲线的电极板。

参考图4，通过设计基板11与壳体12围设形成加速腔13，壳体12的横截面呈C形或者凵字形，基板11可为平板或者弧板，其中弧板的半径远大于壳体12的长度，以使得弧板近似于平板；加速腔13的横截面可呈近似于D形或者近似于矩形。以基板11替代电极板2，使得加速腔13内只需要单侧设置电极板2。不同于现有技术中的圆柱形腔体，本申请实施例中，基板11与壳体12的纵向长度得到缩短，一方面大大减小装置体积，另一方面可以空出足够的安装区域装聚焦线圈7(后文提及)以向粒子束流提供横向的聚焦力，避免粒子束流在腔体1中受到纵向的加速力但缺少横向的聚焦力，进而避免运动过程中出现束流损失，提高粒子束流品质。

束流通道21的一端位于加速腔13内且与基板11间隔设置，以建立交变电场。其中，外界馈入的射频在束流通道21与基板11之间的间隙中形成交变电场，电子枪3配置为向加速腔13内提供粒子束流；可以理解的是，该粒子束流可包括但不限于电子束等。电子枪3可采用栅控电子枪，栅极电压为正弦波、方波或三角波，其频率与加速腔13的谐振频率相同，并对波形加载直流偏压，用于控制引出电子束团的长度与强度。

粒子束流在交变电场的作用下沿纵向进行加速运动。束流孔111内与束流通道21的轴线所处的平面为运动平面9，电极板2与运动平面9重合，基板11通常垂直或者近似垂直于运动平面9。

需要注意的是，为了方便描述，在本申请各个实施例中，定义图3中沿横向从下至上的多个束流通道21依次为首位的束流通道21a第二位的束流通道21……末位的束流通道21；定义图3中沿横向从下至上的多个束流孔111依次为首位的束流孔111a、第二位的束流孔111……末位的束流孔111。且束流通道21与束流孔111一一对应。

偏转结构4配置为往复的将粒子束流进行180°偏转，以使得粒子束流在运动平面9上进行S形加速。

其中，在图3和图4所示意出的非限定性的实施例中，电子枪3发出的粒子束流可从首位的束流孔111a出来经过交变电场加速，向与该束流孔111a所对应的首位的束流通道21a运动；经过偏转结构4顺时针偏转180°后回到第二位的束流通道21中，从该束流通道21流出后再次经过交变电场加速流入第二位的束流孔111中，此时再经过偏转结构4逆时针偏转180°后回到第三位的束流孔111中，以此类推；偏转结构4每次对粒子束流偏转的方向相反，实现粒子束流在运动平面9上进行S形加速。

在其他一些非限定性的实施例中，电子枪3发出的粒子束流首先从首位的束流通道21a来经过交变电场加速，向与该束流通道21所对应的束流孔111a动，经过偏转结构4逆时针偏转180°后回到第二位的束流孔111中，从该束流孔111流出后再次经过交变电场加速流入第二位的束流通道21中，此时再经过偏转结构4顺时针偏转180°后回到第三位的束流通道21中，以此类推；偏转结构4每次对粒子束流偏转的方向相反，实现粒子束流在运动平面9上进行S形加速。

一种可能的实施例，如图1至图4所示，束流通道21的另一端沿电极板2的板面方向朝外延伸并在加速腔13外与连接法兰22连接。

偏转结构4包括第一偏转装置41、多个第二偏转装置42以及多个第三偏转装置43。粒子束流经过交变电场第一次加速后能够通过第一偏转装置41偏转180°方向。

第二偏转装置42以及第三偏转装置43均能够将粒子束流偏转180°方向，任一个第二偏转装置42连通相邻两个束流孔111；任一个第三偏转装置43连通相邻两个连接法兰22；第二偏转装置42以及第三偏转装置43的偏转方向相反。

在一些非限定性的实施例中，电子枪3可以与首位的束流通道21a连接；其余束流通道21中的相邻两个束流通道21通过一个第三偏转装置43连通。首位的束流通道21a所对应的首位的束流孔111a以及与其相邻的第二位的束流孔111通过第一偏转装置41连通。第三位的束流孔111以及与其相邻的第四位的束流孔111通过第二偏转装置42连通，以此类推；第二位与第三位的束流通道21、第四位与第五位的束流通道21分别通过第三偏转装置43连通。

工作过程中，电子枪3发出的粒子束流从首位的束流通道21a出来经过交变电场加速，向与该束流通道21a所对应的首位的束流孔111a运动；经过第一偏转装置41逆时针偏转180°后回到第二位的束流孔111中；从第二位的束流孔111流出后再次经过交变电场加速流入第二位的束流通道21中，此时再经过第三偏转装置43顺时针偏转180°后回到第三位的束流通道21中；从第三位的束流通道21流出后再次经过交变电场加速流入第三位的束流孔111中，再经过第二偏转装置42逆时针偏转180°后回到第四位的束流孔111中，以此类推；粒子束流相邻两次偏转的方向相反，实现粒子束流在运动平面9上进行S形加速。

需要理解的是，电子枪3发出的粒子束流在束流通道21a中需要漂移较长距离才能开始第一次加速，这个漂移过程会导致束流损失。

在图3和图4所示意出的非限定性的实施例中，电子枪3与首位的束流孔111a连接；使得粒子束流从电子枪3中出来后即可进行加速而避免漂移较长距离。其余束流孔111中的相邻两个束流孔111通过一个第二偏转装置42连通。首位的束流孔111a所对应的首位的束流通道21a以及与其相邻的第二位的束流通道21通过第一偏转装置41连通。第三位的束流通道21以及与其相邻的第四位的束流通道21通过第三偏转装置43连通，以此类推；第二位与第三位的束流孔111、第四位与第五位的束流孔111分别通过第二偏转装置42连通。

工作过程中，电子枪3发出的粒子束流从首位的束流孔111a出来经过交变电场加速，向与该束流孔111a所对应的首位的束流通道21a运动；经过第一偏转装置41顺时针偏转180°后回到第二位的束流通道21中；从第二位的束流通道21流出后再次经过交变电场加速流入第二位的束流孔111中，此时再经过第二偏转装置42逆时针偏转180°后回到第三位的束流孔111中；从第三位的束流孔111流出后再次经过交变电场加速流入第三位的束流通道21中，再经过第三偏转装置43顺时针偏转180°后回到第四位的束流通道21中，以此类推；粒子束流相邻两次偏转的方向相反，实现粒子束流在运动平面9上进行S形加速。

现有技术中，参考图4，射频的工作频率对腔体1’的横截面积有着直接影响，粒子束流经过交变电场加速后到达偏转结构4’的距离L’，交变电场的长度T’，L’+2T’需要经过严格计算，该值由射频的工作频率决定。即需要使得粒子束流在偏转结构4’偏转后重新返回到交变电场的时间正好为射频的半周期，以使得无论是经过还是返回交变电场均可以对粒子束流进行加速。因此，腔体1’采用圆柱形，偏转结构4’几乎紧贴在腔体1’的外壁，这使得偏转结构4’各个部件和交变电场的距离相同且无法进行调整。在粒子束流进行第一次加速后，粒子束流的能量较低、速度较慢；后续经过多次加速后的粒子束流的能量较高、速度较快；两种情况下，交变电场加速后到达偏转结构4’的距离L’如果保持一致很有可能造成加速相位不匹配，进而导致难以提高最终的粒子束流品质。

在一种可能的实施例中，如图1至图4所示，电子枪3与首位的束流孔111a连接；其余束流孔111中的相邻两个束流孔111通过一个第二偏转装置42连通。

第一偏转装置41与交变电场的距离L小于第三偏转装置43与交变电场的距离N，第二偏转装置42与交变电场的距离M与第三偏转装置43与交变电场的距离N相等。第一偏转装置41、第三偏转装置43、第三偏转装置43通过控制磁场大小，可以使每次偏转的偏转路径都为S。

工作过程中，电子枪3发出的粒子束流从首位的束流孔111a出来经过交变电场加速，速度达到一定值，例如0.9c，c为光速，粒子束流以该速度向与该束流孔111a所对应的首位的束流通道21a运动；经过第一偏转装置41顺时针偏转180°后回到第二位的束流通道21中，经过的距离为2*L+S，由此可以计算出第一次与第二次交变电场加速之间的时间间隔T0；粒子束流从第二位的束流通道21出来经过交变电场加速，速度达到一定值，例如0.99c，粒子束流以该速度向与该束流通道21所对应的第二位的束流孔111运动，经过再经过第二偏转装置42逆时针偏转180°后回到第三位的束流孔111中，经过的距离为2*M+S，由此可以计算出第二次与第三次交变电场加速之间的时间间隔T1，依次类推。

需要理解的是，粒子束流在第一次经过交变电场加速和第二次经过交变电场加速的速度差异较大。在粒子束流的能量较低、速度较慢的情况下，第一偏转装置41与交变电场的距离L应当小于第二偏转装置42与交变电场的距离M，以调整T0的时间正好等于射频的半周期，确保在低速状态下，射频对粒子束流的加速相位匹配，进而提高最终的粒子束流品质。

粒子束流进行第二次、第三次加速……每一次加速提升的能量基本相同但是速度的提升十分有限，因此每一个第二偏转装置42与交变电场的距离M、以及每一个第三偏转装置43与交变电场的距离N几乎相等。

具体的设计中，以射频的工作频率为100MHz，波长为3000mm，半周期1500mm，加速结构的交变电场的长度T为100mm，第三偏转装置43与交变电场的距离N为500mm，第二偏转装置42与交变电场的距离M为500mm，第三偏转装置43与第二偏转装置42的偏转距离S通过控制磁场大小控制在400mm。使得2M+S+2*0.5*T＝1500mm、2N+S+2*0.5*T＝1500mm，恰好为半周期，粒子束流进行第二次、第三次加速……每一次加速都能提升能量。第一偏转装置41与交变电场的距离L根据粒子束流经过第一次加速后的速度不同可设置为50-500mm，以使得粒子束流在低速下也能满足加速条件。

需要注意的是，参考图4，现有技术中的圆柱形的腔体1’结构上，第一次加速偏转的偏转结构4’没有足够的空间靠近交变电场。

一种可能的实施例，如图1至图4所示，加速腔结构包括聚焦线圈7。聚焦线圈7可以设置在第三偏转装置43与连接法兰22之间；聚焦线圈7也可以设置在第二偏转装置42与束流孔111之间；此外，聚焦线圈7设置在第一偏转装置41与连接法兰22之间。

聚焦线圈7能够使得从交变电场中完成加速以及沿纵向聚束的粒子束流得到沿横向的聚焦作用力。进而使得粒子束流在后续加速过程中降低束流损失、提高束流品质，同时通过合理控制聚焦磁场大小，可以降低粒子束流损失并实现较小的靶点，从而提高低能射线剂量率。通常情况下，聚焦线圈7两端及周围可以安装有磁屏蔽材料，以防止对其他元件产生影响。聚焦线圈7通常为电磁铁，也可以由其他可产生磁场的元件来代替。

需要注意的是，参考图4的下半部分，现有技术中的圆柱形的腔体1’结构上，偏转结构4’与交变电场之间没有足够的空间安置聚焦线圈。

需要理解的是，图4中上半部分的B-B剖视图，分别示出第二偏转装置42与交变电场的距离M、第三偏转装置43与交变电场的距离N、交变电场的长度T；图4中下半部分的现有技术中的加速腔结构示意图，示出交变电场到偏转结构4’的距离L’，交变电场的长度T’。虽然腔体1和腔体1’的结构不尽相同，同一射频工作频率下，粒子束流半个周期运动路程相同，设定偏转磁铁中路程相同，但是T’＝T、M＝N＝L’；也即是不论本申请实施例还是现有技术中，在该条件下，两侧偏转磁铁之间的间距是相同的，交变电场通常处在中心位置，(M+T/2)＝(T’/2+L’)，并且图4上半部分的B-B剖视图中腔体1左半侧要有空间要满足(Q-T/2)<(N+T/2)，相比于图4下半部分，上半部分腔体1所占据的纵向长度减少，右半侧省略了电极板，实现了纵向长度的缩减，空出了较多空间用于放置聚焦磁铁等。本处再提供一种多腔加速器的实施例。

需要理解的是，多腔加速器与加速结构中部分的结构为通用结构，只要不存在结构上的冲突，相同的结构、设计在加速结构中起到的效果在多腔加速器中也仍然有效果。

如图5至图7所示，多腔加速器包括至少两个并排设置在同一平面的具有加速腔13的腔体1、电子枪3、以及多个能够将粒子束流偏转180°方向的第四偏转装置5，

腔体1包括壳体12、至少一块基板11，基板11与壳体12可以一体连接也可以是分体设计并通过焊接的方式连接在一起。

基板11形成有多个横向排列的供粒子束流穿过的束流孔111。壳体12的顶壁面上形成有波导输入口121，外界馈入的射频通过波导输入口121进入加速腔13中以形成相应的加速交变电场。不同加速腔13之间的谐振频率应当跟踪调整至一致，最大差值小于0.01％。

一个腔体1包括一块形成有多个束流通道21的电极板2，电极板2穿设在壳体12上。

参考图7和图6，通过设计基板11与壳体12围设形成加速腔13，壳体12的横截面呈C形或者凵字形，基板11可为平板或者弧板，其中弧板的半径远大于壳体12的长度，以使得弧板近似于平板；加速腔13的横截面可呈近似于D形或者近似于矩形。以基板11替代电极板2，使得加速腔13内只需要单侧设置电极板2。不同于现有技术中的圆柱形腔体，本申请实施例中，基板11与壳体12的纵向长度得到缩短，一方面大大减小装置体积，另一方面可以空出足够的安装区域装聚焦线圈7(后文提及)以向粒子束流提供横向的聚焦力，避免粒子束流在腔体1中受到纵向的加速力但缺少横向的聚焦力，进而避免运动过程中出现束流损失，提高粒子束流品质。

束流通道21的一端位于加速腔13内且与基板11间隔设置以建立交变电场；其中，外界馈入的射频在束流通道21与基板11之间的间隙中形成交变电场，电子枪3配置为向加速腔13内提供粒子束流。粒子束流在交变电场的作用下沿纵向进行加速运动。束流孔111内与束流通道21的轴线所处的平面为运动平面9；电极板2与运动平面9重合，基板11通常垂直或者近似垂直于运动平面9。

相邻两个束流孔111之间通过第四偏转装置5连通；相邻的两个腔体1的束流通道21一一对应的连通；以使得加速腔13连通

第四偏转装置5可将粒子束流进行180°偏转，粒子束流相邻两次的偏转方向相反以使得粒子束流在束流孔111内与束流通道21形成的运动平面9上进行S形加速。

其中，在图7和图6所示意出的非限定性的实施例中，多腔加速器包括两个腔体1，在另一些非限定性的实施例中，多腔加速器也可以包括更多的腔体1。粒子束流一次直线运动得到多次加速，加速的次数由加速腔13的数目决定。

完成一次直线加速与传输后，第四偏转装置5将粒子束流偏转180度。粒子束流的偏转运动在运动平面9上进行，但相邻两次的偏转方向相反，即如果第一次顺时针偏转，第二次则逆时针偏转，从而进行S形加速。

一种可能的实施例，如图5至图7所示，其中一个腔体1的位于最边缘的一个束流孔111a与电子枪3连接，其余束流孔111中的相邻两个束流孔111通过第四偏转装置5连通。

该首位的束流孔111a所对应的另一个腔体1的首位的束流孔111所连接的第四偏转装置5a与交变电场的距离U小于其它第四偏转装置5与交变电场的距离R。第四偏转装置5通过控制磁场大小，可以使每次偏转的偏转路径都为S。

具体地，经过第一次直线加速后的粒子束流通过第四偏转装置5a偏转180°方向。一次直线加速过程中，根据加速腔的数量不同，在各个加速腔中可能有多次加速，但加速方向一致，且不发生偏转。

其中，在图7和图6所示意出的非限定性的实施例中，电子枪3发出的粒子束流从右侧腔体1的首位的束流孔111a出来经过交变电场加速，粒子束流加速后向与该束流孔111a所对应的首位的束流通道21a运动，并通过中间连接管1c流入左侧腔体1的首位的束流通道21b，从束流通道21b流出后再次经过交变电场加速，即粒子束流从该首位的束流通道21b向所对应的首位的束流孔111b加速运动，到达束流孔111b后即完成第一次直线加速后，粒子束流速度达到一定值，例如0.9c，c为光速；粒子束流在通过第四偏转装置5顺时针偏转180°后回到第二位的束流孔111中，经过的距离为2*U+S，由此可以计算出第一次与第二次在交变电场中做直线加速之间的时间间隔T3；粒子束流从左侧腔体1中的第二位的束流孔111出来依次经过两个腔体1中的交变电场，完成第二次直线加速，速度达到一定值，例如0.99c，粒子束流以该速度向流入右侧腔体1的第二位的束流孔111，经过再经过第四偏转装置5逆时针偏转180°后回到第三位的束流孔111中，经过的距离为2*R+S，由此可以计算出第二次与第三次在交变电场中做直线加速的时间间隔T1，依次类推。

需要理解的是，粒子束流在第一次经过交变电场进行直线加速和第二次经过交变电场进行直线加速的速度差异较大。在粒子束流的能量较低、速度较慢的情况下，首位的束流孔111a所对应的另一个腔体1的首位的束流孔111所连接的第四偏转装置5与交变电场的距离U应当小于其他第四偏转装置5与交变电场的距离R，以调整T3的时间正好等于射频的半周期，确保在低速状态下，射频对粒子束流的加速相位匹配，进而提高最终的粒子束流品质。

粒子束流进行第二次、第三次直线加速……每一次直线加速提升的能量以及速度十分有限，因此其余第四偏转装置5与交变电场的距离几乎相等。

具体的设计中，以射频的工作频率为100MHz，波长为3000mm，半周期1500mm，一个加速腔13中的交变电场的长度T为100mm，

其余第四偏转装置5与交变电场的距离R为500mm，第四偏转装置5的偏转距离S通过控制磁场大小控制在400mm，使得一次偏转的距离2R+S+2*0.5*T＝1500mm，恰好为半周期，电极板2的长度X为530mm，相邻两个腔体1的电极板2的间距Y为340mm，使得相邻两个腔体1中的交变电场的中心间距为2*0.5*T+2*X+Y＝1500mm，恰好为半周期。粒子束流进行第二次、第三次加速……每一次加速都能提升能量。首位的第四偏转装置5与交变电场的距离U根据粒子束流经过第一次加速后的速度不同可设置为50-500mm，以使得粒子束流在低速下也能满足加速条件。

一种可能的实施例，如图5至图7所示，多腔加速器包括聚焦线圈7。聚焦线圈7可以设置在相邻的两个腔体1的束流通道21之间；聚焦线圈7也可以设置在第四偏转装置5与束流孔111之间。

聚焦线圈7能够使得从交变电场中完成加速以及沿纵向聚束的粒子束流得到沿横向的聚焦作用力。进而使得粒子束流在后续加速过程中降低束流损失、提高束流品质，同时通过合理控制聚焦磁场大小，可以降低粒子束流损失并实现较小的靶点，从而提高低能射线剂量率。通常情况下，聚焦线圈7两端及周围可以安装有磁屏蔽材料，以防止对其他元件产生影响。聚焦线圈7通常为电磁铁，也可以由其他可产生磁场的元件来代替。

需要注意的是，参考图4，现有技术中的采用多个圆柱形的腔体1’结构所形成的多腔加速器上，偏转结构4’与交变电场之间没有足够的空间安置聚焦线圈。

本申请提供的各个实施例/实施方式在不产生矛盾的情况下可以相互组合。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种加速结构，其特征在于，包括：

具有加速腔(13)的腔体(1)，所述腔体(1)包括壳体(12)以及至少一块基板(11)，所述基板(11)形成有多个横向排列的供粒子束流穿过的束流孔(111)；

形成有多个束流通道(21)的电极板(2)，所述电极板(2)穿设在所述壳体(12)上，所述束流通道(21)的一端位于所述加速腔(13)内且与所述基板(11)间隔设置以建立交变电场；

电子枪(3)，所述电子枪(3)配置为向所述加速腔(13)内提供粒子束流；

以及偏转结构(4)，所述束流孔(111)内与所述束流通道(21)的轴线所处的平面为运动平面(9)，所述偏转结构(4)配置为往复的将粒子束流进行180°偏转，以使得粒子束流在所述运动平面(9)上进行S形加速。

2.根据权利要求1所述的一种加速结构，其特征在于，所述束流通道(21)的另一端沿所述电极板(2)的板面方向朝外延伸并在所述加速腔(13)外与连接法兰(22)连接；

所述偏转结构(4)包括第一偏转装置(41)、多个第二偏转装置(42)以及多个第三偏转装置(43)；

所述粒子束流经过交变电场第一次加速后能够通过所述第一偏转装置(41)偏转180°方向；

所述第二偏转装置(42)以及所述第三偏转装置(43)均能够将所述粒子束流偏转180°方向，任一个所述第二偏转装置(42)连通相邻两个所述束流孔(111)；任一个所述第三偏转装置(43)连通相邻两个所述连接法兰(22)；所述第二偏转装置(42)以及所述第三偏转装置(43)的偏转方向相反。

3.根据权利要求2所述的一种加速结构，其特征在于，所述第一偏转装置(41)与所述交变电场的距离小于所述第三偏转装置(43)与所述交变电场的距离。

4.根据权利要求2或3所述的一种加速结构，其特征在于，首位的所述束流孔(111)与所述电子枪(3)连接；

首位的所述束流通道(21)以及与其相邻的所述束流通道(21)通过所述第一偏转装置(41)连通。

5.根据权利要求2或3所述的一种加速结构，其特征在于，所述加速腔结构包括聚焦线圈(7)；

所述聚焦线圈(7)设置在所述第三偏转装置(43)与所述连接法兰(22)之间；和/或，

所述聚焦线圈(7)设置在所述第二偏转装置(42)与所述束流孔(111)之间。

6.根据权利要求1至3任一项所述的一种加速结构，其特征在于，所述壳体(12)的横截面呈C形或者凵字形；

所述基板(11)为平板或者弧板。

7.根据权利要求1至3任一项所述的一种加速结构，其特征在于，所述壳体(12)的顶壁面上形成有波导输入口(121)。

8.一种多腔加速器，其特征在于，包括：

至少两个并排设置在同一平面的具有加速腔(13)的腔体(1)，一个所述腔体(1)包括壳体(12)、至少一块基板(11)以及形成有多个束流通道(21)的电极板(2)，所述基板(11)形成有多个横向排列的供粒子束流穿过的束流孔(111)；所述电极板(2)穿设在所述壳体(12)上，所述束流通道(21)的一端位于所述加速腔(13)内且与所述基板(11)间隔设置以建立交变电场；所述束流孔(111)内与所述束流通道(21)的轴线所处的平面为运动平面(9)；

电子枪(3)，所述电子枪(3)配置为向所述加速腔(13)内提供粒子束流；

以及多个能够将所述粒子束流偏转180°方向的第四偏转装置(5)，相邻两个所述束流孔(111)之间通过所述第四偏转装置(5)连通；

相邻的两个所述腔体(1)的所述束流通道(21)一一对应的连通；粒子束流相邻两次的偏转方向相反以使得粒子束流在所述束流孔(111)内与所述束流通道(21)形成的运动平面(9)上进行S形加速。

9.根据权利要求8所述的一种多腔加速器，其特征在于，其中一个所述腔体(1)的首位的所述束流孔(111)与所述电子枪(3)连接；

首位的所述束流孔(111)所对应的另一个所述腔体(1)的首位的所述束流孔(111)所连接的所述第四偏转装置(5)与所述交变电场的距离小于其它所述第四偏转装置(5)与所述交变电场的距离。

10.根据权利要求8所述的一种多腔加速器，其特征在于，所述多腔加速器包括聚焦线圈(7)；

所述聚焦线圈(7)设置在相邻的两个所述腔体(1)的所述束流通道(21)之间；和/或，

所述聚焦线圈(7)设置在所述第四偏转装置(5)与所述束流孔(111)之间。

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