CN113382528A - 一种电子直线加速器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电子加速器技术领域，具体涉及一种电子直线加速器，尤其是一种能量可调的电子直线加速器。本发明的电子直线加速器中包括了可调功率分配器，该功率分配器的输出端口分别连接了两只电子直线加速管，可调功率分配器的活塞短路面与步进电机相连，利用步进电机调整短路活塞的位置，改变功率分配器两个输出端口感受到的反射微波相位，从而改变两端连接的加速器输出的电子束能量的大小。本发明可以有效地避免能量调节的过程中微波功率源的抖动，并大幅度的缩小装置的装配体积和重量。
Description
技术领域
本发明属于电子加速器技术领域，具体涉及一种电子直线加速器，尤其是一种能量可调的电子直线加速器。
背景技术
能量可调的电子直线加速器在图像引导放疗领域有着极为迫切的拓展需求。由于能量高低不同的电子束对人体组织细胞的生物效应不同，人们可以实现对人体组织的成像或者放射治疗等不同目的，通常低能的电子束流通过打靶产生低剂量X射线来对病患部位进行成像，而高能的电子束通过打靶产生大剂量X射线或者直接照射于病患部位以进行放射治疗。由于患者在治疗过程中不可避免地发生呼吸以及其他生理运动，病灶的位置将发生改变，因此高低两档能量频繁快速的切换甚至于同时产生束流是提高图像引导放疗技术的准确性的关键。
电子直线加速器主要包含微波功率源、微波传输系统、电子枪和加速管等子系统，现有的改变加速器输出的电子束能量的方法主要有以下三种：
1)改变微波功率源输出功率的大小。直接改变微波功率源的输出大小简单易行，然而对微波功率源输出的快速调节极易导致功率源的工作频率发生改变，使得输出功率出现大振幅抖动，进而导致成像或治疗的效果不稳定。
2)改变加速器束流负载的大小。电子束在加速管中被电磁场加速时将吸收微波的能量，这一现象被称为束流负载效应。增大电子束的流强可以吸收更多的功率使得电子束的能量降低。但是由于剂量率除了受到电子束的能量影响外还受到电子束流强的直接影响，因此难以实现降低电子束能量的同时降低射线的剂量率。
3)通过特殊设计加速结构，改变加速器其中的一部分电磁场分布来改变能量。这一方案的代表是专利CN1398505A公开的瓦里安公司发明的能量“开关”。这是一种较为复杂的谐振腔结构，通过改变“开关”结构的位置可以改变该谐振腔与其他谐振腔的耦合关系，从而调整加速管内的场分布，进而改变电子束的输出能量。但是这一结构的加工十分复杂，并且由于其导致局部的电场被增强，极易引发射频击穿现象，使得加速管无法工作在一个稳定的状态。
双路可切换微波系统是近几年来基于改变微波功率大小的方案上新开拓的一种快速调节电子束能量的思路。这一想法即通过调节两路的功率分配关系使得在不改变功率源输出大小的情况下，改变两路的电子束能量。专利CN104470192A、公开了一种并联式的双路可切换微波系统来调节加速器的电子束能量。这一方案虽然实现了毫秒级的微波切换过程，但是却需要对魔T元件，快速可调移相器，3dB混合器和脉冲压缩器等庞大且复杂的微波元器件和系统进行搭建，在实际应用中其灵活性受限。
发明内容
本发明的目的是提出一种电子直线加速器，针对快速改变功率源的输出功率大小时会引起的功率源频率偏移和输出抖动缺陷，本发明利用可调功率分配器将微波输出功率按任意比例分配到两支微波传输系统中，同时向两支加速管馈入可调功率，从而在避免改变功率源的输出功率大小的情况下，直接改变加速管接受到的微波功率，以实现电子束能量的连续快速调节。
本发明提出的电子直线加速器，包括电子直线加速管，两侧的两只电子直线加速管之间，设有可调功率分配器，所述的可调功率分配器的输出端口分别连接两只电子直线加速管，通过改变可调功率分配器的输出功率，调节电子直线加速器的电子束能量。
本发明提出的一种电子直线加速器，其优点是：
本发明的电子直线加速器，利用紧凑型可调功率分配器，搭建了双路可切换的微波系统，在避免了微波功率源抖动的同时，减少了微波元器件的需求和微波系统的体积重量，极大的提高了能量可调加速器的装配和应用的灵活性。本发明的电子直线加速器中，使用的波导管9为弯折波导管，其优点是可以改变微波的传输方向，使得加速管可以从不同角度实现对病患的照射，实现多角度治疗。
附图说明
图1是本发明提出的一种电子直线加速器的结构示意图。
图1中，1是可调功率分配器输入端口，2是可调功率分配器的输出端口，3是前端盖板，4是后端盖板，5是圆柱形谐振腔，6是短路活塞，7是圆柱形谐振腔堵头，8是移动推杆，9是波导管(可弯折)，10是电子直线加速管，11是T型腔体，图中的箭头方向表示微波功率的传递方向。
具体实施方式
本发明提出的电子直线加速器，包括两只电子直线加速管，两侧的两只电子直线加速管之间，设有可调功率分配器，所述的可调功率分配器的输出端口分别连接两只电子直线加速管，通过改变可调功率分配器的输出功率，调节电子直线加速器的电子束能量。
本发明提出的电子直线加速器的一个实施例的结构示意图如图1所示，包括两只电子直线加速管10，两侧的两只电子直线加速管10之间，设有可调功率分配器，所述的可调功率分配器的输出端口2分别连接两只电子直线加速管10。可调功率分配器包括前端盖板3、后端盖板5，短路活塞7和移动推杆8；所述的前端盖板3和后端盖板5之间形成T型腔体11，T型腔体11的两侧分别与两侧的输出端口2相对固定，两侧的输出端口2分别通过波导管9与所述的两只电子直线加速管相连；所述的前端盖板3的前端设有微波功率源输入端口1，所述的后端盖板5的后端设有圆柱形谐振腔6，圆柱形谐振腔6与T型腔体11相连通；所述的圆柱形谐振腔6的端部设有圆柱形谐振腔堵头12，所述的短路活塞7置于圆柱形谐振腔6内，短路活塞7与移动推杆8的一端相对固定，移动推杆8的另一端伸出圆柱形谐振腔堵头12后与步进电机的输出轴相连。
上述电子直线加速器，其中的波导管9为可弯折波导管。
本发明的电子直线加速器，其原理图如图1所示。本发明包括了一件可调功率分配器，该功率分配器的输出端口分别连接了两只电子直线加速管，功率分配器的活塞短路面连接了步进电机。利用步进电机调整短路活塞的位置，可以改变功率分配器两个输出端口感受到的反射微波相位，从而改变两端连接的加速器输出的电子束能量的大小。可调功率分配器的活塞短路面与步进电机相连，利用步进电机调整短路活塞的位置，改变功率分配器两个输出端口感受到的反射微波相位，从而改变两端连接的加速器输出的电子束能量的大小。
下面结合附图，详细介绍本发明电子直线加速器的工作原理和各种过程：
如图1所示，将可调功率分配器的输入端口连接至微波功率源，将其输出口通过弯波导与直线加速管相连接。将短路活塞伸入功率分配器的圆柱形谐振腔中，并通过推杆将短路活塞与步进电机相连接。
当微波功率进入到功率分配器后，微波功率将沿着T型腔体的内部平均地分配到两个输出端口。同时一部分功率还将继续传播到圆柱形谐振腔中。圆柱形谐振腔内的短路活塞将这一部分功率反射回功率分配器的两个出口。由于可调功率分配器的两个输出端口到圆柱形谐振腔的距离是不对称的，如图1所示两个输出端口距离中心对称轴的距离分别为L1，L2，他们所感受到的通过短路活塞反射回来的微波的相位不同，这一部分反射的微波以不同的相位和来自T型腔体的微波合成，最终使得两个输出端口的输出能量不同。
通过步进电机改变短路活塞的位置，可以改变反射的微波功率的相位，从而改变可调功率分配器的两个输出端口的输出能量的大小的比值。由于功率源输出的功率大小不变，因此两根加速管接受到的能量将发生改变，实现对加速器输出能量的调节。
Claims (3)
1.一种电子直线加速器，包括电子直线加速管，其特征在于，两侧的两只电子直线加速管之间，设有可调功率分配器，所述的可调功率分配器的输出端口分别连接两只电子直线加速管，通过改变可调功率分配器的输出功率，调节电子直线加速器的电子束能量。
2.如权利要求1所述的电子直线加速器，其特征在于其中所述的可调功率分配器包括前端盖板、后端盖板，短路活塞和移动推杆；所述的前端盖板和后端盖板之间形成T型腔体，T型腔体的两侧分别与两侧的输出端口相对固定，两侧的输出端口分别通过波导管与所述的两只电子直线加速管相连；所述的前端盖板的前端设有微波功率源输入端口，所述的后端盖板的后端设有圆柱形谐振腔，圆柱形谐振腔与T型腔体相连通；所述的圆柱形谐振腔的端部设有圆柱形谐振腔堵头，所述的短路活塞置于圆柱形谐振腔内，短路活塞与移动推杆的一端相对固定，移动推杆的另一端伸出圆柱形谐振腔堵头后与步进电机的输出轴相连。
3.如权利要求2所述的电子直线加速器，其特征在于其中所述的波导管为可弯折波导管。
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