CN118158882A - 一种医用X波段12MeV电子直线加速管 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电子加速器领域,具体涉及一种医用X波段12MeV电子直线加速管，包括栅控电子枪、第一段腔链、漂移段、第二段腔链、电子束引出钛窗、离子泵和二段腔链耦合波导，所述栅控电子枪右端连接第一段腔链的左端，第一段腔链的右端连接第二段腔链，第一段腔链和第二段腔链内部连通形成束流通道。本发明的加速管采用新型环耦合结构，具有腔体结构强度高，腔体频率测试操作简单等特点，可以在做到与传统边耦合结构一样的加速场强和品质因素的同时，极大的降低焊接和调谐难度，同时因为取消了边腔，加速管的径向尺寸也可以明显减小，具有体积小，结构紧凑、调谐工艺简单易操作和便于防护的优点。
Description
技术领域
本发明涉及电子加速器领域，具体是一种医用X波段12MeV电子直线加速管。
背景技术
电子直线加速器是一种利用微波电磁场加速电子并且具有直线运动轨道的加速装置，其应用范围极为广泛，在工、农、医各个领域中加速器广泛用于同位素生产、肿瘤诊断与治疗、射线消毒、无损探伤、高分子辐照聚合、材料辐照改性、离子注入、离子束微量分析以及空间辐射模拟、核爆炸模拟等方面。
医用加速器中利用的就是射线(包含电子束)同物质相互作用的电离辐射效应可使癌细胞死亡以实现治愈肿瘤等疾病。自1953年英国首次研制电子直线加速器进行肿瘤治疗以来，现在利用电子束和电子束打把产生X射线进行肿瘤治疗，已是一种有效的治疗手段。放疗可以分为术前放疗、术中放疗和术后放疗。
术中放疗(IORT)是在手术治疗过程中使用放疗设备对原发肿瘤的瘤床、残留肿瘤和淋巴引流区等部位施行近距离单次大剂量照射的一种放疗方法。与常规外照射(external beamradiotherapy,EBRT)相比，IORT可精确设定照射野，直接破坏无法切除和术后残留的肿瘤组织，避开照射量限制敏感组织，故可增加对局部肿瘤床的有效照射量，而不对正常组织造成明显损伤。简而言之，就是哪里有瘤“照”哪里，尽量不伤害肿瘤劫持的“人质”——正常组织。目前有4种方法可用于提供IORT。可以使用电子束(电子IORT)，正电压(250-300kV)X射线(X射线IORT)，高剂量率近距离放射治疗(HDR-IORT)或低能量(50kV)X射线(低能量IORT)来提供。其中电子束术中放疗设备或者低能X线术中放疗在临床上使用较多。术中电子线照射技术以美国IntraOp公司生产的Mobetron(4～12Mev电子线，10Gy/min剂量率)为代表，它是一款可移动的电子直线加速器，配备有射线阻挡器，可以衰减射线束。除此以外，还有产自于意大利的Novac7和LIAC两款移动加速器。
现有成熟的磁控管微波源一般工作在S(2998M)、C(5712M)和X(9300M)频段，所以现有的成熟产品选用的电子直线加速器都是工作在S、C和X频段，为保证机头的小型化，一般都是选用X波段电子直线加速器。为保证加速器的能量多级可调，现在一般采用的两段加速管串联，对电子进行接力加速的方式。
电子直线加速管是电子直线加速器的关键部件之一。工作频率直接决定了电子直线加速管的腔体物理尺寸，X波段加速管的腔体尺寸远小于常规S波段，现有的X波段加速管采用XX结构，对尺寸变化极为敏感，焊接过程中的始终存在腔体的形变，两段加速管工作频率要求做到一致的话，需要反复调谐，所以术中放疗用X波段电子直线加速管存在加工精度要求高、焊接调谐困难的特点。因此，本领域技术人员提供了一种医用X波段12MeV电子直线加速管，以解决上述背景技术中提出的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种医用X波段12MeV电子直线加速管，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种医用X波段12MeV电子直线加速管，包括栅控电子枪、第一段腔链、漂移段、第二段腔链、电子束引出钛窗、离子泵和二段腔链耦合波导，所述栅控电子枪右端连接第一段腔链的左端，第一段腔链的右端连接第二段腔链，第一段腔链和第二段腔链内部连通形成束流通道，所述第一段腔链上设置有电子束引出钛窗；所述第二段腔链上设置有离子泵、二段腔链耦合波导以及无水冷陶瓷窗。
作为本发明进一步的方案：第一段腔链与第二段腔链之间连接有漂移段，且三者直接通过连接法兰连接，且连接法兰采用氩弧焊焊接。
所述电子束引出钛窗和无水冷陶瓷窗均采用无水冷的结构设计。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的加速管采用新型环耦合结构，具有腔体结构强度高，腔体频率测试操作简单等特点，可以在做到与传统边耦合结构一样的加速场强和品质因素的同时，极大的降低焊接和调谐难度，同时因为取消了边腔，加速管的径向尺寸也可以明显减小，具有体积小，结构紧凑、调谐工艺简单易操作和便于防护的优点。
附图说明
图1为一种医用X波段12MeV电子直线加速管的结构示意图。
图中：1-栅控电子枪、2-第一段腔链、3-漂移段、4-第二段腔链、5-束流通道、6-电子束引出钛窗、7-离子泵、8-二段腔链耦合波导。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明实施例中，一种医用X波段12MeV电子直线加速管，包括栅控电子枪1、第一段腔链2、漂移段3、第二段腔链4、电子束引出钛窗6、离子泵7和二段腔链耦合波导8，所述栅控电子枪1右端连接第一段腔链2的左端，第一段腔链2的右端连接第二段腔链4，第一段腔链2和第二段腔链4内部连通形成束流通道5，
所述第一段腔链2上设置有电子束引出钛窗6；
所述第二段腔链4上设置有离子泵7、二段腔链耦合波导8以及无水冷陶瓷窗。
第一段腔链2与第二段腔链4之间连接有漂移段3，且三者直接通过连接法兰连接，且连接法兰采用氩弧焊焊接；
所述电子束引出钛窗6和无水冷陶瓷窗均采用无水冷的结构设计。
第一段腔链包含20个加速腔，其中前1-10为聚束腔，11-20为光速腔，第二段腔链包含31个加速腔，均为光速腔；工作时聚束腔在对电子枪发射的束流进行加速的同时，还会对束流的相位和包络进行聚焦，电子束在聚束腔经过加速和聚束后，已经具有一定的相位、包络和速度，然后进入光速腔，继续加速，使得电子束射出能量为6-12MeV；经过两端腔链中间的漂移段后，进入第二段光速腔，对齐继续加速，最终得到需要6～12MeV电子束；电子束能量的调节是通过调节两段腔链的馈入微波功率的功率和相位来实现。
加速腔是属于微波谐振腔，腔体的物理尺寸决定了其本身的谐振频率(一般S波段腔体的加工精度要求是0.01mm,X波段腔体的加工精度要求是0.001mm)。电子直线加速器是由一系列的加速腔和耦合腔串联组成的，工作时要求其本身谐振频率必须一致。电子直线加速器的腔链的焊接工艺需要腔体多次进入真空炉/氢炉进行高温钎焊，焊接过程中始终存在腔体的物理形变，谐振频率会产生漂移。盘荷波导作为电子直线加速器的加速结构，在驻波π模情况下，由于返波的一个空间谐波也对加速做出贡献，结构的特征阻抗高，但是由于π模式群速度为零，相邻的模式间隔很小。两段接力加速腔链结构的关键是两段腔链的工作频率必须一致，这使加速腔链对加工公差、腔体焊接变形控制要求特别严格。我们通过采用独有的环耦合加速结构，利用其耦合系数高、腔体结构强度高的特点，可以有效降低其加工和焊接难度。同时通过在加速腔上增加调谐孔的方式，最终产品的两端腔链的中心频率可以做到差异±0.1MHz。
本发明的加速管采用新型环耦合结构，具有腔体结构强度高，腔体频率测试操作简单等特点，可以在做到与传统边耦合结构一样的加速场强和品质因素的同时，极大的降低焊接和调谐难度，同时因为取消了边腔，加速管的径向尺寸也可以明显减小，具有体积小，结构紧凑、调谐工艺简单易操作和便于防护的优点。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种医用X波段12MeV电子直线加速管，
包括栅控电子枪(1)、第一段腔链(2)、漂移段(3)、
第二段腔链(4)、电子束引出钛窗(6)、离子泵(7)和二段腔链耦合波导(8)，
其特征在于，
所述栅控电子枪(1)右端连接第一段腔链(2)的左端，
第一段腔链(2)的右端连接第二段腔链(4)，
第一段腔链(2)和第二段腔链(4)内部连通形成束流通道(5)；
所述第一段腔链(2)上设置有电子束引出钛窗(6)；
所述第二段腔链(4)上设置有离子泵(7)、二段腔链耦合波导(8)以及无水冷陶瓷窗。
2.根据权利要求1所述的一种医用X波段12MeV电子直线加速管，其特征在于，第一段腔链(2)与第二段腔链(4)之间连接有漂移段(3)，且三者直接通过连接法兰连接，且连接法兰采用氩弧焊焊接。
3.根据权利要求1所述的一种医用X波段12MeV电子直线加速管，其特征在于，所述电子束引出钛窗(6)和无水冷陶瓷窗均采用无水冷的结构设计。。
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