CN1938810B - 驻波粒子束加速器 - Google Patents

Abstract

一种用来加速粒子束(12)的加速器(10)，该加速器包括：主体(70)，它具有多个串联连接的电磁腔(16)；及第一耦合体(21)，它具有第一侧腔，该第一侧腔通过第一开口(22)连接到一个电磁腔(16)中，并且通过第二开口(22)连接到另一个电磁腔(16)中，其中，第一开口和第二开口具有不同的结构。该加速器还包括一对导电的、电容耦合的鼻部(24)，这些鼻部被固定到第一耦合体的侧壁上，其中这一对鼻部(24)具有相等的长度。

Description

驻波粒子束加速器

技术领域

本发明总的来讲涉及驻波粒子束加速器，更具体说，本发明涉及一种用来产生具有不同能量的X光和光束的电子加速器。

背景技术

已发现驻波粒子束加速器可以广泛地用在医学加速器中，其中采用高能粒子束来产生X光。在这种应用中，光束能量和输出剂量速度(dose-rate)一定得稳定。在医学治疗期间方便地且可靠地转换粒子束的能量以提供不同能量的治疗束从而实现剂量深度穿透也是理想的。

已经采用了用来控制光束能量的不同技术。在授权给Tanabe和Vaguine的美国专利No.4286192中，借助使加速器的一部分内的加速场反向从而使光束减速来控制能量。在授权给Meddaugh等人的美国专利No.4382208中，在开关侧腔内改变电磁场分布，从而控制应用到邻近谐振器腔中的场。已授权给Kazusa和Yoneda的美国专利No.4746839公开了两个耦合腔的使用，这些腔被转换成控制加速场。

采用了前面所描述的技术的加速器通常提供了足以满足治疗要求的两个到三个不同X光形式(即区别在于在临床病理上能量级明显不同)。但是具有可以产生包括4到5个能量系数的多个高输出X光形式的加速器系统，对于医院和制造过程具有明显的优点。从制造方面来讲，限制到2-3种形式的加速器是难以实现并且费用较高。目前，借助制造不同加速器结构以提供不同范围的光束能量从而满足不同医院的能量要求，来构造出不同形式(modality)。这样，如果医院改变它的能量束要求，那么将不得不形成不同加速器。出于上述原因，需要可以提供这样能量范围的一种驻波电子加速器，即该能量范围足够宽从而能够满足所有医院要求。此外，在许多医学过程具有潜在的优点，从而具有两个以上的输出X光能量级，从而更加精致地适合剂量深度轮廓以治疗癌症。这样，可以提供多个不同输出能量级的驻波粒子束加速器是理想的。

发明内容

根据一些实施例，提供一种用来加速粒子束的加速器。该加速器包括：主体，它具有多个串联连接的电磁腔；第一耦合体，它具有第一侧腔，该第一侧腔通过第一开口连接到电磁腔之一中，并且通过第二开口连接到另一个电磁腔中，其中，第一开口和第二开口具有不同的结构。加速器还包括一对导电的、电容耦合的鼻部，这些鼻部被固定到第一耦合体的侧壁上，其中这一对鼻部具有相等的长度。借助使第一和第二开口的构造不相同，谐振模式之间的分隔间隔被减小。但是，这种结构也允许能量开关工作在更宽的能量级范围内，而不会明显增大邻近模式之间的相互作用。当能量开关处于使用时，这又为加速器提供了更宽的带宽，从而允许加速器产生能量级范围更宽并且能量扩展度最小的X光束。

根据一些实施例，提供了一种用来加速粒子束的加速器。该加速器包括：主体，它具有多个沿着轴线串联连接的电磁腔；耦合体，它具有侧腔，该侧腔连接到两个电磁腔中；能量开关，它具有探针，该探针改变侧腔内的电场分布，其中探针具有平行于耦合体轴线并且偏离耦合体轴线的轴线，并且探针安装成借助改变探针插入到第二侧腔中的程度可以改变两个电磁腔之间耦合的电磁场。

根据一些实施例，提供一种场阶控制器。该场阶控制器包括：耦合体，它具有第一端、第二端、在第一端和第二端之间延伸的腔及一对导电的、电容耦合的鼻部，这些鼻部被固定到耦合体的侧壁上，该一对鼻部具有相等的长度，其中第一端被密封，第二端被固定到具有第一开口和第二开口的壁上，第一开口具有不同于第二开口的横截面尺寸的横截面尺寸。场阶控制器允许加速器实现最佳工作稳定性和最佳工作范围之间的平衡。这又允许加速器产生能量级范围较宽且能量扩展度最小的X光束。

根据本发明的其它实施例，一种用来产生带电粒子束的方法包括提供一加速器，该加速器具有主体和固定到主体上的能量开关，该主体具有：第一端、第二端及位于第一端和第二端之间的多个电磁腔，第一端固定到枪源上。该方法还包括：驱动枪源以产生电子；使用电磁腔来加速电子，从而沿着主体的长度产生电场的包迹，该包迹在第一端和能量开关之间具有大致均匀的第一部分。

根据本发明的其它实施例，一种用来产生带电粒子束的方法包括提供加速器，该加速器具有主体，该主体具有：第一端、第二端及位于第一端和第二端之间的多个电磁腔，第一端固定到枪源上。该方法还包括：驱动枪源以产生电子；使用电磁腔加速电子，从而沿着主体长度的电场包迹具有阶。

通过阅读优选实施例的下面详细描述使得本发明的其它和进一步的方面和特征更加清楚，其中这些优选实施例是用来解释本发明而不是限制本发明的。

附图说明

这些附图解释了本发明的优选实施例的设计和效用，其中相同的元件用共同的标号来表示。为了更好地理解如何得到本发明的上述和其它的优点和目的，因此参照具体实施例来给出上面简短描述过的本发明的更加具体描述，这些具体实施例示出在附图中。应该理解这些附图只是示出了本发明的典型实施例而不是被认为限制它的范围，通过使用附图、参照额外的具体说明和详细细节来描述和解释本发明，其中：

图1是本发明的一些实施例的驻波电子加速器的示意性横剖视图；

图2示出了本发明的一些实施例的图1的加速器的能量开关；

图3是根据本发明的一些实施例的图1的加速器的场阶控制器的透视图；

图4是示出了图1的加速器的理想能量场包迹的曲线图；

图5是图1的驻波电子加速器的变形的示意性横剖视图，它特别地示出了本发明的替换实施例的、具有环形结构的场阶控制器；

图6是图1的驻波电子加速器的变形的示意性横剖视图，它特别地示出了本发明的替换实施例的、在加速腔内具有扩大鼻部的场阶控制器；

图7是图1的驻波电子加速器的变形的示意性横剖视图，它特别地示出了本发明的替换实施例的、具有扩大中心光束孔的场阶控制器；

图8是曲线图，它示出了使用场阶控制器可以产生的另一个理想化能量场包迹。

具体实施方式

在下文中，参照附图来描述本发明的不同实施例。应该注意的是，这些附图不是按照比例画出的，并且类似结构或者功能的元件在所有附图中用相同的标号来表示。还应该注意的是，这些附图只是用来有利于描述本发明的具体实施例，而不是用作本发明的穷举描述，或者用来限制本发明的范围。此外，所示出的实施例不必具有所示出的本发明的所有方面或者优点。即使没有这样地示出，但是结合本发明的特殊实施例所描述的一个方面或者优点不必局限于那个实施例，而是可以在本发明的任何其它实施例中实现。

图1是体现本发明实施例的带电粒子驻波加速器10的示意性轴向剖视图。加速器10包括主体70，该主体具有第一端72、第二端74和位于第一端和第二端72、74之间的一系列的电磁耦合谐振腔(电磁腔)16。加速器10还包括多个耦合体21，具有耦合腔20的每个耦合体耦合到两个邻近腔16中。加速器10还具有能量开关10和场阶控制器100。驻波加速器10借助微波功率来激励，该微波功率借助微波源以接近它的谐振频率的频率如1000MHz到20GHz、更加优选的是2800到3000MHz来输送。微波源可以是Magnetron或者Klystron，这两者在现有技术中是公知的。该功率通过开口15进入到一个腔16中，优选的是，该腔16是沿着这一系列中的这些腔中的一个。

在一些实施例中，加速器10被构造成与自动频率控制器如描述在美国专利No.3820035中的控制器一起工作，从而控制微波源的工作。自动频率控制器有助于微波源(或者RF驱动器)借助产生误差电压来确定加速器10的谐振，其中该误差电压跟踪频率误差。美国专利No.3820035在这里特别引入以作参考。可选地，如公开在美国专利No.3714592中的控制器可以被设置成，借助使由加速器10所产生的一些反射信号进行偏转并且把它发回到微波源中，将反馈提供到微波源(如Magnetron)。美国专利No.3714592在这里特别引入以作参考。

在一些实施例中，邻近枪源14的主体70的壁44可包括用来改善分子流导率的一个或者多个泵出口孔(未示出)，这些在现有技术中是公知的。在这些情况下，加速器10还包括调谐环(未示出)，该调谐环固定到壁44的内表面上，用来补偿由泵出孔所产生的解谐。调谐环可以与壁44形成单一装置。可选地，调谐环和壁44可以分开制造，然后装配在一起。此外，在一些实施例中，加速器10还包括铜板，如描述在美国专利No.3546524中的铜板，该铜板设置在壁44的内表面上。该铜板起作用以终止和形成电场的作用。

在使用期间，借助处于第一端72上的传统电子枪源14把电子的线性束12喷射到加速器10中。束12可以是连续的或者是脉冲的。束12通过电子被捕获且被加速的加速器10的第一部分76，并且进入到被捕获的电子得到进一步加速的加速器10的第二部分78中。第二部分78(即下游)内的电场的振幅借助能量开关80的工作来调整。由于由初始连续束来形成电子聚束产生于加速器10的第一部分76中，因此聚束在那里可以被实现和/或被最佳化，并且借助改变第二部分78的输出腔16中的加速场而不会被退化。因此，不依赖于改变平均输出电子能量地形成输出束中的能量扩展度。借助控制RF功率输入(它改变第一和第二部分76、78中的电场)和能量开关80(它改变第二部分78内的电场)，可以使能量的光谱最佳化并且保持加速器10进行稳定地充电(或者充填)。

场阶控制器100提供了电场的变量(如阶式场)从而减小了与能量开关80的工作相关的场变量的范围。场阶的使用具有减小加速器10的谐振模式的分离的效果，因此产生了光束能量的最佳范围。这又可以导致相对稳定的带宽，从而允许加速器10产生能量级范围更宽且能量扩展度最小的X光射束。在一些实施例中，场阶控制器100使加速器10产生了能量级范围大约为4-20MeV的x光射束。在所示出的实施例中，与能量开关80相比，场阶控制器100设置成更加远离光束源14，并且定位成邻近能量开关80。可选地，场阶控制器100可以设置在其它位置上，如可以设置在光束源14和能量开关80之间，或者进一步设置在能量开关80的下游。在下面将进一步详细地描述场阶控制器100。在加速之后，光束12撞击x光目标32。目标32可以是由金属形成的真空窗，该金属足够薄从而能够输送电子从而进行物体的粒子照射。在另一些实施例中，加速器10不包括目标32。在这些情况下，目标32可以设置成远离加速器10。

在所示出的实施例中，电磁腔16是具有对准的中心光束孔17的环状，该光束孔17允许光束12通过。限定腔16的主体70具有大约等于RF源的波长(λ)的外部横截面尺寸，每个腔16具有大约等于0.7λ到0.9λ的横截面尺寸，光束孔17具有大约等于0.05λ到0.07λ的横截面尺寸。可选地，在所示出的实施例中，分开这些腔16的这些邻近壁之间的距离大约为0.3λ到0.5λ，这些腔16位于光束源14和能量开关80之间，以及分开这些腔16的这些邻近壁之间的距离大约为0.5λ，这些腔16位于能量开关80的右边。在另一个实施例中，这些腔16、孔17和加速器10的其它元件可以具有其它形状和/或尺寸。在一些实施例中，第一部分76中的腔16的尺寸和/或间隔被构造成改善电子的捕获、聚束和相位。在所示出的实施例中，这些孔17中的每一个具有基本上均匀的横截面。可选地，邻近光束源14的孔17具有一可变的横截面如锥形轮廓。这些腔16优选地具有结构最佳的伸出鼻部19，从而改善微波功率和光束之间的相互作用的效率。这些腔16通过耦合腔20电磁地耦合在一起，每个耦合腔20借助开口22耦合到邻近一对腔16的每个上。在所示出的实施例中，每个开口22具有矩形，并且具有0.045λ的宽度和0.3λ的长度。在另一个实施例中，开口22可以具有其它形状和尺寸。耦合腔20以与加速腔16相同的频率进行谐振，并且不与束12相互作用。在所示出的实施例中，耦合腔20是具有一对轴向伸出的、导电的电容耦合鼻部24的圆柱形。可选地，耦合腔20可以具有其它形状和结构。

激励频率是这样的，电路(chain)在位于每个耦合腔20和邻近加速腔16之间通过具有π/2照射相移的驻波谐振中被激励。因此，在邻近加速腔16之间具有π照射移动。π/2模式具有许多优点。最大可能地从邻近模式中分离谐振频率，而这些邻近模式可以被偶然激励。可选地，当电路合适地被终止时，在耦合腔20中具有非常小的电磁场，因此这些非相互作用的腔中的功率损失较小。所示出的第一个加速腔和最后一个加速腔26和28具有内腔16的一半。当然应该知道的是，在其它实施例中，最后的腔26、28中的每一个可以是完整的腔或者腔的任何一部分。加速腔16之间的间隔大约是自由间隔波长的一半，因此在一个腔16中被加速的电子相对于用来进行额外加速的微波场以直角相位到达下一个加速腔中。可选地，加速腔16可以具有其它间隔。在一些实施例中，大多数的加速腔16和大多数的耦合腔20是相同的，因此在大多数的加速腔16中的这些场基本上是相同的。可选地，加速腔16和/或耦合腔20可以具有其它结构，因此一些腔16内的这些场可以是不同的。

在所示出的实施例中，第一部分76(即“聚束器”部分)具有3-1/2个腔16，加速器10的第二部分78(即“加速”部分)具有2-1/2个腔16。但是，本发明的范围不局限于此。可选地，加速器10的每个部分76、78可以具有许多任何数量的腔16。例如，在一些实施例中，加速器10的第一部分76可以具有七个电磁腔16，而加速器10的第二部分78可以具有二十个电磁腔16。

图2示出了本发明的一些实施例的加速器10的能量开关80。能量开关80安装到具有腔34和开口51的圆柱形杯状主体50上，并且包括插入开口51的探针56和同轴地包围探针56的至少一部分的堵块(choke)58。堵块58是双四分之一波长的堵块，它被构造成，借助于从短路阻抗变换成开路有利于绕着开口51输送高强度电流。主体50连接到加速器10的主体70上，因此腔34通过相应的开口38、40而被耦合到邻近腔16上。能量开关80还包括一对轴向伸出的、导电的、电容耦合的鼻部54，该鼻部具有相对的端表面，这些端表面沿着轴向延伸到腔34中。主体50和鼻部54与前面所讨论过的主体21和鼻部24相同。在一些实施例中，腔34(开关侧腔)被调谐到与其它耦合腔20相同的频率。这个可以例如通过下面方法来实现，当探针56至少部分地被插入到腔34中时，改变探针56的直径或者横截面尺寸。可选地，调谐可以通过下面方法来实现，当探针没有插入到腔34中时，改变鼻部54之间的分隔间隔。

探针56被如此定位，以致它偏离主体50的中心线59。在所示出的实施例中，探针56被设置在主体50的中心线59的上游。可选地，探针56可以设置在中心线59的下游。探针56优选地是圆形圆柱体，但是它可以具有其它的横截面形状。在所示出的实施例中，探针56由不锈钢形成，但是也可以由其它材料形成。探针56具有沿其长度延伸的管腔57。在使用期间，冷却流体可以被输送到腔57(例如通过共轴地插入到管腔57中的另一个管子)中，从而冷却探针56。在另一个实施例中，探针56具有实心横截面并且没有管腔。一个探针的使用可以在没有机械干扰的情况下提供机构的物理间隔，该机构接合探针56的端部从而提前和延迟探针56。机构(未示出)可以包括电驱动的螺线管或者气动缸。探针56经过波纹管61运动通过真空壁，该波纹管61提供了真空密封。在使用期间，该一对鼻部54起着耦合谐振器的作用，并且探针56起着第三谐振器的作用。借助改变探针56插入到腔34中的程度，探针56和鼻部54之间的距离相应地被改变，因此改变了磁场，该磁场耦合到开口38、40中。这又改变了开关80下游处的束的能量级。

应该知道的是，可以与加速器10一起使用的开关类型不必局限于前面所讨论过的例子，在现有技术中公知的其它类型开关也是可以使用的。借助非限制性的例子，可以使用加速器开关如描述在美国专利No.4382208和4286192中的开关。美国专利No.6366021教导了借助插入具有选定直径的两个探针以提供耦合到邻近加速腔中的不同上游和下游电场的耦合腔中的开关电场。美国专利No.6366021、4382208和4286192在这里特别引入以作参考。可选地，在其它实施例中，能量开关80可以沿着加速器10的长度设置在另一个位置上，而不是如所示出的实施例的那样。此外，尽管只有一个能量开关被示出在前面描述过的实施例中，可选地加速器10也可以具有多个能量开关。

图3示出了本发明的一些实施例的加速器10的场阶控制器100的透视图。场阶控制器100包括：耦合体110，它具有第一端114、第二端116和腔112，该腔位于第一端和第二端114、116之间；及结构120。主体110的第一端114被密封，第二端116被固定到结构120上。在所示出的实施例中，结构120是加速器10的主体70的一部分(即沿着加速器10的长度的一段)。可选地，结构120可以是加速器10的其它部分如限定邻近电磁腔16的一些部分的侧壁。耦合体110与前面讨论过的耦合体21相同。在所示出的实施例中，耦合体110具有矩形形状。可选地，耦合体110可以具有其它形状和结构，如半圆形形状或者圆柱体形状。在一些实施例中，耦合体110被构造成具有与耦合体21的频率相同的谐振频率。耦合体110可以与主体70制造在一起。可选地，耦合体110和主体70(或者是主体70的一部分的结构120)可以分开制造，然后装配在一起。

场阶控制器100还包括一对轴向伸出的、导电的、电容耦合的鼻部138(在图3中出于清楚目的没有示出)。这些鼻部138具有相同的长度和形状，并且被固定到耦合体110的内侧壁上。尽管鼻部138在其它实施例中可以具有不相等的长度和/或形状，但是这种结构降低了场阶控制器100的效率，因此更加不理想。

如图3所示一样，场阶控制器100在耦合体110的第二端116上还具有第一开口102和第二开口104。第一开口102被构造成将腔112连接到电磁腔16之一中，第二开口104被构造成将腔112连接到另一个电磁腔16中。开口102、104具有不同的结构。在所示出的实施例中，开口102、104具有矩形形状。但是，在其它实施例中，开口102、104可以具有其它形状如圆形、椭圆形、或者梯形。可选地，在所示出的实施例中，相对于第二开口104，第一开口102较大或者具有更大的横截面尺寸。这种结构允许产生电场的包迹402，因此在沿着加速器10的长度(参见图4)上的场阶控制器100的位置上具有能量级的改变(如阶400)。图4还示出了与包迹402相关的实际电子分布404。尽管在其它实施例中包迹402具有基本上均匀(即平坦的)的第一区域406和第二区域408，但是第一区域和第二区域406、408中的任一个或者两个都可以是倾斜的。在所示出的实施例中，第一和第二开口102、104都具有0.05λ的宽度，第一开口102具有0.35λ的长度132，第二开口104具有0.31λ的长度132。在替换实施例中，第一开口和第二开口102、104可以具有其它的尺寸，以致可以产生理想的场阶。应该注意的是，开口102、104的结构不局限于前面所讨论过的例子，而是开口102、104可以具有其它结构。例如，在替换实施例中，第一开口102可以具有小于第二开口104的横截面尺寸。在这种情况下，合成的场阶具有下降的结构。可选地，在替换实施例中，第一开口102可以具有不同于第二开口104的形状。

场阶400优选地具有这样的大小，从而到场阶控制器100的右边的能量级E2大约为1-2倍、更加优选为1.3到1.5倍的到场阶控制器100的左边的能量级E1。但是，在替换实施例中，场阶400可以具有其它大小。与接近2的场阶能量比相比，接近1的场阶能量比r(＝E2/E1)提供了更大的稳定性(即由于邻近模式的相互作用而使干扰更小)。但是，与接近1的场阶能量比相比，接近2的场阶能量比r提供了更好的工作范围(即更宽的能量级范围)。尽管场阶控制器100具有减小谐振模式之间的分离的效果，但是在没有明显增大邻近模式之间的相互作用的情况下，它允许能量开关80工作在更宽的能量级范围内。这又为加速器10提供了更宽的带宽，从而允许加速器10产生具有更宽的能量级范围和最小能量扩展度的X光束。在一些实施例中，场阶控制器100允许加速器10产生能量级为4MeV到20MeV的X光束。在一些情况下，这种结构通过合适的过滤器和/或目标可以提供七种不同能量级(即4、6、8、10、15、18和20MeV)。在其它实施例中，场阶控制器100允许加速器10以keV和MeV能量级来产生X光束。

因此，提供了一种加速器，在这种加速器中，使用场阶控制器和能量开关使光束能量可以被转换成多个等级。场阶控制器允许加速器实现最佳工作稳定性和最佳工作范围之间的平衡。这又为加速器提供了更宽的带宽，从而允许加速器产生具有更宽的能量级范围和最小能量扩展度的X光束。

应该注意的是，其它装置和方法也可以用来产生用来分离谐振模式的场阶。图5示出了本发明替换实施例的场阶控制器500。与场阶控制器100不相同，场阶控制器500没有不相等的开口102、104。在这种情况下，场阶控制器500包括耦合体21、主体70的至少一部分501和环502。环502被固定到分开邻近腔16的分隔壁504上。这种结构具有降低场阶控制器500的位置上的能量场的效果。环502可以与分隔壁504制造成一个装置。可选地，环502和分隔壁504可以分开制造，然后装配在一起。环502的一部分的横截面尺寸和形状及环502的整体几何形状被如此地构造，以致可以产生具有理想特性的场阶。在所示出的实施例中，环502的一部分的横截面形状具有矩形形状，但是在替换实施例中也可以具有其它形状。可选地，在替换实施例中，场阶控制器500包括第二环，该第二环被固定到分隔壁504的相对侧上，或者固定到邻近壁506上。在一些实施例中，多个环502可以在加速器10的第一部分76上被固定到腔16的分隔壁上。这种结构产生了与图4相同的能量分布。可选地，在替换实施例中，不是环，而是场阶控制器500可以包括具有固定到分隔壁504上的其它形状和/或结构的其它结构。

图6示出了本发明替换实施例的另一个场阶控制器600。场阶控制器600包括耦合体21、主体70的至少一部分601和扩大的鼻部602，该鼻部被固定到分开邻近腔16的分隔壁604上。鼻602可以具有不同的形状如圆形、椭圆形、矩形或者其它常规形状。鼻部602的形状和尺寸被如此构造，以致可以产生具有理想特性的场阶。尽管只示出了一个扩大的鼻部602，但是在替换实施例中，加速器10在沿着加速器10的长度上所选择的位置上可以具有多个个扩大的鼻部602。

图7示出了本发明替换实施例的另一个场阶控制器700。场阶控制器700包括耦合体21、主体70的至少一部分701和通过分隔壁704的光束孔702，该分隔壁704分开这些邻近的腔16。在所示出的实施例中，孔702具有圆形形状并且相对大于光束孔17。在替换实施例中，孔702可以具有其它形状，并且相对小于光束孔17。孔702的尺寸和形状被如此地构造，以致可以产生具有理想特性的场阶。可选地，在替换实施例中，加速器10可以具有多个场阶控制器700，这些控制器沿着加速器10的长度设置在其它位置上。

尽管参照一个场阶控制器100描述了加速器10，但是本发明的范围不局限于此。在替换实施例中，加速器10可以具有多个场阶控制器来产生理想的声阶。例如，在一些实施例中，可以采用多个场阶控制器来产生一系列的场阶(参见图8)。可选地，在一些实施例中，加速器10在第一部分76内或者在光束源14的附近具有一个或者多个场阶控制器100，以产生理想的场阶。

尽管已经示出和描述了本发明的特殊实施例，但是应该知道的是，它不是把本发明限制到这些优选实施例中，对于本领域普通技术人员来讲显而易见的是，在没有脱离本发明的精神实质和范围的情况下可以进行各种改变和改进。说明书和附图相应地被认为是解释性而不是限制性的。本发明覆盖落入由权利要求所限定的本发明精神实质和范围内的变形、改进或者等同物。

Claims (19)

1.一种用来加速粒子束的加速器，所述加速器包括：

主体，它具有多个串联连接的电磁腔；

第一耦合体，它具有第一侧腔，所述第一侧腔通过第一开口(102)连接到电磁腔之一中，并且通过第二开口(104)连接到电磁腔的另一个电磁腔中，其中，所述第一开口和所述第二开口具有不同的结构，所述第一开口具有一宽度和一长度，所述长度长于所述宽度；和

连接到主体的第二耦合体，所述第二耦合体具有与第三开口(22)和第四开口(22)连通的第二侧腔；

其中，所述第三开口和所述第四开口具有相同的尺寸。

2.如权利要求1所述的加速器，其特征在于，所述第一开口和所述第二开口具有不同的横截面形状。

3.如权利要求1所述的加速器，其特征在于，所述第一开口具有第一横截面面积，所述第二开口具有第二横截面面积，并且第一横截面面积比第二横截面面积大5％到20％。

4.如权利要求1所述的加速器，它还包括：能量开关，用于改变第三侧腔中的电场分布。

5.如权利要求1所述的加速器，其特征在于，所述第二侧腔处于光束源的远端，且第一侧腔处于第二侧腔的远端。

6.如权利要求1所述的加速器，其特征在于，所述能量开关包括安装成插入到第三侧腔中的探针。

7.如权利要求6所述的加速器，其特征在于，选择所述探针的直径以控制第三侧腔内的电场分布。

8.如权利要求6所述的加速器，其特征在于，所述探针安装成由加速器产生的X光束的能量级借助改变探针插入到第三侧腔中的程度而能够变化。

9.如权利要求1所述的加速器，它还包括枪源，所述枪源被固定到主体的第一端上。

10.如权利要求9所述的加速器，其特征在于，所述第一耦合体没有位于第一端和第二耦合体之间。

11.如权利要求1所述的加速器，它还包括一对导电的、电容耦合的鼻部，这些鼻部被固定到第一耦合体的侧壁上，其中所述鼻部对具有相等的长度。

12.如权利要求1所述的加速器，其特征在于，一个电磁腔或者多个电磁腔和另一个电磁腔具有相同的形状。

13.一种用来加速粒子束的加速器，所述加速器包括：

主体，它具有多个沿着轴线串联连接的电磁腔；

耦合体，它具有侧腔，所述侧腔连接到两个电磁腔中；

能量开关，它仅具有一个探针，所述探针用于改变侧腔内的电场分布，其中，所述能量开关连接到所述耦合体；和

第一场阶控制器，其用于形成理想的电场分布，其中，所述第一场阶控制器包括：

两个开口，其中一个所述开口具有一宽度和一长度，所述长度长于所述宽度，所述两个开口将两个电磁腔连接到另一个耦合体，所述两个开口具有不同的结构；

环，其连接到所述电磁腔之一上；或者

放大的鼻部，其位于所述两个电磁腔之间的壁上；或者

光束孔，其位于所述两个电磁腔之间，所述光束孔大于相邻的光束孔；

其中，所述探针具有平行于耦合体轴线并且偏离耦合体轴线的轴线，且探针安装成借助改变探针插入到侧腔中的程度而能够变化两个电磁腔之间耦合的电磁场。

14.如权利要求13所述的加速器，其特征在于，选择所述探针直径以控制侧腔的频率。

15.如权利要求13所述的加速器，其特征在于，所述探针具有沿着它的长度延伸的管腔。

16.如权利要求15所述的加速器，它还包括流体输送管，所述流体输送管共轴地设置在探针管腔内。

17.如权利要求15所述的加速器，它还包括堵块，所述堵块共轴地包围探针的至少一部分。

18.如权利要求13所述的加速器，其特征在于，所述侧腔处于光束源的远端，并且所述第一场阶控制器处于侧腔的远端，所述光束源连接到所述主体的一个端部。

19.如权利要求13所述的加速器，其特征在于，所述两个电磁腔具有相同的形状。

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