CN203261567U - 一种交叉耦合驻波加速管 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种交叉耦合驻波加速管，它包括腔链本体，所述腔链本体上设置有进行微波传送的馈能波导，所述腔链本体内部至少设置有一个边耦合结构单元和至少一个轴耦合结构单元。该腔链本体内集成有边耦合结构单元和轴耦合结构单元，使该加速管既保持了轴耦合结构单元的轴对称结构，装配、焊接方便，且径向尺寸小，有利于安置聚焦线圈；又保持了边耦合结构中耦合腔与加速腔的中心轴线分开的结构形式，使加速腔可以充分优化，加速效率高，且加速腔和耦合腔的外壁均易于接近，便于对加速腔及耦合腔进行挤压调谐。

Description

一种交叉耦合驻波加速管

技术领域

本实用新型涉及一种加速管，尤其是一种交叉耦合驻波加速管。

背景技术

医用电子直线加速器是目前医院中主要的放疗设备，按能量区分可分为低能机（4-6MeV）、中能机（8-15MeV）和高能机（20-25MeV）三种。其中，加速管是加速器中产生射线的核心部件。低能机由于能量较低，一般只有一档X线，没有电子线；中高能机一般有多档X线和电子线。

加速管按工作方式可分为驻波加速管和行波加速管。目前国际上的各种驻波加速结构大致可分为三类：边耦合驻波加速结构、轴耦合驻波加速结构和环耦合驻波加速结构。

1、边耦合驻波加速结构：边耦合驻波加速结构是目前最常用的一种驻波加速结构，其耦合腔置于加速腔外壁的外侧，通过耦合孔与加速腔相连。其优点为耦合腔与加速腔的中心轴线分开，加速腔可以充分优化，加速效率高；加速腔及耦合腔的外壁均易于接近，便于对加速腔及耦合腔进行挤压调谐；缺点是边耦合驻波加速管，加工、装配、焊接工艺复杂，径向尺寸大，不利于安置聚焦线圈。

2、轴耦合驻波加速结构：轴耦合驻波加速结构是除边耦合驻波加速结构以外使用较多的一种驻波加速结构，轴耦合驻波加速结构的耦合腔置于两个加速腔之间，耦合腔中心轴线与加速腔中心轴线重合一致，通过耦合孔与加速腔相连。优点是轴对称结构，装配、焊接方便；径向尺寸小，有利于安置聚焦线圈。缺点是耦合腔与加速腔同轴，几何空间有限。

3、环耦合驻波加速结构：环耦合驻波加速结构的耦合腔置于加速腔外侧360°周围范围，优点是轴对称结构，装配、焊接方便，缺点是径向尺寸大；耦合腔包围了加速腔，不利于接近加速腔及对加速腔调谐。

目前，为了兼顾高低档束流的品质，通常在加速结构中加装能量开关。所谓能量开关，简而言之就是一种改变加速管内电磁场分布的装置。它的目的在于保持加速管聚束段（靠近电子枪的一小段）场分布不变的前提下，改变其后的主加速段（电子速度接近光速）内的场强，从而在大范围改变加速管出口能量的同时保证其能谱不变。

在公开号为CN1237079A、公开日为1999.12.01的中国专利申请中，公开了一种轴耦合驻波加速管的能量开关。该能量开关的工作原理是：将金属活塞能量调节机构插在加速腔壁内，通过改变前后腔的腔间耦合系数来改变场强分布，但这种结构形式中需将腔壁加厚，这样会引起分流阻抗的降低，降低加速管的效率。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题，就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种集边耦合加速结构和轴耦合加速结构于一体的交叉耦合驻波加速管。

本方案是通过如下技术措施来实现的：该交叉耦合驻波加速管包括腔链本体，所述腔链本体上设置有进行微波传送的馈能波导，所述腔链本体内部至少设置有一个边耦合结构单元和至少一个轴耦合结构单元。

上述馈能波导与腔链本体的输出端之间的一段腔链本体上至少设置有一个能量开关，能量开关的数量小于或等于边耦合结构单元的数量，能量开关与相应的边耦合结构单元相连。相对于现有技术中直接在轴耦合驻波加速结构上加装能量开关来说，该结构形式更方便能量开关的安装，且具有较高的分流阻抗。该能量开关可以根据需要改变加速管内电场的分布，形成加速单元少的低能加速管或加速结构单元多的中高能加速管，实现能量分档，显著提高各档射线的束流品质。

上述能量开关包括动力装置、波纹管和能量调变杆，波纹管的一端与边耦合结构单元中的耦合腔相通、另一端封闭后与动力装置连接，能量调变杆位于波纹管内部，并使波纹管和腔链本体内保持高真空，且能量调变杆与波纹管的封闭端连接，动力装置驱动波纹管带动能量调变杆往复运动，使能量调变杆伸入或拔出边耦合结构单元中的耦合腔，使腔链本体输出低能射线或高能射线，可以根据不同的能量输出需求调节能量调变杆的位置，以满足加速管不同的能量输出需求。

上述能量调变杆采用抗流结构，该结构可以防止微波打火。

上述边耦合结构单元包括一个耦合腔和两个对称设置的半边加速腔。

上述腔链本体内，边耦合结构单元中的半边加速腔与轴耦合结构单元中的半边加速腔匹配，且两者组合形成一个加速腔，对电子进行加速。

上述动力装置为步进电机或气缸，可以根据实际工况需要灵活选择。

为对腔链本体进行冷却，在腔链本体外侧环绕设置有冷却水管；馈能波导连接有微波输入窗。

本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知，该交叉耦合驻波加速管中，其腔链本体内集成有边耦合结构单元和轴耦合结构单元，结构简单，使该加速管既保持了轴耦合结构单元的轴对称结构，装配、焊接方便，且径向尺寸小，有利于安置聚焦线圈；又保持了边耦合结构中耦合腔与加速腔的中心轴线分开的结构形式，使加速腔可以充分优化，加速效率高，且加速腔和耦合腔的外壁均易于接近，便于对加速腔及耦合腔进行挤压调谐。由此可见，本实用新型与现有技术相比，具有实质性特点和进步，其实施的有益效果也是显而易见的。

附图说明

图1为本实用新型具体实施方式的结构示意图。

图2为图1中轴耦合结构单元的结构示意图。

图3为图1中边耦合结构单元的结构示意图。

图中，1为步进电机，2为波纹管，3为耦合腔，4为加速腔，5为耦合腔，6为冷却水管，7为电子枪，8为腔链本体，9为轴耦合结构单元，10为微波输入窗，11为馈能波导，12为边耦合结构单元，13为输出钛窗，14为偏转盒，15为加速腔，16为能量调变杆，17为能量开关。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本方案进行阐述。

一种交叉耦合驻波加速管，如图1-图3所示，它包括腔链本体8，所述腔链本体8上设置有进行微波传送的馈能波导11，馈能波导11连接有微波输入窗10，微波输入窗10处的微波通过馈能波导11输送至腔链本体8内，所述腔链本体8内部至少设置有一个边耦合结构单元12和至少一个轴耦合结构单元9。

其中，馈能波导11与腔链本体8的输出端之间的一段腔链本体8上至少设置有一个能量开关17，能量开关的数量小于或等于边耦合结构单元的数量，能量开关17的位置可以根据能量输出的需要沿腔链本体前后调节，以最大限度的保证能量开关17进行正常能量调变的功用。馈能波导11与腔链本体8的输出端之间至少设置有与能量开关17数量对应的边耦合结构单元12，能量开关17与相应的边耦合结构单元12相连，除此之外，不安装能量开关17的边耦合结构单元12和轴耦合结构单元9的位置和数量可以根据具体的需要灵活设置。

能量开关17包括动力装置（如步进电机1或气缸）、波纹管2和能量调变杆16，该能量调变杆16采用抗流结构。波纹管2的一端与边耦合结构单元12中的耦合腔3相通并严格密封、另一端封闭后与动力装置（如步进电机1或气缸）连接，使波纹管2和腔链本体8内保持高真空，能量调变杆16位于波纹管2内部，且能量调变杆16与波纹管2的封闭端连接，步进电机1根据定位系统对其发出的指令驱动波纹管2带动能量调变杆16伸入或拔出边耦合结构单元12中的耦合腔3，引起该耦合腔3的频率失谐，从而改变该耦合腔3后面的腔链本体8内的场分布，使腔链本体8输出低能射线或高能射线。

边耦合结构单元12包括一个耦合腔3和两个对称设置的半边加速腔15，腔链本体8内，边耦合结构单元12中的半边加速腔15与轴耦合结构单元9中的半边加速腔4腔型匹配，且两者组合能形成一个加速腔，对电子进行加速。

该加速管使用时，其腔链本体8内始终保持高真空。微波由微波输入窗10经馈能波导11进入腔链本体8内形成电磁场。当需要高能射线时，能量开关17不动作，使能量调变杆16位于边耦合结构单元12中耦合腔3的外侧，使边耦合结构单元12中的半边加速腔15与轴耦合结构单元9中的半边加速腔4形成的加速腔正常工作，电子枪7发射的电子，先经过腔链本体8的聚束段聚集后，再进入腔链本体8中边耦合结构单元12中的半边加速腔15与轴耦合结构单元9中的半边加速腔4形成的加速腔内进行加速，加速到一定能量后，在偏转盒14中经过270度偏转后经输出钛窗13引出，若轰击重金属靶，则可做X线治疗，若直接引出，则可做E线治疗。

当需要低能射线时，步进电机1驱动波纹管2带动能量调变杆16由边耦合结构单元12中耦合腔3的柱台处插入该耦合腔3内部，造成该耦合腔3失谐，从而改变了该耦合腔3后面的场强，但又不改变该耦合腔3前段（包括聚束段在内）的场强，从而可以显著提高低能射线的束流品质。电子枪7发射的电子，先经过腔链本体8的聚束段聚集后，再进入腔链本体8中边耦合结构单元12中的半边加速腔15与轴耦合结构单元9中的半边加速腔4形成的加速腔内进行加速，加速到一定能量后，轰击重金属靶，则可做X线治疗。

上述过程中，通过腔链本体8外侧的冷却水管6对腔链本体8进行全程冷却，保证腔链本体8的正常性能。

本实用新型中未经描述的技术特征可以通过现有技术实现，在此不再赘述。

Claims (10)

1.一种交叉耦合驻波加速管，其特征是：它包括腔链本体，所述腔链本体上设置有进行微波传送的馈能波导，所述腔链本体内部至少设置有一个边耦合结构单元和至少一个轴耦合结构单元。

2.根据权利要求1所述的交叉耦合驻波加速管，其特征是：所述馈能波导与腔链本体的输出端之间的一段腔链本体上至少设置有一个能量开关，能量开关的数量小于或等于边耦合结构单元的数量，能量开关与相应的边耦合结构单元相连。

3.根据权利要求2所述的交叉耦合驻波加速管，其特征是：所述能量开关包括动力装置、波纹管和能量调变杆，波纹管的一端与边耦合结构单元中的耦合腔相通、另一端封闭后与动力装置连接，能量调变杆位于波纹管内部。

4.根据权利要求3所述的交叉耦合驻波加速管，其特征是：所述波纹管和腔链本体内保持高真空。

5.根据权利要求3所述的交叉耦合驻波加速管，其特征是：所述能量调变杆与波纹管的封闭端连接，动力装置驱动波纹管带动能量调变杆伸入或拔出边耦合结构单元中的耦合腔。

6.根据权利要求3所述的交叉耦合驻波加速管，其特征是：所述能量调变杆采用抗流结构。

7.根据权利要求1-6任一权利要求所述的交叉耦合驻波加速管，其特征是：所述边耦合结构单元包括一个耦合腔和两个对称设置的半边加速腔。

8.根据权利要求7所述的交叉耦合驻波加速管，其特征是：所述腔链本体内，边耦合结构单元中的半边加速腔与轴耦合结构单元中的半边加速腔腔型匹配，且两者组合形成一个加速腔。

9.根据权利要求3所述的交叉耦合驻波加速管，其特征是：所述动力装置为步进电机或气缸。

10.根据权利要求1-6任一权利要求所述的交叉耦合驻波加速管，其特征是：所述腔链本体外侧环绕设置有冷却水管，馈能波导连接有微波输入窗。

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