JPH11500260A - 線形加速器用マイクロ波電力制御 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 第１及び第２ロードに供給されたＲＦパワーを制御するための制御装置が与えられる。該制御装置は，入力ＲＦパワーを受けるための第１ポート(34)，第１ロード(14)に結合された第２ポート(42)及びダミーロード(40)に結合された第３ポート(38)を有する第１対称ハイブリッド接合(36)を含む。制御装置はさらに第１対称ハイブリッド接合(36)の第４ポート(44)に結合された第１ポート(50)及び第２ロード(16)に結合された第３ポート(54)を有する第２対称ハイブリッド接合(52)を含む。第１及び第２可変短絡(58,62)はそれぞれ第２対称ハイブリッド接合(52)の第２及び第４ポート(56,60)に結合される。第１及び第２可変短絡(58,62)により反射されたＲＦパワーは第２対称ハイブリッド接合(52)を通じて第２ロード(16)へ制御可能に向けられる。第２ロード(16)へ供給されたＲＦパワーの振幅及び位相は別々に制御される。好適実施例において，第１及び第２ロード(14,16)は線形加速器(10)の第１及び第２ガイド部(1,2)であり，また制御装置(66)は線形加速器(10)の出力ビームエネルギー(20)を制御するのに使用される。

Description

【発明の詳細な説明】 線形加速器用マイクロ波電力制御 発明の技術分野 本発明は，マイクロ波のパワー制御装置に関し，特に振幅及び位相の個別制御 を可能とする制御装置に関する。本発明の制御装置は好適には出力ビームのエネ ルギーを制御するために線形加速器内で使用されるが，そのような使用に限定さ れるものではない。 発明の背景技術 マイクロ波電力線形加速器は，放射線治療，材料の放射線処理及び物理的調査用 に広く使用されている。概して，そのような加速器は電子ソースのような荷電粒 子ソース，マイクロ波エネルギーにより付勢される加速器ガイド及びビーム移送 装置を含む。 これらの加速器の多くの応用において，加速された粒子の最終エネルギーを調 節することが所望される，例えば，線形加速器は腫瘍に対し放射線の非常に局所 的な注入を与えることによりさまざまなガンを処置するために使用されることも できる。ある種のタイプのガンを処置するために低エネルギービームが必要とさ れ，一方深く定着された腫瘍には高エネルギービームが所望される。概して，患 者の腫瘍に適合したエネルギーを有するビームを生成する放射線処置装置を与え ることが所望され る。 線形加速器はひとつのエネルギーレベルにおいて最適に動作するが，線形加速 器の出力エネルギーを変化させるためにさまざな技術が使用されてきた。ひとつ のアプローチは，加速器ガイドへのマイクロ波入力エネルギーを変化させること である。このアプローチは，ビームのエネルギー拡張の増加，電子ビーム取り込 みの減少，及び調節範囲の制限といった欠点を有する。他のアプローチは２つの 加速器ガイド部を使用するというものであった。該加速器ガイド部へ供給された マイクロ波パワーは振幅及び位相が可変である。粒子は第２のガイド部材内で加 速または減速される。アテネータ及びフェイズシフタが出力エネルギーを制御す るために使用される。そのような装置は巨大，複雑かつ高価である。 可変エネルギー出力を生成するための他の従来技術の構成は，ビームが加速器 ガイドを２回以上通過するところの装置を含む。そのような装置の例は，マイク ロトロンであり，そこでは電子がマイクロ波空胴を通じて半径の増加する多重経 路を作り，所望のエネルギーを有する軌道が出力として選択される。さらに他の アプローチは加速器ガイド上の側方空胴内のエネルギースイッチを使用する。 可変エネルギー線形加速器の従来のアプローチは，Ｃ.J.Ｋazmarkによる"Ａdv ances in Ｌinear Ａccelerator Ｄesign for Ｒadiotherapy",Ｍedical Ｐhysi cs,Ｖol.11,Ｎo.2,pp105-128，1984年3月〜4月，及びJ.Ａ.Ｐurdyらによる"Ｄua l Ｅnergy Ｘ-Ｒay Ｂeam Ａccelerators in Ｒadiation Ｔherapy: Ａn Ｏverview"Ｎuclear Instruments and Ｍethods in Ｐhysics Ｒesearch,Ｂ10/11,pp1090-1095,1985年に記載され ている。また，可変エネルギー線形加速器は1978年10月3日に登録されたＶaguin eの米国特許第4,118,652号及び1979年7月24日に登録されたＴranの米国特許第4, 162,423号に開示されている。 線形加速器のエネルギーレベルを変化させるすべての従来技術のアプローチは ，異なる出力エネルギーレベルで狭いエネルギースペクトルを維持することへの 失敗，エネルギーレベル調節の困難性，高度の複雑さ，コスト高及び大きな物理 的サイズを含む一つ以上の欠点を有している。 発明の開示 本発明に従い，第１及び第２ロードに供給されたＲＦ電力を制御するための制 御装置が与えられる。該制御装置は，入力ＲＦ電力を受ける第１ポート，該第１ ポートに結合された第２ポート，ダミーロードへ結合された第３ポート及び第４ ポートを有する第１対称ハイブリッド接合から成る。さらに制御装置は第１対称 ハイブリッド接合の第４ポートに結合された第１ポート，第２ロードに結合され た第３ポート，並びに第２及び第４ポートを有する第２対称ハイブリッド接合か ら成る。第１可変短絡は第２対称ハイブリッド接合の第２ポートに接続され，第 ２可変短絡は第２対称ハイブリッド接合の第４ポートに接続されている。第１及 び第２可変短絡によって反射されたＲＦ電力は第２対称ハイブリッド接合の第３ ポートを通じて第 ２ロードへ制御可能に方向付けられる。第２ロードへ供給されたＲＦ電力の振幅 及び位相は第１及び第２可変短絡の位置に依存している。 好適実施例において，制御装置は線形加速器の出力ビームエネルギーを制御す るために使用される。線形加速器は荷電粒子を生成するための荷電粒子ソース及 び該荷電粒子を加速するための第１及び第２加速器ガイド部から成る。第１対称 ハイブリッド接合の第２ポートは第１加速器ガイド部へ結合され，第２対称ハイ ブリッド接合の第３ポートは第２加速器ガイド部へ結合される。好適実施例の線 形加速器は放射線治療用の電子線形加速器から成る。 好適に制御装置は，第２加速器ガイド部に供給されたＲＦ電力を制御するよう に，第１及び第２可変短絡を調節するための手段を含む。第１及び第２可変短絡 は，第１及び第２加速器ガイド部に供給されたＲＦ電力の間の位相差を変更する よう等しい増分だけ調節される。可変短絡は第２加速器ガイド部に供給されたＲ Ｆ電力の振幅を変化させるよう，かつ第１及び第２加速器ガイド部に供給された ＲＦ電力の間の位相関係を一定に維持するべく調節される。こうして，ＲＦ電力 の位相及び振幅は独自に制御される。 図面の簡単な説明 本発明のより良い理解のために，以下の図面が参照される。 図.１は，本発明に従って線形加速器の出力エネルギーを制御するのに使用さ れるマイクロ波電力制御装置のブロック図であ る。 図.２は，本発明の好適実施例の線図である。 図.３Ａは可変短絡の位置の差の関数として，第１加速器ガイド部からの相対 的な反射電力を示したグラフである。 図.３Ｂは一緒に移動する際可変短絡の位置の差の関数として，第２加速器ガ イド部に供給されたＲＦ電力の位相を示したグラフである。 図.４は本発明に従って，フェイズドアレーラダー送信機を制御するために使 用されるマイクロ波制御装置のブロック図である。 詳細な説明 本発明に従うマイクロ波電力制御装置の例を組み込む線形加速器装置のブロッ ク図が図１に示されている。電子線形加速器10は電子ソース12，第１加速器ガイ ド部14及び第２加速器ガイド部16を含む。ソース12により生成された電子は加速 器ガイド部14内で加速され，さらに電子ビーム20を生成するべく加速器ガイド部 16内で加速される。該電子ビームは典型的に放射線治療用に数ＭＥＶから約30Ｍ ＥＶまでの範囲にわたつて調節可能な出力エネルギーを有する。ある場合には， 第２加速器ガイド部16が所望の出力エネルギーを達成するべく加速器ガイド部14 から受けた電子を減速することもできる。線形加速器10の構成は当業者に周知で ある。 加速器ガイド部14及び16を通過する電子は，マイクロ波電力制御装置30により 加速器ガイド部14及び16へ印加されたマイク ロ波場によって加速または減速される。ＲＦソース32は対称ハイブリッド接合36 の第１ポート34へＲＦ電力を供給する。該ＲＦソース32は適当なＲＦソースでよ いが，典型的にマグネトロンオシレータまたはクライストロンオシレータである 。マイクロ波及びＲＦの用語は，ここでは高周波電磁エネルギーを言うものとし て交換可能に使用される。対称ハイブリッド接合36の第３ポート38はダミーロー ド40へ接続されている。対称ハイブリッド接合36の第２ポート42は第１加速器ガ イド部14のマイクロ波入力43へ結合され，対称ハイブリッド接合36の第４ポート 44は第２対称ハイブリッド接合52の第１ポート50へ接合される。対称ハイブリッ ド接合52の第３ポートは第２加速器ガイド部16のマイクロ波入力53へ接続される 。対称ハイブリッド接合52の第４ポート56は第１可変短絡58に結合され，対称ハ イブリッド接合52の第２ポート60は第２可変短絡62へ結合される。以下の説明さ れるように，可変短絡58及び62は所望の振幅及び位相のＲＦ電力を加速器ガイド 部16へ与えるべくコントローラ66によって調節される。 制御装置30の動作が以下に詳細に説明される。概して制御装置30によれば，加 速器ガイド部16へ供給されるＲＦ電力の振幅及び位相は可変短絡58及び62の適切 な調節によって独自に調節可能となる。可変短絡58及び62は，加速器ガイド部16 へ供給されたＲＦ電力の振幅を変化させ，かつ加速器ガイド部14と16に供給され たＲＦ電力の間の位相シフトを一定に維持するようコントローラ66によって調節 される。可変短絡がコントローラ66 により等しい増分だけ調節されるとき，加速器ガイド部14及び16に供給されるＲ Ｆ電圧の間の位相差は変更され，一振幅は一定のままである。反射された電力は 部分的にダミーロード40内で散逸され，残りの反射電力は，対称ハイブリッド接 合36のポート34とＲＦソース32の間に結合されたアイソレーションデバイス68の ハイパワーＲＦロード内で散逸される（図２参照）。 本発明の制御装置の好適実施例の線図が図２に示されている。図１及び図２に おいて，同様の部材は同じ数字で示されている。概して図２の実施例は図１で示 されかつ上述されたのと同じ構成を有する。対称ハイブリッド接合36の第２ポー ト42は方向性カプラー70を通じて第１加速器ガイド部14のマイクロ波入力43へ結 合される。対称ハイブリッド接合52の第３ポート54は方向性カプラー72を通じて 第２加速器ガイド部16のマイクロ波入力53へ結合される。可変短絡58及び62はそ れぞれ線形ステップモータ76及び78により調節される。４ポートフエライトサー キュレータのような分離装置68がＲＦソース32と対称ハイブリッド接合36の第１ ポート34の間に結合されている。高電力ＲＦロード及び低電力ＲＦロードが４ポ ートサーキュレータの他の２つのポートに結合される。 図２に示された実施例は9.3ＧＨzで動作するよう設計され，加速器ガイド部14 及び16を通過する電子の出力エネルギーを4ＭＥＶから13ＭＥＶまでの範囲で制 御する。好適実施例において，対称ハイブリッド接合36及び52はウェーブライン ・インコーポレイテッド製の51924型であり，可変短絡58及び62は ショーンベルグ・リサーチ・コーポレイション製のＳＲＣ-ＶＳ-1型であり，線 形ステップモータ76及び78はエアーパックス製のＫ92211-Ｐ2型であり，方向性 カプラー70及び72はショーンベルグ・リサーチ・コーポレイション製のＳＲＣ- ＤＣ-1型である。制御装置の上記部材は単なる一例であって，本発明の態様を限 定するものではないことが理解されよう。制御装置に対する部材の選択の際のひ とつのファクターは加速器ガイド14及び16の動作周波数である。適正なマイクロ 波部材が所望の動作周波数に対して選択される。本発明の制御装置はＬ,Ｓ,Ｘ及 びＶバンド内の周波数で動作するよう期待されている。 以下は制御装置の動作説明である。対称ハイブリッド接合36のポート34への入 力ＲＦ電力はポート42及び44の間で等しく分割される。こうして，入力ＲＦ電力 の半分が方向性カプラー70を通じて第１加速器ガイド部14へ供給され，入力ＲＦ 電力の半分はポート44を通じて対称ハイブリッド接合52のポート50へ供給される 。対称ハイブリッド接合52によりポート50を通じて受け取られたＲＦ電力はポー ト56と60の間で等しく分割される。こうして，ポート50を通じて受け取られたＲ Ｆ電力の半分が可変短絡58へ供給され，ポート50を通じて受け取られたＲＦ電力 の半分が可変短絡62へ供給される。可変短絡58及び62はそれぞれ短絡回路から成 り，それは線形ステップモータ76と78によって導波管の長さ方向に沿って移動可 能である。該短絡は，短絡の位置に依存する位相を有する入力ＲＦエネルギーを 反射する。こうして，可変短絡58はＲＦ電力を反射して対称ハイブ リッド接合52のポート56へ戻し，また可変短絡62はＲＦ電力を反射して対称ハイ ブリッド接合52のポート60へ戻す。ポート60及び56を通じて対称ハイブリッド接 合52により受け取られたＲＦ電力はポート60及び56での相対位相に依存して結合 され，ポート54を通じて加速器ガイド部16へまたポート50を通じて対称ハイブリ ッド接合36のポート44へ出力される。対称ハイブリッド接合52によって加速器ガ イド部16及びポート44へ方向付けられたＲＦ電力の相対比は，ポート56と60にお けるＲＦ電力の間の位相差に依存する。ダミーロード40内に散逸され，対称ハイ ブリッド接合36のポート34を通じてＲＦソース32（分離装置68により分離された ）へ方向づけられたＲＦ電力の相対比は，ポート42及び44内へ後方反射された電 力フローの位相シフト及び振幅に依存する。対称ハイブリッド接合52のこれらの 性質は加速器ガイド部14及び16に供給されたマイクロ波電力を制御するために使 用される。可変短絡58及び62が線形ステップモータ76及び78により制御される際 に，加速器ガイド部14へ供給されたＲＦ電力は振幅及び位相を一定に維持する。 可変短絡58及び62の一つが調節されるとき，ポート54を通じて加速器ガイド部16 へ供給されたＲＦ電力の振幅が変化する。この場合，加速器ガイド部14と16へ供 給されたＲＦ電力の間の位相差は変化し，位相差を一定に維持するように他の可 変短絡の調節により補償される。可変短絡58及び62が線形ステップモータ76及び 78によって同じ方向へ等しい増分だけ調節されるとき，加速器ガイド部14及び16 へ印加されたＲＦ電力の間の位相シフトが変 化する。この場合，加速器ガイド部16に供給されたＲＦ電力の振幅は，その位相 が加速器ガイド部14へ供給されたＲＦ電力に関して変更される際に一定のままで ある。こうして，位相及び振幅は可変短絡58及び62の適正な調節によって独自に 制御される。 本発明の好適実施例は対称ハイブリッド接合及び可変短絡を使用するが，同一 機能を有する同様な部材が使用されることも可能である。特に，対称ハイブリッ ド接合の代替部材は，正方向に関して２つの出力ポートの間で入力ＲＦ電力を分 割しなければならない。逆方向に関して，出力ポートを通じて受け取られたＲＦ 電力は出力ポートでのＲＦ電力の間の位相差に依存して各ポートに向けられた比 で２つの入力ポートへ方向付けされる。適正な対称ハイブリッド接合の例はトッ プウォールハイブリッドである。可変短絡の代替部材は制御可能な位相をもって ＲＦエネルギーを反射しなければならない。 図１及び２に記載され上述されたような装置の測定が行われた。その結果が図 ３Ａ及び３Ｂにプロットされている。図３Ａは，可変短絡58及び62の位置の差の 関数として，加速器ガイド部14から対称ハイブリッド接合36のポート42へ相対的 に反射された電力を表すグラフである（曲線90）。図３Ｂは，一緒に移動する時 の可変短絡58及び62の位置の関数として，対称ハイブリッド接合52のポート54を 通じて加速器ガイド部16へ供給されたＲＦ電力の位相を表すグラフである（曲線 92）。 制御器66はステップモータ76及び78を制御するための制御ユ ニット（図示せず）を含むこともできる。電子ビーム20の選択エネルギーを得る ために，可変短絡58及び62の位置が経験的に決定される。所望の位置が制御ユニ ット内にプログラムされる。動作中，所望のエネルギーを得るための保存された 位置が選択され，ステップモータ76及び78を作動させるべく使用される。正方向 電力及び第２加速器ガイド部16へ印加された反射電力をモニターすることによっ てクロスチェックが与えられる。正方向と反射電力の比は動作エネルギーの高低 限界と比較される。比が限界の外にある場合には，動作は保護インターロック機 構として中止される。 本発明のマイクロ波電力制御装置の一般的なブロック図が図４に示される。図 １と図４において同様のエレメントが同一の参照番号を有する。図４の実施例に おいて，ＲＦ電力を第１ロード100及び第２ロード102へ供給するためにマイクロ 波電力制御装置が使用される。特に，対称ハイブリッド接合36の第２ポート42は ロード100にＲＦ電力を供給し，対称ハイブリッド接合52の第３ポート54はロー ド102にＲＦ電力を供給する。可変短絡58及び62の位置を調節することによって ，ロード102に供給されたＲＦ電力の振幅及びロード100と102に供給されたＲＦ 電力の間の位相シフトが変化する。振幅及び位相は上述のように独自に制御され る。ひとつの例において，ロード100及び102はフェイズド・アレイ・レーダー装 置においてアンテナである。制御装置はアンテナへ供給されたＲＦ電力の振幅及 び位相を制御するべく使用される。 発明は好適実施例について説明されてきたが，特許請求の範囲に記載された発 明の態様から離れることなくさまざまな変更及び修正が可能であることは当業者 の知るところである。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９７年３月７日 【補正内容】 明細書第３頁第１７行「さらに制御装置は・・・」〜第８頁第２４行「・・・ ＲＦエネルギーを反射する。」を以下のように補正する。 さらに制御装置は第１対称ハイブリッド接合の第４ポートに結合された第１ポー ト，第２ロードに結合された第３ポート，並びに第２及び第４ポートを有する第 ２対称ハイブリッド接合から成る。第１可変短絡エレメント（この分野では通常 短絡回路エレメントが短絡と呼ばれているので，以下短絡と呼ぶ）は第２対称ハ イブリッド接合の第２ポートに接続され，第２可変短絡は第２対称ハイブリッド 接合の第４ポートに接続されている。第１及び第２可変短絡によって反射された ＲＦ電力は第２対称ハイブリッド接合の第３ポートを．通じて第２ロードへ制御 可能に方向付けられる。第２ロードへ供給されたＲＦ電力の振幅及び位相は第１ 及び第２可変短絡の位置に依存している。 好適実施例において，制御装置は線形加速器の出力ビームエネルギーを制御す るために使用される。線形加速器は荷電粒子を生成するための荷電粒子ソース及 び該荷電粒子を加速するための第１及び第２加速器ガイド部から成る。第１対称 ハイブリッド接合の第２ポートは第１加速器ガイド部へ結合され，第２対称ハイ ブリッド接合の第３ポートは第２加速器ガイド部へ結合される。好適実施例の線 形加速器は放射線治療用の電子線形加速器から成る。 好適に制御装置は，第２加速器ガイド部に供給されたＲＦ電力を制御するよう に，第１及び第２可変短絡を調節するための手段を含む。第１及び第２可変短絡 は，第１及び第２加速器ガイド部に供給 されたＲＦ電力の間の位相差を変更するよう等しい増分だけ調節される。可変短 絡は第２加速器ガイド部に供給されたＲＦ電力の振幅を変化させるよう，かつ第 １及び第２加速器ガイド部に供給されたＲＦ電力の間の位相関係を一定に維持す るべく調節される。こうして，ＲＦ電力の位相及び振幅は独自に制御される。 図面の簡単な説明 本発明のより良い理解のために，以下の図面が参照される。 図.１は，本発明に従って線形加速器の出力エネルギーを制御するのに使用さ れるマイクロ波電力制御装置のブロック図である。 図.２は，本発明の好適実施例の線図である。 図.３Ａは可変短絡の位置の差の関数として，第１加速器ガイド部からの相対 的な反射電力を示したグラフである。 図.３Ｂは一緒に移動する際可変短絡の位置の差の関数として，第２加速器ガ イド部に供給されたＲＦ電力の位相を示したグラフである。 図.４は本発明に従って，フェイズドアレーラダー送信機を制御するために使 用されるマイクロ波制御装置のブロック図である。 発明の詳細な説明 本発明に従うマイクロ波電力制御装置の例を組み込む線形加速器装置のブロッ ク図が図１に示されている。電子線形加速器10は電子ソース12，第１加速器ガイ ド部14及び第２加速器ガイド部16を含む。ソース12により生成された電子は加速 器ガイド部14内で加速され，さらに電子ビーム20を生成するべく加速器ガイド部 16内で加速される。該電子ビームは典型的に放射線治療用に数ＭＥＶから約30Ｍ ＥＶまでの範囲にわたって調節可能な出力エネルギーを有する。 ある場合には，第２加速器ガイド部16が所望の出力エネルギーを達成するべく加 速器ガイド部14から受けた電子を減速することもできる。線形加速器10の構成は 当業者に周知である。 加速器ガイド部14及び16を通過する電子は，マイクロ波電力制御装置30により 加速器ガイド部14及び16へ印加されたマイクロ波場によって加速または減速され る。ＲＦソース32は対称ハイブリッド接合36の第１ポート34へＲＦ電力を供給す る。該ＲＦソース32は適当なＲＦソースでよいが，典型的にマグネトロンオシレ ータまたはクライストロンオシレータである。マイクロ波及びＲＦの用語は，こ こでは高周波電磁エネルギーを言うものとして交換可能に使用される。対称ハイ ブリッド接合36の第３ポート38はダミーロード40へ接続されている。対称ハイブ リッド接合36の第２ポート42は第１加速器ガイド部14のマイクロ波入力43へ結合 され，対称ハイブリッド接合36の第４ポート44は第２対称ハイブリッド接合52の 第１ポート50へ接合される。対称ハイブリッド接合52の第３ポートは第２加速器 ガイド部16のマイクロ波入力53へ接続される。対称ハイブリッド接合52の第４ポ ート56は第１可変短絡58に結合され，対称ハイブリッド接合52の第２ポート60は 第２可変短絡62へ結合される。周知技術のように窓が外気状態から電子線形加速 器10をシールするところの加速器ガイド部16の端部におけるビーム窓（図２参照 ）を通過する電子ビーム20の生成に関し以下に説明されるように，可変短絡58及 び62は所望の振幅及び位相のRF電力を加速器ガイド部16へ与えるべくコントロー ラ66によって調節される。 制御装置30の動作が以下に詳細に説明される。概して制御装置30によれば，加 速器ガイド部16へ供給されるＲＦ電力の振幅及び位相 は可変短絡58及び62の適切な調節によって独自に調節可能となる。可変短絡58及 び62は，加速器ガイド部16へ供給されたＲＦ電力の振幅を変化させ，かつ加速器 ガイド部14と16に供給されたＲＦ電力の間の位相シフトを一定に維持するようコ ントローラ66によって調節される。可変短絡がコントローラ66により等しい増分 だけ調節されるとき，加速器ガイド部14及び16に供給されるＲＦ電圧の間の位相 差は変更され，振幅は一定のままである。反射された電力は部分的にダミーロー ド40内で散逸され，残りの反射電力は，対称ハイブリッド接合36のポート34とＲ Ｆソース32の間に結合されたアイソレーションデバイス68のハイパワーＲＦロー ド内で散逸される（図２参照）。 本発明の制御装置の好適実施例の線図が図２に示されている。図１及び図２に おいて，同様の部材は同じ数字で示されているが，そのすべてが図２についての 議論で説明されているわけではない。概して図２の実施例は図１で示されかつ上 述されたのと同じ構成を有する。対称ハイブリッド接合36の第２ポート42は方向 性カプラー70を通じて第１加速器ガイド部14のマイクロ波入力43へ結合される。 対称ハイブリッド接合52の第３ポート54は方向性カプラー72を通じて第２加速器 ガイド部16のマイクロ波入力53へ結合される。可変短絡58及び62はそれぞれコン トローラ66の線形ステップモータ76及び78により調節される。４ポートフェライ トサーキュレータのような分離装置68がＲＦソース32と対称ハイブリッド接合36 の第１ポート34の間に結合されている。高電力ＲＦロード及び低電力ＲＦロード （両方とも図示されている）が４ポートサーキュレータの他の２つのポートに結 合される。 図２に示された実施例は9.3ＧＨzで動作するよう設計され，加速器ガイド部14 及び16を通過する電子の出力エネルギーを4ＭＥＶから13ＭＥＶまでの範囲で制 御する。好適実施例において，一対称ハイブリッド接合36及び52はウェーブライ ン・インコーポレイテッド製の51924型であり，可変短絡58及び62はショーンベ ルグ・リサーチ・コーポレイシヨン製のＳＲＣ-ＶＳ-1型であり，線形ステップ モータ76及び78はエアーパックス製のＫ92211-Ｐ2型であり，方向性カプラー70 及び72はショーンベルグ・リサーチ・コーポレイシヨン製のＳＲＣ-ＤＣ-1型で ある。制御装置の上記部材は単なる一例であって，本発明の態様を限定するもの ではないことが理解されよう。制御装置に対する部材の選択の際のひとつのファ クターは加速器ガイド14及び16の動作周波数である。適正なマイクロ波部材が所 望の動作周波数に対して選択される。本発明の制御装置はＬ,Ｓ,Ｘ及びＶバンド 内の周波数で動作するよう期待されている。 以下は制御装置の動作説明である。対称ハイブリッド接合36のポート34への入 力ＲＦ電力はポート42及び44の間で等しく分割される。こうして，入力ＲＦ電力 の半分が方向性カプラー70を通じて第１加速器ガイド部14へ供給され，入力ＲＦ 電力の半分はポート44を通じて対称ハイブリッド接合52のポート50へ供給される 。対称ハイブリッド接合52によりボート50を通じて受け取られたＲＦ電力はポー ト56と60の間で等しく分割される。こうして，ポート50を通じて受け取られたＲ Ｆ電力の半分が可変短絡58へ供給され，ポート50を通じて受け取られたＲＦ電力 の半分が可変短絡62へ供給される。可変短絡58及び62はそれぞれ短絡回路から成 り，それは線形ステップモータ76と78によって導波管の長さ方向に沿って移動可 能であ る。該短絡は，短絡の位置に依存する位相を有する入力ＲＦエネルギーを反射す る。 明細書第１０頁第１０行「逆方向に関して，」〜第１１頁第１７行「ＲＦ電力 を供給する。」を以下のように補正する。 逆方向に関して，出力ポートを通じて受け取られたＲＦ電力は出力ポートでのＲ Ｆ電力の間の位相差に依存して各ポートに向けられた比で２つの入力ポートへ方 向付けされる。適正な対称ハイブリッド接合の例はトップウォールハイブリッド である。可変短絡の代替部材は制御可能な位相をもってＲＦエネルギーを反射し なければならない。 図１及び２に記載され上述されたような装置の測定が行われた。その結果が図 ３Ａ及び３Ｂにプロットされている。図３Ａは，可変短絡58及び62の位置の差（ デルタ）の関数として，加速器ガイド部14から対称ハイブリッド接合36のポート 42へ相対的に反射された電力（反射）を表すグラフである（曲線90）。図３Ｂは ，一緒に移動する時の可変短絡58及び62の位置の関数として，対称ハイブリッド 接合52のポート54を通じて加速器ガイド部16へ供給されたＲＦ電力の位相を表す グラフである（曲線92）。 制御器66はステップモータ76及び78を制御するための制御ユニット（図示せず ）を含むこともできる。電子ビーム20の選択エネルギーを得るために，可変短絡 58及び62の位置が経，験的に決定される。所望の位置が制御ユニット内にプログ ラムされる。動作中，所望のエネルギーを得るための保存された位置が選択され ，ステップモータ76及び78を作動させるべく使用される。正方向電力及び第２加 速器ガイド部16へ印加された反射電力をモニターすることによってクロスチェッ クが与えられる。正方向と反射電力の比は動作エネ ルギーの高低限界と比較される。比が限界の外にある場合には，動作は保護イン ターロック機構として中止される。 本発明のマイクロ波電力制御装置の一般的なブロック図が図４に示される。図 １と図４において同様のエレメントが同一の参照番号を有するが，図４の議論に おいてそのすべてが説明されているわけではない。図４の実施例において，ＲＦ 電力を第１ロード100及び第２ロード102へ供給するためにマイクロ波電力制御装 置が使用される。特に，対称ハイブリッド接合36の第２ポート42はロード100に ＲＦ電力を供給し，対称ハイブリッド接合52の第３ポート54はロード102にＲＦ 電力を供給する。 請求の範囲 １．線形加速器装置であって， 荷電粒子を生成するための荷電粒子ソースと，前記荷電粒子を加速するための 作動的に直列に結合された第１及び第２加速器ガイド部とから成り，前記荷電粒 子ソースは電子を前記第１加速器ガイド部へ送るべく前記第１加速器ガイドに結 合されている，ところの線形加速器と， 入力ＲＦ電力を受けるための第１ポートと，前記第１加速器ガイド部に結合さ れた第２ポートと，ダミーロードに結合された第３ポートと，第４ポートを有す る第１対称ハイブリッド接合と， 前記第１対称ハイブリッド接合の第４ポートに結合された第１ポートと，前記 第１加速器ガイド部に印加された入力ＲＦに平行に入力ＲＦを前記第２加速器ガ イド部に印加するべく前記第２加速器ガイド部に結合された第３ポートと，第２ 及び第４ポートを有する第２対称ハイブリッド接合と， 前記第２対称ハイブリッド接合の第２ポートに結合された第１可変短絡エレメ ントと， 前記第２対称ハイブリッド接合の第４ポートに結合された第２可変短絡エレメ ントであって，前記第１及び第２可変短絡エレメントにより反射された入力ＲＦ 電力は前記第２加速器ガイド部から調節可能な出力電子ビームを生成するべく前 記第２対称ハイブリッド接合の第３ポートを通じて前記第２加速器ガイド部へ方 向付けられる，ところの第２可変短絡エレメントと， から成る装置。 ２．請求項１に記載の線形加速器装置であって，さらに 前記第２加速器ガイド部へ供給される入力ＲＦ電力を制御するように前記第１ 及び第２可変短絡エレメントを調節するための，前記第１及び第２短絡エレメン トに作動的に結合された制御手段， を含む装置。 ３．請求項１に記載の線形加速器装置であって，前記制御手段は，前記第１及び 第２加速器ガイド部に供給された入力ＲＦ電力の間の位相差を変化させるように 等しい増分だけ前記第１及び第２可変短絡エレメントを調節するための，作動的 に前記第１及び第２短絡エレメントに結合された手段を含む， ところの装置。 ４．請求項１に記載の線形加速器装置であって，前記制御手段は，前記第２加速 器ガイド部へ供給された入力ＲＦ電力の振幅を変化させるよう，また前記第１及 び第２加速器ガイド部へ供給された入力ＲＦ電力の間の位相関係を一定に維持す るよう前記可変短絡エレメントを調節するための，作動的に前記第１及び第２短 絡エレメントに結合された手段を含む， ところの装置。 ５．請求項２に記載の線形加速器装置であって，前記制御手段は，前記第１可変 短絡エレメントを調節するための第１線形ステップモータ及び前記第２可変短絡 エレメントを調節するための第２線形ステップモータから成る， ところの装置。 ６．請求項２に記載の線形加速器装置であって，前記第１対称ハイブリッド接合 の前記第２ポートが前記第１加速器ガイド部に接続された第１方向性カプラーへ 結合されている，ところの装置。 ７．請求項６に記載の線形加速器装置であって，前記第２対称ハイブリッド接合 の前記第３ポートが前記第２加速器ガイド部に接続された第２方向性カプラーへ 結合されている，ところの装置。 ８．荷電粒子を生成するための荷電粒子ソースと，前記荷電粒子を加速するため の作動的に直列に結合された第１及び第２加速器ガイド部とから成る線形加速器 のための制御装置であって， 入力ＲＦ電力を受けるための第１ポートと，前記第１加速器ガイド部に結合さ れた第２ポートと，ダミーロードに結合された第３ポートと，第４ポートを有す る第１対称ハイブリツド接合と， 前記第１対称ハイブリッド接合の第４ポートに結合された第１ポートと，前記 第２加速器ガイド部へ接続されることによって第１ハイブリッド接合の第１加速 器ガイド部への接続と平行に結合された第３ポートと，第２及び第４ポートを有 する第２対称ハイブリッド接合と， 前記第２対称ハイブリッド接合の第２ポートに結合された第１可変短絡エレメ ントと， 前記第２対称ハイブリッド接合の第４ポートに結合された第２可変短絡エレメ ントであって，前記第１加速器に送られた入 力ＲＦ電力と平行に前記入力ＲＦ電力を前記第２加速器ガイド部へ反射するため に，前記第１及び第２可変短絡エレメントにより反射されたＲＦ電力が前記第２ 対称ハイブリッド接合の第３ポートを通じて前記第２加速器ガイド部へ制御可能 に方向付けられる，ところの第２可変短絡と， 前記加速器から調節可能な電子ビームを出力するべく前記第２加速器ガイド部 に供給された前記ＲＦ電力を制御するよう前記第１及び第２可変短絡エレメント を調節するための，作動的に前記第１及び第２短絡エレメントへ接続された制御 手段と， から成る装置。 ９．請求項８に記載の制御装置であって，前記制御手段は，前記第１及び第２加 速器ガイド部に供給された前記入力ＲＦ電力の間の位相差を変化させるように等 しい増分だけ前記第１及び第２可変短絡エレメントを調節するための，前記第１ 及び第２短絡エレメントに作動的に接続された手段を含む， ところの装置。 １０．請求項８に記載の制御装置であって，前記制御手段は，前記第２加速器ガ イド部へ供給された前記入力ＲＦ電力の振幅を変化させるよう，また前記第１及 び第２加速器ガイド部へ供給された前記入力ＲＦ電力の間の位相関係を一定に維 持するように前記可変短絡を調節するための，前記第１及び第２短絡エレメント に作動的に接続された手段である， ところの装置。 １１．請求項８に記載の制御装置であって，前記作動的に接続された制御手段は ，前記第１可変短絡エレメントを調節するた めの前記第１及び第２短絡エレメントに作動的に接続された第１線形ステップモ ータ及び前記第２可変短絡エレメントを調節するための前記第１及び第２短絡エ レメントに作動的に接続された第２線形ステップモータから成る， ところの装置。 １２．第１ロード及び第２ロードに供給された入力ＲＦ電力を制御するための制 御装置であって， 前記入力ＲＦ電力を受けるための第１ポートと，前記第１ロードに結合された 第２ポートと，ダミーロードに結合された第３ポートと，第４ポートを有する第 １対称ハイブリッド接合と， 前記第１対称ハイブリッド接合の第４ポートに結合された第１ポートと，前記 第２ロードに結合された第３ポートと，第２及び第４ポートを有する第２対称ハ イブリッド接合と， 前記第２対称ハイブリッド接合の第２ポートに結合された第１可変短絡エレメ ントと， 前記第２対称ハイブリッド接合の第４ポートに結合された第２可変短絡エレメ ントであって，前記第１及び第２可変短絡エレメントへ送り込まれかつそれによ り反射される前記ＲＦ電力は前記第２対称ハイブリッド接合の第３ポートを通じ て前記第２ロードへ制御可能に方向付けられる，ところの第２可変短絡エレメン トと， 前記第２ロードに供給された入力ＲＦ電力を制御するよう前記第１及び第２可 変短絡エレメントを調節するための，前記第１及び第２短絡エレメントに作動的 に接続された制御手段と， から成る装置。 １３．請求項１２に記載の制御装置であって，前記第１ロードは線形加速器の第 １加速器ガイド部から成り，また前記第２ロードは前記線形加速器の第２加速器 ガイド部から成る， ところの装置。 １４．請求項１２に記載の制御装置であって，前記制御手段は，前記第１及び第 ２ロードに供給された入力ＲＦ電圧の間の位相差を変化させるように等しい増分 だけ前記第１及び第２可変短絡エレメントを調節するための手段を含む， ところの装置。 １５．請求項１２に記載の制御装置であって，前記制御手段は，前記第２ロード へ供給された前記入力ＲＦ電力の振幅を変化させるよう，また前記第１及び第２ ロードへ供給された前記入力ＲＦ電力の間の位相関係を一定に維持するように前 記可変短絡エレメントを調節するための手段を含む， ところの装置。 １６．請求項１に記載の線形加速器装置であって，さらに出力ビーム窓を含み， 前記第１及び第２加速器ガイド部は直線上にあり，また前記荷電粒子は前記ソー スからの直線経路内を進行し前記第１及び第２加速部を通過して前記出力ビーム 窓から出る， ところの装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デルイター，ハンク アメリカ合衆国カリフォルニア州95008, キャンプベル，トウィラ・レーン4016

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．線形加速器装置であって， 荷電粒子を生成するための荷電粒子ソースと，前記荷電粒子を加速するための 第１及び第２加速器ガイド部とから成る線形加速器と， 入力ＲＦ電力を受けるための第１ポートと，前記第１加速器ガイド部に結合さ れた第２ポートと，ダミーロードに結合された第３ポートと，第４ポートを有す る第１対称ハイブリッド接合と， 前記第１対称ハイブリッド接合の第４ポートに結合された第１ポートと，前記 第２加速器ガイド部に結合された第３ポートと，第２及び第４ポートを有する第 ２対称ハイブリッド接合と 前記第２対称ハイブリッド接合の第２ポートに結合された第１可変短絡と， 前記第２対称ハイブリッド接合の第４ポートに結合された第２可変短絡であっ て，前記第１及び第２可変短絡により反射されたＲＦ電力は前記第２対称ハイブ リッド接合の第３ポートを通じて前記第２加速器ガイド部へ制御可能に方向付け られる，ところの第２可変短絡と， から成る装置。 ２．請求項１に記載の線形加速器装置であって，さらに 前記第２加速器ガイド部へ供給されるＲＦ電力を制御するよ うに前記第１及び第２可変短絡を調節するための制御手段， を含む装置。 ３．請求項２に記載の線形加速器装置であって，前記制御手段は，前記第１及び 第２加速器ガイド部に供給されたＲＦ電力の間の位相差を変化させるように等し い増分だけ前記第１及び第２可変短絡を調節するための手段を含む， ところの装置。 ４．請求項２に記載の線形加速器装置であって，前記制御手段は，前記第２加速 器ガイド部へ供給されたＲＦ電力の振幅を変化させるよう，また前記第１及び第 ２加速器ガイド部へ供給されたＲＦ電力の間の位相関係を一定に維持するよう前 記可変短絡を調節するための手段を含む， ところの装置。 ５．請求項２に記載の線形加速器装置であって，前記制御手段は，前記第１可変 短絡を調節するための第１線形ステップモータ及び前記第２可変短絡を調節する ための第２線形ステップモータから成る， ところの装置。 ６．請求項２に記載の線形加速器装置であって，さらに前記第１対称ハイブリッ ド接合と前記第１加速器ガイド部の間に結合された第１方向性カプラーから成る 装置。 ７．請求項６に記載の線形加速器装置であって，さらに前記第２対称ハイブリッ ド接合と前記第２加速器ガイド部の間に結合された第２方向性カプラーから成る 装置。 ８．荷電粒子を生成するための荷電粒子ソースと，前記荷電粒子を加速するため の第１及び第２加速器ガイド部とから成る線形加速器のための制御装置であって ， 入力ＲＦ電力を受けるための第１ポートと，前記第１加速器ガイド部に結合さ れた第２ポートと，ダミーロードに結合された第３ポートと，第４ポートを有す る第１対称ハイブリッド接合と， 前記第１対称ハイブリッド接合の第４ポートに結合された第１ポートと，前記 第２加速器ガイド部に結合された第３ポートと，第２及び第４ポートを有する第 ２対称ハイブリッド接合と 前記第２対称ハイブリッド接合の第２ポートに結合された第１可変短絡と， 前記第２対称ハイブリッド接合の第４ポートに結合された第２可変短絡であっ て，前記第１及び第２可変短絡により反射されたＲＦ電力は前記第２対称ハイブ リッド接合の第３ポートを通じて前記第２加速器ガイド部へ制御可能に方向付け られる，ところの第２可変短絡と， 前記第２加速器ガイド部に供給されたＲＦ電力を制御するよう前記第１及び第 ２可変短絡を調節するための制御手段と， から成る装置。 ９．請求項８に記載の制御装置であって，前記制御手段は，前記第１及び第２加 速器ガイド部に供給されたＲＦ電力の間の位相差を変化させるように等しい増分 だけ前記第１及び第２可変 短絡を調節するための手段を含む， ところの装置。 １０．請求項８に記載の制御装置であって，前記制御手段は，前記第２加速器ガ イド部へ供給されたＲＦ電力の振幅を変化させるよう，また前記第１及び第２加 速器ガイド部へ供給されたＲＦ電力の間の位相関係を一定に維持するように前記 可変短絡を調節するための手段を含む， ところの装置。 １１．請求項８に記載の制御装置であって，前記制御手段は，前記第１可変短絡 を調節するための第１線形ステップモータ及び前記第２可変短絡を調節するため の第２線形ステップモータから成る， ところの装置。 １２．第１ロード及び第２ロードに供給されたＲＦ電力を制御するための制御装 置であって， 入力ＲＦ電力を受けるための第１ポートと，前記第１ロードに結合された第２ ポートと，ダミーロードに結合された第３ポートと，第４ポートを有する第１対 称ハイブリッド接合と， 前記第１対称ハイブリッド接合の第４ポートに結合された第１ポートと，前記 第２ロードに結合された第３ポートと，第２及び第４ポートを有する第２対称ハ イブリッド接合と， 前記第２対称ハイブリッド接合の第２ポートに結合された第１可変短絡と， 前記第２対称ハイブリッド接合の第４ポートに結合された第 ２可変短絡であって，前記第１及び第２可変短絡により反射されたＲＦ電力は前 記第２対称ハイブリッド接合の第３ポートを通じて前記第２ロードへ制御可能に 方向付けられる，ところの第２可変短絡と， 前記第２ロードに供給されたＲＦ電力を制御するよう前記第１及び第２可変短 絡を調節するための制御手段と， から成る装置。 １３．請求項１２に記載の制御装置であって，前記第１ロードは線形加速器の第 １加速器ガイド部から成り，また前記第２ロードは前記線形加速器の第２加速器 ガイド部から成る， ところの装置。 １４．請求項１２に記載の制御装置であって，前記第１ロードは第１アンテナか ら成り，前記第２ロードは第２アンテナから成る，ところの装置。 １５．請求項１２に記載の制御装置であって，前記制御手段は，前記第１及び第 ２ロードに供給されたＲＦ電圧の間の位相差を変化させるように等しい増分だけ 前記第１及び第２可変短絡を調節するための手段を含む， ところの装置。 １６．請求項１２に記載の制御装置であって，前記制御手段は，前記第２ロード へ供給されたＲＦ電力の振幅を変化させるよう，また前記第１及び第２ロードへ 供給されたＲＦ電力の間の位相関係を一定に維持するように前記可変短絡を調節 するための手段を含む， ところの装置。