[發明專利]一種電子直線加速器

在審

• 申請號: 202110555482.7
• 申請日: 2021-05-21
• 公開（公告）號: CN113382528A
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發明（設計）人: 査皓;施嘉儒;周流源;劉佛誠;陳懷璧;唐傳祥
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H05H7/22
• 分類號: H05H7/22;H05H9/00
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 羅文群

本發明屬于電子加速器技術領域，具體涉及一種電子直線加速器，尤其是一種能量可調的電子直線加速器。本發明的電子直線加速器中包括了可調功率分配器，該功率分配器的輸出端口分別連接了兩只電子直線加速管，可調功率分配器的活塞短路面與步進電機相連，利用步進電機調整短路活塞的位置，改變功率分配器兩個輸出端口感受到的反射微波相位，從而改變兩端連接的加速器輸出的電子束能量的大小。本發明可以有效地避免能量調節的過程中微波功率源的抖動，并大幅度的縮小裝置的裝配體積和重量。

技術領域

本發明屬于電子加速器技術領域，具體涉及一種電子直線加速器，尤其是一種能量可調的電子直線加速器。

背景技術

能量可調的電子直線加速器在圖像引導放療領域有著極為迫切的拓展需求。由于能量高低不同的電子束對人體組織細胞的生物效應不同，人們可以實現對人體組織的成像或者放射治療等不同目的，通常低能的電子束流通過打靶產生低劑量X射線來對病患部位進行成像，而高能的電子束通過打靶產生大劑量X射線或者直接照射于病患部位以進行放射治療。由于患者在治療過程中不可避免地發生呼吸以及其他生理運動，病灶的位置將發生改變，因此高低兩檔能量頻繁快速的切換甚至于同時產生束流是提高圖像引導放療技術的準確性的關鍵。

電子直線加速器主要包含微波功率源、微波傳輸系統、電子槍和加速管等子系統，現有的改變加速器輸出的電子束能量的方法主要有以下三種：

1)改變微波功率源輸出功率的大小。直接改變微波功率源的輸出大小簡單易行，然而對微波功率源輸出的快速調節極易導致功率源的工作頻率發生改變，使得輸出功率出現大振幅抖動，進而導致成像或治療的效果不穩定。

2)改變加速器束流負載的大小。電子束在加速管中被電磁場加速時將吸收微波的能量，這一現象被稱為束流負載效應。增大電子束的流強可以吸收更多的功率使得電子束的能量降低。但是由于劑量率除了受到電子束的能量影響外還受到電子束流強的直接影響，因此難以實現降低電子束能量的同時降低射線的劑量率。

3)通過特殊設計加速結構，改變加速器其中的一部分電磁場分布來改變能量。這一方案的代表是專利CN1398505A公開的瓦里安公司發明的能量“開關”。這是一種較為復雜的諧振腔結構，通過改變“開關”結構的位置可以改變該諧振腔與其他諧振腔的耦合關系，從而調整加速管內的場分布，進而改變電子束的輸出能量。但是這一結構的加工十分復雜，并且由于其導致局部的電場被增強，極易引發射頻擊穿現象，使得加速管無法工作在一個穩定的狀態。

雙路可切換微波系統是近幾年來基于改變微波功率大小的方案上新開拓的一種快速調節電子束能量的思路。這一想法即通過調節兩路的功率分配關系使得在不改變功率源輸出大小的情況下，改變兩路的電子束能量。專利CN104470192A、公開了一種并聯式的雙路可切換微波系統來調節加速器的電子束能量。這一方案雖然實現了毫秒級的微波切換過程，但是卻需要對魔T元件，快速可調移相器，3dB混合器和脈沖壓縮器等龐大且復雜的微波元器件和系統進行搭建，在實際應用中其靈活性受限。

發明內容

本發明的目的是提出一種電子直線加速器，針對快速改變功率源的輸出功率大小時會引起的功率源頻率偏移和輸出抖動缺陷，本發明利用可調功率分配器將微波輸出功率按任意比例分配到兩支微波傳輸系統中，同時向兩支加速管饋入可調功率，從而在避免改變功率源的輸出功率大小的情況下，直接改變加速管接受到的微波功率，以實現電子束能量的連續快速調節。

本發明提出的電子直線加速器，包括電子直線加速管，兩側的兩只電子直線加速管之間，設有可調功率分配器，所述的可調功率分配器的輸出端口分別連接兩只電子直線加速管，通過改變可調功率分配器的輸出功率，調節電子直線加速器的電子束能量。

本發明提出的一種電子直線加速器，其優點是：