一種軸上電耦合駐波加速管的能量開關的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種醫(yī)用電子直線加速器，尤其涉及一種軸上電耦合駐波加速管的能量開關。
【背景技術】
[0002]醫(yī)用電子直線加速器是癌癥治療中的主要治療方式之一。其通過醫(yī)用電子直線加速器出射的電子束轟擊轉靶，產生X射線，利用X射線照射至殺死腫瘤細胞達到治療癌癥的目的。根據(jù)病灶位置的不同，需要不同能量的X射線來進行照射，因此要求醫(yī)用電子直線加速器具備能量多檔可調(能量開關)的性能。
[0003]醫(yī)用電子直線加速器有行波及駐波加速器兩種類型。其中駐波加速器分路阻抗大、加速效率高，因此結構更加緊湊、經濟性更好，更加適合于商業(yè)應用。駐波加速管按照耦合方式不同可分為:邊耦合、及軸耦合駐波加速管。軸耦合駐波管相比于邊耦合加速管具有橫向尺寸小、整管結構更加緊湊，軸對稱結構便于焊接等優(yōu)點。軸耦合加速管又可分為:磁耦合及電耦合兩種。其中，磁耦合方式需要在加速單元間的盤片中加工腰槽結構，加工工藝也較為復雜;而軸上電耦合駐波加速管，無需在盤片中加工腰槽結構，加工工藝最為簡單。
[0004]對于駐波加速器中的能量開關，邊耦合駐波管由于其耦合腔遠離軸線分布在加速管壁上，對于能量開關的設置、安裝、及調節(jié)最為方便，因此目前的能量開關國外專利大多應用于邊耦合結構;軸上磁耦合駐波管也可通過外部調諧機構對其腰槽結構進行調節(jié)從而達到能量開關的作用。而對于加工工藝最簡單、結構最緊湊的軸上電耦合駐波加速管，能量開關技術尚屬空白。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種能實現(xiàn)醫(yī)用電子直線加速器的能量多檔可調的軸上電耦合駐波加速管的能量開關。
[0006]本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的:
[0007]本發(fā)明的軸上電耦合駐波加速管的能量開關，所述軸上電耦合駐波加速管包括交替布置的多個加速腔和耦合腔，所述加速腔與耦合腔之間設有闌片，所述闌片中部設有圓孔，所述能量開關包括板狀前端和后端的拉桿，所述板狀前端的中部設有圓孔，所述板狀前端插入到所述耦合腔中，所述拉桿從所述耦合腔的側壁伸出，當所述板狀前端插入到其圓孔與所述隔板上的圓孔重合位置時，三個圓孔形成圓形波導結構。
[0008]由上述本發(fā)明提供的技術方案可以看出，本發(fā)明實施例提供的軸上電耦合駐波加速管的能量開關，通過能量開關的插入和拉出，能實現(xiàn)醫(yī)用電子直線加速器的能量多檔可調。
【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明實施例中能量開關不工作時，軸上電耦合駐波加速管部分機械結構示意圖。
[0010]圖2為本發(fā)明實施例中能量開關不工作時，其所在的耦合腔機械結構示意圖。
[0011]圖3為本發(fā)明實施例中能量開關工作時，軸上電耦合駐波加速管部分機械結構示意圖。
[0012]圖4為本發(fā)明實施例中能量開關工作時，其所在的耦合腔機械結構示意圖。
[0013]圖5為本發(fā)明實施例中能量開關不工作時的腔內軸上電場分布示意圖。
[0014]圖6為本發(fā)明實施例中能量開關工作時的腔內軸上電場分布示意圖。
【具體實施方式】
[0015]下面將對本發(fā)明實施例作進一步地詳細描述。
[0016]本發(fā)明的軸上電耦合駐波加速管的能量開關，其較佳的【具體實施方式】是:
[0017]所述軸上電耦合駐波加速管包括交替布置的多個加速腔和耦合腔，所述加速腔與耦合腔之間設有闌片，所述闌片中部設有圓孔，所述能量開關包括板狀前端和后端的拉桿，所述板狀前端的中部設有圓孔，所述板狀前端插入到所述耦合腔中，所述拉桿從所述耦合腔的側壁伸出，當所述板狀前端插入到其圓孔與所述隔板上的圓孔重合位置時，三個圓孔形成圓形波導結構。
[0018]所述隔板中部的圓孔與所述板狀前端中部的圓孔大小相同。
[0019]所述板狀前端的厚度與所述耦合腔的厚度相同。
[0020]本發(fā)明的軸上電耦合駐波加速管的能量開關，能實現(xiàn)醫(yī)用電子直線加速器的能量多檔可調。
[0021 ]駐波加速管可分為聚束段和加速段兩個部分，聚束段有幾個變相速度諧振腔組成，負責對電子束進行縱向群聚，因此其腔內的場強大小需在特定的工作范圍。加速段由多個相速度均為光速的諧振腔組成，負責將電子能量提高至特定值。
[0022]工作于4莫的軸上電耦合駐波加速管是一種雙周期耦合諧振腔鏈式結構，其由相鄰相移V2的縮短耦合腔和諧振腔交互耦合連接而成。其既保持了加速電場良好的穩(wěn)定性，又滿足了高分路阻抗特性。
[0023]耦合腔只保證微波的穩(wěn)定傳輸，對電子的加速沒有貢獻。對于整個加速管而言，通過對加速段中特定位置的耦合腔進行機械調節(jié)，使其失諧，以至于變形為使加速電場TMOl波的幅度按指數(shù)衰減的截止波導，使其后加速腔中的電場大幅減弱，從而可實現(xiàn)對電子束能量的控制。
[0024]引入能量開關后，在原設定輸入功率情況下，整管中加速腔場的幅度將會發(fā)生變化，鑒于原加速腔鏈的耦合系數(shù)不變，只需對輸入微波功率進行適當調整，就可以獲得聚束段中諧振腔的設計場強，從而保證電子束縱向群聚效果。
[0025]本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果:
[0026]采用本專利的能量開關技術，能量可調的醫(yī)用電子直線加速器可采用結構最為緊湊、加工工藝最為簡單的軸上電耦合駐波加速管，從而可進一步縮小產品尺寸、降低成本。
[0027]具體實施例:
[0028]軸上電耦合駐波加速管由大腔(加速腔)和小腔(耦合腔)交替組合而成，其部分結構如圖1所示。當微波功率饋入加速管后，通過在加速腔中建立的微波電場對電子進行加速;而耦合腔只對微波功率在加速腔之間的傳輸進行耦合，其對電子的能量沒有貢獻。通過控制處于特定位置的耦合腔的結構，可改變傳輸至其后端加速腔內的微波功率大小，從而控制電子的能量大小，即能量開關功能。能量能關Ol可通過機械結構控制其拔出或進入耦合腔。
[0029]圖1為能量開關拔出耦合腔(能量開關不工作)時的加速管機械結構圖，圖2為此時的耦合腔結構圖。圖3為能量開關進入耦合腔(能量開關工作)時的加速管機械結構圖，圖4為此時的耦合腔結構圖?？梢钥吹剑藭r的耦合腔可視為一個圓形波導結構，微波功率在其中大量損失，導致其后端的所有加速腔內的微波電場幅度降低，從而改變了最終的電子能量。圖5給出了當能量開關不工作時，模擬得到的一根加速管內的軸上電場分布。其加速腔由相速度分別為0.58的半腔、0.92的一個整腔、及相速度為I的9個整腔組成；10個耦合腔交替安裝于加速腔之間。當在第5個耦合腔中插入能量開關時，模擬得到的軸上電場分布如圖6所示，其后端6個加速腔內的電場幅度降低，從而加速管輸出的電子能量相應降低。對于需要能量多檔調節(jié)的加速器，只需在不同的多個耦合腔中安裝能量開關結構即可實現(xiàn)電子能量的多檔可調。
[0030]能量開關工作時，整管的耦合系數(shù)將會變化。為保證聚束段(即舉例中的相速度分別為0.58的半腔、0.92的整腔)中的場強不變，相應降低輸入的微波功率大小即可，具體的功率大小可由計算和調試結果最終確定。
[0031]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明披露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。
【主權項】
1.一種軸上電耦合駐波加速管的能量開關，所述軸上電耦合駐波加速管包括交替布置的多個加速腔和耦合腔，所述加速腔與耦合腔之間設有闌片，所述闌片中部設有圓孔，其特征在于，所述能量開關包括板狀前端和后端的拉桿，所述板狀前端的中部設有圓孔，所述板狀前端插入到所述耦合腔中，所述拉桿從所述耦合腔的側壁伸出，當所述板狀前端插入到其圓孔與所述隔板上的圓孔重合位置時，三個圓孔形成圓形波導結構。2.根據(jù)權利要求1所述的軸上電耦合駐波加速管的能量開關，其特征在于，所述闌片中部的圓孔與所述板狀前端中部的圓孔大小相同。3.根據(jù)權利要求1或2所述的軸上電耦合駐波加速管的能量開關，其特征在于，所述板狀前端的厚度與所述耦合腔的厚度相同。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種軸上電耦合駐波加速管的能量開關，軸上電耦合駐波加速管包括交替布置的多個加速腔和耦合腔，加速腔與耦合腔之間設有闌片，闌片中部設有圓孔，所述能量開關包括板狀前端和后端的拉桿，板狀前端的中部設有圓孔，板狀前端插入到耦合腔中，拉桿從所述耦合腔的側壁伸出，當板狀前端插入到其圓孔與闌片上的圓孔重合位置時，三個圓孔形成圓形波導結構。通過能量開關的插入和拉出，能實現(xiàn)醫(yī)用電子直線加速器的能量多檔可調。
【IPC分類】H05H9/04, H05H7/12
【公開號】CN105555009
【申請?zhí)枴緾N201610035248
【發(fā)明人】金凱, 何志剛, 裴香濤, 王琳, 黃貴榮
【申請人】中國科學技術大學
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2016年1月19日