專利名稱：駐波粒子束加速器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的來講涉及駐波粒子束加速器，更具體說，本發(fā)明涉及一種用來產(chǎn)生具有不同能量的X光和光束的電子加速器。
背景技術(shù)：
已發(fā)現(xiàn)駐波粒子束加速器可以廣泛地用在醫(yī)學(xué)加速器中，其中采用高能粒子束來產(chǎn)生X光。在這種應(yīng)用中，光束能量和輸出劑量速度(dose-rate)一定得穩(wěn)定。在醫(yī)學(xué)治療期間方便地且可靠地轉(zhuǎn)換粒子束的能量以提供不同能量的治療束從而實現(xiàn)劑量深度穿透也是理想的。
已經(jīng)采用了用來控制光束能量的不同技術(shù)。在授權(quán)給Tanabe和Vaguine的美國專利No.4286192中，借助使加速器的一部分內(nèi)的加速場反向從而使光束減速來控制能量。在授權(quán)給Meddaugh等人的美國專利No.4382208中，在開關(guān)側(cè)腔內(nèi)改變電磁場分布，從而控制應(yīng)用到鄰近諧振器腔中的場。已授權(quán)給Kazusa和Yoneda的美國專利No.4746839公開了兩個耦合腔的使用，這些腔被轉(zhuǎn)換成控制加速場。
采用了前面所描述的技術(shù)的加速器通常提供了足以滿足治療要求的兩個到三個不同X光形式(即區(qū)別在于在臨床病理上能量級明顯不同)。但是具有可以產(chǎn)生包括4到5個能量系數(shù)的多個高輸出X光形式的加速器系統(tǒng)，對于醫(yī)院和制造過程具有明顯的優(yōu)點。從制造方面來講，限制到2-3種形式的加速器是難以實現(xiàn)并且費(fèi)用較高。目前，借助制造不同加速器結(jié)構(gòu)以提供不同范圍的光束能量從而滿足不同醫(yī)院的能量要求，來構(gòu)造出不同形式(modality)。這樣，如果醫(yī)院改變它的能量束要求，那么將不得不形成不同加速器。出于上述原因，需要可以提供這樣能量范圍的一種駐波電子加速器，即該能量范圍足夠?qū)拸亩軌驖M足所有醫(yī)院要求。此外，在許多醫(yī)學(xué)過程具有潛在的優(yōu)點，從而具有兩個以上的輸出X光能量級，從而更加精致地適合劑量深度輪廓以治療癌癥。這樣，可以提供多個不同輸出能量級的駐波粒子束加速器是理想的。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一些實施例，提供一種用來加速粒子束的加速器。該加速器包括主體，它具有多個串聯(lián)連接的電磁腔；第一耦合體，它具有第一側(cè)腔，該第一側(cè)腔通過第一開口連接到電磁腔之一中，并且通過第二開口連接到另一個電磁腔中，其中，第一開口和第二開口具有不同的結(jié)構(gòu)。加速器還包括一對導(dǎo)電的、電容耦合的鼻部，這些鼻部被固定到第一耦合體的側(cè)壁上，其中這一對鼻部具有相等的長度。借助使第一和第二開口的構(gòu)造不相同，諧振模式之間的分隔間隔被減小。但是，這種結(jié)構(gòu)也允許能量開關(guān)工作在更寬的能量級范圍內(nèi)，而不會明顯增大鄰近模式之間的相互作用。當(dāng)能量開關(guān)處于使用時，這又為加速器提供了更寬的帶寬，從而允許加速器產(chǎn)生能量級范圍更寬并且能量擴(kuò)展度最小的X光束。
根據(jù)一些實施例，提供了一種用來加速粒子束的加速器。該加速器包括主體，它具有多個沿著軸線串聯(lián)連接的電磁腔；耦合體，它具有側(cè)腔，該側(cè)腔連接到兩個電磁腔中；能量開關(guān)，它具有探針，該探針改變側(cè)腔內(nèi)的電場分布，其中探針具有平行于耦合體軸線并且偏離耦合體軸線的軸線，并且探針安裝成借助改變探針插入到第二側(cè)腔中的程度可以改變兩個電磁腔之間耦合的電磁場。
根據(jù)一些實施例，提供一種場階控制器。該場階控制器包括耦合體，它具有第一端、第二端、在第一端和第二端之間延伸的腔及一對導(dǎo)電的、電容耦合的鼻部，這些鼻部被固定到耦合體的側(cè)壁上，該一對鼻部具有相等的長度，其中第一端被密封，第二端被固定到具有第一開口和第二開口的壁上，第一開口具有不同于第二開口的橫截面尺寸的橫截面尺寸。場階控制器允許加速器實現(xiàn)最佳工作穩(wěn)定性和最佳工作范圍之間的平衡。這又允許加速器產(chǎn)生能量級范圍較寬且能量擴(kuò)展度最小的X光束。
根據(jù)本發(fā)明的其它實施例，一種用來產(chǎn)生帶電粒子束的方法包括提供一加速器，該加速器具有主體和固定到主體上的能量開關(guān)，該主體具有第一端、第二端及位于第一端和第二端之間的多個電磁腔，第一端固定到槍源上。該方法還包括驅(qū)動槍源以產(chǎn)生電子；使用電磁腔來加速電子，從而沿著主體的長度產(chǎn)生電場的包跡，該包跡在第一端和能量開關(guān)之間具有大致均勻的第一部分。
根據(jù)本發(fā)明的其它實施例，一種用來產(chǎn)生帶電粒子束的方法包括提供加速器，該加速器具有主體，該主體具有第一端、第二端及位于第一端和第二端之間的多個電磁腔，第一端固定到槍源上。該方法還包括驅(qū)動槍源以產(chǎn)生電子；使用電磁腔加速電子，從而沿著主體長度的電場包跡具有階。
通過閱讀優(yōu)選實施例的下面詳細(xì)描述使得本發(fā)明的其它和進(jìn)一步的方面和特征更加清楚，其中這些優(yōu)選實施例是用來解釋本發(fā)明而不是限制本發(fā)明的。


這些附圖解釋了本發(fā)明的優(yōu)選實施例的設(shè)計和效用，其中相同的元件用共同的標(biāo)號來表示。為了更好地理解如何得到本發(fā)明的上述和其它的優(yōu)點和目的，因此參照具體實施例來給出上面簡短描述過的本發(fā)明的更加具體描述，這些具體實施例示出在附圖中。應(yīng)該理解這些附圖只是示出了本發(fā)明的典型實施例而不是被認(rèn)為限制它的范圍，通過使用附圖、參照額外的具體說明和詳細(xì)細(xì)節(jié)來描述和解釋本發(fā)明，其中圖1是本發(fā)明的一些實施例的駐波電子加速器的示意性橫剖視圖；圖2示出了本發(fā)明的一些實施例的圖1的加速器的能量開關(guān)；圖3是根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的圖1的加速器的場階控制器的透視圖；圖4是示出了圖1的加速器的理想能量場包跡的曲線圖；圖5是圖1的駐波電子加速器的變形的示意性橫剖視圖，它特別地示出了本發(fā)明的替換實施例的、具有環(huán)形結(jié)構(gòu)的場階控制器；圖6是圖1的駐波電子加速器的變形的示意性橫剖視圖，它特別地示出了本發(fā)明的替換實施例的、在加速腔內(nèi)具有擴(kuò)大鼻部的場階控制器；圖7是圖1的駐波電子加速器的變形的示意性橫剖視圖，它特別地示出了本發(fā)明的替換實施例的、具有擴(kuò)大中心光束孔的場階控制器；圖8是曲線圖，它示出了使用場階控制器可以產(chǎn)生的另一個理想化能量場包跡。
具體實施例方式
在下文中，參照附圖來描述本發(fā)明的不同實施例。應(yīng)該注意的是，這些附圖不是按照比例畫出的，并且類似結(jié)構(gòu)或者功能的元件在所有附圖中用相同的標(biāo)號來表示。還應(yīng)該注意的是，這些附圖只是用來有利于描述本發(fā)明的具體實施例，而不是用作本發(fā)明的窮舉描述，或者用來限制本發(fā)明的范圍。此外，所示出的實施例不必具有所示出的本發(fā)明的所有方面或者優(yōu)點。即使沒有這樣地示出，但是結(jié)合本發(fā)明的特殊實施例所描述的一個方面或者優(yōu)點不必局限于那個實施例，而是可以在本發(fā)明的任何其它實施例中實現(xiàn)。
圖1是體現(xiàn)本發(fā)明實施例的帶電粒子駐波加速器10的示意性軸向剖視圖。加速器10包括主體70，該主體具有第一端72、第二端74和位于第一端和第二端72、74之間的一系列的電磁耦合諧振腔(電磁腔)16。加速器10還包括多個耦合體21，具有耦合腔20的每個耦合體耦合到兩個鄰近腔16中。加速器10還具有能量開關(guān)10和場階控制器100。駐波加速器10借助微波功率來激勵，該微波功率借助微波源以接近它的諧振頻率的頻率如1000MHz到20GHz、更加優(yōu)選的是2800到3000MHz來輸送。微波源可以是Magnetron或者Klystron，這兩者在現(xiàn)有技術(shù)中是公知的。該功率通過開口15進(jìn)入到一個腔16中，優(yōu)選的是，該腔16是沿著這一系列中的這些腔中的一個。
在一些實施例中，加速器10被構(gòu)造成與自動頻率控制器如描述在美國專利No.3820035中的控制器一起工作，從而控制微波源的工作。自動頻率控制器有助于微波源(或者RF驅(qū)動器)借助產(chǎn)生誤差電壓來確定加速器10的諧振，其中該誤差電壓跟蹤頻率誤差。美國專利No.3820035在這里特別引入以作參考。可選地，如公開在美國專利No.3714592中的控制器可以被設(shè)置成，借助使由加速器10所產(chǎn)生的一些反射信號進(jìn)行偏轉(zhuǎn)并且把它發(fā)回到微波源中，將反饋提供到微波源(如Magnetron)。美國專利No.3714592在這里特別引入以作參考。
在一些實施例中，鄰近槍源14的主體70的壁44可包括用來改善分子流導(dǎo)率的一個或者多個泵出口孔(未示出)，這些在現(xiàn)有技術(shù)中是公知的。在這些情況下，加速器10還包括調(diào)諧環(huán)(未示出)，該調(diào)諧環(huán)固定到壁44的內(nèi)表面上，用來補(bǔ)償由泵出孔所產(chǎn)生的解諧。調(diào)諧環(huán)可以與壁44形成單一裝置。可選地，調(diào)諧環(huán)和壁44可以分開制造，然后裝配在一起。此外，在一些實施例中，加速器10還包括銅板，如描述在美國專利No.3546524中的銅板，該銅板設(shè)置在壁44的內(nèi)表面上。該銅板起作用以終止和形成電場的作用。
在使用期間，借助處于第一端72上的傳統(tǒng)電子槍源14把電子的線性束12噴射到加速器10中。束12可以是連續(xù)的或者是脈沖的。束12通過電子被捕獲且被加速的加速器10的第一部分76，并且進(jìn)入到被捕獲的電子得到進(jìn)一步加速的加速器10的第二部分78中。第二部分78(即下游)內(nèi)的電場的振幅借助能量開關(guān)80的工作來調(diào)整。由于由初始連續(xù)束來形成電子聚束產(chǎn)生于加速器10的第一部分76中，因此聚束在那里可以被實現(xiàn)和/或被最佳化，并且借助改變第二部分78的輸出腔16中的加速場而不會被退化。因此，不依賴于改變平均輸出電子能量地形成輸出束中的能量擴(kuò)展度。借助控制RF功率輸入(它改變第一和第二部分76、78中的電場)和能量開關(guān)80(它改變第二部分78內(nèi)的電場)，可以使能量的光譜最佳化并且保持加速器10進(jìn)行穩(wěn)定地充電(或者充填)。
場階控制器100提供了電場的變量(如階式場)從而減小了與能量開關(guān)80的工作相關(guān)的場變量的范圍。場階的使用具有減小加速器10的諧振模式的分離的效果，因此產(chǎn)生了光束能量的最佳范圍。這又可以導(dǎo)致相對穩(wěn)定的帶寬，從而允許加速器10產(chǎn)生能量級范圍更寬且能量擴(kuò)展度最小的X光射束。在一些實施例中，場階控制器100使加速器10產(chǎn)生了能量級范圍大約為4-20MeV的x光射束。在所示出的實施例中，與能量開關(guān)80相比，場階控制器100設(shè)置成更加遠(yuǎn)離光束源14，并且定位成鄰近能量開關(guān)80?？蛇x地，場階控制器100可以設(shè)置在其它位置上，如可以設(shè)置在光束源14和能量開關(guān)80之間，或者進(jìn)一步設(shè)置在能量開關(guān)80的下游。在下面將進(jìn)一步詳細(xì)地描述場階控制器100。在加速之后，光束12撞擊x光目標(biāo)32。目標(biāo)32可以是由金屬形成的真空窗，該金屬足夠薄從而能夠輸送電子從而進(jìn)行物體的粒子照射。在另一些實施例中，加速器10不包括目標(biāo)32。在這些情況下，目標(biāo)32可以設(shè)置成遠(yuǎn)離加速器10。
在所示出的實施例中，電磁腔16是具有對準(zhǔn)的中心光束孔17的環(huán)狀，該光束孔17允許光束12通過。限定腔16的主體70具有大約等于RF源的波長(λ)的外部橫截面尺寸，每個腔16具有大約等于0.7λ到0.9λ的橫截面尺寸，光束孔17具有大約等于0.05λ到0.07λ的橫截面尺寸?？蛇x地，在所示出的實施例中，分開這些腔16的這些鄰近壁之間的距離大約為0.3λ到0.5λ，這些腔16位于光束源14和能量開關(guān)80之間，以及分開這些腔16的這些鄰近壁之間的距離大約為0.5λ，這些腔16位于能量開關(guān)80的右邊。在另一個實施例中，這些腔16、孔17和加速器10的其它元件可以具有其它形狀和/或尺寸。在一些實施例中，第一部分76中的腔16的尺寸和/或間隔被構(gòu)造成改善電子的捕獲、聚束和相位。在所示出的實施例中，這些孔17中的每一個具有基本上均勻的橫截面?？蛇x地，鄰近光束源14的孔17具有一可變的橫截面如錐形輪廓。這些腔16優(yōu)選地具有結(jié)構(gòu)最佳的伸出鼻部19，從而改善微波功率和光束之間的相互作用的效率。這些腔16通過耦合腔20電磁地耦合在一起，每個耦合腔20借助開口22耦合到鄰近一對腔16的每個上。在所示出的實施例中，每個開口22具有矩形，并且具有0.045λ的寬度和0.3λ的長度。在另一個實施例中，開口22可以具有其它形狀和尺寸。耦合腔20以與加速腔16相同的頻率進(jìn)行諧振，并且不與束12相互作用。在所示出的實施例中，耦合腔20是具有一對軸向伸出的、導(dǎo)電的電容耦合鼻部24的圓柱形?？蛇x地，耦合腔20可以具有其它形狀和結(jié)構(gòu)。
激勵頻率是這樣的，電路(chain)在位于每個耦合腔20和鄰近加速腔16之間通過具有π/2照射相移的駐波諧振中被激勵。因此，在鄰近加速腔16之間具有π照射移動。π/2模式具有許多優(yōu)點。最大可能地從鄰近模式中分離諧振頻率，而這些鄰近模式可以被偶然激勵。可選地，當(dāng)電路合適地被終止時，在耦合腔20中具有非常小的電磁場，因此這些非相互作用的腔中的功率損失較小。所示出的第一個加速腔和最后一個加速腔26和28具有內(nèi)腔16的一半。當(dāng)然應(yīng)該知道的是，在其它實施例中，最后的腔26、28中的每一個可以是完整的腔或者腔的任何一部分。加速腔16之間的間隔大約是自由間隔波長的一半，因此在一個腔16中被加速的電子相對于用來進(jìn)行額外加速的微波場以直角相位到達(dá)下一個加速腔中。可選地，加速腔16可以具有其它間隔。在一些實施例中，大多數(shù)的加速腔16和大多數(shù)的耦合腔20是相同的，因此在大多數(shù)的加速腔16中的這些場基本上是相同的?？蛇x地，加速腔16和/或耦合腔20可以具有其它結(jié)構(gòu)，因此一些腔16內(nèi)的這些場可以是不同的。
在所示出的實施例中，第一部分76(即“聚束器”部分)具有3-1/2個腔16，加速器10的第二部分78(即“加速”部分)具有2-1/2個腔16。但是，本發(fā)明的范圍不局限于此?？蛇x地，加速器10的每個部分76、78可以具有許多任何數(shù)量的腔16。例如，在一些實施例中，加速器10的第一部分76可以具有七個電磁腔16，而加速器10的第二部分78可以具有二十個電磁腔16。
圖2示出了本發(fā)明的一些實施例的加速器10的能量開關(guān)80。能量開關(guān)80安裝到具有腔34和開口51的圓柱形杯狀主體50上，并且包括插入開口51的探針56和同軸地包圍探針56的至少一部分的堵塊(choke)58。堵塊58是雙四分之一波長的堵塊，它被構(gòu)造成，借助于從短路阻抗變換成開路有利于繞著開口51輸送高強(qiáng)度電流。主體50連接到加速器10的主體70上，因此腔34通過相應(yīng)的開口38、40而被耦合到鄰近腔16上。能量開關(guān)80還包括一對軸向伸出的、導(dǎo)電的、電容耦合的鼻部54，該鼻部具有相對的端表面，這些端表面沿著軸向延伸到腔34中。主體50和鼻部54與前面所討論過的主體21和鼻部24相同。在一些實施例中，腔34(開關(guān)側(cè)腔)被調(diào)諧到與其它耦合腔20相同的頻率。這個可以例如通過下面方法來實現(xiàn)，當(dāng)探針56至少部分地被插入到腔34中時，改變探針56的直徑或者橫截面尺寸?？蛇x地，調(diào)諧可以通過下面方法來實現(xiàn)，當(dāng)探針沒有插入到腔34中時，改變鼻部54之間的分隔間隔。
探針56被如此定位，以致它偏離主體50的中心線59。在所示出的實施例中，探針56被設(shè)置在主體50的中心線59的上游?？蛇x地，探針56可以設(shè)置在中心線59的下游。探針56優(yōu)選地是圓形圓柱體，但是它可以具有其它的橫截面形狀。在所示出的實施例中，探針56由不銹鋼形成，但是也可以由其它材料形成。探針56具有沿其長度延伸的管腔57。在使用期間，冷卻流體可以被輸送到腔57(例如通過共軸地插入到管腔57中的另一個管子)中，從而冷卻探針56。在另一個實施例中，探針56具有實心橫截面并且沒有管腔。一個探針的使用可以在沒有機(jī)械干擾的情況下提供機(jī)構(gòu)的物理間隔，該機(jī)構(gòu)接合探針56的端部從而提前和延遲探針56。機(jī)構(gòu)(未示出)可以包括電驅(qū)動的螺線管或者氣動缸。探針56經(jīng)過波紋管61運(yùn)動通過真空壁，該波紋管61提供了真空密封。在使用期間，該一對鼻部54起著耦合諧振器的作用，并且探針56起著第三諧振器的作用。借助改變探針56插入到腔34中的程度，探針56和鼻部54之間的距離相應(yīng)地被改變，因此改變了磁場，該磁場耦合到開口38、40中。這又改變了開關(guān)80下游處的束的能量級。
應(yīng)該知道的是，可以與加速器10一起使用的開關(guān)類型不必局限于前面所討論過的例子，在現(xiàn)有技術(shù)中公知的其它類型開關(guān)也是可以使用的。借助非限制性的例子，可以使用加速器開關(guān)如描述在美國專利No.4382208和4286192中的開關(guān)。美國專利No.6366021教導(dǎo)了借助插入具有選定直徑的兩個探針以提供耦合到鄰近加速腔中的不同上游和下游電場的耦合腔中的開關(guān)電場。美國專利No.6366021、4382208和4286192在這里特別引入以作參考?？蛇x地，在其它實施例中，能量開關(guān)80可以沿著加速器10的長度設(shè)置在另一個位置上，而不是如所示出的實施例的那樣。此外，盡管只有一個能量開關(guān)被示出在前面描述過的實施例中，可選地加速器10也可以具有多個能量開關(guān)。
圖3示出了本發(fā)明的一些實施例的加速器10的場階控制器100的透視圖。場階控制器100包括耦合體110，它具有第一端114、第二端116和腔112，該腔位于第一端和第二端114、116之間；及結(jié)構(gòu)120。主體110的第一端114被密封，第二端116被固定到結(jié)構(gòu)120上。在所示出的實施例中，結(jié)構(gòu)120是加速器10的主體70的一部分(即沿著加速器10的長度的一段)?？蛇x地，結(jié)構(gòu)120可以是加速器10的其它部分如限定鄰近電磁腔16的一些部分的側(cè)壁。耦合體110與前面討論過的耦合體21相同。在所示出的實施例中，耦合體110具有矩形形狀?？蛇x地，耦合體110可以具有其它形狀和結(jié)構(gòu)，如半圓形形狀或者圓柱體形狀。在一些實施例中，耦合體110被構(gòu)造成具有與耦合體21的頻率相同的諧振頻率。耦合體110可以與主體70制造在一起。可選地，耦合體110和主體70(或者是主體70的一部分的結(jié)構(gòu)120)可以分開制造，然后裝配在一起。
場階控制器100還包括一對軸向伸出的、導(dǎo)電的、電容耦合的鼻部138(在圖3中出于清楚目的沒有示出)。這些鼻部138具有相同的長度和形狀，并且被固定到耦合體110的內(nèi)側(cè)壁上。盡管鼻部138在其它實施例中可以具有不相等的長度和/或形狀，但是這種結(jié)構(gòu)降低了場階控制器100的效率，因此更加不理想。
如圖3所示一樣，場階控制器100在耦合體110的第二端116上還具有第一開口102和第二開口104。第一開口102被構(gòu)造成將腔112連接到電磁腔16之一中，第二開口104被構(gòu)造成將腔112連接到另一個電磁腔16中。開口102、104具有不同的結(jié)構(gòu)。在所示出的實施例中，開口102、104具有矩形形狀。但是，在其它實施例中，開口102、104可以具有其它形狀如圓形、橢圓形、或者梯形?？蛇x地，在所示出的實施例中，相對于第二開口104，第一開口102較大或者具有更大的橫截面尺寸。這種結(jié)構(gòu)允許產(chǎn)生電場的包跡402，因此在沿著加速器10的長度(參見圖4)上的場階控制器100的位置上具有能量級的改變(如階400)。圖4還示出了與包跡402相關(guān)的實際電子分布404。盡管在其它實施例中包跡402具有基本上均勻(即平坦的)的第一區(qū)域406和第二區(qū)域408，但是第一區(qū)域和第二區(qū)域406、408中的任一個或者兩個都可以是傾斜的。在所示出的實施例中，第一和第二開口102、104都具有0.05λ的寬度，第一開口102具有0.35λ的長度132，第二開口104具有0.31λ的長度132。在替換實施例中，第一開口和第二開口102、104可以具有其它的尺寸，以致可以產(chǎn)生理想的場階。應(yīng)該注意的是，開口102、104的結(jié)構(gòu)不局限于前面所討論過的例子，而是開口102、104可以具有其它結(jié)構(gòu)。例如，在替換實施例中，第一開口102可以具有小于第二開口104的橫截面尺寸。在這種情況下，合成的場階具有下降的結(jié)構(gòu)?？蛇x地，在替換實施例中，第一開口102可以具有不同于第二開口104的形狀。
場階400優(yōu)選地具有這樣的大小，從而到場階控制器100的右邊的能量級E2大約為1-2倍、更加優(yōu)選為1.3到1.5倍的到場階控制器100的左邊的能量級E1。但是，在替換實施例中，場階400可以具有其它大小。與接近2的場階能量比相比，接近1的場階能量比r(＝E2/E1)提供了更大的穩(wěn)定性(即由于鄰近模式的相互作用而使干擾更小)。但是，與接近1的場階能量比相比，接近2的場階能量比r提供了更好的工作范圍(即更寬的能量級范圍)。盡管場階控制器100具有減小諧振模式之間的分離的效果，但是在沒有明顯增大鄰近模式之間的相互作用的情況下，它允許能量開關(guān)80工作在更寬的能量級范圍內(nèi)。這又為加速器10提供了更寬的帶寬，從而允許加速器10產(chǎn)生具有更寬的能量級范圍和最小能量擴(kuò)展度的X光束。在一些實施例中，場階控制器100允許加速器10產(chǎn)生能量級為4MeV到20MeV的X光束。在一些情況下，這種結(jié)構(gòu)通過合適的過濾器和/或目標(biāo)可以提供七種不同能量級(即4、6、8、10、15、18和20MeV)。在其它實施例中，場階控制器100允許加速器10以keV和MeV能量級來產(chǎn)生X光束。
因此，提供了一種加速器，在這種加速器中，使用場階控制器和能量開關(guān)使光束能量可以被轉(zhuǎn)換成多個等級。場階控制器允許加速器實現(xiàn)最佳工作穩(wěn)定性和最佳工作范圍之間的平衡。這又為加速器提供了更寬的帶寬，從而允許加速器產(chǎn)生具有更寬的能量級范圍和最小能量擴(kuò)展度的X光束。
應(yīng)該注意的是，其它裝置和方法也可以用來產(chǎn)生用來分離諧振模式的場階。圖5示出了本發(fā)明替換實施例的場階控制器500。與場階控制器100不相同，場階控制器500沒有不相等的開口102、104。在這種情況下，場階控制器500包括耦合體21、主體70的至少一部分501和環(huán)502。環(huán)502被固定到分開鄰近腔16的分隔壁504上。這種結(jié)構(gòu)具有降低場階控制器500的位置上的能量場的效果。環(huán)502可以與分隔壁504制造成一個裝置?？蛇x地，環(huán)502和分隔壁504可以分開制造，然后裝配在一起。環(huán)502的一部分的橫截面尺寸和形狀及環(huán)502的整體幾何形狀被如此地構(gòu)造，以致可以產(chǎn)生具有理想特性的場階。在所示出的實施例中，環(huán)502的一部分的橫截面形狀具有矩形形狀，但是在替換實施例中也可以具有其它形狀。可選地，在替換實施例中，場階控制器500包括第二環(huán)，該第二環(huán)被固定到分隔壁504的相對側(cè)上，或者固定到鄰近壁506上。在一些實施例中，多個環(huán)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。這種結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了與圖4相同的能量分布?？蛇x地，在替換實施例中，不是環(huán)，而是場階控制器500可以包括具有固定到分隔壁504上的其它形狀和/或結(jié)構(gòu)的其它結(jié)構(gòu)。
圖6示出了本發(fā)明替換實施例的另一個場階控制器600。場階控制器600包括耦合體21、主體70的至少一部分601和擴(kuò)大的鼻部602，該鼻部被固定到分開鄰近腔16的分隔壁604上。鼻602可以具有不同的形狀如圓形、橢圓形、矩形或者其它常規(guī)形狀。鼻部602的形狀和尺寸被如此構(gòu)造，以致可以產(chǎn)生具有理想特性的場階。盡管只示出了一個擴(kuò)大的鼻部602，但是在替換實施例中，加速器10在沿著加速器10的長度上所選擇的位置上可以具有多個個擴(kuò)大的鼻部602。
圖7示出了本發(fā)明替換實施例的另一個場階控制器700。場階控制器700包括耦合體21、主體70的至少一部分701和通過分隔壁704的光束孔702，該分隔壁704分開這些鄰近的腔16。在所示出的實施例中，孔702具有圓形形狀并且相對大于光束孔17。在替換實施例中，孔702可以具有其它形狀，并且相對小于光束孔17?？?02的尺寸和形狀被如此地構(gòu)造，以致可以產(chǎn)生具有理想特性的場階。可選地，在替換實施例中，加速器10可以具有多個場階控制器700，這些控制器沿著加速器10的長度設(shè)置在其它位置上。
盡管參照一個場階控制器100描述了加速器10，但是本發(fā)明的范圍不局限于此。在替換實施例中，加速器10可以具有多個場階控制器來產(chǎn)生理想的聲階。例如，在一些實施例中，可以采用多個場階控制器來產(chǎn)生一系列的場階(參見圖8)?？蛇x地，在一些實施例中，加速器10在第一部分76內(nèi)或者在光束源14的附近具有一個或者多個場階控制器100，以產(chǎn)生理想的場階。
盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的特殊實施例，但是應(yīng)該知道的是，它不是把本發(fā)明限制到這些優(yōu)選實施例中，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講顯而易見的是，在沒有脫離本發(fā)明的精神實質(zhì)和范圍的情況下可以進(jìn)行各種改變和改進(jìn)。說明書和附圖相應(yīng)地被認(rèn)為是解釋性而不是限制性的。本發(fā)明覆蓋落入由權(quán)利要求所限定的本發(fā)明精神實質(zhì)和范圍內(nèi)的變形、改進(jìn)或者等同物。
權(quán)利要求
1.一種用來加速粒子束的加速器，該加速器包括主體，它具有多個串聯(lián)連接的電磁腔；第一耦合體，它具有第一側(cè)腔，該第一側(cè)腔通過第一開口連接到電磁腔之一中，并且通過第二開口連接到另一個電磁腔中，其特征在于，第一開口和第二開口具有不同的結(jié)構(gòu)；及一對導(dǎo)電的、電容耦合的鼻部，它們被固定到第一耦合體的側(cè)壁上，其中這對鼻部具有相等的長度。
2.如權(quán)利要求1所述的加速器，其特征在于，第一開口和第二開口具有不同橫截面尺寸。
3.如權(quán)利要求1所述的加速器，其特征在于，第一開口和第二開口具有不同的橫截面形狀。
4.如權(quán)利要求1所述的加速器，其特征在于，第一開口具有第一橫截面面積，第二開口具有第二橫截面面積，且第一橫截面面積比第二橫截面面積大約大5％到20％。
5.如權(quán)利要求1所述的加速器，它還包括第二耦合體，它具有連接到兩個電磁腔中的第二側(cè)腔；及能量開關(guān)，它改變第二側(cè)腔中的電場分布。
6.如權(quán)利要求5所述的加速器，其特征在于，第二側(cè)腔處于光束源的遠(yuǎn)端，且第一側(cè)腔處于第二側(cè)腔的遠(yuǎn)端。
7.如權(quán)利要求5所述的加速器，其特征在于，能量開關(guān)包括安裝成插入到第二側(cè)腔中的探針。
8.如權(quán)利要求7所述的加速器，其特征在于，選擇探針的直徑以控制第二側(cè)腔內(nèi)的電場分布。
9.如權(quán)利要求7所述的加速器，其特征在于，探針安裝成加速器所產(chǎn)生的X光束的能量級可借助改變探針插入到第二側(cè)腔中的程度而變化。
10.如權(quán)利要求5所述的加速器，它還包括槍源，該槍源被固定到主體的第一端上。
11.如權(quán)利要求10所述的加速器，其特征在于，第一耦合體沒有設(shè)置在第一端和第二耦合體之間。
12.一種用來加速粒子束的加速器，該加速器包括主體，它具有多個沿著軸線串聯(lián)連接的電磁腔；耦合體，它具有側(cè)腔，該側(cè)腔連接到兩個電磁腔中；及能量開關(guān)，它具有探針，該探針用于改變側(cè)腔內(nèi)的電場分布，其特征在于，探針具有平行于耦合體軸線并且偏離耦合體軸線的軸線，且探針安裝成可借助改變探針插入到第二側(cè)腔中的程度變化兩個電磁腔之間耦合的電磁場。
13.如權(quán)利要求12所述的加速器，其特征在于，選擇探針直徑以控制側(cè)腔的頻率。
14.如權(quán)利要求12所述的加速器，其特征在于，探針具有沿著它的長度延伸的管腔。
15.如權(quán)利要求14所述的加速器，它還包括流體輸送管，該管共軸地設(shè)置在探針管腔內(nèi)。
16.如權(quán)利要求14所述的加速器，它還包括堵塊，該堵塊共軸地包圍探針的至少一部分。
17.如權(quán)利要求12所述的加速器，它還包括場階控制器，該控制器沿著加速器軸線產(chǎn)生理想的電場分布。
18.如權(quán)利要求17所述的加速器，其特征在于，側(cè)腔處于光束源的遠(yuǎn)端，且場階控制器處于側(cè)腔的遠(yuǎn)端。
19.一種場階控制器，該場階控制器包括耦合體，它具有第一端、第二端、在第一端和第二端之間延伸的腔以及一對導(dǎo)電的、電容耦合的鼻部，這些鼻部被固定到耦合體的側(cè)壁上，該對鼻部具有相等的長度；其特征在于，第一端被密封，第二端被固定到具有第一開口和第二開口的壁上，第一開口具有不同于第二開口的橫截面尺寸的橫截面尺寸。
20.如權(quán)利要求19所述的場階控制器，其特征在于，第一開口的橫截面尺寸比第二開口的橫截面尺寸大約大5％到20％。
21.如權(quán)利要求19所述的場階控制器，其特征在于，第一和第二開口中的任一個開口或者兩個開口都具有矩形形狀。
22.如權(quán)利要求19所述的場階控制器，其特征在于，第一和第二開口中的任一個開口或者兩個開口都具有梯形形狀。
23.如權(quán)利要求19所述的場階控制器，其特征在于，第一和第二開口中的任一個開口或者兩個開口都具有橢圓形形狀。
24.如權(quán)利要求19所述的場階控制器，其特征在于，該壁是粒子束加速器的主體的一部分。
25.如權(quán)利要求24所述的場階控制器，其特征在于，該主體的管腔通過第一開口連接到加速器的第一電磁腔中，該主體的管腔通過第二開口連接到加速器的第二電磁腔中。
26.一種用來加速粒子束的加速器，它包括主體，它具有多個沿著軸線串聯(lián)連接的電磁腔；及產(chǎn)生裝置，它沿著軸線產(chǎn)生理想的電場分布，以控制電磁腔的諧振模式的分離。
27.如權(quán)利要求26所述的加速器，其特征在于，該產(chǎn)生裝置包括耦合體，它具有腔，該腔通過第一開口連接到電磁腔之一中，并且通過第二開口連接到另一個電磁腔中，其中第一和第二開口具有不同的尺寸；及一對導(dǎo)電的、電容耦合的鼻部，它們被固定到耦合體的側(cè)壁上，該對鼻部具有相等的長度。
28.如權(quán)利要求26所述的加速器，其特征在于，該產(chǎn)生裝置包括環(huán)，該環(huán)被固定到分開兩個電磁腔的分隔壁上。
29.如權(quán)利要求26所述的加速器，其特征在于，該產(chǎn)生裝置包括分開兩個電磁腔的分隔壁和光束孔，該光束孔的橫截面尺寸不同于鄰近光束孔的橫截面尺寸。
30.如權(quán)利要求26所述的加速器，其特征在于，該產(chǎn)生裝置包括分開兩個電磁腔的分隔壁和固定到分隔壁上的鼻部。
31.一種用來產(chǎn)生帶電粒子束的方法，該方法包括提供加速器，該加速器具有主體和固定到主體上的能量開關(guān)，該主體具有第一端、第二端及位于第一端和第二端之間的多個電磁腔，第一端固定到槍源上；驅(qū)動電子槍源以產(chǎn)生電子；及使用電磁腔來加速電子，從而沿著主體的長度產(chǎn)生電場的包跡，該包跡在第一端和能量開關(guān)之間具有大致均勻的第一部分。
32.如權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，產(chǎn)生包跡從而它在能量開關(guān)和第二端之間具有第二部分，該第二部分大致均勻并且與第一部分相比具有更大的能量級。
33.一種用來產(chǎn)生帶電粒子束的方法，它包括提供加速器，該加速器具有主體，該主體具有第一端、第二端及位于第一端和第二端之間的多個電磁腔，第一端固定到槍源上；驅(qū)動槍源以產(chǎn)生電子；及使用電磁腔來加速電子，從而沿著主體長度的電場包跡具有階。
34.如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，加速器還包括固定到主體上的能量開關(guān)。
35.如權(quán)利要求34所述的方法，其特征在于，電場包跡的階設(shè)置在能量開關(guān)和第二端之間。
36.如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，電子被加速從而電場包跡沿著主體長度具有多個階。
37.如權(quán)利要求36所述的方法，其特征在于，加速器還包括固定到主體上的能量開關(guān)。
38.如權(quán)利要求37所述的方法，其特征在于，多個階設(shè)置在能量開關(guān)和第二端之間。
全文摘要
一種用來加速粒子束(12)的加速器(10)，該加速器包括主體(70)，它具有多個串聯(lián)連接的電磁腔(16)；及第一耦合體(21)，它具有第一側(cè)腔，該第一側(cè)腔通過第一開口(22)連接到一個電磁腔(16)中，并且通過第二開口(22)連接到另一個電磁腔(16)中，其中，第一開口和第二開口具有不同的結(jié)構(gòu)。該加速器還包括一對導(dǎo)電的、電容耦合的鼻部(24)，這些鼻部被固定到第一耦合體的側(cè)壁上，其中這一對鼻部(24)具有相等的長度。
文檔編號H05H9/04GK1938810SQ200480041554
公開日2007年3月28日 申請日期2004年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月24日
發(fā)明者G·E·梅德奧格, M·E·特雷爾, D·惠特姆 申請人:瓦潤醫(yī)藥系統(tǒng)技術(shù)公司