用于提供加速带电粒子或辐射束的混合驻波/行波线性加速器的制作方法

本申请是2016年3月11日提交的美国专利申请第15/068,355号的部分继续申请，所述美国专利申请让渡给本发明的受让人，并且通过引用并入本文中。

本发明的实施方案大体上涉及提供电子束或x射线束的线性加速器，并且具体地涉及包括处于共线关系中的驻波区段和在驻波区段之后的行波区段的这种线性加速器。

背景技术

线性加速器(也称为“linacs”)广泛地使用于广泛范围的应用中的各种任务，所述广泛范围的应用包括工业应用，如例如非破坏性试验(ndt)、安全检查(si)、放射疗法(rt)、电子束处理灭菌和聚合物固化。加速电子束，和通过在加速通道的末端处撞击转换靶的这种电子束生成的轫致辐射x射线束两者可用于各种任务。所选择的辐射束的类型通常由特定的应用及其要求确定。在许多应用中，要求包括辐射束的能量变化和剂量率变化，包括广泛范围的rb能量变化，例如，从0.5mev到最大能量，所述最大能量通常由于中子产生和激活问题而不超过10mev。然而，在一些已知情况下，能量可达到高达12mev、15mev、20mev、或甚至更高的能量。本领域技术人员充分意识到线性加速器是在这样的大辐射束操作能量范围内并非始终有效运行，或完全不执行的精密工具。

线性加速器包括多个空腔，所述多个空腔的长度沿电子束传播的方向逐渐地增加，以便在粒子的速度增加时将粒子保持在正确的加速相位中。一旦电子速度几乎达到光速，加速单元的结构和形状的周期通常保持相同，直到加速器的末端。

电子速度实质上改变(从光速的约20％改变到95％)和电子作为电子聚束的流集中在一起所在的线性加速器的前部不规则区段通常称为“聚束器”。聚束器负责形成相对论性电子束，所述相对论性电子束然后进入线性加速器结构的称为“加速器”的规则周期部分，在所述规则周期部分，电子的速度并不实质上改变，而它们达到1mev以上，和高达nx10mev范围或更高(其中n是整数1,2,…n)的较高能量。

用于定义聚束器的效率的重要参数称为“捕获”，其呈现由加速场捕获并且同时加速到所需能量的粒子相对于注入到结构中的总粒子数的百分比。捕获对聚束器中的加速场分布非常敏感。虽然技术人员试图通过变化进入线性加速器中的输入rf功率来调节所产生的辐射束的输出能量，但聚束器中的场的结构有所改变，并且加速通道中的电子束电流可能会由于聚束器中的捕获的衰退而实质上降低，借此降低产生的辐射束的强度。

对于在不沿线性加速器最优化功率和场分布的情况下通过注入电子束脉冲电流的开关来调节辐射束能量，也是如此。最优化对于磁控管驱动的线性加速器尤其重要，所述磁控管驱动的线性加速器代表大部分商业市场。最优化对于被设计来用例如x频带功率源操作的高频率线性加速器甚至更重要，其中尽管不是在所有情况下，也是在大多数情况下(所谓的“高耗电”操作模式)，都缺乏由最好的市售x频带磁控管针对给定的任务生成的输入rf功率。

图1示意性地展示本领域中已知的驻波线性加速器的实例。线性加速器包括取决于rf结构设计以各种方式耦合在一起的多个单一rf空腔(未示出)。rf功率由rf功率源1，如磁控管或速调管提供。rf功率通过rf传输波导2和高功率循环器3传播到输入rf耦合器4，所述输入rf耦合器被配置来匹配外部和内部rf电路的阻抗以便最小化在操作rf频率处的功率反射。高功率循环器3防止反射功率传播回rf源1。循环器3称为“高功率”循环器而不是“低功率”循环器，因为其适于由rf源1生成的最大可能功率。因此，来自rf源1的大部分rf功率进入线性加速器。

在图1中，线性加速器具有耦合在一起的两个单一rf结构，驻波聚束器区段6(或“聚束器6”)和驻波加速器区段7(或“加速器7”)。聚束器区段6含有一系列空腔，所述空腔在长度上不同，以维持相邻单元中加速场之间的适当相移，从而适应逐渐增加的电子速度。电子速度在驻波聚束器区段6中快速地增加到相对论性值(接近于光速)。因为电子速度在加速器区段7中变得几乎恒定，所以全部单元具有相同长度。rf源通过一个或多个源(未示出)供电，如本领域中已知的。

输入rf耦合器4的单一rf空腔也是线性加速器rf结构的部分。在驻波线性加速器的情况下，输入rf耦合器4通常放置在聚束器5之后和加速器7之前的某个地方，尽管其可沿线性加速器定位在任何地方。在图1的线性加速器中，聚束器5、输入rf耦合器4和加速器区段7一起提供线性加速器的单一rf耦合加速结构。由rf源提供的rf功率根据线性加速器配置及其rf性质而分布在线性加速器空腔间，从而形成用于使带电粒子，如电子，加速的rf场分布。

电子束10形成于电子枪11中，所述电子枪可在高压nx(1,2,3…100)kv范围内操作，从而形成直径小到足以进入聚束器6的电子束10。电子束10在通过聚束器6和加速器区段7的线性加速器空腔的rf场传播时使能量增加。在电子束10离开rf加速结构之后，电子束在线性加速器的真空封壳外侧通过用于电子束应用的真空密封薄箔提取，或者所述电子束撞击重金属靶以产生韧致辐射(x射线)，如本领域中已知的。选举枪11可以是例如二极管或三极管选举枪，如本领域中已知的。电子枪11可由供电至rf源的同一功率供应或另一个功率供应(未示出)供电，也如本领域中已知的。

可使用任择的外部磁性系统13，如聚焦螺线管或永久周期磁铁(“ppm”)系统。磁性系统13还可包括转向线圈、弯转磁铁等，用于线性加速器内侧，或在通过电子束窗口或转换靶12的出口处的束定位的校正。外部聚焦系统的使用是不合需要的，因为其增加复杂性和功率消耗，因此增加线性加速器系统的成本。在驻波线性加速器系统中，可避免使用磁性系统13。相反，在行波线性加速器中，在大多数情况下，尤其对于线性加速器的聚束器部分，提供磁性系统13。

为了调节具有来自rf源1的单一rf馈入的图1的驻波线性加速器中的能量，线性加速器rf结构中的场幅度可通过变化束负载或通过变化输入功率调节而改变。图2展示性能分析，所述图2是电子束能量与峰值电子束电流(底部轴)以及负载线和剂量率(顶部轴)的图表。图2展示相对于基于束动力学的parmela模拟的校正负载线(菱形)，第一近似(能量，mev)中的理论线性加速器负载线(正方形)的改变。没有提供外部磁性聚焦场。图2的图表还展示基于第一线性负载线的对应剂量率曲线(分别表示为x和三角形)(剂量率，1m处的r/min)和对应于基于parmela计算的负载线的其它剂量率曲线(或函数)(parmela/剂量)。束动力学对输出辐射束特性的效应很明显。

复杂性降低且成本降低的线性加速器通常是优选的。相比于设计没有这种聚焦的行波线性加速器，设计驻波线性加速器以避免使用外部聚焦比较容易。虽然行波线性加速器表现出的一些性质优于驻波线性加速器的那些性质，但是其通常需要聚焦螺线管。行波波导主要行为将类似于上文所述的驻波的那些行为。

由于rf功率的常见不足，线性加速器通常被设计来用于接近最大的最佳输出能量，其中剂量率在其最大值处由众所周知的经验比定义如下：

p＝70xixwⁿ，(1)

其中：

p是在距重金属转换靶1米处的韧致辐射剂量率，以r/min为单位；i是撞击靶的平均电子束电流，以ma为单位；w是电子束能量，以mev为单位；并且n是随能量变化的参数(在若干mev范围内其近似2.7)。

对于使用在大能量范围内的电子束的线性加速器来说，在较低能量下增加捕获和效率很重要，借此增加辐射束的加速束电流和电子束剂量率。在线性加速器配备有转换靶以产生轫致辐射的情况下，转换剂量率与电流成比例，并且几乎与能量的立方成比例。因此，线性加速器在较高束电流下的较低能量操作变得尤为重要。如果线性加速器被设计来在给定束电流下提供最大能量的束以获得最好的辐射束输出，则较低能量下的高效操作难以实现。

技术实现要素：

根据本发明的实施方案，一种混合线性加速器包括具有能量和剂量调节的共线驻波线性加速器区段和行波线性加速器区段，以便在能量值的范围内最优化输出束能量和剂量率。实施方案包括混合线性加速器，所述混合线性加速器通过以直接或反向序列并联或串联的rf波导与rf开关、移相器、和/或功率调整器连接，以便在线性加速器的区段之间重新定向并且重新分配rf功率且/或在这些区段之间改变相移。在另一实施方案中，rf负载通过rf开关与所述行波区段的输出匹配。

根据本发明的第一实施方案，混合线性加速器包括：带电粒子源，所述带电粒子源被配置来提供带电粒子的输入束；以及驻波线性加速器区段，所述驻波线性加速器区段被配置来接收所述带电粒子的输入束并且使所述带电粒子加速以提供加速电子的中间束。行波线性加速器区段被配置来接收所述加速电子的中间束，并且进一步增加所述加速电子的动量和能量。所述行波线性加速器区段提供带电粒子的输出束。漂移管提供在所述驻波线性加速器区段与所述行波线性加速器区段之间。所述漂移管被配置来提供用于所述中间束从所述驻波线性加速器区段到所述行波线性加速器区段的通道的路径并且使所述驻波线性加速器区段从所述行波线性加速器区段rf去耦。所述混合线性线性加速器还包括rf源，所述rf源被配置来将rf功率提供到所述行波加速器区段以进一步增加所述带电粒子的中间束的动量和能量。波导具备耦合到所述行波线性加速器区段的输出的输入和耦合到所述驻波线性加速器区段的输入的输出。在所述行波线性加速器区段中的衰减之后剩余的rf功率被馈入到所述驻波线性加速器区段以使所述带电粒子加速。

所述混合线性加速器还可包括沿所述波导的rf开关、rf移相器、和/或rf功率调整器，用以改变提供到所述驻波线性加速器区段的所述rf功率的功率和/或相位。所述rf开关、rf移相器、和/或rf功率调整器可被配置来提供从约0.5mev到最大线性加速器能量的能量调节。

例如，所述驻波线性加速器区段可以聚束器的形式配置。例如，所述带电粒子源可包括电子枪，所述电子枪被配置来提供电子的输入束。可以提供与所述驻波线性加速器合作的第一外部磁性系统和/或与所述行波线性加速器区段合作的第二外部磁性系统。

根据这个实施方案的混合线性加速器还可包括介于所述rf源与行波线性加速器区段之间的第二rf波导，所述第二rf波导被配置来将来自所述rf源的rf功率提供到所述行波线性加速器区段。高功率循环器可以沿所述第二rf波导提供以防止反射rf功率传播回所述rf源，且/或低功率循环器可以沿所述第一rf波导提供以防止反射rf功率传播回所述行波加速器区段。带电粒子束窗口或用于生产轫致辐射的转换靶可被提供在所述行波线性加速器的所述输出的下游。

根据本发明的第二实施方案，公开一种混合线性加速器，所述混合线性加速器包括带电粒子源和驻波线性加速器区段，所述驻波线性加速器区段被配置来接收所述电子的输入束并且使所述带电粒子加速以提供输出粒子的中间束。所述混合线性加速器还包括行波线性加速器区段，所述行波线性加速器区段被配置来接收所述加速带电粒子的中间束，并且进一步增加所述加速电子的动量和能量。所述行波线性加速器区段提供带电粒子的输出束。漂移管提供在所述驻波线性加速器区段与所述行波线性加速器区段之间，以提供所述驻波驻波线性加速器区段与所述行波线性加速器区段之间的rf去耦，同时还允许所述加速电子的中间束从所述驻波线性加速器区段到所述行波线性加速器区段的运送。所述混合线性加速器还包括rf功率源和rf分配器，所述rf分配器被配置来接收来自所述rf功率源的rf功率并且将所述rf功率分叉成将要提供到所述驻波加速器区段的rf功率的第一部分和将要提供到所述行波加速器区段的rf功率的第二部分。

根据这个实施方案的混合线性加速器还可包括rf开关、rf移相器、和rf功率调整器中的至少一个，所述rf开关、rf移相器、和rf功率调整器被配置来用未由所述行波线性加速器区段使用的rf功率馈入所述驻波线性加速器区段，且/或改变所述驻波线性加速器区段与所述行波线性加速器区段之间的相位关系。所述rf开关、所述rf移相器、和/或所述rf功率调整器可被配置来提供从约0.5mev到最大线性加速器能量的能量调节。

例如，所述驻波线性加速器区段可以聚束器的形式配置。例如，所述带电粒子源可包括电子枪，所述电子枪被配置来提供电子的输入束。还可以提供与所述驻波线性加速器合作的第一外部磁性系统和/或与所述行波线性加速器区段合作的第二外部磁性系统。带电粒子束窗口或用于生产轫致辐射的转换靶可被提供在所述行波线性加速器的所述输出的下游。

根据本发明的这个实施方案的混合线性加速器还可包括介于所述rf源与rf分配器之间的rf波导。所述rf波导被配置来将rf功率提供到所述rf分配器，并且高功率循环器进一步沿所述rf波导提供来防止反射rf功率传播回所述rf源。

根据这个实施方案的混合线性加速器还可包括匹配的rf负载，所述匹配的rf负载耦合到所述行波加速器以吸收在所述行波线性加速器区段中的加速之后剩余的rf功率。也可以提供带电粒子窗口或用于产生轫致辐射的转换靶。

根据本发明的第三实施方案，公开一种混合线性加速器，所述混合线性加速器包括：带电粒子源，所述带电粒子源被配置来提供电子的输入束；以及驻波线性加速器区段，所述驻波线性加速器区段被配置来接收所述带电粒子的输入束并且使所述带电粒子加速以提供加速带电粒子的中间束。还提供行波线性加速器区段，所述行波线性加速器区段被配置来接收所述加速带电粒子的中间束并且进一步增加所述加速带电粒子的动量和能量。所述行波线性加速器区段具有输出。被配置来提供所述驻波线性加速器与所述行波线性加速器区段之间的rf耦合的rf耦合器被提供来允许所述加速电子的中间束从所述驻波线性加速器区段到所述行波线性加速器区段的运送。所述混合线性加速器还包括rf源，所述rf源被配置来通过与所述rf耦合器合作的rf波导将rf功率提供到所述驻波线性加速器区段和所述行波加速器区段两者。提供与所述行波线性加速器区段的所述输出合作的rf负载。rf开关提供在所述rf耦合器与所述rf负载之间以使所述rf负载与从所述行波线性加速器区段输出的所述rf功率匹配，以吸收在所述波线性加速器中的衰减之后剩余的功率。例如，所述rf开关可被配置来提供从约0.5mev到最大线性加速器能量的能量调节。

例如，所述驻波线性加速器区段可以聚束器的形式配置。例如，所述带电粒子源可包括电子枪，所述电子枪被配置来提供电子的输入束。可以提供与所述驻波线性加速器合作的第一外部磁系统和/或与所述行波线性加速器区段合作的第二外部磁性系统。

rf波导可提供在所述rf源与所述rf耦合器之间，并且高功率循环器可沿所述rf波导提供来防止反射rf功率传播回所述rf源。也可以提供带电粒子窗口或用于产生轫致辐射的转换靶。

根据本发明的另一实施方案，公开一种通过混合线性加速器使带电粒子加速的方法，所述混合线性加速器包括驻波线性加速器区段和在所述驻波区段之后的行波线性加速器区段，所述方法包括将带电粒子提供到所述驻波线性加速器区段，和将rf功率提供到所述混合线性加速器以通过所述驻波线性加速器区段和所述行波线性加速器区段引起所述带电粒子的加速。所述方法还包括通过可调整谐振负载在吸收在所述行波区段中的衰减之后剩余的rf功率中调整所述rf功率的功率和/或相位。

在一个实例中，所述方法还包括通过rf功率源将rf功率提供到所述行波线性加速器区段，和将在所述行波区段中的衰减之后剩余的所述rf功率提供到所述驻波区段。所述带电粒子在所述驻波线性加速器区段中通过提供到所述驻波区段的所述rf功率加速。所述rf功率和/或相位可通过rf开关、rf移相器、和/或rf功率调整器改变。

在另一实例中，所述方法还包括将来自所述功率源的rf功率提供到所述驻波线性加速器区段并提供到所述行波线性加速器区段。未由所述行波线性加速器区段使用的rf功率被馈入到所述驻波线性加速器区段，所述驻波区段与所述行波区段之间的相位关系被改变。

本发明的实施方案的混合线性加速器可使用于例如安全和贸易货单验证的车辆筛选和各种货物筛选(共同地称为安全检查)、非破坏性试验(ndt)、和放射疗法(rt)。本发明的实施方案还可以使用在如各种厚度和形状的对象的电子束照射的其它应用中，如例如用于复合材料的固化和电子束灭菌。

附图说明

图1是传统的驻波线性加速器的实例的示意图；

图2是电子束能量与峰值电子束电流的图表，其展示与基于束动力学的parmela模拟的校正版本相比的线性加速器负载线的改变和非适应性标准单一区段线性加速器中的对应剂量率绘图；

图3是本发明第一实施方案的混合线性加速器的实例的示意图，其中在行波线性加速器区段中的衰减之后剩余的rf功率被提供到混合线性加速器的驻波区段；

图4是根据本发明第二实施方案的具有并联rf馈入的混合线性加速器的示意图；并且

图5是根据本发明第三实施方案的具有单一rf馈入的混合线性加速器的示意图。

具体实施方式

图3是根据本发明实施方案的混合线性加速器系统100的实例的示意图。混合线性加速器系统100包括线性加速器105，所述线性加速器具有驻波线性加速器区段110和行波线性加速区段120。如上文关于图1所论述并且如本领域中已知的，线性加速器105包括空腔或单元(未示出)，rf功率通过所述空腔或单元传播以使带电粒子，如电子加速。这个实例中的驻波线性加速器区段110被配置为聚束器，但并不要求如此。在这个实例中，驻波线性加速器区段110在本文中也称为“聚束器区段110”，并且行波线性加速区段120在本文中也称为“行波区段120”。

带电粒子源140被提供来将带电粒子束145注入驻波线性加速器区段110中。带电粒子可以是电子，并且带电粒子源140可以是选举枪，例如，如上文关于图1所论述。电子枪140可以是三极管、二极管、或任何其它类型的电子枪。以下论述将涉及电子枪140，但是应理解，其它类型的带电粒子可由其它类型的带电粒子源注入驻波聚束器区段110中，并且通过混合线性加速器100系统加速。

聚束器区段110和行波区段120通过漂移管125彼此连接，所述漂移管提供用于加速带电粒子从聚束器区段110到行波区段120的通道的路径。聚束器区段110的输出通过第一rf耦合器130耦合到漂移管125的输入。漂移管125的输出通过第二rf耦合器135耦合到行波区段120的输入。漂移管125被配置来以本领域中已知的方式使聚束器区段110从行波线性加速器区段120rf去耦。

根据本发明的这个实施方案，rf源150通过波导160将rf功率提供到行波区段120的空腔。在这个实例中，rf功率并未由rf源150提供到驻波线性加速器区段110，尽管这是一个选择。第二rf耦合器135将波导160耦合到行波区段120的内部，用于rf功率通过行波区段的空腔的内部的传播。rf源150和电子枪140通过一个或多个功率源(未示出)供电，如本领域中已知的。

虽然rf功率源150可在没有处于稳态模式中的隔离装置的情况下使rf功率进入行波输入rf耦合器135中，但是高功率循环器165可沿波导160提供在rf功率源150与第二rf耦合器135之间。高功率循环器165可以提供在rf功率源处或接近于rf功率源，其中传播rf功率处于其最高值。

第三rf耦合器170提供在行波区段120的输出处。加速带电粒子，如电子，通过第三rf耦合器170的第一输出传送到带电粒子束窗口或转换靶180，如上文关于图1所论述。

在线性加速器系统100的这个部分的操作期间，电子束145可以在例如nx10kev下形成。电子束145被注入聚束器区段110的rf结构中，其中电子聚束被形成并且加速以使电子束能量进入mev范围，通常，约1mev。这确保聚束几乎完成并且电子束145变得接近于完全相对论性，通常，从光速的约0.85倍到约0.95倍。然后，在这个实例中，电子束145进入行波区段120(或者在提供与行波区段120共线的额外行波区段的情况下，则进入多个行波区段)，并且被加速到较高输出能量，如例如从4mev到12mev。电子束145中的电子可以被加速到较低或加速到较高的能量。在一个实例中，加速电子束145撞击韧致辐射转换靶180以生产x射线。在另一实例中，加速电子束145通过输出窗口180，如薄的金属箔，离开并且从加速器的真空封壳传送到空气或不同环境中，所述不同环境如不同气体或液体、水，如本领域中已知的。

继续线性加速器系统100的描述，第一rf耦合器130、第二rf耦合器135和第三rf耦合器170被配置来匹配外部和内部rf电路的阻抗，以便在以标称能量和束电流值运行时最小化在操作rf频率处的功率反射。另外，这个实例中的高功率循环器165防止反射功率传播回rf源150。因此，来自rf功率源150的大多数或全部rf功率进入第二rf耦合器135，在行波线性加速器区段120内传播以形成加速行波场分布，并且传递功率电子束。

根据本发明的这个实施方案，第三rf耦合器170具有连接到第二rf波导190的输入的第二输出。第二rf波导190的输出连接到第一rf耦合器130的第二输入。在通过行波线性加速器区段的传播和电子加速之后剩余的rf功率通过第三输入耦合器170和波导190传播到聚束器区段110。聚束器区段110可以替换或呈现通常在线性加速器中使用的多余rf负载，来吸收从行波线性加速器区段120出来的剩余功率，从而实质上提高线性加速器效率。

由图3中的方框200指示的rf开关、rf移相器、和/或rf功率调整器可以沿第二rf波导190提供，以便调节传播到聚束器区段110中的rf功率的功率和/或相位，改变由行波线性加速器输出的加速电子束145的能量和/或剂量

提供在方框200中以提供多样性。方框200的开关可以是本领域中已知的充气、铁氧体或其它rf开关。g.s.uebele所著的“high-speedferritemicrowaveswitch”，1957irenationalconnectionrecord，第5卷，第7部分，第227-234页；proceedingsiretransactiononmicrowavetheoryandtechniques，1959年1月，第73-82页中描述了可以使用的快速铁氧体开关的实例。方框200的移相器可包括快速和/或慢速移相器。适当的快速移相器可以从例如ampasgmbh,grosserlach,germany获得。

低功率循环器210可以沿波导190提供在聚束器区段100与方框200之间，例如，以防止从聚束器区段110反射的rf功率传播回行波线性加速器区段120。循环器210称为“低功率”循环器，因为这个位置中的rf功率由于一些反射、行波线加速器120中的衰减，和由电子束消耗的功率而比由rf源提供的rf功率低得多。

磁性系统210，如外部聚焦螺线管或永久周期磁铁(ppm)系统，任择地紧邻聚束器区段110和/或行波区段120并且与所述聚束器区段和/或所述行波区段合作地提供来在电子束145通过聚束器区段110和/或行波区段120时聚焦所述电子束。磁铁系统210可被省略，因为其仅提供电流传输中的小幅改进但增加复杂性、功率消耗，因此增加混合线性加速器系统100和本文所描述的混合线性加速器系统的其它实例的成本。若干特定实例的模拟表明外部聚焦系统210的使用将电流传输改进了仅约20％。rf场可以用在聚束器区段110中和/或行波区段120中，以将电子束聚焦并输送到行波区段120，借此避免使用外部磁性聚焦系统13。

驻波区段和行波区段的这个组合利用两者的若干优点。例如，线性加速器的主要操作频率主要由驻波聚束器区段110界定，而行波线性加速器区段120的频带较宽，并且容易被调谐到驻波聚束器区段的需要的共振频率。因此，自动频率控制(afc)可以基于聚束器区段110，这对于驻波线性加速器很常见。如果afc仅基于行波区段120，则afc需要变得更复杂，以确保线性加速器的稳定操作。另外，驻波聚束器区段110在达到相对论性速度时允许电子束的有效rf聚焦，并且行波区段120中的进一步加速也可以在没有任何外部磁性系统的情况下使用，如上文所论述。

例如，使用由l-3electrondevices,sancarlos,california制造的pm-1110xx频带磁控管在9300mhz下探测图3的实施方案的设计实例，发现用于60cm长的混合rf结构的设计参数优于具有类似特性的现有非混合配置。混合rf结构在1mev到7mev的宽能量范围内的能量下提供稳定束，具有在1m下1100r/min的最大输出剂量率，这对应于在80cm下的1700r/min，同时提供在1m下的数十r/min估计的低能量下的大量剂量率。这种具有记录高辐射束特性的紧凑线性加速器系统在许多领域如非破坏性试验(ndt)、安全筛选(si)、放射疗法(rt)等中可能有用。

图4是根据本发明第二实施方案的包括并联rf馈入的混合线性加速器的实例的示意性表示。与图3共用的项目以类似方式编号。本发明的这个实施方案的操作和能力与图3的实施方案相同，除了如本文所指出的之外。

在这个实例中，聚束器区段110和行波区段120通过漂移管125去耦，如在图3中所示。rf源150经由高功率循环器165，通过rf传输波导160提供rf功率，所述rf功率然后通过rf分配器310分配。通过rf分配器310的划分比确定的rf功率的一部分通过rf分配器的第一臂315转送到聚束器区段110的输出处的第一rf耦合器320。剩余功率通过rf分配器310的第二臂330，通过与图3的实施方案中所使用的方框200相同或类似的rf开关、rf移相器、和/或rf功率调整器340转送到第二输入rf耦合器135。

rf开关、rf移相器、和/或rf功率调整器340穿过rf分配器310在聚束器区段110与行波区段120之间重新分布rf功率。重新分布到聚束器区段110的rf功率的rf能量和/或相位可被改变以设定或改变由行波线性加速器区段120输出的电子的中间束的能量和/剂量。rf开关、rf移相器、和/或rf功率调整器340也可被配置来改变聚束器区段与行波区段之间的相位关系，从而也设定或改变由行波线性加速器区段120输出的电子的中间束的能量和/剂量。借此提供电子的输出束的大范围能量调节。如

达到相对论性速度时，并且行波区段120中的进一步加速也可以在没有任何外部磁性系统的情况下使用，如上文所论述。

例如，使用由l-3electrondevices,sancarlos,california制造的pm-1110xx频带磁控管在9300mhz下探测图3的实施方案的设计实例，发现用于60cm长的混合rf结构的设计参数优于具有类似特性的现有非混合配置。混合rf结构在1mev到7mev的宽能量范围内的能量下提供稳定束，具有在1m下1100r/min的最大输出剂量率，这对应于在80cm下的1700r/min，同时提供在1m下的数十r/min估计的低能量下的大量剂量率。这种具有记录高辐射束特性的紧凑线性加速器系统在许多领域如非破坏性试验(ndt)、安全筛选(si)、放射疗法(rt)等中可能有用。

图4是根据本发明第二实施方案的包括并联rf馈入的混合线性加速器的实例的示意性表示。与图3共用的项目以类似方式编号。本发明的这个实施方案的操作和能力与图3的实施方案相同，除了如本文所指出的之外。

在这个实例中，聚束器区段110和行波区段120通过漂移管125去耦，如在图3中所示。rf源150经由高功率循环器165，通过rf传输波导160提供rf功率，所述rf功率然后通过rf分配器310分配。通过rf分配器310的划分比确定的rf功率的一部分通过rf分配器的第一臂315转送到聚束器区段110的输出处的第一rf耦合器320。剩余功率通过rf分配器310的第二臂330，通过与图3的实施方案中所使用的方框200相同或类似的rf开关、rf移相器、和/或rf功率调整器340转送到第二输入rf耦合器135。

rf开关、rf移相器、和/或rf功率调整器340穿过rf分配器310在聚束器区段110与行波区段120之间重新分布rf功率。重新分布到聚束器区段110的rf功率的rf能量和/或相位可被改变以设定或改变由行波线性加速器区段120输出的电子的中间束的能量和/剂量。rf开关、rf移相器、和/或rf功率调整器340也可被配置来改变聚束器区段与行波区段之间的相位关系，从而也设定或改变由行波线性加速器区段120输出的电子的中间束的能量和/剂量。借此提供电子的输出束的大范围能量调节。如

上文所述，rf开关、rf相位调整器、和/或rf功率调整器在线性加速器105的真空封壳外侧。

在图4的实施方案中，匹配的rf负载350被提供来吸收在行波加速器区段120中的衰减之后剩余的rf功率。行波区段120中的剩余rf功率通过在行波区段的输出处的rf耦合器170耦合到匹配的rf负载350。

图4的实施方案可能不如图3的实施方案高效，因为剩余rf功率未加以使用。如上文所述，当在大范围的输入rf功率内操作时大范围的电子能量调节，如从约0.5mev到最大线性加速器能量，可得以实现，借此以高效率在各种输入电子束电流强度下有效地运行。

图5是根据本发明第三实施方案的混合线性加速器400的实例的示意性表示。与图3共用的项目以类似方式编号。本发明的这个实施方案的操作和能力与图3的实施方案相同，除了如本文所指出的之外。

输入rf耦合器410充当用于驻波聚束器区段110和行波线性加速器区段120两者的组合式单一rf功率输入。在这个实施方案中，漂移管未提供在聚束器区段110与行波区段120之间。

在rf耦合器430之后，rf开关420可被提供在行波区段120的rf输出处。例如，这里可以使用上文所论述的rf开关。

如图4中的匹配的rf负载350提供在辐射束参数rf开关420之后，用以吸收在行波区段120中的加速之后剩余的rf功率。如上文所述，当在大范围的输入rf功率内操作时，大范围的电子能量调节，如从约0.5mev到最大线性加速器能量，可得以实现，借此以高效率在各种输入电子束电流强度下有效地运行。

虽然上文实例中展示一个(1)驻波线性加速器(聚束器)区段110和一个(1)行波线性加速器区段120但是可以提供额外的驻波区段和/或行波区段。如果提供额外的驻波区段，则在一个实例中仅第一驻波区段被配置为聚束器。

在上文所描述的实施方案中，线性加速器控制件和/或调制器(未示出)可提供或可不提供调节电子束电流和/或输入rf功率的补充方法来支持线性加速器在其参数的大范围内的最优化。

在不脱离所要求的发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员将想到其它修改和实现方式。因此，除了如在以下权利要求书中所指示的之外，以上描述不意图限制本发明。