一种轴上电耦合驻波加速管的能量开关的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种医用电子直线加速器，尤其涉及一种轴上电耦合驻波加速管的能量开关。
【背景技术】
[0002]医用电子直线加速器是癌症治疗中的主要治疗方式之一。其通过医用电子直线加速器出射的电子束轰击转靶，产生X射线，利用X射线照射至杀死肿瘤细胞达到治疗癌症的目的。根据病灶位置的不同，需要不同能量的X射线来进行照射，因此要求医用电子直线加速器具备能量多档可调(能量开关)的性能。
[0003]医用电子直线加速器有行波及驻波加速器两种类型。其中驻波加速器分路阻抗大、加速效率高，因此结构更加紧凑、经济性更好，更加适合于商业应用。驻波加速管按照耦合方式不同可分为:边耦合、及轴耦合驻波加速管。轴耦合驻波管相比于边耦合加速管具有横向尺寸小、整管结构更加紧凑，轴对称结构便于焊接等优点。轴耦合加速管又可分为:磁耦合及电耦合两种。其中，磁耦合方式需要在加速单元间的盘片中加工腰槽结构，加工工艺也较为复杂;而轴上电耦合驻波加速管，无需在盘片中加工腰槽结构，加工工艺最为简单。
[0004]对于驻波加速器中的能量开关，边耦合驻波管由于其耦合腔远离轴线分布在加速管壁上，对于能量开关的设置、安装、及调节最为方便，因此目前的能量开关国外专利大多应用于边耦合结构;轴上磁耦合驻波管也可通过外部调谐机构对其腰槽结构进行调节从而达到能量开关的作用。而对于加工工艺最简单、结构最紧凑的轴上电耦合驻波加速管，能量开关技术尚属空白。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种能实现医用电子直线加速器的能量多档可调的轴上电耦合驻波加速管的能量开关。
[0006]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
[0007]本发明的轴上电耦合驻波加速管的能量开关，所述轴上电耦合驻波加速管包括交替布置的多个加速腔和耦合腔，所述加速腔与耦合腔之间设有阑片，所述阑片中部设有圆孔，所述能量开关包括板状前端和后端的拉杆，所述板状前端的中部设有圆孔，所述板状前端插入到所述耦合腔中，所述拉杆从所述耦合腔的侧壁伸出，当所述板状前端插入到其圆孔与所述隔板上的圆孔重合位置时，三个圆孔形成圆形波导结构。
[0008]由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的轴上电耦合驻波加速管的能量开关，通过能量开关的插入和拉出，能实现医用电子直线加速器的能量多档可调。
【附图说明】
[0009]图1为本发明实施例中能量开关不工作时，轴上电耦合驻波加速管部分机械结构示意图。
[0010]图2为本发明实施例中能量开关不工作时，其所在的耦合腔机械结构示意图。
[0011]图3为本发明实施例中能量开关工作时，轴上电耦合驻波加速管部分机械结构示意图。
[0012]图4为本发明实施例中能量开关工作时，其所在的耦合腔机械结构示意图。
[0013]图5为本发明实施例中能量开关不工作时的腔内轴上电场分布示意图。
[0014]图6为本发明实施例中能量开关工作时的腔内轴上电场分布示意图。
【具体实施方式】
[0015]下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。
[0016]本发明的轴上电耦合驻波加速管的能量开关，其较佳的【具体实施方式】是:
[0017]所述轴上电耦合驻波加速管包括交替布置的多个加速腔和耦合腔，所述加速腔与耦合腔之间设有阑片，所述阑片中部设有圆孔，所述能量开关包括板状前端和后端的拉杆，所述板状前端的中部设有圆孔，所述板状前端插入到所述耦合腔中，所述拉杆从所述耦合腔的侧壁伸出，当所述板状前端插入到其圆孔与所述隔板上的圆孔重合位置时，三个圆孔形成圆形波导结构。
[0018]所述隔板中部的圆孔与所述板状前端中部的圆孔大小相同。
[0019]所述板状前端的厚度与所述耦合腔的厚度相同。
[0020]本发明的轴上电耦合驻波加速管的能量开关，能实现医用电子直线加速器的能量多档可调。
[0021 ]驻波加速管可分为聚束段和加速段两个部分，聚束段有几个变相速度谐振腔组成，负责对电子束进行纵向群聚，因此其腔内的场强大小需在特定的工作范围。加速段由多个相速度均为光速的谐振腔组成，负责将电子能量提高至特定值。
[0022]工作于4莫的轴上电耦合驻波加速管是一种双周期耦合谐振腔链式结构，其由相邻相移V2的缩短耦合腔和谐振腔交互耦合连接而成。其既保持了加速电场良好的稳定性，又满足了高分路阻抗特性。
[0023]耦合腔只保证微波的稳定传输，对电子的加速没有贡献。对于整个加速管而言，通过对加速段中特定位置的耦合腔进行机械调节，使其失谐，以至于变形为使加速电场TMOl波的幅度按指数衰减的截止波导，使其后加速腔中的电场大幅减弱，从而可实现对电子束能量的控制。
[0024]引入能量开关后，在原设定输入功率情况下，整管中加速腔场的幅度将会发生变化，鉴于原加速腔链的耦合系数不变，只需对输入微波功率进行适当调整，就可以获得聚束段中谐振腔的设计场强，从而保证电子束纵向群聚效果。
[0025]本发明的优点和积极效果:
[0026]采用本专利的能量开关技术，能量可调的医用电子直线加速器可采用结构最为紧凑、加工工艺最为简单的轴上电耦合驻波加速管，从而可进一步缩小产品尺寸、降低成本。
[0027]具体实施例:
[0028]轴上电耦合驻波加速管由大腔(加速腔)和小腔(耦合腔)交替组合而成，其部分结构如图1所示。当微波功率馈入加速管后，通过在加速腔中建立的微波电场对电子进行加速;而耦合腔只对微波功率在加速腔之间的传输进行耦合，其对电子的能量没有贡献。通过控制处于特定位置的耦合腔的结构，可改变传输至其后端加速腔内的微波功率大小，从而控制电子的能量大小，即能量开关功能。能量能关Ol可通过机械结构控制其拔出或进入耦合腔。
[0029]图1为能量开关拔出耦合腔(能量开关不工作)时的加速管机械结构图，图2为此时的耦合腔结构图。图3为能量开关进入耦合腔(能量开关工作)时的加速管机械结构图，图4为此时的耦合腔结构图。可以看到，此时的耦合腔可视为一个圆形波导结构，微波功率在其中大量损失，导致其后端的所有加速腔内的微波电场幅度降低，从而改变了最终的电子能量。图5给出了当能量开关不工作时，模拟得到的一根加速管内的轴上电场分布。其加速腔由相速度分别为0.58的半腔、0.92的一个整腔、及相速度为I的9个整腔组成；10个耦合腔交替安装于加速腔之间。当在第5个耦合腔中插入能量开关时，模拟得到的轴上电场分布如图6所示，其后端6个加速腔内的电场幅度降低，从而加速管输出的电子能量相应降低。对于需要能量多档调节的加速器，只需在不同的多个耦合腔中安装能量开关结构即可实现电子能量的多档可调。
[0030]能量开关工作时，整管的耦合系数将会变化。为保证聚束段(即举例中的相速度分别为0.58的半腔、0.92的整腔)中的场强不变，相应降低输入的微波功率大小即可，具体的功率大小可由计算和调试结果最终确定。
[0031]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
【主权项】
1.一种轴上电耦合驻波加速管的能量开关，所述轴上电耦合驻波加速管包括交替布置的多个加速腔和耦合腔，所述加速腔与耦合腔之间设有阑片，所述阑片中部设有圆孔，其特征在于，所述能量开关包括板状前端和后端的拉杆，所述板状前端的中部设有圆孔，所述板状前端插入到所述耦合腔中，所述拉杆从所述耦合腔的侧壁伸出，当所述板状前端插入到其圆孔与所述隔板上的圆孔重合位置时，三个圆孔形成圆形波导结构。2.根据权利要求1所述的轴上电耦合驻波加速管的能量开关，其特征在于，所述阑片中部的圆孔与所述板状前端中部的圆孔大小相同。3.根据权利要求1或2所述的轴上电耦合驻波加速管的能量开关，其特征在于，所述板状前端的厚度与所述耦合腔的厚度相同。
【专利摘要】本发明公开了一种轴上电耦合驻波加速管的能量开关，轴上电耦合驻波加速管包括交替布置的多个加速腔和耦合腔，加速腔与耦合腔之间设有阑片，阑片中部设有圆孔，所述能量开关包括板状前端和后端的拉杆，板状前端的中部设有圆孔，板状前端插入到耦合腔中，拉杆从所述耦合腔的侧壁伸出，当板状前端插入到其圆孔与阑片上的圆孔重合位置时，三个圆孔形成圆形波导结构。通过能量开关的插入和拉出，能实现医用电子直线加速器的能量多档可调。
【IPC分类】H05H9/04, H05H7/12
【公开号】CN105555009
【申请号】CN201610035248
【发明人】金凯, 何志刚, 裴香涛, 王琳, 黄贵荣
【申请人】中国科学技术大学
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2016年1月19日