专利名称：用于产生能量超过0.5兆电子伏的光子束的电子加速器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于产生能量超过O. 5兆电子伏的光子束的电子加速器，尤其是 用于放射治疗和无损材料检测。
背景技术：
在这种例如由EP0872872A1和EP0022948公开的电子加速器中，由一个电子源发 出的电子在一个真空腔室中被加速，电子在离开所述真空腔室时朝向一个靶子。基于电子 的高动能，电子束穿透靶子材料的至少一个子层。所述电子在包含至少一种高原子序数 的元素、例如由钨制成的靶子中被制动，由此形成兆电子伏能量级的高能光子束(轫致辐 射)。所产生的光子束与电子束有相同的方向。因此，电子束与光子束在这类电子加速器中 有一个共同的、直线延伸的照射轴线。这一点与在X射线管中不同。X射线管具有一个炽 热阴极和一个阳极。由炽热阴极发出的电子在一个位于阴极和阳极之间的电场内被加速， 随后撞击在阳极上。所述阳极一般不会全都由一种适合于将电子转换成光子的材料制成， 而是包括一个由这种材料制成的、大多为板状的靶子。X射线管的电子只有较低的动能，因 此，电子束只能穿透靶子表面附近的材料层。相应产生的光子束与本文开头所述类型的电 子加速器相比具有1千电子伏至250千电子伏的低能量。它不会穿透靶子，而是从被电子 束撞击的靶子表面发射出。电子束和光子束的射束路线因此与光在一个反射表面上的反射 相似。因而，X射线管的靶子也称为"反射靶"，而电子加速器的靶子则被称为"穿透靶"。
电子加速器高达千瓦级的平均辐射功率，毫米级的射束直径以及将电子束转换 成光子束的低效率意味着靶子有特别高的局部热负荷。这会导致靶子融化并因而导致整 个设备实效。为了防止靶子因聚焦在焦斑上的高热功率而融化，采用各种冷却方法。在 EP0022948A1所公开的电子加速器中，所述耙子从外面被冷却剂冷却。在EP0872872A1中描 述的电子加速器中，除了进行这样的冷却外，还将靶子这样设置在一个冷却通道区域内并 这样构造，即，使得该靶子通过流动的冷却介质而产生转动。在此，该转动轴线相对于撞击 在靶子上的电子束的射束轴线侧向错开。以此方式，热能并不分布在一个焦斑上，而是分布 在一个较大面积的焦环面上。但这种设计结构的缺点在于，视包围靶子的冷却介质和/或 润滑介质的类型而定，要确保长期功能有效地支承会带来比较高的结构成本。在这些已知 的电子加速器中，由于辐射功率很高，尽管采取了冷却措施，还是存在靶子承受过热负荷的 危险。
发明内容
因此，本发明所要解决的技术问题在于，加强本申请开头部分所述类型的电子加 速器，使得能防止其靶子承受过热负荷。 上述技术问题通过一种借助电子束撞击靶子来产生能量超过0. 5兆电子伏的光 子束的电子加速器得以解决，该电子加速器包括一个具有入口和出口的真空腔室和一个在 入口侧的电子源，其中，所述靶子在所述真空腔室之外所述出口所在区域内设置一个壳体
3中，该壳体有一个可让光子束穿过的、沿电子束照射方向与所述出口相对设置的窗，并且其
中所述靶子被至少一个冷却通道贯穿。这种结构设计实现了一种固定的、因此不会转动的
靶子。所述一个或多个在运行时自然被一种冷却介质流过的冷却通道，可按多种多样的方
式方法来构造，由此确保充分的散热，从而阻止靶子的过热或甚至融化。采用按本发明设计
构造的靶子，负责将电子转换成光子的材料区域直接并因而特别有效地被冷却。 在一个特别优选的实施形式中，所述靶子被电子束和/或光子束穿透的至少一个
体积区域由多个沿照射方向相互间隔的材料层组成，其中，每两个相邻的材料层之间限定
出至少一个冷却通道。因此，所述将电子束转换成光子束所需的材料区域被划分成多个厚
度更薄的子层，由此增大了可供冷却或与冷却介质接触的表面积，而将快速移动的电子的
动能转换为光子的靶子基本功能并未因此受到影响。各材料层基于较薄的层厚有更小的热
阻。制动电子束所产生的热量几乎均匀地分布在这些材料层中。还可通过改变这些材料层
以及在它们之间的冷却通道相对于射束轴线的径向尺寸来改变散热状况。除了所述材料层
的厚度以及它们的表面积尺寸之外，冷却介质的流量率也可作为用于保持靶子或材料层中
有一定温度的变量。靶子的各材料层厚度的总和通过电子束的动能、所采用的靶子材料以
及所努力争取的轫致辐射谱来确定。 在第一种实施方案中，所述真空腔室的出口被一个真空密闭的窗封闭。因此，包围 靶子的气氛可独立于该真空腔室的真空度来确定。所述窗由一种可让电子束穿过的材料制 成。当在一个实施形式中规定，所述真空腔室的出口由所述靶子本身真空密闭地封闭时，也 可取消这样的窗。 在一个优选的实施例中，所述靶子设置在一个腔室中，该腔室有冷却介质入口 、冷 却介质出口和一个可让光子束穿过的射出窗。这样的扩展设计保证冷却介质的输入和输出 在技术上很容易实现。在此比较有利的是，所述至少一个冷却通道在所述靶子的两个侧面 打通，其中，这两个侧面分别面向所述冷却介质入口或冷却介质出口 。因此，所述冷却通道 沿流过所述腔室的冷却介质的流动方向延伸。 在本发明的第二种实施方案中，所述靶子设置在一个腔室中，该腔室通过所述真 空腔室的出口与所述真空腔室连通，并具有一个可让光子束穿过的射出窗。因此，在这种情 况下的靶子被真空包围。按照一种相宜的扩展设计，由靶子发出的光子束的散射被空气中 的分子所阻止或至少减弱。在所述第二种实施方案中，耙子可由此得到冷却，即，所述容纳 靶子的腔室被一个冷却介质回路的一个分段真空密闭地贯穿，其中，所述靶子的冷却通道 与所述冷却介质回路相连。
以下借助附图对本发明予以详细说明。附图中 图1以纵剖面视图示出电子加速器的第一种实施方案； 图2为图1中局部II的侧视图； 图3为图1所示电子加速器的一种变型实施方式； 图4以纵剖面视图示出了电子加速器的第二种实施方案； 图5为图4中的局部V转动90。角后的剖视图； 图6为一个耙子的立体视图。
具体实施例方式
这些附图中示出的电子加速器la，lb，lc都具有一个真空腔室2。该真空腔室2包 括一个例如圆柱形的壳体3，该壳体的两个端侧开设有开口亦即一个入口 4和一个出口 5。 入口 4按图中没有示出的方式在入口 4的区域内被气密地封闭。在入口 4的区域内以及真 空腔室2之外有一个电子源6。该电子源6发射出的电子在真空腔室2中被加速，并通过出 口 5或者真空密闭地封闭该出口 5的窗9从真空腔室2中射出。所述真空腔室的内室构造 成沿加速器la， lb， lc产生的电子束7的射束方向11前后设置的多个空穴8。这些空穴用 于保持一种用于加速电子的电磁驻波。也可考虑通过一种电磁行波或以其他方式来加速电 子。 在图1至图3所示的电子加速器la的第一种实施方案中，出口 5被真空密闭地封 闭。这一点在图1所示的实施例中通过一个可让电子束7穿过的、例如由钛制成的窗9来完 成。 一个用于将电子束转换成轫致辐射射线或光子束10的靶子13位于真空腔室2之外， 并且基于所述窗9不会与真空腔室中的真空建立流动连通。靶子13发出的光子束10具有 与电子束7相同的方向。这两种射束因此在一个共同的穿过靶子13的射束轴线12上延 伸。所述靶子13例如由钨必要时还有添加合金制成，该靶子包括多个片层状的材料层14。 这些材料层14沿射束方向ll看相互间隔，其中，在两个相邻的材料层14之间形成有一个 大致槽缝状的冷却通道15。所述靶子13具有立方体或直角平行六面体的形状，它的上侧面 和下侧面16，17分别由一个材料层14a构成。两个相对的侧面18是封闭侧面，所述冷却通 道15则在另外两个侧面19被打通。 为散去在将电子束7转换成光子束IO时产生的热量，在电子加速器工作时，冷却 通道15中有一种冷却介质，尤其是去离子化的水流过。为了确保这一点，可考虑使所述侧 面19与一个冷却介质回路(参加附图5的附图标记33)相连。在图1至图3所示的实施 例中，耙子13定位在一个单独的、由一个壳体23包围的腔室24中。在该壳体23的沿射束 方向11与出口 5相对置的一壁上，有一个用可让光子束10穿过的、例如由铝、钢、钛等制成 的窗25封闭的穿孔26。为输入和输出冷却介质，在壳体23的两个径向对置侧面上有一个 分别由开口 27构成的冷却介质入口或冷却介质出口。靶子13相宜地固定在腔室24中，使 得它的侧面19朝向所述壳体23的具有开口 27的侧面。按照这样的方式，通过一个开口 27 流入的冷却介质可直接流入冷却通道15内，流过该冷却通道15并在离开该冷却通道15后 经由另一个开口 27离开所述腔室24。通过耙子的这样一种结构或者大体上通过使至少一 个冷却通道穿过该靶子，将电子束7转换成光子束10时所产生的热量可有效地被排走，因 此可放弃对靶子的旋转式支承。光子束的动能大于0. 5兆电子伏，并且原则上没有上限。
所述材料层14的数量、它们的厚度和所述冷却通道15的尺寸基本上取决于所产 生的光子束的能量。大约按图6所示构造的靶子13适于产生能量大约为6兆电子伏的光 子束。在各材料层之间具有带有净宽度28(沿射束方向ll看)的冷却通道15。总的层厚 与所有冷却通道的净宽度总和的比例为1 : 1。与该比例无关地，各材料层14和/或各冷 却通道15也可相宜地具有不同的厚度或净宽度28。 图3所示电子加速器16与上述电子加速器的区别仅仅在于，出口 5没有被一个窗 9封闭，而是被靶子13本身真空密闭地封闭。
在图4所示电子加速器lc的第二种实施方案中，耙子13设置在一个被真空腔室 2的外壳3包围的腔室29中。该腔室29通过出口 5与真空腔室2连通。因此，在腔室29 中有和真空腔室2里一样的真空。腔室29不必强制性地由真空腔室2的外壳3包围。它 也可以是一个单独的壳体。但无论如何都有一个壁穿孔30，该壁穿孔30被一个可供光子束 10穿过的射出窗25真空密闭地封闭。所述腔室29被一个冷却介质回路33的一个分段真 空密闭地穿过。为此，围绕腔室29的壳体壁34上带有穿孔35。 一个管道36穿过该穿孔 35。耙子13的被冷却通道15打通的端侧19分别与一个管道36相连。
权利要求
一种用于借助电子束撞击靶子(13)来产生能量超过0.5兆电子伏的光子束的电子加速器，包括一个具有入口(4)和出口(5)的真空腔室(2)和一个在入口侧的电子源(6)，其中，所述靶子(13)在所述真空腔室(2)之外所述出口(4)所在区域内设置一个壳体(23)中，该壳体(23)有一个可让光子束穿过的、沿电子束(7)的照射方向(11)与所述出口(5)相对设置的窗(25)，并且所述靶子(13)被至少一个冷却通道(15)贯穿。
2. 如权利要求l所述的电子加速器，其中，所述靶子(13)被电子束(7)和/或光子束 (10)穿透的至少一个体积区域由多个沿照射方向(11)相互间隔的材料层(14)组成，其中， 每两个相邻的材料层(14)之间包括至少一个冷却通道(15)。
3. 如权利要求1或2所述的电子加速器，其中，所述真空腔室(2)的出口 (5)被一个真 空密闭的窗(9)封闭。
4. 如权利要求3所述的电子加速器，其中，所述真空腔室(2)的出口 (5)被所述靶子 (13)真空密闭地封闭。
5. 如权利要求3或4所述的电子加速器，其中，所述靶子(13)设置在一个腔室(24) 中，该腔室(24)有冷却介质入口、冷却介质出口和一个可让光子束穿过的射出窗(25)。
6. 如权利要求5所述的电子加速器，其中，所述冷却通道(15)在所述靶子(13)的两个 侧面被打通，其中，这两个侧面面向所述冷却介质入口或冷却介质出口 。
7. 如权利要求1至3之一所述的电子加速器，其中，所述靶子(13)设置在一个腔室 (29)中，该腔室(29)通过所述真空腔室(2)的出口 (5)与所述真空腔室(2)连通，并具有 一个可让光子束穿过的射出窗(25)。
8. 如权利要求7所述的电子加速器，其中，所述腔室(29)被一个冷却介质回路(33)的 一个分段真空密闭地贯穿，其中，所述靶子(13)的冷却通道(15)与所述冷却介质回路(33) 相连。
全文摘要
本发明涉及一种借助电子束撞击靶子(13)来产生能量超过0.5兆电子伏的光子束的电子加速器，包括一个具有入口(4)和出口(5)的真空腔室(2)和一个在入口侧的电子源(6)，其中，所述靶子(13)设置在所述真空腔室(2)之外所述出口(5)所在区域内的一个壳体(23)中，该壳体(23)有一个可让光子束穿过的、沿电子束照射方向与所述出口(5)相对设置的窗(25)，并且所述靶子(13)被至少一个冷却通道(15)贯穿。
文档编号H05H5/03GK101795529SQ20101010945
公开日2010年8月4日 申请日期2010年2月3日 优先权日2009年2月3日
发明者托拜厄斯·海因克, 斯文·米勒, 斯蒂芬·塞泽, 马库斯·温德罗斯 申请人:西门子公司