一种驻波电子直线加速器装置及其方法

一种驻波电子直线加速器装置及其方法
【专利摘要】本发明公开了一种驻波电子直线加速器装置及其方法。该装置包括：直流高压电子枪，配置为产生电子束；脉冲功率源，配置为提供主脉冲功率信号；功分器，对脉冲功率源输出的主脉冲功率信号划分为第一脉冲功率信和第二脉冲功率信号；第一加速管，利用第一脉冲功率信号对电子束进行加速；第二加速管，利用第二脉冲功率信号对电子束进行加速；移相器，连续调节第一脉冲功率信号和第二脉冲功率信号之间的相位差，以在第二加速管的输出产生能量连续调节的加速电子束。
【专利说明】一种驻波电子直线加速器装置及其方法
【技术领域】
[0001]本发明的实施例涉及驻波电子直线加速器【技术领域】，特别是以加速器为辐射源的医学成像及辐照等领域。
【背景技术】
[0002]现代医学越来越广泛地利用X射线进行诊断和治疗。在现有的医学成像系统中，产生能量低于500keV的X射线(这里的能量指的是打靶前电子束能量)主要采用X射线管，产生能量高于2MeV的X射线主要采用低能电子直线加速器，能量介于0.5MeV和2MeV之间的X射线源至今仍然几乎是个空白(当然也有600kV的X射线管，但是非常昂贵)。因为在这个能量区间中，X射线管的能力几乎已到达极限，其生产成本随着能量的提高迅速攀升；而电子直线加速器的造价则比较昂贵(相对于X射线管，因为加速器一般只能提供单一能量的X射线)，并不能投入实用。但是0.5MeV到2MeV的能量区间的X射线却在医学成像中非常重要。
[0003]医学成像的对象的Z值(平均原子序数)大多在10左右(生物体)，在此情况下为了保证清晰的成像质量，必须抑制光子与对象相互作用时的康普顿散射，但入射光子能量高时康普顿效应占优，会损失成像质量，因此X射线能量在约0.6MeV时被认为是最佳的成像能量，恰好落在此能量区间内，而且随着成像对象Z值的不同，成像的最佳能量也不同，因此医学成像已经对0.5MeV到2MeV的能量区间提出了要求。
[0004]既然X射线管无法覆盖该能量区间，可以考虑使用能量连续可调的加速器。目前实现加速器能量连续调变的方法有很多，其中最简单的办法就是改变功率源馈入功率的大小来改变加速器的加速梯度，进而达到改变能量增益的目的。该方法的主要缺点是加速管低能段梯度的改变会导致能散增大，使束流品质变坏；为解决能散变大的问题，美国专利US2920228和US3070726公开了一种加速器，该加速器用两段行波管加速电子，第一段将电子加速至接近光速，第二段通过改变微波相位实现能量调变。该方法的主要缺点是采用行波加速结构，加速效率低下；为解决效率低下的问题，美国专利US4118653提出一种行波驻波相结合的加速结构。该方法的主要缺点是需要两种加速结构，导致结构分散且外围电路复杂；为获得紧凑的加速结构，美国专利US4024426提出一种间边耦合驻波加速器，通过改变加速管之间微波相位差来实现能量调变。该方法的主要缺点在于加速管结构复杂，工艺难度太大，使方案难以实现；为得到简单加速结构和高加速效率，美国专利US4286192和US4382208分别公开了一种加速器，在边耦合直线加速器的耦合腔上增加了若干(一根或两根)可通过调节插入深度来调节相位的微扰棒。该方法的主要缺点是能量调节范围较小，且调节微扰棒需要专业技能；为克服以上问题，中国专利CN202019491U公开了一种边耦合驻波加速器，通过分别调节两段加速管的加速梯度来调节能量，该方法的主要缺点是加速器横向尺寸大，微波馈入系统复杂，且无法提供低能(?IMeV)电子束。
[0005]综上所述，目前的X射线管和直线加速器或者不能覆盖0.5MeV到2MeV的能量区间，或者结构复杂实现难度大，因此要求有一种输出电子能量覆盖此区间，结构简单容易实现且造价可接受的加速装置。

【发明内容】

[0006]发明的目的是提供一种能量连续可调的，输出电子能量能够覆盖预定能量区间的驻波电子直线加速器装置。
[0007]根据本申请的一些实施例，提供了一种驻波电子直线加速器装置，包括:电子枪，配置为产生电子束；脉冲功率源，配置为提供主脉冲功率信号；功分器，耦接在所述脉冲功率源的下游，对所述脉冲功率源输出的主脉冲功率信号划分为第一脉冲功率信和第二脉冲功率信号；第一加速管，设置在电子枪的下游，并连接到所述功分器，利用第一脉冲功率信号对电子束进行加速；第二加速管，设置在第一加速管的下游，配置为接收来自功分器的第二功率信号，利用第二脉冲功率信号对电子束进行加速；移相器，连接到功分器的输出，配置为连续调节第一脉冲功率信号和第二脉冲功率信号之间的相位差，以在所述第二加速管的输出产生能量连续调节的加速电子束。
[0008]根据本发明的另外一些实施例，提供了一种驻波电子直线加速器装置，包括:电子枪，配置为产生电子束；第一脉冲功率源，配置为提供第一脉冲功率信号；第二脉冲功率源，配置为提供第二脉冲功率信号；第一加速管，设置在电子枪的下游，并连接到所述第一脉冲功率源，利用第一脉冲功率信号对电子束进行加速；第二加速管，设置在第一加速管的下游，配置为接收来自第二脉冲功率源的第二功率信号，利用第二脉冲功率信号对电子束进行加速；移相器，连接到第一脉冲功率源的输出和/或第二脉冲功率源的输出，配置为连续调节第一脉冲功率信号和第二脉冲功率信号之间的相位差，以在所述第二加速管的输出产生能量连续调节的加速电子束。
[0009]根据本发明的再一些实施例，提供了一种驻波电子直线加速器装置的方法，包括步骤:产生电子束；在第一加速管中利用第一脉冲功率信号对电子束进行加速；在设置于所述第一加速管下游的第二加速管中，利用第二脉冲功率信号对电子束进行加速；对第一脉冲功率信号和第二脉冲功率信号之间的相位差进行连续调节，以在所述第二加速管的输出产生能量连续调节的加速电子束。
[0010]根据本发明的实施例，所述驻波电子直线加速器装置还包括:靶，设置在所述第二加速管的下游，被加速电子束轰击，产生X射线。
[0011]根据本发明的实施例，所述驻波电子直线加速器装置还包括衰减器，与所述移相器串联连接，对第一脉冲功率信号和/或第二脉冲功率信号进行衰减。
[0012]根据本发明的实施例，所述移相器调整所述相位差，使得第一加速管和第二加速管的组合腔均工作加速相位模式。
[0013]根据本发明的实施例，所述移相器调整所述相位差，使得第一加速管的加速腔工作在加速相位模式，而第二加速管的加速腔工作在减速相位模式。
[0014]根据本发明的实施例，在第一加速管和第二加速管的每一个中，加速腔之间采用磁耦合，并且耦合孔开在加速腔的腔壁磁场较强的位置。
[0015]根据本发明的实施例，所述驻波电子直线加速器装置还包括设置在第一加速管和第二加速管之间的功率耦合器，配置为向第一加速管和第二加速管分别提供功率。
[0016]根据本发明的实施例，所述高压电子枪以负角注入的方式将电子束注入到第一加速管。
[0017]根据本发明的实施例，所述靶安装在可旋转底座上，加速电子束的入射方向与靶面的角度随着电子束的能量而变化。
[0018]根据本发明的实施例，所述靶设置在真空盒中，所述真空盒固定在可旋转底座上，真空盒壁上安装X射线窗，并且加速管通过波纹管与所述真空管连接。
[0019]根据本发明的实施例，所述加速电子束的能量范围为0.50MeV到2.0OMeV0
[0020]根据上述实施例的方案，通过调整第一加速段和第二加速段之间的相位差，从而能够在预定能量区间中对驻波电子直线加速器进行连续调节。
[0021]此外，根据一些实施例，两段加速管腔间各自采用了磁耦合而非驻波直线加速器常用的边耦合，使加速管横向尺寸缩小。
[0022]此外，根据一些实施例，加速管采用单周期结构，去掉了耦合腔，使腔壁变厚，腔体更易加工。
[0023]此外，两段加速管均工作在π模，加速效率最高，同时由于应用于低能情况，腔数较少，模式间隔足够大，可以保证加速系统工作状态稳定，同时使加速器纵向更紧凑。
[0024]此外，加速管采用了 RF交变相位聚焦技术，利用加速管中的微波场对电子束团横向进行自聚焦，加速器出口处束斑足够小(例如，均方根半径0.5_)，保证较高成像质量的同时省掉了聚焦线圈，进一步减小加速管横向尺寸。
[0025]此外，为了进一步提高装置输出的X射线的功率和品质，本发明重新设计了靶的结构，通过采用波纹管和可旋转底座，引入靶的旋转机制，在任何电子束能量下均可输出最大功率的X射线。
【专利附图】

【附图说明】
[0026]下面的附图表明了本发明的实施方式。这些附图和实施方式以非限制性、非穷举性的方式提供了本发明的一些实施例，其中:
[0027]图1示出了根据本发明实施例的驻波电子直线加速器装置的结构示意图；
[0028]图2是描述根据本发明实施例的驻波电子直线加速器装置中的加速管和耦合器结构的不意图；
[0029]图3是描述根据本发明实施例的驻波电子直线加速器装置中的第一加速管和第二加速管中的相位之间的关系的示意图；
[0030]图4Α是描述根据本发明实施例的驻波电子直线加速器装置中能量和流强之间的变化关系的不意图；
[0031]图4Β是描述根据本发明实施例的驻波电子直线加速器装置中能量和半径随相位差的变化关系的示意图；
[0032]图5是描述根据本发明实施例的驻波电子直线加速器装置中直流高压电子枪的注入方式的示意图；
[0033]图6是 描述根据本发明实施例的驻波电子直线加速器装置中的靶的结构和工作原理的示意图。
【具体实施方式】[0034]下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是:不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路、材料或方法。
[0035]在整个说明书中，对“ 一个实施例”、“实施例”、“ 一个示例”或“示例”的提及意味着:结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和/或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
[0036]针对现有技术的电子直线加速器无法在预定能量区间(例如，0.5MeV到2.0MeV能量区间)内实现连续调节的技术问题，本发明的实施例提出一种驻波电子直线加速器装置。在该装置中，利用串联的第一加速管和第二加速管对电子枪产生的电子束进行加速。针对第一加速管和第二加速管，分别提供相应的第一脉冲功率信号和第二脉冲功率信号来进行上述加速操作。此外，该装置还具备移相器，对第一脉冲功率信号和第二脉冲功率信号之间的相位差进行连续调节，从而在第二加速管的输出产生能量连续调节的加速电子束。
[0037]根据一些实施例，可以使用同一个脉冲功率源，微波功率从功率源输出并经过功分器分成两路，第一路为组合加速管由两段加速管及连接两者的漂移段组成}的第一段加速管提供功率，将直流高压枪发出的连续电子束聚束并加速至第一高能量(例如，
1.25MeV)。第二路通过衰减器衰减后，再通过一个360°相移量可调的移相器为组合加速管的第二段加速管提供功率，当移相器调至某合适相移量《P时，第二段加速管与第一段加速管同相，将第一段加速管输出的电子束加速至最大能量第二高能量(例如，2.0OMeV)。当移相器的相移量调至180°+ψ附近时，第二段加速管与第一段加速管反相，将第一段加速管输出的电子束减速至最小能量(例如，0.50MeV)。当移相器的相移量在免与180°+识之间连续变化时，第二段加速管出口处得到的电子束的能量也就在第二高能量(例如，2.0OMeV)与最低能量(例如，0.50MeV)之间连续变化。
[0038]根据一些实施例，还可以利用可旋转靶，通过适当水平旋转靶和窗，使各能量的电子束打靶后都可以获得X射线的最大功率输出。
[0039]图1示出了根据本发明实施例的驻波电子直线加速器装置的结构示意图。如图1所示，本发明涉及的能量连续可调驻波直线加速器装置包括微波功率系统(脉冲功率源1，功分器2，移相器3，衰减器16以及图2中的波导和耦合器12)，电子枪功率系统(高压电源4及传输线)，直流高压电子枪5，组合加速管(加速管6，加速管7及图2中连接两者的漂移段15)以及可旋转靶结构(靶8，图6中的波纹管17，真空盒18，X射线窗19以及可旋转底座20)。
[0040]装置工作时，脉冲功率源1 ( 一般是磁控管)输出微波功率9，经过功分器2分为两路，一路功率直接通过图2中的功率耦合器12(左)馈入加速管6，另一路功率经由衰减器16衰减再通过移相器3相位发生移动后馈入加速管7 ;加速管6和加速管7经过极短时间(100ns左右)后建立起场型为TM010模的加速场；此时触发高压电源4向直流高压枪5供能，后者发出电子束10 ;电子束10经过加速管6的聚束和加速后形成束团中心纵向间隔为一个微波波长(若工作在X波段，间隔是3.22cm)电子束团序列，操作员11实时改变移相器3的相移量(也即改变加速管6和加速管7之间的相位差)，电子束团经过加速管7的作用后就会获得不同的最终能量，从而在打靶8后获得不同能量的X射线。由于移相器3的相移量可以连续调节，故X射线的能量也可以连续变化；不同能量的电子打靶后产生的X射线的功率角分布不同，可以通过旋转固定着靶8的底座20 (参见图6)来匹配输出最大功率角度周围的X射线。
[0041]在描述调变两段加速管间相位差来改变电子束团能量的原理前，先做一些必要的说明。加速管6，7轴线处的加速电场沿轴线的分布如图3中黑色实线所示，每两个相邻零点之间都代表一个腔。在图2中可以看到加速管6包含6个腔，加速管7包含2个腔，在图3中都可以找到对应场分布。为使加速效率最高，两段加速管均工作在π模，相邻两腔间的微波相位差是180°，因此图3中加速电场是正负交替分布的。图2和图3都能看到腔长逐渐增大，这是由于电子在加速的过程中相对速度β在增大，所以加速腔的腔长要随着电子相对速度β的增大而增大，以保证电子在加速管中运动的过程中几乎始终感受到加速相位。加速管6的最大加速能量是1.25MeV，加速管7的最大加速能量是0.75MeV。
[0042]下面结合图2和图3具体说明调变两段加速管间相位差来改变电子束团能量的原理。当电子束10进入加速管6时，其能量为15keV(由直流高压腔5提供的电子束初始能量)，经过加速管6的聚束与加速，会在加速管6出口处形成能量约为1.25MeV的电子束团序列；此时若如图3的(a)中所示，移相器的相移量恰好使加速管7中的微波场满足整个组合腔工作在准η模(注意虚线并不是真实的场，而是为了方便直观理解而做出的辅助场)，那么电子束团在漂移过漂移段15后在加速管7中仍能全程感受到加速相位，能量提高
0.75MeV，进而获得最大能量2.0OMeV ;若如图3的(b)中所示，移相器的相移使加速管7的相位刚好和图3的(a)中的情况反相，那么电子束团在漂移过漂移段15后在加速管7中会全程感受到减速相位，能量下降0.75MeV进而获得最小能量0.50MeV。调节移相器3的相移量，则电子束团在加速管7中运动时会在某时间段内感受到加速相位，在另一时间段内感受到减速相位，在加速管7中获得的能量在±0.75MeV的范围内变化，进而在装置出口处得到能量可以覆盖0.50MeV到2.0OMeV能量区间的电子束团。
[0043]束团最终能量可以用下面的公式来描述:
[0044]E = El+E2cos ( Δ Φ) (I)
[0045]E =电子束团最终能量MeV
[0046]El =第一段加速管的最大加速能量MeV
[0047]E2 =第二段加速管的最大加速能量MeV
[0048]Δ Φ =移相器的相对(相对于最大加速时相移量的)相移量deg
[0049]在本发明的情况下，El = 1.25MeV, E2 = 0.75MeV，所以最终能量变化范围是
0.50MeV 到 2.0OMeV。
[0050]为了使加速管的结构更紧凑，加速腔间采用了磁耦合(参见图2)，耦合孔13开在加速腔腔壁磁场较强处，图2是组合加速管的剖面图，因此只画出奇数腔和其右侧相邻腔的耦合孔，偶数腔和其右侧相邻腔的耦合孔开在横向与耦合孔13方位呈90°夹角的位置，以抑制腔内双极子模(会对束流产生偏转效果)的产生。漂移段15消除了加速管6和7之间的耦合，以实现两管间相位差的自由调变。功率耦合器12独立地为两段加速管分别提供功率。加速腔增加了鼻锥结构14以提高渡越时间因子，进而使有效分流阻抗更大。
[0051] 图4A和4B展示了在调变移相器的相移量时，装置出口处电子束团的重要参数:平均能量E，峰值流强I与均方根半径rrms随相对相移量Λ Φ的变化曲线。可以看到，平均能量的变化符合公式I揭示的余弦关系，其余参量变化平稳，说明本装置的确可以提供参数稳定的、能量连续可调的、满足医学成像要求的电子束团。
[0052]为了保证装置出口处束斑足够小，需要在直流高压枪5注入电子束10时采用特殊的注入方式:负角注入。负角注入的直观解释参见图5，即保证电子束的包络在注入时其包络角为负值，这样电子束在加速管6内会得到更好的横向聚焦，使装置出口处束斑变小。同时采用负角注入还能提高装置的俘获率，在出口处可以得到更高的流强。
[0053]由于不同能量电子束打靶产生的X射线的功率角分布不同(高能电子束打反射靶，功率主要集中在电子束运动方向。低能电子束打反射靶，功率主要集中在电子束运动方向垂直方向)，电子束能量调变时，必须同步地调变电子打靶产生的X射线的输出方向，才能保证始终输出最大功率的X射线。本发明重新设计了靶的结构，实现了这一要求。下面详细解释可匹配输出最大功率X射线的靶结构和原理。参见图6，加速管7通过波纹管17与真空盒18连接(采用波纹管17的目的是保证系统真空密封的同时，能够让真空盒在一定角度范围内水平转动)，靶8置于真空盒18内，真空盒18固定在可旋转底座20上，真空盒壁上安装X射线窗19。为保证靶的寿命和电子束的质量，整个系统(加速管，波纹管，真空盒)要抽真空。系统工作时，电子束10经过加速管7的加速后，进入波纹管17，并在其中漂移；随后，电子束进入真空盒18并打靶8，产生X射线21 ；Χ射线21通过真空盒壁上的X射线窗19输出，就可被后续的成像系统收集和利用。当电子束能量不高时(~450keV)，底座20置于小角度，见图6的(a)，此时射线窗19输出最大功率角周围的X射线；当电子束能量提高时(~IMeV)，最大功率方向与电子束运动方向夹角变小，原射线窗位置已经不能输出X射线最大功率，此时旋转底座20，靶8和射线窗19的角度就会随之旋转，适当的调整后，X射线最大功率便可再次通过射线窗19输出，见图6的(b)。虽然本发明的电子束能量范围是0.5MeV到2MeV，但是如果电子束能量更高(~IOMeV)，本发明所设计的靶结构依然可以有效工作，见图6的(c)，此时只需要把反射靶换为透射靶，并将射线窗19置于真空盒后壁即可。
[0054]根据本发明的一些实施例，提供了一种能量连续可变的驻波电子直线加速器装置。其中采用调节加速管间相位差的方式来连续调节电子束能量，束斑稳定。此外，加速管采用单周期结构，工作在η模，加速效率高。此外，采用可旋转靶结构，在打靶的电子束能量改变时可以保持X射线的最大功率输出。
[0055]根据本发明的其他实施例，还提供一种能量连续可变的驻波电子直线加速器装置的方法，产生电子束，然后在第一加速管中利用第一脉冲功率信号对电子束进行加速。接下来在设置于所述第一加速管下游的第二加速管中，利用第二脉冲功率信号对电子束进行加速。最后，对第一脉冲功率信号和第二脉冲功率信号之间的相位差进行连续，以在所述第二加速管的输出产生能量连续调节的加速电子束。
[0056]具体来说，该装置包括由两段驻波加速管6，7及连接两者并消除两者耦合的漂移段15组成的组合加速管，由将功率分成两路分别供应两段加速管的功分器2，安装在加速管7功率支路上的衰减器16和移相器3组成的功率控制系统，以及由固定在可旋转底座20上的真空盒18，安装在真空盒18内的靶8和X射线窗19，以及连接加速管7和真空盒18的波纹管17组成的可旋转靶结构。两段加速管使用共同的脉冲功率源I但通过功分器2分别馈入功率；加速管腔链是单周期结构，腔间耦合方式为磁耦合，工作于η模；直流高压枪5以负角注入的方式向组合加速管注入电子束；利用移相器3连续调节两段加速管间的微波相位差，进而连续调节电子束团能量，装置输出的电子束团束斑均方根半径小，满足医学成像要求；束团能量调节范围为0.5MeV到2MeV，适合医学成像，可以通过调节衰减器16对微波功率9的衰减量来改变能量变化范围，也可以通过限定移相器3的相移量大小来限定能量调节范围，同时可以通过提高脉冲功率源I的功率来扩大能量调节范围的上限，所以并不限定于产生0.5MeV到2MeV能量范围的电子束，也可产生更高能量级别的电子束；弓丨入可旋转靶结构，使不同能量电子束团打靶时均能输出最大功率的X射线，可旋转靶结构并不仅限于应用在0.5MeV到2MeV能量范围的电子束打靶情形，也可对靶进行替换后应用于高能电子束打靶的情形。
[0057]根据上述实施例，两段加速管腔间各自采用了磁耦合而非驻波直线加速器常用的边耦合，使加速管横向尺寸缩小。此外，加速管采用单周期结构，去掉了耦合腔，使腔壁变厚，腔体更易加工。此外，两段加速管均工作在η模，加速效率最高，同时由于应用于低能情况，腔数较少，模式间隔足够大，可以保证加速系统工作状态稳定，同时使加速器纵向更紧凑。此外，加速管采用了 RF交变相位聚焦技术，利用加速管中的微波场对电子束团横向进行自聚焦，加速器出口处束斑足够小(均方根半径0.5mm)，保证较高成像质量的同时省掉了聚焦线圈，进一步减小加速管横向尺寸。
[0058]此外，为了进一步提高装置输出的X射线的功率和品质，本发明重新设计了靶的结构，通过采用波纹管和可旋转底座，引入靶的旋转机制，在任何电子束能量下均可输出最大功率的X射线。
[0059]虽然在上述实施例中，利用了单一的脉冲功率源I来提供脉冲功率信号，然后通过功分器2来将其划分成第一脉冲功率信号和第二脉冲功率信号,分别提供给加速管6和7，但是在其他的实施例中，也可以使用两个脉冲功率源来分别向加速管6和7提供脉冲功
率信号。
[0060]另外，在上述的实施例中，虽然将衰减器和移相器设置在第二脉冲功率信号的那一路上，但是在其他的实施例中也可以将其设置在第一脉冲功率信号那一路上。或者，将衰减器和移相器设置在第一和第二脉冲功率信号两路上。
[0061]此外，在上述实施例中，加速的电子束打靶产生X射线,但是在其他的应用中，可能不需要进行打靶，而仅仅使用具备上述能量的电子束来实现一些应用。
[0062]此外，在上述实施例中，虽然使用的是直流高压电子枪来产生加速前的电子束，但是本领域的技术人员也可以想到，使得用其他的电子枪来产生电子束，这可以根据不同的应用环境和场景来调整。
[0063]以上的详细描述通过使用方框图、流程图和/或示例，已经阐述了驻波电子直线加速器装置的众多实施例。在这种方框图、流程图和/或示例包含一个或多个功能和/或操作的情况下，本领域技术人员应理解，这种方框图、流程图或示例中的每一功能和/或操作可以通过各种硬件、软件、固件或实质上它们的任意组合来单独和/或共同实现。在一个实施例中，本发明的实施例所述主题的若干部分可以通过专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、或其他集成格式来实现。然而，本领域技术人员应认识到，这里所公开的实施例的一些方面在整体上或部分地可以等同地实现在集成电路中，实现为在一台或多台计算机上运行的一个或多个计算机程序(例如，实现为在一台或多台计算机系统上运行的一个或多个程序)，实现为在一个或多个处理器上运行的一个或多个程序(例如，实现为在一个或多个微处理器上运行的一个或多个程序)，实现为固件，或者实质上实现为上述方式的任意组合，并且本领域技术人员根据本公开，将具备设计电路和/或写入软件和/或固件代码的能力。此外，本领域技术人员将认识到，本公开所述主题的机制能够作为多种形式的程序产品进行分发，并且无论实际用来执行分发的信号承载介质的具体类型如何，本公开所述主题的示例性实施例均适用。信号承载介质的示例包括但不限于:可记录型介质，如软盘、硬盘驱动器、紧致盘(⑶)、数字通用盘(DVD)、数字磁带、计算机存储器等；以及传输型介质，如数字和/或模拟通信介质(例如，光纤光缆、波导、有线通信链路、无线通信链路等)。
[0064]虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。
【权利要求】
1.一种驻波电子直线加速器装置，包括: 电子枪，配置为产生电子束； 脉冲功率源，配置为提供主脉冲功率信号； 功分器，耦接在所述脉冲功率源的下游，对所述脉冲功率源输出的主脉冲功率信号划分为第一脉冲功率信和第二脉冲功率信号； 第一加速管，设置在电子枪的下游，并且连接到所述功分器，利用第一脉冲功率信号对电子束进行加速； 第二加速管，设置在第一加速管的下游，配置为接收来自功分器的第二功率信号，利用第二脉冲功率信号对电子束进行加速； 移相器，连接到功分器的输出，配置为连续调节第一脉冲功率信号和第二脉冲功率信号之间的相位差，以在所述第二加速管的输出产生能量连续调节的加速电子束。
2.如权利要求1所述的驻波电子直线加速器装置，还包括: 靶，设置在所述第二加速管的下游，被加速电子束轰击，产生X射线。
3.如权利要求2所述的驻波电子直线加速器装置，还包括衰减器，与所述移相器串联连接，对第一脉冲功率信号 和/或第二脉冲功率信号进行衰减。
4.如权利要求1所述的驻波电子直线加速器装置，其中所述移相器调整所述相位差，使得第一加速管和第二加速管的组合腔均工作加速相位模式。
5.如权利要求1所述的驻波电子直线加速器装置，其中所述移相器调整所述相位差，使得第一加速管的加速腔工作在加速相位模式，而第二加速管的加速腔工作在减速相位模式。
6.如权利要求1所述的驻波电子直线加速器装置，其中在第一加速管和第二加速管的每一个中，加速腔之间采用磁耦合，并且耦合孔开在加速腔的腔壁磁场较强的位置。
7.如权利要求1所述的驻波电子直线加速器装置，还包括设置在第一加速管和第二加速管之间的功率耦合器，配置为向第一加速管和第二加速管分别提供功率。
8.如权利要求1所述的驻波电子直线加速器装置，其中所述高压电子枪以负角注入的方式将电子束注入到第一加速管。
9.如权利要求2所述的驻波电子直线加速器装置，其中所述靶安装在可旋转底座上，加速电子束的入射方向与靶面的角度随着电子束的能量而变化。
10.如权利要求9所述的驻波电子直线加速器装置，其中所述靶设置在真空盒中，所述真空盒固定在可旋转底座上，真空盒壁上安装X射线窗，并且加速管通过波纹管与所述真空管连接。
11.如权利要求1所述的驻波电子直线加速器装置，其中所述加速电子束的能量范围为 0.50MeV 到 2.0OMeV。
12.一种驻波电子直线加速器装置，包括: 电子枪，配置为产生电子束； 第一脉冲功率源，配置为提供第一脉冲功率信号； 第二脉冲功率源，配置为提供第二脉冲功率信号； 第一加速管，设置在电子枪的下游，并且连接到所述第一脉冲功率源，利用第一脉冲功率信号对电子束进行加速；第二加速管，设置在第一加速管的下游，配置为接收来自第二脉冲功率源的第二功率信号，利用第二脉冲功率信号对电子束进行加速； 移相器，连接到第一脉冲功率源的输出和/或第二脉冲功率源的输出，配置为连续调节第一脉冲功率信号和第二脉冲功率信号之间的相位差，以在所述第二加速管的输出产生能量连续调节的加速电子束。
13.如权利要求12所述的驻波电子直线加速器装置，还包括: 靶，设置在所述第二加速管的下游，被加速电子束轰击，产生X射线。
14.如权利要求13所述的驻波电子直线加速器装置，还包括衰减器，与所述移相器串联连接，对第一脉冲功率信号和/或第二脉冲功率信号进行衰减。
15.如权利要求12所述的驻波电子直线加速器装置，其中所述移相器调整所述相位差，使得第一加速管和第二加速管的组合腔均工作加速相位模式。
16.如权利要求12所述的驻波电子直线加速器装置，其中所述移相器调整所述相位差，使得第一加 速管的加速腔工作在加速相位模式，而第二加速管的加速腔工作在减速相位模式。
17.如权利要求12所述的驻波电子直线加速器装置，其中在第一加速管和第二加速管的每一个中，加速腔之间采用磁耦合，并且耦合孔开在加速腔的腔壁磁场较强的位置。
18.如权利要求12所述的驻波电子直线加速器装置，还包括设置在第一加速管和第二加速管之间的功率耦合器，配置为向第一加速管和第二加速管分别提供功率。
19.如权利要求12所述的驻波电子直线加速器装置，其中所述高压电子枪以负角注入的方式将电子束注入到第一加速管。
20.如权利要求13所述的驻波电子直线加速器装置，其中所述靶安装在可旋转底座上，加速电子束的入射方向与靶面的角度随着电子束的能量而变化。
21.如权利要求20所述的驻波电子直线加速器装置，其中所述靶设置在真空盒中，所述真空盒固定在可旋转底座上，真空盒壁上安装X射线窗，并且加速管通过波纹管与所述真空管连接。
22.如权利要求12所述的驻波电子直线加速器装置，其中所述加速电子束的能量范围为 0.50MeV 到 2.0OMeV。
23.一种驻波电子直线加速器装置的方法，包括步骤: 产生电子束； 在第一加速管中利用第一脉冲功率信号对电子束进行加速； 在设置于所述第一加速管下游的第二加速管中，利用第二脉冲功率信号对电子束进行加速； 对第一脉冲功率信号和第二脉冲功率信号之间的相位差进行连续调节，以在所述第二加速管的输出产生能量连续调节的加速电子束。
【文档编号】H05H9/04GK103906340SQ201210586678
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2012年12月28日 优先权日:2012年12月28日
【发明者】唐传祥, 张哲 , 靳清秀, 施嘉儒, 陈怀璧, 黄文会, 郑曙昕, 刘耀红 申请人:清华大学, 同方威视技术股份有限公司