[发明专利]直线加速器

说明书

技术领域

本发明涉及一种直线加速器。

背景技术

直线加速器，特别是驻波结构的直线加速器，是一种已知的高能电子束源。这种加速器通常用于医学治疗癌症和病变等。在这种应用中，电子束或者通过薄的可穿透的窗口射出并直接照射到病人上，或者用于撞击X射线靶以产生合适的光子辐射。

对于每种治疗，经常需要改变电子束的入射能量。在根据治疗轮廓而需要一个特定的能量的医学应用中，便是这种情况。线性驻波加速器包括一系列的加速腔，它们借助于耦合腔耦合，所述耦合腔和相邻的一对加速腔连通。按照US-A-4382208，通过调节相邻加速腔之间的耦合程度来改变电子束的能量。这通常借助于改变耦合腔的几何形状来实现。

所述几何形状的改变一般利用滑动元件来实现，所述滑动元件可以被插入耦合腔内一或多个位置中，借以改变内部形状。利用这种方法会遇到许多严重困难。通常一个以上的这种元件必须被移动，以便以一被精确限定的值保持腔之间的相位移。所述元件的移动通常是不同的，因此，它们必须被单独地移动，还要以非常高的精度被定位，以便保持所需的相位关系。通常要求±0.2mm的精度。这需要复杂而高度精确的定位系统，这在实际上对于工程人员是困难的。在具有少于两个移动部分的方案中(例如在US4,268,192中提出的)，所述装置不能保持在输入和输出之间恒定的相位，使得这种装置不能连续地改变RF电场，因而被降低为简单开关的功能。事实上，它们通常被称为能量开关。

许多方案还提出了使用必须承载大幅度RF电流的滑动触点。这种触点易于发生焊接导致的黏连故障，并且其滑动表面对超高真空系统的质量有害。而维持系统的超高真空性质是保证系统长期可靠地操作的关键。

前面提出的解决办法可以归结为具有一个输入和一个输出孔的腔耦合装置，整个装置在电方面的作用好象一个变压器。为了得到可变的耦合值，必须以某种方式利用例如波纹管、塞子和活塞等装置改变腔的形状。不过，现有技术没有提供能够通过单轴控制在一宽的范围内连续地改变耦合值同时保持相位是恒值的装置。

本领域的当前状态是，采用这样一种结构，其在两个预定的能量之间提供有用的转换。然而，使用这种结构难于获得可靠的可变能量的加速器。现有技术的一种好的概括可以在US4,746,839中找到。

我们的早期申请PCT/GB99/00187公开了一种新型的直线加速器，其中沿着粒子束轴线设置有多个谐振腔，至少一对谐振腔是通过耦合腔电磁耦合的，所述耦合腔基本上围绕其轴线是旋转对称的，而且包括适用于破坏所述对称性的元件，该元件可以在耦合腔内转动，所述转动基本上平行于耦合腔的对称轴。

在这种装置中，可以在耦合腔内建立谐振，所述谐振和加速腔内的谐振垂直。一般使用加速腔的TM模谐振，这意味着在耦合腔内可以建立TE模式，例如TE₁₁₁。因为腔基本上是旋转对称的，故场的方位不由腔确定，而是由转动元件确定。耦合腔和两个加速腔之间可以在耦合腔表面内的两个点上连通，根据TE驻波的方位，此时可以“看到”不同的磁场。因而，耦合的程度可以通过简单方便地转动所述转动元件被改变。

这种结构和以前的加速器相比提供的显著的优点在于，利用一种被容易制造和维护的装置可以在一个宽的范围内得到真正可变的能量输出。不过，该耦合单元的谐振频率具有对可转动元件角度的小的依赖性，如图6所示。所述谐振频率是这样一个频率，在这个频率上，当在相邻加速单元中的谐振被抑制时，耦合单元发生谐振，并且是影响由所述单元实现的耦合程度的一个因素。图6表示，当所述元件(按照PCT/GB99/00187)被转动时，所述频率以正弦方式改变±40MHz。如果被表示为这个例子的平均频率2985MHz的标称值，则仅仅是相当小的改变。不过，如果可能，希望减小甚至完全消除这个改变。

减小或者消除当元件转动时发生的这个耦合单元的谐振频率的改变的一个优点是，这将有助于保证在可转动元件的所有角度下，在被耦合组的腔所需的π/2操作方式的谐振频率和被耦合组的腔不希望方式的相邻的谐振频率之间，保持可接受的最小的频率分离。

发明概述

因此，本发明提供一种驻波直线加速器，其包括沿着粒子束轴线设置的多个谐振腔，其中至少一对谐振腔通过一耦合腔电磁耦合，所述耦合腔通过孔和谐振腔连通，在该耦合腔内具有一旋转不对称元件，其适于围绕基本上平行于耦合腔轴线的轴线转动，所述耦合腔围绕其轴线是不完全旋转对称的，所述不完全至少是由于该腔内在和所述孔相对的部分设置的材料的相对过量引起的。