[发明专利]用于在直线加速器中测量成束存在的粒子辐射的位置的方法和装置

说明书

本发明涉及一种用于在直线加速器中测量成束存在的粒子辐射的位置的方法和装置。本发明还涉及一种带有这种装置的直线加速器。

在直线加速器中，带电粒子在沿纵轴线方向延伸的空腔结构中借助静止的或在空腔结构中轴向传播的高频电磁波加速，其电场在纵轴线的区域内与该纵轴线平行。

为了在直线加速器端部处有效地利用加速的粒子，粒子辐射相对参照点的精确位置是重要的。这种射束位置很小的变化就已经会不利地影响预计的使用。这例如出现在无损的材料检测的设备中或在医疗上癌症治疗使用的直线加速器中。在此，借助一般具有几兆电子伏能量的电子在目标物上产生X射线轫制辐射。在此，产生的射束断面的特性在有些情况下可能灵敏地与电子束在目标物上的定位有关。

此外，为了在粒子加速器中测量成束存在的，所谓成扎存在的(捆束的)粒子辐射的位置已知的是，在粒子辐射的附近布置多个测量敏感元件，所谓的捡拾探针，在这些探针中产生与粒子辐射相对测量敏感元件的位置有关的电感或电容的测量信号。在这种基于电容或电感原理工作的测量敏感元件中充分利用，粒子辐射束或扎经过具有与电磁波的基础频率相当的频率的测量敏感元件并且在该测量敏感元件中产生相应的高频测量信号。若测量敏感元件和空腔的没有空间分离，则该测量信号(有效信号)叠加到以相同频率振荡的、由在测量敏感元件中加速粒子的电磁波产生的基本信号上。因此，为了借助这种电容或电感式的测量敏感元件测量粒子辐射的位置，将这些测量敏感元件远离原本的加速器区段布置，以避免不期望的耦合。然而，测量敏感元件和加速器区段的空间分离不可能在紧凑的，例如在医疗技术中使用的直线加速器中实现。

因此，本发明所要解决的技术问题是，提供一种用于在直线加速器中测量成束存在的粒子辐射，尤其是电子射束的位置的方法和装置，该装置能够以较少的技术耗费使用在紧凑的，例如在放射治疗中用于产生高能电子的粒子加速器中。本发明所要解决的另一技术问题是，提供一种带有这种装置的直线加速器。

就方法而言，所述的技术问题通过具有权利要求1所述特征的方法解决。按这些特征，为了在具有空腔结构的直线加速器中测量成束存在的粒子辐射的位置，在该空腔结构中为了加速粒子产生以基础频率振荡的电磁波，通过至少一个布置在空腔结构内部的测量敏感元件采集由粒子辐射通过与测量敏感元件电磁交互作用产生的、与测量敏感元件和粒子辐射之间的距离有关的电测量信号，并且在不同于基础频率和空腔结构高频的固有频率的、包括基础频率整数倍的频率范围内评估该测量信号。

现在，本发明基于这种考虑，虽然通过粒子辐射在测量敏感元件中产生的电信号的基础频率与造成粒子加速的电磁波的基础频率一致，但它们的频谱不同。由粒子辐射产生的测量信号具有较高的、是基础频率整数倍的谐波频率份额，而在直线加速器的空腔结构中较高的谐波模式下一般不是这样。换言之，存在于空腔结构中较高的振荡模式的固有频率不相当于基本模式下的(基础)频率的整数多倍。通过在与基础频率和空腔结构高频的固有频率不同的、包括基础频率整数多倍的频率范围内评估测量信号，可以将由测量敏感元件中的粒子辐射产生的测量信号，亦即，本来的有效信号与在测量敏感元件中由空腔结构中振荡的电磁波产生的信号分离。以这种方式，即使在测量敏感元件布置在空腔结构的内部并且由测量敏感元件中的粒子辐射产生的测量信号比由空腔结构中的电磁波产生的测量信号小若干数量级时也可以精确地确定粒子辐射的位置。因为粒子辐射位置的确定仅基于电磁交互作用实现，并且不决定性地影响粒子辐射，所以能够在连续运行状态下确定与额定位置的偏差，基于此，可以借助根据该偏差控制的致偏单元实施粒子辐射精确的位置修正。由此，始终可实现电子射束相对参照点的正确定位。

如果空腔结构具有多个空腔以及至少一个布置在相邻的空腔之间的中间区域，在该中间区域中，引起加速的电磁波的场强低于在空腔中的场强，并且至少一个测量敏感元件定位在中间区域中，则可以额外减小在空腔结构内部的电磁波对测量信号的影响。

如果分别用两个成对地彼此对置的、相对直线加速器的中轴线对称，亦即到中轴线距离相等地布置的测量敏感元件采集测量信号，则测量精度附加地得到提高。在这种情况下，若粒子辐射偏离中轴线(额定位置)，则可以推导出不为零的差动信号。

就装置而言，本发明所要的技术问题通过权利要求6的特征解决，这些特征按意义与在权利要求1给出的方法特征相对应。

为进一步阐述本发明参考附图所示的实施例。在附图中示出:

图1是用于借助按本发明的装置产生高能量粒子，例如电子的直线加速器的示意原理图，