[发明专利]粒子加速器

说明书

技术领域

本发明涉及一种粒子加速器，尤其医学技术中使用的电子加速器，用于产生由带电粒子组成的粒子束。

背景技术

粒子加速器用于借助电磁场加速带电粒子。由此获得高动能的粒子，高动能的粒子可利用于不同的使用目的。

在医学技术中使用高能带电粒子有特殊的意义，在那里它们尤其利用于放射治疗。在许多情况下不直接使用加速粒子，而是用于产生高能电磁束，高能电磁束尤其使用于成像检查法或用于治疗。

在要达到的动能约为1MeV和更高时，为了加速来自一个源的带电粒子，典型地使用由空腔谐振器构成的驻波加速器或行波加速器，在其中耦合输入具有空腔谐振器共振频率的电磁束。通过充分利用相应的谐振器，可以用比较少的技术投入产生很大的数千万V/m的电场强度。然后借助此电场在空腔谐振器内实现带电粒子的加速。

此外，能量滤波元件通常是粒子加速器的组成部分。带电粒子在其动能方面并由此也在其在与物质相互作用时的效果方面不希望有所不同。通过使用能量滤波元件实现分离所有它们的动能在规定的能量范围之外的粒子。以此方式产生在一次近似时单能的并因而特别有利的射束。然而在这种情况下丧失了分离的似乎看作废品的粒子，这对于效率并因而对粒子加速器的功效起不利的作用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种改进的粒子加速器。

按本发明上述技术问题通过一种粒子加速器，尤其医学技术中使用的电子加速器得以解决，所述粒子加速器用于产生由带电粒子组成的粒子束，所述粒子加速器设计为两级的，包括第一加速段、第二加速段和在所述两个加速段之间用于减小粒子能量分布宽度的滤波器。

也就是说，按本发明的基本思想，粒子加速器分为两级，包括一个预加速级和一个再加速级，其中在两级之间并因而在特别有利的能量范围内进行粒子分离，以限制粒子的能量分布宽度。所述能量范围在这里可以自由选择并与粒子加速器的结构条件最佳匹配，以有利于达到尽可能高的效用。因此效率不再与实现总加速后的粒子能量分布有关。除此之外，粒子的分离在一个实现总加速后测量的在数值上比较低的能量范围内进行。由此也可以为实施所述的分离施加较小的力，从而降低为此所需的技术投入。因为带电粒子分离时典型地通过阑膜（Blende）过滤，所以在这里形成所谓漏泄射束，亦即未能利用的射束，出自于安全性的原因，为其设置例如铅制的屏蔽装置。若在粒子能量较低时从事能量选择性地过滤粒子，则恰好还能减少这种漏泄射束，从而较小的屏蔽装置便足以达到同样的保护效果。

在这里，粒子束并不强制性地理解为一种随时间恒定和均匀的粒子流，而仅应表达一些带电的粒子，亦即也是指具有规定动能的有目的地朝预定方向偏转的一种脉冲式粒子束。

粒子加速器使用于前言列举的目的之一，但优选地在医学技术的领域中使用。按一项与目的特别相符的设计，粒子加速器设计为电子加速器。在这种情况下，作为粒子源的电子源，例如热发射体，位于第一加速段前。

粒子加速器一种优选的方案在于，为了加速带电粒子，在加速段之一上使用空腔谐振器。这种方案尤其适用于为带电粒子规定最大动能约大于1MeV。

按一种恰当的扩展设计，在加速段之一上带电粒子的加速借助驻波谐振器以及尤其借助由一些耦合的也称型腔的空腔谐振器构成的驻波谐振器进行。通过这些空腔谐振器，在输入的电磁束的给定的振幅时，可以确定加速段的长度，并因而也可确定粒子的最大动能。

特别恰当的是，第一加速段设计为，使工作时在第一加速段端部粒子能量分布的最大值处于0.5与6MeV之间的范围内，优选地处于0.8与1.2MeV之间的范围内。业已证实，正是这一范围对于粒子加速器以高功效并因而有高效率地工作是特别有利的。优选地，第一加速段通常是针对以规定的固定最大值工作来设计的。

按另一项优选的扩展设计，第二加速段设计为，使工作时在第二加速段端部粒子能量分布的最大值处于3与50MeV之间的范围内，以及优选地处于3与25MeV之间的范围内。由此产生的粒子束尤其适合在医学技术中使用或使用于材料无损检验。