边耦合驻波加速管及其直线加速器的制作方法

1.本发明涉及医用直线加速器领域，特别涉及一种边耦合驻波加速管及其直线加速器。本发明的边耦合驻波加速管包括在加速管的束流方向上依次设置的多个加速腔，还包括多个耦合于相邻加速腔的边耦合腔，边耦合腔内具有相对的第一鼻锥和第二鼻锥，第一鼻锥和第二鼻锥在平行于加速管的束流方向上具有鼻锥间隙；还包括能量开关组件，能量开关组件对应第一鼻锥和/或第二鼻锥设置，其至少包括调节块，其能够被驱动在与加速管的束流方向平行的方向上自相应的鼻锥伸入所述鼻锥间隙和自所述鼻锥间隙缩回相应的鼻锥，以用于改变与边耦合腔耦合的、沿加速管的束流方向在下游的加速腔的电场分布；能量开关组件还包括相对调节块设置在边耦合腔和/或鼻锥内部用于为调节块提供驱动力的气囊。


背景技术：

2.为了提高临床癌症诊疗的精准度，目前很多医用电子直线加速器都在发展能够实现双档x射线治疗(6-18mv)以及多档电子线治疗(最高档电子线能量不低于20mv)的医用加速管。目前一般是通过在加速管上设置具有能量调变功能的能量开关来实现。所谓能量开关是通过在驻波加速管中选定某一个耦合腔，在其中设置一调节装置，通过调节该装置在耦合腔中的位置，来改变该耦合腔的工作状态，使其达到调节该耦合腔后面的加速腔的轴向场分布，从而达到调节加速束流输出能量的目的。在边耦合驻波加速管中，顾名思义，边耦合驻波加速结构的耦合腔不在加速路径上，其电子枪提供的电子，在加速主腔中微波场的作用下获得能量，并通过主加速腔中心的束流孔，到达加速管引出口，而其中的微波功率，却是通过加速主腔与耦合边腔间的腰子孔进行耦合传输的。由此可以看出，边腔仅仅是微波功率传输的一个通道，如果我们调整该通道，则后续的加速主腔中的微波场副值将会发生变化，使得在该加速主腔中通过的电子获得的能量增益发生变化。这就是边耦合驻波加速管能量开关调变能量的基本原理。
3.现有技术中，如专利us7239095b2所公开的，大都是通过在驻波直线加速管中的某个边耦合腔内增加外置的金属调节结构直接插入到边耦合腔内部，通过电动或液压驱动的活塞式结构往复拉伸该金属调节机构以实现调变整个加速管叔输出能量的目的。但在这种结构中，需要在加速管自身上为用于驱动金属调节片的驱动机构提供较大的安装空间，而且整个驱动机构中用于提供动力的动力源(通常为电动动力源或液压动力源)也需附着于加速管上，这造成加速管最终成型的整体体积大、重量重，不仅使得制造成本大大提高，而且整体加速管在实际使用中的使用成本也大大提高。
4.因此，需要对现有的直线加速器的加速管的能量开关进行改进，提供一种结构简单并且能有效工作的能力开关，其能够大大降低加速管自身的自重，同时使得制造成本和使用成本大大降低。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供一种边耦合驻波加速管及其直线加速器，其包括一种结构简单并且能有效工作的能力开关，其能够大大降低加速管自身的自重，同时使得制造成本和使用成本大大降低。
6.本发明的边耦合驻波加速管，包括在加速管的束流方向上依次设置的多个加速腔，还包括多个耦合于相邻加速腔的边耦合腔，边耦合腔内具有相对的第一鼻锥和第二鼻锥，第一鼻锥和第二鼻锥在平行于加速管的束流方向上具有鼻锥间隙；
7.还包括能量开关组件，能量开关组件对应第一鼻锥和/或第二鼻锥设置，其至少包括调节块，其能够被驱动在与加速管的束流方向平行的方向上自相应的鼻锥伸入鼻锥间隙和自鼻锥间隙缩回相应的鼻锥，以用于改变与边耦合腔耦合的、沿加速管的束流方向在下游的加速腔的电场分布；
8.能量开关组件还包括相对调节块设置在边耦合腔和/或鼻锥内部用于为调节块提供驱动力的气囊。
9.进一步，在本发明的边耦合驻波加速管中，第一鼻锥和/或第二鼻锥内部在与加速管的束流方向平行的方向上形成有安装腔，能量开关组件被安装在安装腔内；
10.能量开关组件还包括导向杆，导向杆一端与气囊相附接，另一端与调节块连接，导向杆能够沿着安装腔在与加速管的束流方向平行的方向上对调节块进行导向。
11.进一步，在本发明的边耦合驻波加速管中，安装腔内在垂直于加速管的束流方向的方向上布置有隔板，隔板将安装腔分为靠近鼻锥间隙的第一腔室和相对第一腔室远离鼻锥间隙的第二腔室；
12.调节块安装在第一腔室内，并且能够被驱动自相应的鼻锥伸入鼻锥间隙；
13.气囊安装在第二腔室内；
14.隔板上设置有导向孔，导向杆从第二腔室开始自导向孔穿过隔板并且与调节块连接，导向杆与导向孔形成密封滑动配合，以使得导向杆能够相对隔板在与加速管的束流方向平行的方向上移动。
15.进一步，在本发明的边耦合驻波加速管中，气囊包括基础部和能够在充气状态下在与加速管的束流方向平行的方向上膨胀的至少一个膨胀伸缩部；
16.膨胀伸缩部布置在导向杆与第二腔室的内壁之间，导向杆上设置有环形轴肩，膨胀伸缩部的末端与环形轴肩抵止接触，使得能够在膨胀过程中推动导向杆在与加速管的束流方向平行的方向上移动。
17.进一步，在本发明的边耦合驻波加速管中，膨胀伸缩部为弧形，其在导向杆的周向上至少对导向杆的部分形成包围。
18.进一步，在本发明的边耦合驻波加速管中，膨胀伸缩部为沿导向杆周向对称布置的两个。
19.进一步，在本发明的边耦合驻波加速管中，环形轴肩的外周侧与第二腔室的内壁相接触，以使得环形轴肩能够在导向杆沿与加速管的束流方向平行的方向移动时提供导向和支撑。
20.进一步，在本发明的边耦合驻波加速管中，能量开关组件还包括在第一腔室内外套调节块设置的、用于为调节块提供预载荷的弹簧元件。
21.本发明还公开了一种直线加速器，其包括如上所述的边耦合驻波加速管。
22.本发明的有益效果：本发明的边耦合驻波加速管，包括多个耦合于相邻加速腔的边耦合腔和能量开关组件，边耦合腔内具有相对的第一鼻锥，第二鼻锥和在平行于加速管的束流方向上的鼻锥间隙；能量开关组件包括用于改变鼻锥间隙的调节块，和相对调节块设置在边耦合腔和/或鼻锥内部用于为调节块提供驱动力的气囊。通过气囊为调节块沿与束流方向的平行方向的移动提供驱动力，而为气囊提供气动力的动力源(例如气泵)能够通过气管与气囊连通，从而使得动力源能够脱离加速管设置，即无需附着于加速管，加速管无需为提供气动力的动力源提供安装空间。并且，气囊能够设置在鼻锥内部为调节块提供驱动力，利用在边耦合腔的侧壁上形成的安装空间完全气囊的布置，无需在边耦合腔之外增加额外的安装空间，这使得加速管最终的成型体积更加紧凑化、集约化。
附图说明
23.下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
24.图1为本发明的边耦合驻波加速管的加速腔的结构示意图；
25.图2为图1a处结构的放大图，其中清楚的示出了能量组件的结构；
26.图3为图2中b-b向截面示意图，其中清楚的示出了气囊的膨胀伸缩部与导向杆的配合关系。
具体实施方式
27.下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
29.另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围内。
30.本发明提出一种加速管，该加速管为驻波直线加速管，其一端能够与产生电子束的电子枪相耦接，另一端能够与靶组件耦接以使得从加速管射出的电子束撞击到靶材料上并且因而产生光子束。该加速管还耦接诸如真空泵的真空源以使得加速管10的内部是真空环境的。另外，该加速管还通过加速腔的波导耦合口与包括诸如磁控管和波导的微波系统耦接以使得微波能量馈入到加速管内以形成加速和/或减速电场，进一步地，该加速管的周围还布置有束流元件，诸如磁铁等，以使得加速管内的电子按照预定路径行进。可以理解的是，以加速管10加速后的电子束在癌症治疗中是能够应用的。
31.参照图1-图3，图1为本发明的边耦合驻波加速管的加速腔的结构示意图；
32.图2为图1a处结构的放大图，其中清楚的示出了能量组件的结构；图3为图2中b-b向截面示意图，其中清楚的示出了气囊的膨胀伸缩部与导向杆的配合关系。如图1-3所示：
33.本发明的边耦合驻波加速管结构，包括多个加速腔，如图1所示，为三个加速腔，但加速腔的数量能够根据需要进行设置，本发明图1仅为示例性示出。在第一加速腔1和第二加速腔2之间和第二加速腔2和第三加速腔3之间分别设置有一个边耦合腔4，即一个边耦合腔4耦接相邻的第一加速腔1和第二加速腔2，一个边耦合腔4耦接相邻的第二加速腔2和第三加速腔3。图1中仅示例性的示出了两个边耦合腔4，优选地，边耦合腔4能够能够设置多个，即大于或等于两个。边耦合腔4均偏离开加速管的纵向中心线，其作用在于电磁耦合相邻的加速腔。加速腔内还具有漂流管5，漂流管5基本同轴地布置在加速腔的中央以便于来自电子枪的电子依次地通过加速腔之间的漂流管5。由漂流管5在电子行进方向上限定的通道为束流通道。在本文中，所谓加速管的束流方向是指电子沿束流通道行进的方向。
34.本实施例中，边耦合腔4内具有相对的第一鼻锥6和第二鼻锥7，第一鼻锥6和第二鼻锥7在平行于加速管的束流方向上具有鼻锥间隙8；其中，第一鼻锥6为在加速管的束流方向上位于上游的鼻锥，第二鼻锥7为在加速管的束流方向上位于下游的鼻锥。
35.还包括能量开关组件，能量开关组件对应第一鼻锥6和/或第二鼻锥7设置。优选地，如图1所示，能量开关组件对应第一鼻锥6和第二鼻锥7分别设置一个，即，在每一边耦合腔4上布置有两个能量开关组件。边耦合腔4间的能量开关组件以及每一耦合腔上的能量开关组件能够被分别差异化地控制，也能够被同时地控制。所有能量开关组件能够被控制地在与束流方向平行的方向上移动相同的距离，也能够被分别控制地在与束流方向平行的方向上移动不同的距离。
36.每一能量开关组件的结构相同，其至少包括调节块9，其能够被驱动在与加速管的束流方向平行的方向上自相应的鼻锥伸入鼻锥间隙8和自鼻锥间隙8缩回相应的鼻锥，以用于改变与边耦合腔4耦合的、沿加速管的束流方向在下游的加速腔的电场分布；能量开关组件还包括相对调节块9设置在边耦合腔4和/或鼻锥内部用于为调节块9提供驱动力的气囊10。
37.在本发明的实施例中，通过气囊10为调节块9沿与束流方向的平行方向的移动提供驱动力，而为气囊10提供气动力的动力源(例如气泵)能够通过气管与气囊10连通，从而使得动力源能够脱离加速管设置，即无需附着于加速管，加速管无需为提供气动力的动力源提供安装空间。并且，气囊10能够设置在鼻锥内部为调节块9提供驱动力，利用在边耦合腔4的侧壁上形成的安装空间完全气囊10的布置，无需在边耦合腔4之外增加额外的安装空间，这使得加速管最终的成型体积更加紧凑化、集约化。当然，优选的，气囊10能够相对调节块9设置在鼻锥内部。
38.本实施例中，在本发明的边耦合驻波加速管中，第一鼻锥6和/或第二鼻锥7内部在与加速管的束流方向平行的方向上形成有安装腔，能量开关组件被安装在安装腔内；能量开关组件还包括导向杆11，导向杆11一端与气囊10相附接，另一端与调节块9连接，导向杆11能够沿着安装腔在与加速管的束流方向平行的方向上对调节块9进行导向。在本发明的边耦合驻波加速管中，安装腔内在垂直于加速管的束流方向的方向上布置有隔板12，隔板12与边耦合腔4为一体成型，隔板12将安装腔分为靠近鼻锥间隙8的第一腔室13和相对第一
腔室13远离鼻锥间隙8的第二腔室14。
39.调节块9安装在第一腔室13内，并且能够被驱动自相应的鼻锥伸入鼻锥间隙8；在初始状态下，即调节块9未被移动的开始状态下，调节块9位于第一腔室13内，并调节块9靠近鼻锥间隙8的一端此时与相应的鼻锥(即其被安装在内的鼻锥)的端面相齐平；当调节块9被驱动向鼻锥间隙8内伸入时，调节块9向另一相对的鼻锥一侧移动并进入鼻锥间隙8内，从而改变加速腔内的电场分布(关于加速腔内电场分布被改变的原理属于现有技术，申请人在此不再赘述)；每一能量开关组件内的调节块9均能够被驱动移动至与另一相对的鼻锥的端面相抵触，即在与束流方向平行的方向上填满鼻锥间隙8。
40.气囊10安装在第二腔室14内，隔板12上设置有导向孔，导向杆11从第二腔室14开始自导向孔穿过隔板12并且与调节块9连接，导向杆11与导向孔形成密封滑动配合，以使得导向杆11能够相对隔板12在与加速管的束流方向平行的方向上移动。通过导向杆11与导向孔的密封滑动配合，不仅能够保证导向杆11的导向作用，并且能够确保第一腔室13和第二腔室14之间的密封，进而保证边耦合腔4内部与加速腔内部的真空环境。
41.本实施例中，在本发明的边耦合驻波加速管中，气囊10包括基础部15和能够在充气状态下在与加速管的束流方向平行的方向上膨胀的至少一个膨胀伸缩部16；膨胀伸缩部16布置在导向杆11与第二腔室14的内壁之间，导向杆11上设置有环形轴肩，膨胀伸缩部16的末端与环形轴肩抵止接触，使得能够在膨胀过程中推动导向杆11在与加速管的束流方向平行的方向上移动。气囊10的基础部15与导向杆11远离鼻锥间隙8的一端相抵触，优选的，基础部15为导向杆11提供一定的支撑但二者不形成连接。当气囊10被充气时，膨胀伸缩部16会在与加速管的束流方向平行的方向上膨胀，并在膨胀力的作用下推动导向杆11移动。
42.本实施例中，在本发明的边耦合驻波加速管中，膨胀伸缩部16为弧形，其在导向杆11的周向上至少对导向杆11的部分形成包围。在本发明的边耦合驻波加速管中，膨胀伸缩部16为沿导向杆11周向对称布置的两个。膨胀伸缩部16在径向方向上一侧与第二腔室14的内壁相接触，另一侧与导向杆11的径向外侧向接触，从而使得在充气状态下，膨胀伸缩部16能够在径向方向上为导向杆11提供一定的保持，避免导向杆11在径向方向上产生晃动或倾斜。
43.本实施例中，在本发明的边耦合驻波加速管中，环形轴肩17的外周侧与第二腔室14的内壁相接触，以使得环形轴肩17能够在导向杆11沿与加速管的束流方向平行的方向移动时提供导向和支撑。
44.本实施例中，在本发明的边耦合驻波加速管中，能量开关组件还包括在第一腔室13内外套调节块9设置的、用于为调节块9提供预载荷的弹簧元件18。在需要调节块9自鼻锥间隙8缩回的情况下，调节块9在弹簧元件18的回复力和膨胀伸缩部16的收缩过程中产生的支撑力的共同作用下向对应的鼻锥内部缩回。
45.本实施例中，对应第一安装腔设置有第一盖板，弹簧元件与第一盖板抵靠，调节块能够自第一盖板伸出或缩回；对应第二腔室设置有第二盖板19，第二盖板上设置有用于与气囊连通对其充气的充气通道20。
46.本发明还公开了一种直线加速器，其包括如上所述的边耦合驻波加速管。
47.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技
术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。