[发明专利]一种基于混合式行波加速结构的双能量电子直线加速器

说明书

技术领域

本发明涉及一种电子加速器，尤其涉及一种能量快速可调的基于混合式行波加速结构的双能量电子直线加速器。

背景技术

双能量电子束在医学加速器中存在广泛应用，通过打靶可以实现不同能量的双光子，低能量光子可以用于实时成像，高能量光子用于X射线放射治疗，由此可以实现影像引导的放射治疗(IGRT)。目前双光子功能实现的传统方法是采用双加速器、机械式能量开关等，然而，这种传统的实现方法存在设备庞大，或者响应时间长等局限。

同时，在医学加速器中，要求电子束能量可调，以实现X射线能量可调，从而用于不同治疗方案。传统方法通常是通过调整功率水平来改变电子束能量，但这同时也会改变聚束管的束流特征，而且如果超过聚束管的调节范围则无法俘获足够的电子束团，因此传统方法的能量调节范围较小。

另外，传统加速器为了提高功率利用率，通常会采用阻抗更高的驻波加速管，这可以非常有效的减少功率需求，但同时带来填充时间长的问题，因此需要较长宏脉冲长度，同时无法在脉冲内进行束流能量操控。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明旨在提供一种基于混合式行波加速结构的双能量电子直线加速器，以实现电子束能量的快速可调，并且在减少功率需求的同时，减少填充时间。

本发明所述的一种基于混合式行波加速结构的双能量电子直线加速器，其包括依次连接的：

功率源系统，其提供脉冲微波功率，并在预设时刻同时输出一180度相位翻转信号；

功率分配器，其具有一个与所述功率源系统连接的输入口以及两个输出口；

混合式行波加速结构，其包括分别与所述功率分配器的两个输出口连接的前波加速段和反波加速段，该前波加速段和反波加速段分别接收所述功率分配器平均分配的脉冲微波功率，建立具有第一强度的第一加速电场，以将注入的第一个电子束团加速至第一能量水平；以及

微波功率回收系统，其包括依次连接的：

第一功率合成器，其将所述前波加速段和反波加速段输出的脉冲微波功率进行合成；

能量倍增器，其存储所述第一功率合成器输出的脉冲微波功率，并在接收到从所述功率源系统输出的所述180度相位翻转信号后，将存储的脉冲微波功率成倍地释放；以及

第二功率合成器，其具有两个输入口和一个输出口，其中一个输入口与所述能量倍增器连接，另一个输入口与所述功率分配器的连接至所述前波加速段的输出口相连，且该第二功率合成器的输出口与所述前波加速段相连；

其中，所述第二功率合成器配置为将从所述功率分配器输出的脉冲微波功率以及从所述能量倍增器释放的脉冲微波功率进行合成，并输出至所述前波加速段，以使该前波加速段建立具有第二强度的第二加速电场，以将注入的第二个电子束团加速至第二能量水平，其中，所述第二强度大于第一强度，所述第二能量水平高于第一能量水平。

在上述的基于混合式行波加速结构的双能量电子直线加速器中，所述微波功率回收系统还包括连接在所述能量倍增器的输出口与第二功率合成器的一个输入口之间的移相器，其对所述能量倍增器释放的脉冲微波功率进行相位匹配。

在上述的基于混合式行波加速结构的双能量电子直线加速器中，所述功率源系统包括依次连接的：

微波信号源，其提供一连续微波信号；

180度相位开关，其根据一外部输入的控制信号，在所述预设时刻将所述连续微波信号的相位翻转180度，并产生所述180度相位翻转信号；以及

速调管，其根据所述连续微波信号，产生所述脉冲微波功率，并在所述预设时刻同时输出所述180度相位翻转信号。

在上述的基于混合式行波加速结构的双能量电子直线加速器中，所述功率源系统还包括：

与所述180度相位开关连接的触发信号源，其在所述预设时刻向所述180度相位开关输出所述控制信号；

连接在所述180度相位开关与调速管之间的固态放大器，其根据所述触发信号源输出的另一控制信号，将所述连续微波信号放大并输出至所述速调管；以及

连接在所述触发信号源与速调管之间的调制器，其根据所述触发信号源输出的又一控制信号，向所述速调管输出一直流高压信号。

在上述的基于混合式行波加速结构的双能量电子直线加速器中，所述第二功率合成器为铁氧体功率合成器。