[发明专利]用于产生能量超过0.5兆电子伏的光子束的电子加速器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于产生能量超过0.5兆电子伏的光子束的电子加速器，尤其是用于放射治疗和无损材料检测。

背景技术

在这种例如由EP0872872A1和EP0022948公开的电子加速器中，由一个电子源发出的电子在一个真空腔室中被加速，电子在离开所述真空腔室时朝向一个靶子。基于电子的高动能，电子束穿透靶子材料的至少一个子层。所述电子在包含至少一种高原子序数的元素、例如由钨制成的靶子中被制动，由此形成兆电子伏能量级的高能光子束(轫致辐射)。所产生的光子束与电子束有相同的方向。因此，电子束与光子束在这类电子加速器中有一个共同的、直线延伸的照射轴线。这一点与在X射线管中不同。X射线管具有一个炽热阴极和一个阳极。由炽热阴极发出的电子在一个位于阴极和阳极之间的电场内被加速，随后撞击在阳极上。所述阳极一般不会全都由一种适合于将电子转换成光子的材料制成，而是包括一个由这种材料制成的、大多为板状的靶子。X射线管的电子只有较低的动能，因此，电子束只能穿透靶子表面附近的材料层。相应产生的光子束与本文开头所述类型的电子加速器相比具有1千电子伏至250千电子伏的低能量。它不会穿透靶子，而是从被电子束撞击的靶子表面发射出。电子束和光子束的射束路线因此与光在一个反射表面上的反射相似。因而，X射线管的靶子也称为“反射靶”，而电子加速器的靶子则被称为“穿透靶”。

电子加速器高达千瓦级的平均辐射功率，毫米级的射束直径以及将电子束转换成光子束的低效率意味着靶子有特别高的局部热负荷。这会导致靶子融化并因而导致整个设备实效。为了防止靶子因聚焦在焦斑上的高热功率而融化，采用各种冷却方法。在EP0022948A1所公开的电子加速器中，所述靶子从外面被冷却剂冷却。在EP0872872A1中描述的电子加速器中，除了进行这样的冷却外，还将靶子这样设置在一个冷却通道区域内并这样构造，即，使得该靶子通过流动的冷却介质而产生转动。在此，该转动轴线相对于撞击在靶子上的电子束的射束轴线侧向错开。以此方式，热能并不分布在一个焦斑上，而是分布在一个较大面积的焦环面上。但这种设计结构的缺点在于，视包围靶子的冷却介质和/或润滑介质的类型而定，要确保长期功能有效地支承会带来比较高的结构成本。在这些已知的电子加速器中，由于辐射功率很高，尽管采取了冷却措施，还是存在靶子承受过热负荷的危险。

发明内容

因此，本发明所要解决的技术问题在于，加强本申请开头部分所述类型的电子加速器，使得能防止其靶子承受过热负荷。

上述技术问题通过一种借助电子束撞击靶子来产生能量超过0.5兆电子伏的光子束的电子加速器得以解决，该电子加速器包括一个具有入口和出口的真空腔室和一个在入口侧的电子源，其中，所述靶子在所述真空腔室之外所述出口所在区域内设置一个壳体中，该壳体有一个可让光子束穿过的、沿电子束照射方向与所述出口相对设置的窗，并且其中所述靶子被至少一个冷却通道贯穿。这种结构设计实现了一种固定的、因此不会转动的靶子。所述一个或多个在运行时自然被一种冷却介质流过的冷却通道，可按多种多样的方式方法来构造，由此确保充分的散热，从而阻止靶子的过热或甚至融化。采用按本发明设计构造的靶子，负责将电子转换成光子的材料区域直接并因而特别有效地被冷却。

在一个特别优选的实施形式中，所述靶子被电子束和/或光子束穿透的至少一个体积区域由多个沿照射方向相互间隔的材料层组成，其中，每两个相邻的材料层之间限定出至少一个冷却通道。因此，所述将电子束转换成光子束所需的材料区域被划分成多个厚度更薄的子层，由此增大了可供冷却或与冷却介质接触的表面积，而将快速移动的电子的动能转换为光子的靶子基本功能并未因此受到影响。各材料层基于较薄的层厚有更小的热阻。制动电子束所产生的热量几乎均匀地分布在这些材料层中。还可通过改变这些材料层以及在它们之间的冷却通道相对于射束轴线的径向尺寸来改变散热状况。除了所述材料层的厚度以及它们的表面积尺寸之外，冷却介质的流量率也可作为用于保持靶子或材料层中有一定温度的变量。靶子的各材料层厚度的总和通过电子束的动能、所采用的靶子材料以及所努力争取的轫致辐射谱来确定。

在第一种实施方案中，所述真空腔室的出口被一个真空密闭的窗封闭。因此，包围靶子的气氛可独立于该真空腔室的真空度来确定。所述窗由一种可让电子束穿过的材料制成。当在一个实施形式中规定，所述真空腔室的出口由所述靶子本身真空密闭地封闭时，也可取消这样的窗。