[发明专利]线性加速器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于脉冲地运行线性加速器的方法以及一种用于执行这种方法的合适的装置，该线性加速器包含多个互相耦合的空腔共振器。

背景技术

由DE 10 2009 007 218 A1公知一种用于产生光子射线的电子加速器。这种电子加速器例如可以用于放射治疗或者用于无破坏的材料检查，并且包括电子源以及真空室，在该真空室中加速由电子源发射的电子。在DE 102009 007 218 A1中没有对产生的电子束的可能的时间结构做出结论。

根据EP 0037 051 A1公知一种用于带电粒子，也就是电子的加速器，设置该加速器以用于发射粒子束，该粒子束或者直接作为电子束使用或者用于产生X射线辐射。

例如由DE 10 2004 055 256 B4公知另一种电子源。在这种情况下电子源，也就是高频电子源的共振器由超导材料构成。

在医疗技术的脉冲地运行的加速器中，区别微脉冲与宏脉冲：通过加速器管的物理性能来确定微脉冲并且具有例如几十至几百皮秒的持续时间期间，而宏脉冲可以由几千或几万微脉冲组合而成并且具有几微秒的持续时间，其中两个宏脉冲之间的时间上的距离可以是几毫秒，从而加速器的脉冲频率是几百Hz。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，相对于提到的现有技术进一步开发借助线性加速器产生脉冲的粒子束，特别是电子束的可能性。

按照本发明，上述技术问题通过用于脉冲地运行线性加速器的方法以及通过用于执行该方法的合适的装置来解决。本发明的技术问题还通过计算机程序产品来解决，该计算机程序产品被构造为用于在线性加速器中执行所述方法。下面解释的本发明的构成和优点既适用于装置，也就是线性加速器，也适用于用来运行线性加速器的方法，以及适用于用来与装置共同作用来实现该方法的软件。

用于脉冲地运行线性加速器的方法包括如下的特征：

-产生带电粒子的脉冲，方法是由粒子源发射粒子并且在包含多个互相耦合的空腔共振器的加速装置中被加速，其中加速装置由高频供能装置提供能量，

-在输入加速装置的高频功率完全或至少近似地保持恒定的情况下仅通过对于每个宏脉冲由粒子源发射的粒子的数量的变化改变粒子能量，也就是经过加速装置之后每个粒子的能量。

由粒子源发射的粒子的数量也称为射束负载或射束流强度。

本发明基于如下的考虑，即馈入到由耦合的空腔共振器构造的粒子加速器中的高频功率在加速器运行期间典型地近似恒定，至少从粒子脉冲至粒子脉冲没有显著变化。在假定恒定的高频功率的情况下，用来将粒子在经过空腔共振器时加速到通常为几个MeV的能量的加速电压是射束流的函数。在此近似地成立如下的关系式：

P_in＝U*I+U²/R_v

其中

P_in＝馈入的高频功率

U＝加速电压

I＝射束流强度

R_v＝损耗电阻

由此对于加速电压得出：

U＝(P_in*R_v+0.25*I²*R_v²)^1/2-0.5*I*R_v

射束负载的提高，也就是每个时间单元发射的并借助空腔共振器加速的粒子的提高相应地导致了加速电压的降低并且由此导致了动力学能量的减少，该动力学能量是粒子在经过加速器之后具有的能量。总之由此通过负载改变实现了加速的粒子的能量改变。

除了所描述的负载改变的效果之外另一种效果，也就是阻抗匹配在通过改变射束流强度有针对性地改变粒子能量中起重要作用：

通过改变射束流来改变粒子加速器的负载电阻(阻抗)，对此也改变加速器的阻抗与高频源的匹配。阻抗匹配的这种改变意味着加速器的反射因数的改变。最终，在加速器中耦合的功率取决于阻抗匹配并且因此取决于射束流。

该依赖关系在合适地设计线性加速器的情况下可以用于控制粒子能量，方法是在加速器中耦合的功率随着射束流的升高而减少。由此，阻抗错误匹配的效果放大了负载改变的效果。为了实现负载改变和阻抗匹配这两个效果的最佳的共同作用，线性加速器优选被这样构造，使得给出在最小粒子流时，也就是理论上在射束流强度为零时加速装置的阻抗与粒子源的理想的匹配。这意味着，在加速装置中耦合的高频功率在最小射束流时为最大并且随着射束流的升高而连续地减少。