用於交叉多能量操作的磁控管供電的直線加速器的製作方法

2023-09-21 06:23:55 1

專利名稱：用於交叉多能量操作的磁控管供電的直線加速器的製作方法
技術領域：
這裡提供了用於使用磁控管作為電磁波源的直線加速器的交叉操作的系統和方法，以用於將電子加速到至少兩個不同的能量範圍。所加速的電子可以被用來生成至少兩個不同能量範圍的X射線。
2.
背景技術：
直線加速器(LINAC)可以被使用於各種應用，包括醫療應用(如放射治療和影像)和工業應用(如放射線照相術、貨物檢查和食品消毒)。由LINAC加速的電子束可以被對準到感興趣的樣品或對象以執行期望的過程或分析。但是，在某些應用中優選使用X射線(x-ray)來執行所述過程或分析。例如，由使用行波(TW) LINAC的貨物檢查設備產生的高能量X射線波束能夠用於檢查填充的貨櫃。這些X射線可以通過將來自LINAC的電子波束對準到X射線發射目標而被生成。在LINAC中，電子束由耦合至LINAC中的電磁波加速。按照慣例地，速調管可以用作LINAC的電磁波源，因為可以由速調管生成可以對電磁波的頻率進行控制的控制。但是，磁控管與速調管相比花費更少，以及可以在尺寸上更緊湊，這可以在很多應用中佔有優勢。基於來自磁控管的電磁波的頻率的改變，而操作由磁控管供電的LINAC以生成處於兩個或更多個不同能量處的電子束的輸出是很困難的，因為相對有限的控制可以被用於對來自磁控管的電磁波的頻率進行控制。這裡公開的系統和方法用於由磁控管供電的LINAC的多X射線能量操作。
3.

發明內容
如這裡所公開的，系統和方法被提供以用於使用行波直線加速器生成不同能量的高劑量率電子，其中所述行波直線加速器由磁控管供應電磁波。所述系統和方法包括耦合由磁控管生成的第一電磁波至所述加速器；噴射來自電子槍的第一電子束到所述加速器，其中所述第一電子束由所述第一電磁波加速到第一能量範圍和以第一捕獲的電子束電流輸出；耦合由所述磁控管生成的第二電磁波至所述加速器；以及噴射來自電子槍的第二電子束到所述加速器，其中所述第二電子束由所述第二電磁波加速到第二能量範圍和以第二捕獲的電子束電流輸出，其中所述第二捕獲的電子速電流的幅度與所述第一捕獲的電子速電流的幅度不同，以及所述第二能量範圍的中心值與所述第一能量範圍的中心值不同。在一些實施方式中，所述第二捕獲的電子速電流的幅度與所述第一捕獲的電子速電流的幅度相差大約160mA，以及所述第二能量範圍的中心值與所述第一能量範圍的中心值相差大約3MeV。針對所述第二能量範圍的中心值與所述第一能量範圍的中心值之間每個近似IMeV的差異，所述第二捕獲的電子速電流的幅度與所述第一捕獲的電子速電流的幅度相差大約53mA。所述第二能量範圍和所述第一能量範圍可以是交叉的(interleaved)。所述第一能量範圍的中心值和所述第二能量範圍的中心值可以是中值(median)或平均值。在一些實施方式中，系統和方法還可以進一步包括使用與所述加速器結構的輸入與輸出接口的頻率控制器來監視所述第一電磁波的第一相移，其中所述頻率控制器將所述加速器結構的輸入處的所述第一電磁波的相位與鄰近所述加速器結構的輸出的所述第一電磁波的相位進行比較來確定相移，以及基於所述相移傳送調諧信號到調諧器。所述第二捕獲的電子速電流的幅度小於所述第一捕獲的電子速電流的幅度，以及其中所述第二能量範圍的中心值大於所述第一能量範圍的中心值。所述第二捕獲的電子速電流的幅度大於所述第一捕獲的電子速電流的幅度，以及其中所述第二能量範圍的中心值小於所述第一能量範圍的中心值。第二電子束的第二脈衝長度比第一電子束的第一脈衝長度長。可替換地，第二電子束的第二脈衝長度比第一電子束的第一脈衝長度短。所述第一電磁波的頻率近似等於所述第二電磁波的頻率，以及所述第一電磁波的幅值近似等於所述第二電磁波的幅值。在某些實施方式中，所述第二電磁波的頻率可以輕微地不同於所述第一電磁波的頻率，如，所述第二電磁波的頻率可以與所述第一電磁波的頻率相差小於O. 002%。還提供了一種用於從位於由磁控管供應電磁波的行波直線加速器的第一端附近的目標生成位於兩個不同的X射線能量範圍處的X射線束的系統和方法。電子槍位於所述加速器的與所述第一端相對立的第二端處。所述系統和方法包括耦合由磁控管生成的第一電磁波至所述加速器；噴射來自電子槍的第一電子束到所述加速器，其中所述第一電子束由所述第一電磁波加速到第一能量範圍和以第一捕獲的電子束電流輸出；使處於所述第一能量的所述第一電子束接觸所述目標，從而從所述目標生成第一 X射線束，所述第一 X射線束具有處於第一 X射線能量範圍內的能量；耦合由所述磁控管生成的第二電磁波至所述加速器；噴射來自電子槍的第二電子束，其中所述第二電子束由所述第二電磁波加速到第二能量範圍和以第二捕獲的電子束電流輸出，其中所述第二捕獲的電子束電流的幅度與所述第一捕獲的電子束電流的幅度不同，以及所述第二能量範圍的中心值與所述第一能量範圍的中心值不同；以及使處於第二能量的所述第二電子束接觸所述目標，從而從所述目標生成第二 X射線束，所述第二 X射線束具有處於第二 X射線能量範圍內的能量。在一些實施方式中，所述第二 X射線能量範圍和所述第一 X射線能量範圍是交叉的。針對所述第二能量範圍的中心值與所述第一能量範圍的中心值之間每個近似IMeV的差異，所述第二捕獲的電子束電流的幅度與所述第一捕獲的電子束電流的幅度相差大約53mA。所述第一能量範圍的中心值和所述第二能量範圍的中心值可以是中值或平均值。在一些實施方式中，所述方法進一步包括使用與所述加速器結構的輸入與輸出接口的頻率控制器來監視所述第一電磁波的第一相移，其中所述頻率控制器將在所述加速器結構的輸入處的所述第一電磁波的相位與鄰近所述加速器結構的輸出的所述第一電磁波的相位進行比較以確定相移，而且所述頻率控制器基於所述相移傳送調諧信號到調諧器。在一些實施方式中，所述第二捕獲的電子束電流的幅度小於所述第一捕獲的電子束電流的幅度，以及所述第二 X射線能量範圍的中心值大於所述第一 X射線能量範圍的中心值。可替換地，所述第二捕獲的電子束電流的幅度大於所述第一捕獲的電子束電流的幅度，以及所述第二 X射線能量範圍的中心值小於所述第一 X射線能量範圍的中心值。第二電子束的第二脈衝長度比第一電子束的第一脈衝長度長。可替換地，第二電子束的第二脈衝長度比第一電子束的第一脈衝長度短。
所述第一頻率近似等於所述第二頻率，以及所述第一幅值近似等於所述第二幅值。在某些實施方式中，所述第二頻率可以輕微地不同於所述第一頻率，例如可以與所述第一頻率相差小於O. 002%。還提供了一種行波直線加速器，該行波直線加速器包括加速器結構，該加速器結構具有輸入和輸出；磁控管，該磁控管耦合至所述加速器結構來提供電磁波到所述加速器 結構；電子槍，該電子槍與所述加速器結構的所述輸入接口 ；以及控制器，該控制器與所述電子槍接口。所述控制器傳送第一信號以弓I發所述電子槍噴射第一電子束到所述加速器的輸入，其中第一電子束被加速到第一能量範圍並以第一捕獲的電子束電流輸出。所述控制器傳送第二信號以引發所述電子槍噴射第二電子束到所述加速器的輸入，其中第二電子束被加速到第二能量範圍並以第二捕獲的電子束電流輸出。所述第二捕獲的電子束電流的幅度與所述第一捕獲的電子束電流的幅度不同，以及所述第二能量範圍的中心值與所述第一能量範圍的中心值不同。在一些實施方式中，所述第一能量範圍和所述第二能量範圍是交叉的。所述行波直線加速器還包括頻率控制器，所述頻率控制器與所述加速器結構的輸入與輸出接口，其中所述頻率控制器將位於所述加速器結構的輸入處的具有第一頻率的第一電磁波的相位與鄰近所述加速器結構的輸出的所述第一電磁波的相位進行比較以檢測所述第一電磁波的相移，其中所述頻率控制器傳送調諧信號到調諧器。
4.


通過附圖中的示例而非限制的形式來說明本發明。圖IA-B示出了行波(TW)直線加速器(LINAC)(圖1A)和駐波(SW)直線加速器(LINAC)(圖1B)的空載場、波束感應場以及波束負載場。圖2示出了由磁控管供電的LINAC的操作的流程圖。圖3示出了 TW LINAC的加速結構的剖面圖。圖4示出了用於操作由磁控管供電的多能量LINAC的系統的方框圖。圖5示出了包括頻率控制器的TW LINAC的方框圖。圖6示出了耦合至LINAC加速器結構的目標結構的剖面圖。圖7示出了在由磁控管供電的LINAC的操作中使用的示例計算機結構的方框圖。
5.
具體實施例方式這裡公開了在多能量操作中使用磁控管作為給TW LINAC的電磁波的源的方法和系統。所述電磁波可以被使用來加速被射入到加速器結構中的電子群束以生成電子輸出。這些加速的電子可以被對準到目標以提供高度穩定、高度有效的X射線波束。LINAC可以被調諧到多個不同的能量以提供處於每個不同的能量處的高度穩定、高度有效的電子輸出。在交叉操作中，LINAC可以為每個脈衝提供在兩個或多個不同的能量之間交替的電子輸出。如在如下章節5. I中討論的，LINAC的操作的能量可以通過改變捕獲的電子束電流(在源於電子槍的電子束電流的LINAC的輸出附近的測量)而被改變。來自電子槍的電子束的脈衝長度可以被改變以在每個脈衝中維持大致相似的電子劑量或在每個脈衝中維持相似的X射線產出(見章節5. 1.2)。
5. I磁控管供電的多能量LINAC使用磁控管作為LINAC的電磁波的源可以提供與速調管相比的數個優點。例如， 磁控管比速調管更便宜。同時，磁控管使用更簡單的控制系統，因為其一般不使用外部振蕩器或放大器。因此，可以在交叉的多能量操作中使用磁控管作為電磁波源的LINAC與使用速調管的LINAC相比可以提供數個優勢。由於磁控管為振蕩器，就頻率調諧或操作的功率水平而言其比與速調管(頻率和輸出功率兩者能夠使用低功率外部驅動器進行調諧的放大器)相比不太靈敏。也就是說，與速調管相比修改磁控管的頻率或功率水平更加困難。這裡提供的系統和方法使用波束負載效應來提供來自LINAC的處於不同能量的電子輸出，所述LINAC接收來自磁控管的電磁波。在某些實施方式中，所述系統和方法不需要使用磁控管來改變電磁波的頻率或功率水平。所述系統和方法可以基本上促成LINAC的不同能量的輸出而不修改磁控管的頻率或功率水平。5. I. I波束負載效應接收來自磁控管的電磁波的LINAC的不同能量輸出可以通過改變捕獲的電子束電流而通過波束負載效應實現。捕獲的電子束電流是在LINAC的輸出附近測量到的電子束。捕獲的電子束電流的量可以被控制，如通過改變源於電子槍處的電子束電流。捕獲的電子束電流典型地具有少於源於電子槍的電子束電流的幅度。例如，捕獲的電子束電流可以到達來自電子槍的電子束的大約15%、大約20%、大約25%、大約30%、大約35%、大約40%、大約45%、或到達大約50%或更多。捕獲的電子束電流和源於電子槍處的電子束電流之間的差異可以依賴於LINAC的結構且可以被本領域技術人員所容易地確定。此外，對於給定的LINAC而言如何確定捕獲的波束電流的量將對本領域技術人員而言是明顯的，其中對於源於電子槍的電子束電流的給定量，所述捕獲的波束電流的量可以被獲得。例如，有經驗的從業者可以在源於電子槍處的電子束電流的幾個不同級別處操作LINAC和測量相應的捕獲的電子束電流。捕獲的波束電流可以被位於LINAC的輸出附近的監測器所測量。在波束負載效應中，加速電子束可以在LINAC中感應波束負載場,所述波束負載場具有與耦合到LINAC的來自磁控管的電磁波所施加的加速相對立的相位。也就是，波束負載可以感應作用以減速電子束的波束負載場。波束感應場的幅值隨電子束電流單調變化。更高的電子束電流可以感應更高幅值的電場，所述幅值與由耦合到LINAC的來自磁控管的電磁波所施加的加速相對立，以及導致電子束經歷更少的加速。更低強度的電磁波以比更高強度的電磁波慢的速率來加速電子群束。波束負載的效應對減小加速電子束的電磁波的幅值很重要。增加電子束電流(以及因此波束負載的效應)至降低輸出電子的能量的期望效果是增加的電流可以部分地或全部地補償由較低能量所產生的較低X射線產出。因波束負載效應導致的電磁波幅值的改變能夠發生在LINAC的加速器結構的聚束腔(buncher cavities)和加速腔兩者中。在具有前向波的恆定梯度TW LINAC中的波束負載場的特性在圖IA中被示出。圖IB示出了在駐波(SW) LINAC中的波束負載場的特性。圖IA示出了在不存在波束負載時TW LINAC中的恆定場Etl (水平線)。Tff LINAC中的波束感應場的特性是由于波束只與一個前向波同步的原因，而且LINAC的每個單元長度增加大致相等的場增量給那個前向波。所述場增量(不是功率增量)單調增加。輸出耦合器與該同步波匹配，以及波束感應場隨沿著LINAC的長度的距離Lz而單調變化。如圖IA所示，波束感應場的幅度隨沿著LINAC結構的長度Lz而單調變化，從而在幅值上隨著Lz而增加，但是是在負方向上。E的幅值的單調增加是鄰近恆定梯度LINAC結構的聚束區域的合理近似。波束感應場的相位是如此以便減速同步波束以及因此可以近似於與空載場(Etl)大概異相180度。因此，波束感應場在幅值上單調變化以及與Etl相對立(因此其在圖IA中被示為負值)。為恆定空載場Etl (水平線)和波束感應場E之和的波束負載場=EfE在圖IA中被示為穩定減小的場，其在Lz=O處等於空載場以及隨增加的Lz而單調減小。狹義相對論的效果可以被考慮如下。具有l/2MeV動能的電子的速度近似為光速的85%。可以取無限量的能量來加速最後15%的電子以達到光速。l/2MeV的電子能量值可以被確定為電子的非相對論和相對論速度之間的劃分線。在其他示例系統中，電子的非相對論和相對論速度之間的劃分線可以被確定為大於或小於l/2MeV。圖IA中的垂直虛線可以充當電子達到相對論速度時的分界線。在一種實施方式中，電子速度在l/2MeV (相對論區域)之上對波束的能量不太敏感。因此，相對於9MeV，電子束滯後於6MeV的電磁波峰值出現在最初的l/2MeV加速中。如果能量的差異完全由波束負載所引起，則在TW LINAC中最初的l/2MeV中的場差異(在空載場和波束負載場之間)可以非常的小(由圖IA中的陰影部分所標識)。作為結果，相移可以很小，因此，波束負載效應可以在TW LINAC中產生更小的相位誤差。如果頻率被調整以使高能量波束超前於電磁波峰值的量大約與低能量滯後於該峰值的量相同，則兩個波束都可以離峰值足夠的近以提供具有合理頻譜和穩定性的電子輸出。從TW LINAC的輸入端到輸出端的電磁波的相移的修正以及TW LINAC現對於行波電磁波的峰值來布置電子束的操作在未決定的美國非臨時申請No. 12/581,086中公開，其作為參考在這裡整體被引用。圖IB示出了 SW LINAC中波束負載場的特性。在示例性SW LINAC中，存在與波束同步的兩個波(I)前向波，在該前向波中從(LINAC結構的)一個腔到另一腔幾乎沒有與波束相關的相移，以及(2)後向波，在該後向波中從一個腔到另一腔大概有與波束相關的2η π (其中η為整數)的相移。波束將前向波和後向波等價地勵磁，以及因此勵磁與空載場近似異相180°的(波束負載的)駐波。如圖IB所示，波束感應場E 為負值(其減速波束)和具有隨沿著LINAC結構的長度Lz的恆定幅度。波束負載場為恆定空載場Etl (水平線)和波束感應場Eittsis之和(即該波束負載場在圖IB中被示為大致恆定的場，即在Lz=O處和隨著Lz增加具有大致相同的值的場。因此，在SW LINAC中，處於可以被認為是非相對論區域的最初l/2MeV中的波束負載場與SW LINAC結構中的剩餘近似相同。SW LINAC中的波束負載效應可以在最初l/2MeV中產生更大的相位誤差。注意，本發明的實施方式使用TW LINAC，而非SW LINAC05. I. 2操作由多能量磁控管供電的LIANC的系統和方法操作TW LINAC的系統和方法被提供，所述TW LINAC使用從磁控管接收的電磁波來加速電子以使所述TW LINAC提供處於兩個或多個不同能量處的電子輸出。圖2示出了使用從磁控管接收的電磁波來加速電子的TW LINAC的示例操作中的步驟流程圖。在圖2的步驟20，由磁控管生成的第一電磁波被耦合至LINAC的加速器結構。在步驟22，電子槍向LINAC的加速器結構的輸入射入來自電子槍的第一電子集(其可以例CN 102918933 A
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明
說
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如通過應用第一槍電流命令到電子槍而被獲得)。第一電子集通過使用由磁控管生成的電磁波而被加速到第一輸出能量範圍，以及以第一捕獲的電子束電流輸出。在步驟24，由磁控管生成的第二電磁波被耦合至LINAC的加速器結構。在一示例中，第二電磁波可以具有與步驟20的第一電磁波大致相同的頻率和幅值。在另一個示例中，第二電磁波可以具有與步驟20的第一電磁波的第一頻率輕微不同的第二頻率，如，該不同小於第一電磁波的第一頻率的O. 002%。在步驟26，電子槍將第二電子集(其可以例如通過應用第二槍電流命令到 電子槍而被獲得)射入到加速器結構的輸入。第二槍電流可以與第一槍電流不同。第二電子集通過使用由磁控管生成的電磁波而被加速到第二輸出能量範圍，以及以第二捕獲的電子束電流輸出。第二捕獲的電子束電流可以與第一捕獲的電子束電流不同。當第二槍電流與第一槍電流不同時，或當第二捕獲的電子束電流與第一捕獲的電子束電流不同時，第二電子輸出能量範圍的中心值(如，均值或中值)可以與第一電子輸出能量範圍的中心值(如，各自的均值或中值)不同。如果第一和第二電子輸出能量範圍的中心值相差大於大約1%幅值、大於大約2%幅值、大於大約5%幅值、大於大約10%幅值或更多，則第一和第二電子輸出能量範圍的中心值是不同的。在LINAC的操作期間步驟20-26可以被重複數次。例如，在交叉操作中，LINAC可以被操作以在兩個不同的電子輸出能量範圍之間循環。例如，LINAC可以被操作以針對每個脈衝而在大約6MeV和大約9MeV之間交替，且從一個脈衝到另一個脈衝，第二捕獲的電子束電流(其可以通過應用第二槍電流命令到電子槍而被獲得)與第一捕獲的電子束電流(其可以通過應用第一槍電流命令到電子槍而被獲得)不同。在另一個示例中，在LINAC可以針對附加的多個脈衝而被操作(其中電子槍為附加的多個脈衝中的每個脈衝提供第二捕獲的電子束電流且第二電子集中的每個電子被加速到第二輸出能量範圍)之前，LINAC可以針對多個脈衝而被操作，其中電子槍為多個脈衝中的每個脈衝提供第一捕獲的電子束電流且第一電子集中的每個電子被加速到第一輸出能量範圍。也就是說，LINAC也可以被操作以提供處於第一能量的多個脈衝，以及之後被插值以提供處於第二能量的多個脈衝。對於期望能量的操作，第二捕獲的電子束電流可以與第一捕獲的電子束電流相差固定幅度的電子束電流。也就是說，根據第一電子輸出能量範圍的中心值和第二電子輸出能量範圍的中心值之間的能量差異，示例LINAC的能量可以被改變固定的量。在一示例中，兩個不同操作能量的大約為3MeV的輸出能量差異可以被獲得，如果來自第一電子輸出的第一捕獲的電子束電流的幅度與來自第二電子輸出的第二捕獲的電子束電流的幅度相差大約為160mA。來自第一電子輸出的第一捕獲的電子束電流的幅度與來自第二電子輸出的第二捕獲的電子束電流的幅度的差值可以取決於LINAC結構的長度和LINAC結構的分路阻抗，以及在一些實施方式中，可以比大約160mA高或低。例如，第一捕獲的電子束電流與第二捕獲的電子束之間160mA的幅度差異可應用到具有大約O. 5m長度的X波段TW LINAC0捕獲的波束電流可以達到來自電子槍的電子束的大約15%、大約20%、大約30%、大約35%、大約40%、大約45%、或達到大約50%或更多。在一實施方式中，丟失的電子束(即，電子束的未被捕獲的那部分)可能對波束負載效應沒有太多貢獻。在這個示例中，如果大約為25mA的捕獲的電子束電流提供大約9MeV的輸出能量，則大約為185mA的捕獲的電子束電流提供大約6MeV的輸出能量。如果LINAC
10以輸出能量的中心值大約為7. 5MeV的第三能量範圍被操作，則捕獲的電子束電流將大約為 105mA。磁控管可以被配置成運行在對LINAC的每個不同操作能量的能量頻譜進行優化的單頻處。例如，LINAC可以被操作在交叉的大約9MeV和6MeV處，其中磁控管以單頻進行操作且從一個脈衝到另一個脈衝生成就大致相同功率幅值的電磁波。在另一個示例中，僅通過用以單頻進行操作和從一個脈衝到另一個脈衝生成具有大致相同功率幅值的電磁波的磁控管來改變捕獲的電子束電流，LINAC可以被操作在大約8MeV和5MeV處和良好頻譜可以在兩個能量處被獲得。在LINAC被操作來加速第一電子束到第一能量範圍以及第二電子束到第二能量範圍以及第二能量範圍的中心值比第一能量範圍的中心值大的實施方式，第二捕獲的電子束電流的幅度將小於第一捕獲的電子束電流的幅度。第二捕獲的電子束電流可以比第一捕獲的電子束電流低，例如，大約為2、3、4、5、8、10或更多的因子。因此，在步驟22，第一槍電流被應用到電子槍以噴射來自電子槍的第一電子集到LINAC的加速器結構的輸入。在步驟26，比第一槍電流低例如大約為2、3、4、5、8、10或更多因子的第二槍電流被應用到電子槍以噴射來自電子槍的第二電子集到LINAC的加速器結構的輸入。在這一實施方式中，來自兩個不同操作能量的X射線輸出可以被維持在相似的X射線強度(在檢測器處)。也就是說，應用到電子槍的第二槍電流的幅度可以被設置成使碰撞目標的第二捕獲的電子束電流產生與從碰撞目標的第一捕獲的電子束電流(與應用到電子槍的第一槍電流有關)所獲得的X射線劑量大致相同劑量的X射線的值。在另一個示例中，對於不同的操作能量，從一個脈衝到另一個脈衝，來自電子槍的波束脈衝長度可以被改變來維持大致相同的電子束電荷，或可替換地大致相同的X射線產出。也就是說，在步驟22，電子槍噴射來自電子槍的具有第一脈衝長度的第一電子集進入LINAC的加速器結構的輸入。在步驟26，電子槍噴射來自電子槍的具有第二脈衝長度的第二電子集進入LINAC的加速器結構的輸入。在第二電子輸出能量範圍具有比第一電子輸出能量範圍高的能量中心值的實施方式中，第二脈衝長度可以比第一脈衝長度長例如大約為
2、3、4、5、8、10或更多的因子。脈衝長度的改變也可以被用來將來自兩個不同的操作能量的X射線劑量維持在大致相似的X射線強度(在檢測器處)。在示例中，LINAC可以以9MeV、6MeV以及3MeV之間的交叉操作進行操作，如用於貨物檢查，在該貨物檢查中，在9MeV和6MeV之間交叉來檢測高原子量(Z)物體，所述高原子量(Z)物體可以是可裂變材料或放射性材料的屏蔽，以及在6MeV和3MeV之間交叉來檢測低Z易爆材料。在這兩個能量交叉的操作中的每個操作中，來自用於提供處於更低能量的電子輸出的電子槍的電子束的脈衝長度可以比來自用於提供處於更高能量的電子輸出的電子槍的電子束的脈衝長度高例如大約3、4、5或甚至達到大約10的因子。兩個輸出操作能量的這種不同的脈衝長度可以引發檢測器處具有大致相似X射線強度的X射線。例如，對於操作以提供處於6MeV和9MeV的電子輸出的LINAC，其可以在6MeV操作處花費大約3倍更多的電子來提供與在9MeV操作處的電子所提供的大致相同的X射線產出。作為另一個示例，對於操作以提供處於3MeV和6MeV的電子輸出的LINAC，在3MeV操作處其可以使用大約6倍更多的電子來提供與在6MeV操作處的電子所提供的大致相同的X射線產出。在另一示例中，在雙能量操作中的每一個操作中，其中LINAC的低能量操作得到的捕獲的波
11束電流比更高能量操作的捕獲的波束電流高大約160mA，脈衝長度的差異可以較小，如稍微大於I的因子、達到大約2、或達到大約3的因子，來使兩個能量的X射線產出相等。每脈衝的X射線劑量還可以通過改變在相同方向中的每個能量波束的電流同時維持不同的操作能量之間的捕獲的電子束電流之間的恆定差異而被控制。也就是說，在在大約為160mA的捕獲的電子束電流的差異情況下大約3MeV的輸出能量差異被獲得的特定示例中，第一捕獲的電子束電流和第二捕獲的電子束電流可以都被增加或減小大體上相同的量以維持兩個值之間的相同差異。簡化的控制系統可以與這裡公開的系統和方法一起使用，來控制脈衝之間電子槍電流的改變，其還可以被用來控制捕獲的電子束電流。簡化的控制系統可以被使用來控制從脈衝到脈衝的波束脈衝長度。也就是說，在一示例系統中，一個或多個控制單元可以與磁控管、電子槍以及LINAC結構接口。與磁控管接口的一個或多個控制單元可以發布一個或多個命令來引發磁控管生成給LINAC的第一和第二電磁波(分別見圖2的步驟20和24)。與電子槍接口的一個或多個控制單元可以發布一個或多個命令來引發第一槍電流和第二槍電流被施加給電子槍，和來引發電子槍噴射第一電子集和第二電子集到加速器結構(分別見圖2的步驟22和26)。5. 2磁控管磁控管作為高功率振蕩器來生成持續幾微秒以及每秒幾百個脈衝的重複率的電磁波(通常為微波)脈衝。在每個脈衝內的電磁波的頻率可以典型地為3000MHz (S波段)或大約9000MHz(X波段)。對於非常高峰值電流或高平均值電流，可以使用800至1500MHz(L波段)脈衝。磁控管可以是本領域技術人員認為適合的任何磁控管。例如，可以使用CTLX波段脈衝的磁控管，型號為PM-1100X (L3通信應用技術公司，加拿大維爾市)。典型地，磁控管具有圓柱形結構，具有在中心配置的陰極和外陽極，其中諧振腔由固體銅片機械加工而成。中心配置的陰極和外陽極之間的空間可以被排空。陰極可以由內部燈絲加熱；電子由熱電子發射而被生成。靜態磁場可以被垂直施加到空腔的剖面的表面(如，垂直於脈衝的DC電場)，以及在陰極和陽極之間施加脈衝的DC電場。從陰極發射的電子可以通過脈衝的DC電場的作用和在磁場的影響下向著陽極加速。因此，電子可以以複雜的螺旋運動向諧振腔移動，從而引發它們以位於電磁頻譜的微波區域內的頻率來輻射電磁輻射。生成的微波脈衝可以經由傳輸波導被耦合到加速器結構。磁控管可以以I或2麗的峰值功率輸出進行操作來為低能量LINAC (6MV或更少)供電。磁控管可以相對的便宜和能夠被製作簡潔，這些是其用於許多應用的優勢。持續波磁控管設備可以在IGHz處具有高達IOOkW的輸出功率，並具有大約百分之75-85的效率，而脈衝的設備可以以大約百分之60-77的效率進行操作。磁控管可以被使用在單部分低能量直線加速器中，所述直線加速器對相位不敏感。反饋系統可以與磁控管接口來穩定電磁波輸出的頻率和功率。5. 3TW LINAC 的結構這裡公開的系統和方法可應用到TW LINAC0圖3示出了 TW LINAC的示例加速結構。圖3示出了前向波TW LINAC結構的示例剖面圖。在一種實施方式中，加速結構301具有圓柱形剖面。TW LINAC包括加速結構301，該加速結構301具有縱向通道300和多個空腔302、304，所述多個空氣沿著加速結構的中心鑽孔放置並被橫向面板306分開。橫向面板306可以是金屬盤。每個橫向面板306具有中心孔307，所述中心孔307沿著加速結構301的縱軸對齊以形成通過加速結構的中心的縱向通道300。電磁波通過這些中心孔被耦合。本領域技術人員將認識到，行波LINAC可以具有至少5個、至少10個、至少15個、至少20個、至少25個、至少30個、至少35個、至少40個或更多個空腔。在加速結構301具有圓柱形剖面的示例性實施方式中，橫向面板306可以是圓盤。在操作期間，電磁波從輸入波導310被饋送到加速結構301中。電磁波流向電子束的下遊和在通過加速結構301的一個通道之後被耦合到波導312中。在TW LINAC的操作中，射入到TW LINAC的縱向通道300的輸入孔316中的電子束被沿著縱向通道300的電磁波所加速和從輸出孔318被發射。在使用X射線輻射的應用中，發射的電子束能夠被對準到X射線目標(未示出)。X射線的生成和目標的示例在如下章節5. 5中討論。5. 4LINAC 作業系統圖4示出了示例性多能量LINAC 34和作業系統組件的方框圖。示出的用於LINAC的作業系統包括控制接口，通過該控制接口用戶可以調整LINAC的設置、控制LINAC的操作等。控制接口可以與被連接到信號背板的可編程邏輯控制器(PLC)和/或個人計算機(PC)通信。信號背板可以基於從所述PLC、PC和/或控制接口接收到的指令來提供控制信號到LINAC的多個不同組件。控制器431 (控制單元)接收來自信號背板的調諧控制信息。控制器431可以與磁控管432、電子槍433、和/或LINAC 434的一個或多個其他組件接口。在圖4中所示，LINAC 434是控制器431與輸入波導435和輸出波導436接口的TW LINAC0波導435耦合磁控管432到LINAC 434的輸入。波導435包括波導耦合器和真空窗。波導435攜帶由磁控管432生成的高功率的電磁波(載波)到LINAC 434的加速器結構。波導435的波導稱合器取樣電磁波功率的一部分到LINAC的輸入。包括波導稱合器和真空窗的波導436耦合LINAC 434的加速器結構的輸出到RF負載。波導435或波導436可以是矩形或圓形的金屬管，其被配置成最佳地引導處於用來在LINAC中加速電子的頻率中的波而在強度上沒有重大損失。金屬管可以是低Z、高導電性的材料，例如銅。為了提供可能具有接近最大輸入功率的最高場梯度，波導可以被填充有SF6氣體。作為替換地，波導可以被排空。真空窗允許高功率電磁波進入到LINAC 434的輸入，同時將LINAC 434的排空的內部和其填充氣體或排空的外部分開。槍調製器437控制將電子射擊到LINAC 434中的電子槍(未示出)。電子槍可以是本領域技術人員認為合適的任何電子槍，例如，L3的型號M592(L3通信電子器件公司，加拿大聖卡洛斯)可以被使用。槍調製器437接收來自信號背板的柵格驅動級和電流反饋控制信號信息。槍調製器437還進一步接收來自信號背板的槍觸發脈衝和延遲控制脈衝以及槍加熱電壓和HV級控制。槍調製器437通過指示電子槍何時和如何射擊(如，包括使用的重複率和柵格驅動級)來控制電子槍。槍調製器437可以引發電子槍來以脈衝重複率射擊電子，所述脈衝重複率與由磁控管432供應的高功率電磁波(載波)的脈衝重複率相對應。與槍調製器437或電子槍接口的一個或多個控制器可以提供指令來引發電子槍傳送波束電流到加速器，或確定電子的射入的脈衝長度。
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示例電子槍包括陽極、柵格、陰極和燈絲。燈絲被加熱來引發陰極釋放電子，所述電子被加速以高速從陰極離開並去向陽極。聚焦電極和陽極可以聚集射出的電子的流成受控直徑的波束。柵格可以置於陽極和陰極之間。電子槍被聚束器所跟隨，所述聚束器位於電子槍後面以及典型地集成在LINAC 434的加速結構內。在一種實施方式中，聚束器由LINAC 434的加速結構的第一少數單元組成。聚束器將由電子槍射擊的電子塞進群束中和產生初始的加速。群束被實現，因為電子接收來自電磁波的更多能量(更多加速)，這取決於他們離電磁波的峰值有多近。因此，在更高的電磁波上前進的電子追上在較低的電磁波上前進的較慢電子。聚束器將由磁控管432提供的高功率電磁波施加到電子群束上以實現電子群束和初始的加速。高功率電磁波被射入經由波導435來自磁控管432的LINAC 434。將被加速的電子由電子槍射入到LINAC 434。電子進入LINAC 434和被典型地群束在LINAC 434的第一少數單元(其可以包括聚束器)中。LINAC 434是真空管，該真空管包括通過虹膜分開的調諧空腔序列。LINAC 434的調諧空腔由導電性材料(如銅)綁定，以避免高功率電磁波的能量從LINAC 434中輻射離開，和用於形成高縱向電場位於加速器結構的軸上的傳播模式。在LINAC的第一部分，每個連續的空腔比之前的空腔長，以計算增加的粒子速度。典型地，在大約第一打單元之後，電子達到光速的大約98%以及餘下的所有單元長度相同。基本的設計標準是電磁波的相速度與在加速(但不是群束)發生的LINAC 434中的空腔的位置處的粒子速度匹配。一旦電子束已經由LINAC 434加速，該電子束就可以瞄向目標，如鎢目標，所述目標可以被置於LINAC 434的末端。由電子束對目標的碰撞生成x射線束(在如下章節5. 5討論)。在電子撞擊目標之前，通過使用如上述章節5. I. I中討論的波束負載效應，電子可以被加速到不同能量。在交叉操作中，電子可以被交替地加速到兩個或更多個不同的輸出能量，如，到大約3MeV、到大約6MeV和到大約9MeV。對於TW LINAC，為了實現輕重量和緊湊的尺寸，Tff LINAC可以被操作在X波段中(如，在8GHZ和12. 4GHz之間的RF頻率處)。對於給定數量的加速空腔，相對於常規S波段LINAC的高操作頻率可以減少LINAC 434的長度，近似為因子3，使得同時減少了質量和重量。結果，TW LINAC的組件可以被封裝在相對緊湊的組裝中。作為替換地，TW LINAC可以操作在S波段。這樣的TW LINAC需要更大的組裝，但可以使用商用的高功率電磁波源提供更高能量的X射線束(如，達到大約18MeV)。聚焦系統438控制圍繞在LINAC 434周圍的強大的電磁體。聚焦系統438接收來自信號背板的電流級控制，以及控制聚焦線圈的電流水平來聚焦電子束，所述電子束在LINAC 434中通過。聚焦系統438被設計來聚焦波束以將電子聚集到特定直徑的波束，所述特定直徑的波束能夠打擊小區域的目標。波束可以通過控制被供應到電磁體的電流而被聚焦和對齊。在示例中，聚焦電流可以保持脈衝之間的恆定，以及電流可以被維持在允許電磁體大致為每個不同的操作能量來聚焦波束的值。六氟化硫(SF6)控制器439接收來自背板的壓力控制信息和可以控制SF6氣體的量(如，處於特定的壓力處)，SF6是介質氣體和絕緣材料並能夠被泵送到波導435和436中。SF6控制器接收來自背板的壓力控制信息和使用接收到的信息來控制被供應到波導的SF6氣體的壓力。SF6氣體可以增加可以通過波導435和436傳送的峰值功率的量，和可以增加LINAC的額定電壓。真空系統440(如，離子泵真空系統)可以被使用來維持在磁控管432和LINAC 434中的真空，和來報告電流真空級(壓力)至信號背板。真空系統還可以被用來在波導435和436的部分中生成真空。冷卻系統/溫度控制單元441可以被使用來監測系統的一個或多個組件的溫度和來控制冷卻系統以維持這些組件的恆定溫度。例如，冷卻系統可以循環水或其他冷卻劑到需要被冷卻的區域，如磁控管432和LINAC 434。LINAC和磁控管的金屬的溫度在LINAC被以高重複率操作時可以上升10° C，這會導致電磁波的漂移。例如，當LINAC改變溫度時，磁控管振蕩頻率必須被調諧以保持LINAC的輸入與輸出之間的RF相位差異恆定。圖5示出了 TW LINAC系統的實施方式的方框圖，其中TW LINAC系統包括磁控管502、與磁控管502接口的調諧器504、頻率控制器506、電子槍508以及加速器結構510。頻率控制器506可以被使用來測量相對於鄰近輸入耦合器的電磁波的相位的鄰近輸出耦合器的電磁波的相位。在圖5中所示，頻率控制器506包括控制器和相位比較器。頻率控制器506的相位比較器可以比較加速器結構510的輸入(Pl)處的電磁波和加速器結構510的輸出(P2)處的電磁波以及提供相移的測量(△ F )到頻率控制器506的控制器。對於LINAC的不同操作能量，通過使用這個信息，頻率控制器506可以被用來將通過LINAC的相移維持在相同設置點處。具體來說，頻率控制器506可以傳送信號到調諧器504來調諧磁控管，以將電磁波的相移維持在所述設置點處。例如，如果測量到的第一電磁波的相移(在第一頻率處生成)沒有位於設置點處，則頻率控制器506可以傳送信號到調諧器504來調諧磁控管以生成處於修改的頻率上的第二電磁波(即，第二頻率不等於第一頻率)來引發第二電磁波的相移更接近於設置點。第一頻率和第二頻率不同，如果他們在幅度上相差大於.001%，在幅度上相差大於.002%，或更多。如果測量到的第一電磁波的相移(在第一頻率處生成)是處於設置點處，則頻率控制器506可以傳送信號到調諧器504以使磁控管生成與第一電磁波處於大致相同的頻率上的第二電磁波。例如，如果他們相差小於
O.001%，則第一頻率和第二頻率可以是大致相同的頻率。也就是說，在Pl和P2之間的相位差異的測量可以在需要時引發磁控管被調諧以改變其操作頻率，從而維持通過加速器結構的電磁波的特定的相移。因此，從頻率控制器506到磁控管的信號可以最終導致將通過加速器結構的電磁波的相移維持在設置點處，這基於由頻率控制器檢測到的相移的幅度。在非限制示例中，頻率控制器可以是自動頻率控制器(AFC)。在圖5中所示的包括控制器和相位比較器的頻率控制器被示為集成單元。但是，在其他實施方式中，頻率控制器506可以包括作為獨立單元的控制器和相位比較器。由磁控管生成的電磁波的頻率可以被機械地調諧。例如，調諧針和調諧芯塊被放置以與磁控管的主體通信，它們可以被移入到磁控管的主體或從磁控管的主體中取出來以調諧其操作頻率。調諧器504可以包括電機驅動以機械地移動調諧針或調諧芯塊來調諧磁控管。在一種實施方式中，其中磁控管被操作以生成處於大致上單頻處(或在單頻周圍的範圍(δ f)之內的頻率(f)的值處)的電磁波，機械調諧可以被使用來維持磁控管的性能的穩定性。例如，δ f可以是大約IOOOOkH頻率分之一或之幾量級的差異。在一些實施方式中，δ f可以是大約O. OlMHz或更多量級的差異，大約O. 03MHz或更多量級的差異、大約
15O.05MHz或更多量級的差異，大約O. 08MHz或更多量級的差異、大約O. IMHz或更多量級的差異。將在下面更加詳細的描述，頻率控制器可以被使用來維持輸出能量的穩定性和電子劑
量穩定性。當TW LINAC在兩個或更多個不同的能量處被操作時，磁控管可以被調諧來在單頻Cf)周圍的值範圍(δ f)處操作，該單頻在所有不同的操作能量處提供LINAC的最大化輸出。例如，在一種實施方式中，其中，LINAC被操作在6MeV和9MeV處，磁控管可以被操作以生成位於單頻(f)周圍的範圍(S f)之內的值處的電磁波，以使在9MeV操作期間電子群束被加速到在平均上是稍微位於電磁波的峰值的前面以及在6MeV操作期間在平均上是稍微位於電磁波的峰值的後面。磁控管的操作的單頻可以通過首先找到位於用於兩個不同的操作能量的那些電子槍電流之間的中間電子槍電流而被確定，從而調整磁控管的頻率來優化LINAC的X射線產出為最高能量操作和最低能量操作提供了可接受的能量頻譜和穩定性。中間電子槍電流可以是但不限於用於兩個能量操作或用於三個或更多個不同能量的操作的最高電子槍電流和最低電子槍電流的平均值或中間值。磁控管的操作的單頻以及單頻周圍的值的範圍(δ f)可以被確定作為最大化針對該中間電子槍電流的LINAC的X射線產出的頻率。頻率控制器可以促進在TW LINAC的多能量交叉操作的快速切換期間的穩定操作。頻率控制器可以被使用來，當系統一步步地從等待使用到全部供電、加速器結構冷卻水的溫度漂移、或磁控管的頻率漂移時，用於校正TWLINAC加速器結構的快速熱能化的效應。圖6示出了耦合至LINAC 434的目標結構650的剖面圖(部分示出)。目標結構650包括目標652以執行電子能量到X射線的理論轉換。目標652可以是例如鎢和錸的合金，其中鎢是X射線的重要源和錸提供熱能和導電性以及改善延展性以更易於加工和熱衝擊下的較長壽命。一般地，目標652可以包括一個或多個具有近似大於或等於70的原子數的目標材料以提供有效的X射線生成。在一示例中，X射線目標可以包括低Z材料，例如但不限於銅，其可以避免或減少在輸出電子碰撞時中子的生成。當來自電子束的電子進入到目標時，他們以熱能和X射線(光子)的形成釋放能量，和失去速度。在操作中，加速的電子束與目標撞擊，從而生成軔致輻射和k層X射線(見如下章節5. 5)。目標652可以被安裝在金屬支架654中，該金屬支架可以是例如銅等的良好的熱和電導體。支架654可以包括收集電子的電子收集器656，所述電子在目標652中不被停止和/或在目標652中被生成。收集器656可以是例如基於傳導石墨的化合物之類的電子吸收材料塊。一般地，收集器656可以由具有低原子數的一種或多種材料構成，例如，原子數近似小於或等於6，來為由目標656生成的X射線提供電子吸收度和透明度。收集器656可以通過絕緣層658 (如，陽極氧化鋁層)與支架電氣隔離。在一示例中，收集器656為重陽極氧化鋁層。收集器中收集的電流的測量可以被使用來提供電子束(包括捕獲的電子束)的能量的指示。瞄準儀659可以被附著到目標結構。瞄準儀659使X射線成形為適當的形狀。例如，如果LINAC正在被用作貨物檢查系統的X射線源，則瞄準儀659可以形成扇狀波束。X射線波束可以之後穿透目標(如，貨物容器)，以及在目標的對立端處的檢測器可以接收沒有被吸收或分散的X射線。接收到的X射線可以被使用來確定目標的屬性(如，貨物容器中的內容)。X射線強度監測器651可以被使用來監測操作期間X射線的產出(見圖6)。x射線強度監測器661的非限制示例是離子室。X射線強度監測器651可以被置於X射線源處或在X射線源附近，例如，面對著目標。在一實施方式中，從LINAC的一個脈衝到另一脈衝，基於來自X射線強度監測器651的測量，控制器431可以傳送信號到電子槍的控制器來引發更高(或更低)波束電流被施加到電子槍(如在上述章節5. I討論的)，這樣的目的在於維持從一個脈衝到另一個脈衝的X射線的大致相似的劑量。在另一個實施方式中，基於來自X射線強度監測器651的測量，控制器431可以傳送信號到電子槍的控制器來引發電子槍以更長(或更短)的脈衝長度提供電子束(如在上述章節5. I討論的)，這樣的目的在於維持從一個脈衝到另一個脈衝的X射線的大致相似的劑量。示例TW LINAC的操作(例如，相對於行波電磁波的峰值來定位電子群束以優化能量頻譜)在未決定的非臨時申請No. 12/581,086中公開(其作為參考在這裡整體引用)。5. 5X 射線在某些方面，X射線通過來自LINAC的加速電子束或電子群束和目標材料的碰撞而被生成。X射線由兩個不同機制生成。在第一種機制中，來自LINAC的電子與目標的原子的碰撞可以傳遞足夠的能量以使來自原子的更低能級(內殼)的電子逃離原子，從而在更低能級中留出空缺。原子的更高能級中的電子下降到更低能級以填充空缺，以及將他們多餘的能量作為X射線光子進行發射。由於更高能級和更低能級之間的能量差異是離散值，這些X射線光子(一般稱為K層輻射)在X射線頻譜中作為銳譜線(稱為特性線)出現。K層輻射具有取決於目標材料的特徵能量(signature energy)。在第二種機制中，來自LINAC的電子束或群束由目標的原子附近的強電場分散以及釋放軔致輻射。軔致輻射產生位於連續頻譜中的X射線光子，其中X射線的強度從位於入射電子的能量處的O增加。也就是說，可以通過來自LINAC的電子產生的最高能量X射線是從LINAC發射時的電子的最高能量。對於許多應用，軔致輻射可以比特性線更令人感興趣。用於生成X射線的目標所使用的材料包括鎢、某些鎢合金(例如但不限於碳化鎢、或鎢(95%)-錸(5%))、鑰、銅、鉬和鈷。5. 6 儀器可在行波LINAC的操作中使用的某些儀器包括調製器、相位橋、真空計或離子泵電流計、示波器和電子束電流監測器。5. 6. I 調製器用於磁控管的調製器生成持續幾微秒的高電壓脈衝。這些高電壓脈衝可以被供應給磁控管。電源提供DC電壓到調製器，該調製器將該DC電壓轉換為高電壓脈衝。例如，固態磁控管調製器Ml或M2 (ScandiNova Systems AB公司，位於瑞典烏普薩拉)可以用於與磁控管連接。槍驅動器或槍板(gun deck)可以被使用來操作電子槍。5. 7示例性裝置和電腦程式實現方式這裡公開的方法的方面可以根據如下的程序和方法通過使用計算機系統來執行，所述計算機系統例如是在本章節中描述的計算機系統。例如，該計算機系統可以存儲和發布指令來促成根據這裡公開的方法修改電磁波頻率。在另一個示例中，計算機系統可以存儲和發布指令來促成根據這裡公開的方法操作磁控管的控制器或電子槍的控制器。這些系統和方法可以在各種類型的計算機架構中被實現，如例如在通用計算機、或者並行處理計算機系統、或者工作站、或聯網系統上(例如，圖7所示的客戶端-伺服器配置)實現。圖7示出了適用於實現這裡公開的方法的示例性計算機系統。如圖7所示，用於實現這裡公開的一個或多個方法和系統的計算機系統可以連結到網絡鏈路，該網絡鏈路可以是例如到其他本地計算機系統的區域網(「LAN」)的一部分和/或連接到其他遠程計算機系統的廣域網(「WAN」)(諸如網際網路)的一部分。軟體組件可以包括引發一個或多個處理器發布指令到一個或多個控制單元的程序，所述指令引發一個或多個控制單元發布指令來引發磁控管的控制器或電子槍的控制器的初始化，以操作磁控管來生成一定頻率的電磁波和/或操作LINAC (包括將電磁波耦合到LINAC的指令)。所述程序可以引發所述系統從數據存儲(如，資料庫)中取回指令以執行特定順序的方法的步驟，包括初始化一個或多個控制器和操作磁控管來生成一定頻率的電磁波。該數據存儲可以被存儲在大容量存儲器(如，硬碟存儲器)或其他計算機可讀介質中並被加載到計算機的存儲器中，或該數據存儲可以由計算機系統通過網絡的方式訪問。除了這裡描述的示例性程序結構和計算機系統，其他可替換的程序結構和計算機系統對本領域技術人員而言是明顯的。這樣的替換系統(不論在精神上還是範圍上其都不脫離如上所描述的程序結構和計算機系統)因此意圖被理解為落入所附權利要求書的範圍中。6.結論某些結論已在之前討論。此章節提供附加的結論或進一步討論一些已經在前面討論的結論。在具有大約O. 5m長度的X波段TW LINAC中，將捕獲的波束電流改變大約160mA可以導致TW LINAC的輸出能量改變大約3MeV。例如，如果25mA的波束電流提供大約9MeV的輸出，則185mA的波束電流可以提供大約6MeV波束的輸出。105mA的波束電流可以提供大約7. 5MeV的第三能量波束。每個脈衝的X射線劑量可以通過改變來自電子槍的波束的脈衝長度或通過改變同一方向上每個能量波束的電流但同時維持每個期望的能量波束之間的電流差異來控制。磁控管可以以單頻運行，這優化了 TW LINAC的不同操作能量的能量光譜。Tff LINAC可以以兩個不同的能量運行，如以大約為9MeV和大約為6MeV交叉運行，其中磁控管以單頻和單個RF功率幅度運行。TW LINAC還可以通過為每個不同的能量改變電子槍電流但同時維持來自磁控管的電磁波的大致相同的頻率和功率幅度而以8MeV和5MeV運行，在這兩個能量處都具有良好的頻譜。7.參考文獻這裡引用的所有參考文獻都通過參考他們的全部內容並出於相同程度的所有目的而結合於此，如同出於所有目的而將每個單獨出版物或專利或專利申請的全部內容明確地和單獨地結合於此一樣。這裡參考的討論和引用將不被解釋為承認這些參考是本發明的現有技術。8.修改在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，本發明的許多修改和變形可以被實施，這些將對本領域技術人員來說是明顯的。這裡提供的所描述的特定實施方式僅用來說明，而且本發明僅受到所附權利要求書的限制，並且包括這些權利要求所要求的等價物的全部範圍。特別的，本領域技術人員應當理解，本發明的教導能夠實現和覆蓋用於操作磁控管驅動的LINAC來生成出於各種多個能量處的電子束或X射線的裝置和方法，其中一個示例是6和9MeVx射線束。
權利要求
1.一種用於使用行波直線加速器生成不同能量的高劑量率電子的方法，該方法包括耦合由磁控管生成的第一電磁波至所述加速器；噴射來自電子槍的第一電子束到所述加速器，其中所述第一電子束由所述第一電磁波加速到第一能量範圍並以第一捕獲的電子束電流輸出；耦合由所述磁控管生成的第二電磁波至所述加速器；噴射來自所述電子槍的第二電子束，其中所述第二電子束由所述第二電磁波加速到第二能量範圍並以第二捕獲的電子束電流輸出，其中所述第二捕獲的電子束電流的幅度與所述第一捕獲的電子束電流的幅度不同；以及其中所述第二能量範圍的中心值與所述第一能量範圍的中心值不同。
2.根據權利要求I所述的方法，其中所述第二捕獲的電子束電流的幅度與所述第一捕獲的電子束電流的幅度相差大約160mA，以及其中所述第二能量範圍的中心值與所述第一能量範圍的中心值相差大約3MeV。
3.根據權利要求I所述的方法，其中針對所述第二能量範圍的中心值與所述第一能量範圍的中心值之間每個近似IMeV的差異，所述第二捕獲的電子束電流的幅度與所述第一捕獲的電子束電流的幅度相差大約53mA。
4.根據權利要求I所述的方法，其中所述第二捕獲的電子束電流的幅度小於所述第一捕獲的電子束電流的幅度，以及其中所述第二能量範圍的中心值大於所述第一能量範圍的中心值。
5.根據權利要求I所述的方法，其中所述第二捕獲的電子束電流的幅度大於所述第一捕獲的電子束電流的幅度，以及其中所述第二能量範圍的中心值小於所述第一能量範圍的中心值。
6.根據權利要求I所述的方法，其中所述第二電子束的第二脈衝長度比所述第一電子束的第一脈衝長度短。
7.根據權利要求I所述的方法，其中所述第二電子束的第二脈衝長度比所述第一電子束的第一脈衝長度長。
8.根據權利要求I所述的方法，其中所述第二能量範圍和所述第一能量範圍是交叉的。
9.根據權利要求I所述的方法，其中所述第一能量範圍的中心值和所述第二能量範圍的中心值是中值或平均值。
10.根據權利要求I所述的方法，其中所述第一電磁波的頻率近似等於所述第二電磁波的頻率，以及其中所述第一電磁波的幅值近似等於所述第二電磁波的幅值。
11.根據權利要求I所述的方法，其中所述第二電磁波的頻率與所述第一電磁波的頻率相差小於約O. 002%。
12.根據權利要求I所述的方法，該方法還包括使用與所述加速器結構的輸入和輸出接口的頻率控制器來監視所述第一電磁波的第一相移，其中所述頻率控制器將所述加速器結構的所述輸入處的所述第一電磁波的相位與鄰近所述加速器結構的所述輸出的所述第一電磁波的相位進行比較來確定相移，其中所述頻率控制器基於所述相移傳送調諧信號到調諧器。
13.一種用於從位於行波直線加速器的第一端附近的目標生成處於兩個不同的X射線能量範圍的X射線束的方法，其中電子槍位於所述加速器的與所述第一端相對立的第二端處，該方法包括耦合由磁控管生成的第一電磁波至所述加速器；噴射來自電子槍的第一電子束到所述加速器，其中所述第一電子束由所述第一電磁波加速到第一能量範圍並以第一捕獲的電子束電流輸出；使處於所述第一能量的所述第一電子束接觸所述目標，從而從所述目標生成第一 X射線束，該第一 X射線束具有處於第一 X射線能量範圍內的能量；耦合由所述磁控管生成的第二電磁波至所述加速器；噴射來自所述電子槍的第二電子束，其中所述第二電子束由所述第二電磁波加速到第二能量範圍並以第二捕獲的電子束電流輸出，其中所述第二捕獲的電子束電流的幅度與所述第一捕獲的電子束電流的幅度不同；以及其中所述第二能量範圍的中心值與所述第一能量範圍的中心值不同；以及使處於所述第二能量的所述第二電子束接觸所述目標，從而從所述目標生成第二 X射線束，該第二 X射線束具有處於第二 X射線能量範圍內的能量。
14.根據權利要求13所述的方法，其中所述第二X射線能量範圍和所述第一 X射線能量範圍是交叉的。
15.根據權利要求13所述的方法，其中針對所述第二能量範圍的中心值與所述第一能量範圍的中心值之間每個近似IMeV的差異，所述第二捕獲的電子束電流的幅度與所述第一捕獲的電子束電流的幅度相差大約53mA。
16.根據權利要求13所述的方法，其中所述第二捕獲的電子束電流的幅度小於所述第一捕獲的電子束電流的幅度，以及其中所述第二 X射線能量範圍的中心值大於所述第一 X射線能量範圍的中心值。
17.根據權利要求13所述的方法，其中所述第二捕獲的電子束電流的幅度大於所述第一捕獲的電子束電流的幅度，以及其中所述第二 X射線能量範圍的中心值小於所述第一 X射線能量範圍的中心值。
18.根據權利要求13所述的方法，其中所述第二電子束的第二脈衝長度比所述第一電子束的第一脈衝長度長。
19.根據權利要求13所述的方法，其中所述第二電子束的第二脈衝長度比所述第一電子束的第一脈衝長度短。
20.根據權利要求13所述的方法，其中所述第一能量範圍的中心值和所述第二能量範圍的中心值是中值或平均值。
21.根據權利要求13所述的方法，其中所述第一電磁波的頻率近似等於所述第二電磁波的頻率，以及其中所述第一電磁波的幅值近似等於所述第二電磁波的幅值。
22.根據權利要求13所述的方法，其中所述第二電磁波的頻率與所述第一電磁波的頻率相差小於約O. 002%。
23.根據權利要求13所述的方法，該方法還包括使用與所述加速器結構的輸入和輸出接口的頻率控制器來監視所述第一電磁波的第一相移，其中所述頻率控制器將位於所述加速器結構的所述輸入處的所述第一電磁波的相位與鄰近所述加速器結構的所述輸出的所述第一電磁波的相位進行比較來確定相移，其中所述頻率控制器基於所述相移傳送調諧信號到調諧器。
24.一種行波直線加速器，該行波直線加速器包括加速器結構，該加速器結構具有輸入和輸出；磁控管，該磁控管耦合至所述加速器結構來提供電磁波到所述加速器結構；電子槍，該電子槍與所述加速器結構的所述輸入接口 ；以及控制器，該控制器與所述電子槍接口，其中所述控制器傳送第一信號以引發所述電子槍噴射第一電子束到所述加速器的所述輸入，其中所述第一電子束被加速到第一能量範圍並以第一捕獲的電子束電流輸出，其中所述控制器傳送第二信號以引發所述電子槍噴射第二電子束到所述加速器的所述輸入，其中所述第二電子束被加速到第二能量範圍並以第二捕獲的電子束電流輸出，其中所述第二捕獲的電子束電流的幅度與所述第一捕獲的電子束電流的幅度不同；以及其中所述第二能量範圍的中心值與所述第一能量範圍的中心值不同。
25.根據權利要求24所述的行波直線加速器，其中所述第一能量範圍和所述第二能量範圍是交叉的。
26.根據權利要求24所述的行波直線加速器，該行波直線加速器還包括頻率控制器，所述頻率控制器與所述加速器結構的輸入和輸出接口，其中所述頻率控制器將位於所述加速器結構的所述輸入處的具有第一頻率的所述第一電磁波的相位與鄰近所述加速器結構的所述輸出的所述第一電磁波的相位進行比較來檢測所述第一電磁波的相移，其中所述頻率控制器傳送調諧信號到調諧器。
全文摘要
本公開涉及用於使用磁控管作為電磁波源的直線加速器的交叉操作的系統和方法，以用於將電子加速至至少兩個不同的能量範圍。加速的電子可以被使用來生成至少兩個不同能量範圍的x射線。在某些實施方式中，所述加速的電子可以被使用來生成至少兩個不同能量範圍的x射線。所述系統和方法被應用於行波直線加速器。
文檔編號H05H7/02GK102918933SQ201180014973
公開日2013年2月6日 申請日期2011年1月28日 優先權日2010年1月29日
發明者P·D·特雷絲, R·H·米勒 申請人:艾可瑞公司