(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子ビームを加速する加速器であって、
軸線にそって連続して連結された複数の電磁空洞を有する主要体部と、
隣接する電磁空洞の二つに連結される側方空洞を有する結合体部と、
側方空洞の電場の分布を変更する唯一のプローブを有するエネルギー切り替え部と、
を含み、
プローブは、主要体部の軸線に対して垂直となり、かつ結合体部の軸線とは平行であるがずれている軸線を有し、
プローブは、電磁空洞の二つの間の電磁場結合を、側方空洞へのプローブの挿入の程度を変化させることにより変更することができるように設けられる、
ことを特徴とする加速器。
【請求項２】
プローブの直径が、側方空洞の周波数を制御するために選択される、請求項１に記載の加速器。
【請求項３】
プローブが、その長手方向に伸長するルーメンを有する、請求項１に記載の加速器。
【請求項４】
さらに、
プローブのルーメン内に共軸に配置される流体管を含む、請求項３に記載の加速器。
【請求項５】
さらに、
プローブの少なくとも一部を共軸に取り囲むチョークを含む、請求項３に記載の加速器。
【請求項６】
さらに、
当該加速器に軸線にそって所望の電場のプロファイルを生成するための電場ステップ制御部を含む、請求項１に記載の加速器。
【請求項７】
側方空洞がビーム銃源に対して終端側にあり、電場ステップ制御部が側方空洞に対して終端側にある、請求項６に記載の加速器。
【請求項８】
電場ステップ制御部は、
ステップ場を与えるために、第一の開口部を介して電磁空洞の一つと結合され、第二の開口部を介して、前記電磁空洞の一つと隣接する電磁空洞の他の一つと結合される他の側方空洞を有する他の結合体部からなり、
前記ステップ場は前記主要体部の軸線の方向にそった一つ以上の電場ステップからなる、
請求項６に記載の加速器。
【請求項９】
電磁空洞の二つが同じ形状をもつ、請求項１に記載の加速器。
【請求項１０】
結合体部は互いに向かい合う一対のノーズを有する、請求項１に記載の加速器。
【請求項１１】
さらに、プローブを進退させるために電気的に稼働するソレノイドを含む、請求項１に記載の加速器。
【請求項１２】
さらに、プローブを進退させるために空気力で稼働するシリンダーを含む、請求項１に記載の加速器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的に定在波粒子ビーム加速器に関し、特にＸ線およびいろいろなエネルギーをもつ電子ビームを生成する電子加速器に関する。
【背景技術】
【０００２】
定在波粒子ビーム加速器は、高エネルギーをもつ粒子ビームがＸ線を生成するために使用される医療用加速器において広く使用されている。この適用例では、ビームエネルギーおよび出力線量レートが安定でなければならない。また、粒子ビームのエネルギーが、治療の間線量浸透深さの範囲を変更すべく、異なるエネルギーをもつ処理ビームを提供するように容易かつ確実に切り替え可能であることが望ましい。
【０００３】
ビームエネルギーを制御する種々の技術が開発されてきた。特許文献１（タナベとバギィーンとによる）では、ビームを減速するために、加速器の一部で加速場を反転させることにより制御している。特許文献２（メッドウらによる）では、電磁場の分布が、隣接して共振器空洞に適用される場を制御するために、切り替え側方空洞で変化する。特許文献３（カズサとヨネダとによる）は加速場を制御するために、切り替えられる二つの結合空洞の使用を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第４２８６１９２号明細書
【特許文献２】米国特許第４３８２２０８号明細書
【特許文献３】米国特許第４７４６８３６号明細書
【特許文献４】米国特許第３８２００３５号明細書
【特許文献５】米国特許第３７１４５９２号明細書
【特許文献６】米国特許第３５４６５２４号明細書
【特許文献７】米国特許第６３６６０２１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記技術を使用している加速器は一般的に、処理条件を満たすのに十分な二三の異なるＸ線モダリティ（すなわち、臨床的に、十分に異なるエネルギーレベルにより区別される）を与えることができる。しかし、病院や工場では、エネルギーについて四つ五つの因子にわたる多重高出力Ｘ線モダリティを生成することができる加速器システムを持つことは非常に重要である。製造の観点からは、二ないし三のモダリティに制限された加速器では実施は難しく、コスト高である。最近では、異なるモダリティが、いろいろな病院で必要とされるエネルギーの条件を満たすように、異なる範囲のビームエネルギーを提供するために、異なる加速器構造物を製造することにより設定されている。もし、病院でエネルギービームの条件を変えることになると、種々の加速器が組み立てられなければならない。上記理由で、全ての病院での条件を満たすように、十分に広いエネルギー範囲を与えることができる定在波電子加速器の必要性がある。さらに、ガンの処理のために、線量の深さのプロファイルを精密に形成すべく二つ以上のレベルの出力Ｘ線エネルギーをもつようにすることには、多くの手術において利点がある。ゆえに、多くのレベルをもつ出力エネルギーを与えることができる定在波粒子ビーム加速器が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
いくつかの実施例にしたがって、粒子ビームを加速する加速器が提供される。加速器は、連続して結合した複数の電磁空洞をもつ主要体部と、第一の開口部を介して電磁空洞の一方と連結し、第二の開口部を介して電磁空洞の他方と連結する第一の側方空洞をもつ第一の結合体部とを含み、ここで第一の開口部および第二の開口部は異なる形状をもつ。さらに、加速器は、第一の結合体部の側壁に取り付けられた、対となる伝導性のある容量結合（conductive capacitively coupled）ノーズを含み、ここで一対のノーズは同じ長さをもつ。第一の開口部と第二の開口部とを異なる形状とすることで、共振モードの間の分離が減少する。しかし、このような形状はまた、隣接するモードの間での相互作用を極めて増加させることなく、広範囲のエネルギーレベルでエネルギーを切り替えて動作させることができる。このことは、使用中にエネルギーの切り替えがなされるときに広範囲な帯域を与え、加速器は広範囲なエネルギーレベルと最小のエネルギー広がりをもつＸ線ビームを生成することができる。
【０００７】
他の実施例にしたがって、粒子ビームを加速する加速器が提供される。加速器は、軸線にそって連続して結合した複数の電磁空洞を有する主要体部、二つの電磁空洞に結合した側方空洞を有する結合体部、および側方空洞内の電場分布を変更するためのプローブをもつエネルギースイッチを含み、ここで、プローブは結合体部の軸線からずれてはいるが平行な軸線をもち、そのプローブは、電磁空洞の二つの間の電磁場の結合が第二の側方空洞へのプローブの挿入の程度を変えることにより変更することができるように取り付けられる。
【０００８】
他の実施例にしたがって、電場ステップ制御部が提供される。電場ステップ制御部は、第一の端部、第二の端部、第一の端部と第二の端部との間に伸長する空洞を有する結合体部、および結合体部の側壁に設けられる対の伝導性のある容量性結合ノーズを含み、対のノーズは等しい長さをもち、ここで第一の端部はシールされ、第一の開口部および第二の開口部を有する壁部に設けられ、第一の開口部は、第二の開口部の断面寸法と異なる断面寸法を有する。電場ステップ制御部により、加速器は、最適な動作安定性と最適なエンベロープ（包絡線）との間でバランスを取ることができる。このことにより、加速器は、広範囲なエネルギーレベルをもつ一方で、最小のエネルギー広がりとなるX線ビームを生成
することができる。
【０００９】
本発明の他の実施例にしたがって、荷電粒子ビームを生成する方法は、主要体部と主要体部に設けられるエネルギー切り替え部（主要体部は第一の端部、第二の端部、第一の端部と第二の端部との間にある複数の電磁空洞を有し、第一の端部にビーム銃源が設けられる）を有する加速器を用意する工程を含む。本方法はさらに、電子を形成するために電子ビーム銃源を起動する工程と、電場のエンベロープが主要体部の長手方向にそって生成され、エンベロープは第一の端部とエネルギー切り替え部との間で、一様な第一の部分を含む。
【００１０】
本発明の他の実施例にしたがって、荷電粒子ビームを生成する方法は主要体部を有する加速器を用意する工程を含み、主要体部は第一の端部、第二の端部、および第一の端部と第二の端部との間にある複数の電磁空洞を有し、第一の端部に電子ビーム銃源が設けられる。本方法はさらに、電子を形成するために電子ビーム銃源を起動する工程と、主要体部の長手方向にそった電場のエンベロープがステップを有するように電磁空洞を使用して電子を加速する工程とを含む。
【００１１】
本発明の他の態様、さらなる態様、特徴は、下述する本発明を制限するのではなく例示の好適な実施例の説明から明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は本発明の実施例にしたがった定在波電子加速器の略示断面図である。
【図２】図２は本発明の実施例にしたがった図１の加速器のエネルギー切り替え部を示す。
【図３】図３は本発明の実施例にしたがった図１の加速器の場ステップ制御部の斜視図である。
【図４】図４は図１の加速器の理想的なエネルギー場のエンベロープを示す図である。
【図５】図５は図１の定在波電子加速器の変形例（本発明の他の実施例にしたがってリング形状構造物を有する電場ステップ制御部を示す）の略示断面図である。
【図６】図６は図１の定在波電子加速器の変形例（本発明の他の実施例にしたがって加速空洞内に伸張したノーズを有する電場ステップ制御部を示す）の略示断面図である。
【図７】図７は図１の定在波電子加速器の変形例（本発明の他の実施例にしたがって拡大中央ビーム開口を有す電場ステップ制御部を示す）の略示断面図である。
【図８】図８は電場ステップ制御を使用して生成することができる他の理想的なエネルギーエンベロープを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図面は、本発明の好適な実施例の設計や有用性を示す（同様の要素には同じ符号が付されている）。本発明の上記および他の利点、さらに目的がどのように達成されるかを示すために、上記した本発明のより具体的な説明が、添付図面を参照してなされる。図面は本発明の典型的な実施例の理解のためのものであり、本発明の範囲を限定するものではなく、他の例をもってしても本発明は添付図面の使用のように説明することができる。
【００１４】
本発明の種々の例が図面に符号を記して記述される。図面は同じスケールで描かれている訳ではないが、同様の構造、機能をもつ要素は図面を通して同じ符号を付して示されていることは分かるであろう。図面は、本発明の特定の実施例の技術を容易にするためのものであって、本発明を特定し、または本発明の範囲を限定するためのものではない。さらに、図示の実施例は発明のすべての態様、利点を示しているわけではない。本発明の特定の実施例に関連して記述した態様、利点はその実施例に限定されることではなく、図示されていない本発明の他の実施例でもって実施できるものである。
【００１５】
図１は本発明実施例を示す荷電粒子定在波加速器の略示断面図である。加速器１０は第一の端部７２、第二の端部７４、および第一および第二の端部７２、７４の間で、電磁的に結合した共振空洞（電磁空洞）１６を有する主要体部７０を含む。加速器１０はまた、複数の結合体部２１を含むが、それぞれは二つの隣接した空洞１６に結合した結合空洞２０を有する。加速器１０はエネルギー切り替え部８０および電場ステップ制御部１００を有する。加速器１０は、たとえば、1000MHzから20GHzの間、より好適には2800から3000MHzの間の共振周波数に近い周波数のマイクロ波源により伝えられるマイクロ波パワーにより励起される。マイクロ波源は従来知られているマグネトロン（Magnetron）、クライストロン（Klystron）であってもよい。マイクロ波パワーは開口部１５から空洞１６、好適には一連の空洞の一つから入射される。
【００１６】
実施例では、加速器１０はマイクロ波源の操作を制御するための、特許文献４に記載のもののような自動周波数制御部で動作するように構成されている。自動周波数制御部は、マイクロ波（またはRFドライバ）が、周波数エラーを追跡するエラー電圧を解明することにより加速器１０の共振を決定することを支援する。特許文献４はここの参考文献として組み込まれる。これに代え、またはさらに特許文献５に説明されたような制御部は、加速器１０により生成された反射信号を偏向することにより、さらにマイクロ波源にそれを戻すことによりマイクロ波源（たとえば、マグネトロン）へのフィードバックを行う。特許文献５はここに参考文献として組み込まれる。
【００１７】
実施例では、電子ビーム銃源１４に隣接した主要体部７０の壁４４は、従来知られている分子流コンダクタンスを改良するための一つ以上のポンプ出力ホール（図示せず）を含むことができる。この場合、加速器１０はさらに、ポンプ主力ホールからの同調ずれを補償するために壁４４の内側面に取り付けられる同調リング（図示せず）を含むことができる。同調リングは一体に作られてもよい。これに代え、同調リングおよび壁４４は別個に作り、一緒になるように組み立てられてもよい。また、実施例としては、加速器１０は、壁４４の内側面に設けられる、特許文献６に説明されたような銅製プレートを含んでもよい。銅製プレートは電場を終らせる機能や形状を決める機能をもつ。
【００１８】
使用中、線形の電子ビーム１２が第一の端部７２にある在来の電子ビーム銃源１４により加速器１０に入射される。ビーム１２は連続するものでも、パルス状のものでもよい。ビーム１２は電子が捕獲され加速される加速器１０の第一の区画７６を通過し、捕獲された電子がさらに加速される加速器１０の第二の区画７８に入る。第二の区画７８（すなわち、下流）での電場の振幅がエネルギー切り替え部８０の動作により調節可能である。最初の連続したビームからの電子集群（bunch）の形成は、加速器１０の第一の区画７６で行われると、集群動作はそこで達成され、または最適化され、第二の区画７８の出力空洞１６の変化する加速場により劣化することがない。したがって、出力ビームのエネルギーは可変平均出力電子エネルギーに関係なく、広がる。RFパワー入力（第一および第二の区分７６、７８の電場を変化させる）、およびエネルギー切り替え部８０（第二の区分７８の電場を変化させる）を制御することにより、加速器１０のエネルギースペクトルが最適化され、安定した充填（charging）が維持される。
【００１９】
電場ステップ制御部１００はエネルギー切り替え部８０の動作に関連した電場の変化範囲を減少させるために、電場に変化（たとえば、ステップ場）を与える。この電場ステップの使用により、加速器１０の共振モードの分離を減少させるという効果をもたらし、その結果ビームエネルギーの最適な範囲が作り出される。このことにより、比較的安定な帯域が得られ、加速器１０は広い範囲のエネルギーレベルをもち最小のエネルギー広がりとなるX線ビームを生成することができる。実施例として、電場ステップ制御部１００により、加速器１０は約4から20MeVの範囲のエネルギーレベルをもつX線ビームを生成することができる。図示の実施例では、電場ステップ制御部１００はエネルギー切り替え部８０よりもビーム銃源１４から離れ、エネルギー切り替え部８０の近くに位置する。これに代えて、電場ステップ制御部１００は、電子ビーム銃源１４とエネルギー切り替え部８０との間の他の位置に位置し、またはエネルギー切り替え部８０よりさらに下流に位置してもよい。加速後、ビーム１２はX線ターゲット３２に衝突する。ターゲット３２は、対象の粒子放射のための電子を送出するのに十分な薄さをもつ金属製の真空窓であってもよい。この実施例に代え、加速器１０はターゲットを含まないものでもよい。この場合、ターゲット３２は加速器１０から離れて位置する。
【００２０】
図示の実施例において、電磁空洞１６はドーナッツ形状をもち、ビーム１２が通過できる整合した中央ビーム開口１７を有する。空洞１６を画成する主要体部７０は、RF源の波長（λ）にほぼ等しい断面寸法をもち、各空洞１６は0.7λから0.9λにほぼ等しい断面寸法をもち、ビーム開口１７は0.05λから0.07λにほぼ等しい断面寸法をもつ。また、図示の実施例では、空洞１６の間を分離する隣接する壁の間の距離は電子ビーム銃源１４とエネルギー切り替え部８０との間の空洞に対してはほぼ0.3λから0.5λの範囲で、空洞を分離する隣接した壁の間の距離はエネルギー切り替え部８０の右側の空洞１６に対しては約0.5λである。他の実施例では、空洞１６、開口１７、および他の加速器１０の他の要素
は他の形状、寸法をとり得る。実施例としては、第一の区画７６の空洞１６の形状、寸法は電子の捕獲、集群、位相調整を改良するために設定される。図示の実施例では、開口１７のそれぞれは、実質的に一様な断面をもつ。これに代え、電子ビーム銃源１４に隣接した開口１７は、テーパーが付けられた形状のように、その断面が変化するものでもよい。空洞１６は好適に、マイクロ波パワーと電子ビームとの効率的な相互作用を改良するために、最適化された形状をもつ突き出たノーズを有する。空洞１６は結合空洞２０を介して電磁的に連結され、結合空洞は開口部２２により隣接する対となった空洞１６のそれぞれを結合する。図示の実施例では、開口部２２のそれぞれは矩形で、0.045λの幅、0.3λの長さをもつ。他の実施例では、開口部２２は他の形状、寸法をとり得る。結合空洞２０は定在波加速器の空洞１６と同じ周波数で共振し、ビーム１２と相互作用しない。図示の実施例では、結合空洞２０は円筒形状をし、軸線方向に突き出た一対の伝導性の容量性結合ノーズ２４をもつ。これに代えて、結合空洞２０は他の形状および構成を有してもよい。
【００２１】
励起周波数は、一連の空洞が定在波共振で励起され、各結合空洞２０のそれぞれと隣接する加速空洞１６との間にπ／２ラジアン位相シフトがあるようにしたものである。したがって、隣接する加速空洞１６の間には、πラジアンのシフトがある。π／２モードにはいくつかの利点がある。偶発的に励起され得る隣接したモードから共振周波数が明確に分離される。また一連の空洞が適切に終結していると、非相互作用の空洞でのパワー損失が小さくなるように結合空洞２０の電磁場が小さい。最初（第一）と最後の空洞２６、２８は間の空洞１６の半分となっている。もちろん、他の実施例として、終端空洞２６、２８は空洞のそのものの大きさまたは一部分であってもよいことは分かるであろう。加速空洞１６の間の間隔は、自由空間波長のほぼ半分であり、その結果一つの空洞１６で加速された電子は、さらなる加速のために、マイクロ波パワーに対して正しい位相で次の加速空洞に到着する。これに代えて、加速空洞１６はこれ以外の間隔をもってもよい。実施例として、加速空洞１６のほとんど、および結合空洞２０のほとんどが、ほとんどの加速空洞１６の場が実質的に同じであるように、同様のものとなる。これに代え、加速空洞１６および／または結合空洞２０は、空洞１６のいくつかの場が異なるように他の形状となってもよい。
【００２２】
図示の実施例では、加速器１０の第一の区画（すなわち、“集群”区画）は三つと１／２空洞１６をもち、第二の区画７８（すなわち、“加速”区分）は二つと１／２空洞１６をもつ。しかし、本発明の範囲はこれに限定されるものではない。これに代えて、加速器１０の区画７６、７８のそれぞれは多くの空洞１６をもち得る。たとえば、実施例としては、加速器１０の第一の区画７６は二十個の電磁空洞１６をもち得る。
【００２３】
図２は、本発明の実施例にしたがった加速器１０のエネルギー切り替え部８０を示す。エネルギー切り替え部８０は、空洞３４および開口部５１を有する円筒状のカップ形状体部５０に取り付けられ、開口部５１を通して挿入されたプローブ５６、プローブ５６の少なくとも一部を共軸に取り囲むチョーク５８を含む。チョーク５８は短絡回路の開放回路へのインピーダンス変換を容易にするように構成された二重四分の一波長チョークである。カップ形状体部５０は、空洞３４が各開口部３８、４０を介して隣接する空洞１６に結合されるように、加速器１０の主要部体７０に取り付けられる。エネルギー切り替え部８０はまた、空洞３４で軸線方向で向かい合った端部を有する、一対の軸線方向に突き出た伝導性の容量性結合ノーズ５４を含む。カップ形状体部５０およびノーズ５４は、前述したように結合体部２１およびノーズ２４と同様のものである。実施例として、空洞３４（切り替えられた側方空洞）は他の結合空洞２０と同じ周波数に同調される。このことは、プローブ５６が空洞３４内に少なくとも部分的に、挿入されるときに、プローブ５６の直径または断面寸法を変化させることにより達成される。これに代えて、同調は、プローブが空洞３４内に挿入されないとき、ノーズ５４の間の間隔を変化させることによっても達成される。
【００２４】
プローブ５６はカップ形状体部５０の中心線５９からずれるように配置されている。図示の実施例では、カップ形状体部５０の中心線から上流にずれている。これに代えて、プローブ５６は中心線の下流に位置してもよい。プローブ５６は他の断面形状をもち得るが好適には円形の円筒状である。図示の実施例では、プローブ５６はステンレススチールから作られるが他の材料でもよい。プローブ５６は長さ方向にそって伸長するルーメン５７をもつ。使用中、冷却流体がプローブ５６の冷却のために、ルーメン５７内に（たとえば、ルーメン５７に共軸方向に挿入される他の管を介して）入る。他の実施例として、プローブ５６は中実の断面をもち、ルーメンがない。一つのプローブの使用は、機械的な干渉がなく、プローブを進退させるために、プローブ５６の端部と係合する機構のための機械的な空間を備える。機構（図示せず）は、電気的に稼働するソレノイドまたは空気力の動作をするシリンダーからなってもよい。プローブ５６は、真空シールを与えるベローズ６１を利用して真空壁を通過して移動する。使用の間、対のノーズ５４は結合共振器のように機能し、プローブ５６は第三の共振器として機能する。空洞３４へのプローブ５６の挿入の程度を変化させることにより、プローブ５６とノーズ５４との間の距離が対応して変化し、このことにより、開口部３８、４０に結合した磁場が変化する。このことは、切り替え部８０から下流のビームのエネルギーレベルを変化させる。
【００２５】
加速器１０に利用することができる切り替え部のタイプは上記の例に限定される必要はなく、従来知られている他のタイプの切り替え部も使用することができることは分かるであろう。限定する例ではないが、特許文献１、特許文献２に示された加速器の切り替え部が使用されてもよい。特許文献７は、隣接する加速空洞に結合する異なる上流の電場と下流の電場を与えるために、選択された直径をもつ二つのプローブにより結合空洞に切り替え電場を与えることを開示する。特許文献７、特許文献２、特許文献１はここに参考文献として組み込まれる。また、他の実施例では、エネルギー切り替え部８０が、図示の実施例に示されたものに代え、加速器１０の長さにそって別の位置に配置することができる。さらに、唯一のエネルギー切り替え部が上記実施例に示されているが、これに代えて、加速器１０は複数のエネルギー切り替え部を有してもよい。
【００２６】
図３は、本発明にしたがった加速器１０の電場ステップ制御部１００の斜視図である。電場ステップ制御部１００は第一の端部１１４、第二の端部１１６、第一の端部１１４と第二の端部１１６との間にある空洞１１２を含む結合体部１１０、および構造物１２０を含む。結合体部１１０の第一の端部１１４はシールされ、第二の端部１１６は構造物１２０に取り付けられている。図示の実施例では、構造物１２０は加速器１０の主要体部７０の一部である（加速器１０の長手方向にそった区画）。これに代え、構造物１２０は、隣接する電磁場空洞１６の部分を画成する側壁のような、加速器１０の他の部分である。結合体部１１０は前述した結合体部２１と同様のものである。図示の実施例では、結合体部１１０は矩形である。これに代え、結合体部１１０は半円形状のもの、円筒形状のように他の形状をもってもよい。実施例として、結合体部１１０は、結合体部２１のものと同じ共振周波数をもつように形成されている。結合体部１１０は、主要体部７０とともに製造されてもよい。これに代えて、結合体部１１０と主要体部７０（または主要体部７０の一部である構造物）は別個に製造され、一緒に組み立てられてもよい。
【００２７】
電場ステップ制御部１００はさらに、対となった軸線方向に突き出た、伝導性の容量性結合ノーズ１３８（図３では図示されていない）を含む。ノーズ１３８は等しい長さと形状をもち、結合体部１１０の内側側壁に設けられている。ノーズ１３８は他の実施例として、異なる長さおよび／または形状をもってもよいが、このような構成は、電場ステップ制御部１００の効率を低下させ、したがって望ましいものではない。
【００２８】
図３に示されているように、電場ステップ制御部１００はまた、結合体部１１０の第二の端部１１６に第一の開口部１０２および第二の開口部１０４を含む。第一の開口部１０２は、電磁空洞１６の一つに空洞１１２を結合するように形成され、第二の開口部１０４は電磁空洞１６の他の一つに空洞１１２を結合するように形成されている。開口部１０２、１０４は異なる形状をもつ。図示の実施例では、開口部１０２、１０４はともに矩形である。しかし、他の実施例として、開口部１０２、１０４は円形形状、楕円形状、台形形状のような他の形状をもってもよい。図示の実施例では、第一の開口部１０２は、第二の開口部１０４よりも大きく、大きな断面をもつ。このような形状により、電場のエンベロープ４０２が、加速器１０（図４）の長手方向にそって電場ステップ制御部１００の位置でのエネルギーレベルに変更（たとえば、ステップ４００）があるように生成される。図４はまた、エンベロープ４０２と関連した実際の電場プロファイル４０４を示す。エンベロープ４０２はほぼ一様な（すなわち、平坦）である第一の領域４０６および第二の領域４０８をもつが、他の実施例として、第一および第二の領域４０６、４０８のいずれかまたは両方が傾斜していてもよい。図示の実施例では、第一および第二の開口部１０２、１０４の両方が0.05λの幅をもち、第一の開口部１０２は0.35λの長さ１３２をもち、第二の開口部１０４は0.31λの長さ１３２をもつ。他の実施例として、第一および第二の開口部１０２、１０４は所望の電場ステップが形成されるように他の寸法をもってもよい。開口部１０２、１０４の形状は上記の例に限定される、開口部１０２、１０４は他の形状をもちうることは分かるであろう。たとえば、他の実施例として、第一の開口部１０２は第二の開口部１０４のものよりも小さな断面をもってもよい。この場合、生じた電場ステップは、下降するステップとなる。さらに、他の実施例として、第一の開口部１０２は、第二の開口部１０４のものと異なる形状をもってもよい。
【００２９】
電場ステップ４００は好適に、電場ステップ制御部１００の右側のエネルギーレベルE2が電場ステップの制御部１００の左側のエネルギーレベルE1の、好適には１から2倍の範囲、より好適には１．３から１．５倍の範囲となるような振幅をもつ。しかし、他の実施例として、電場ステップ４００は他の振幅をもってもよい。ほぼ１である、電場ステップエネルギーの比r（＝E2／E1）は、ほぼ２である電場ステップエネルギー比よりも安定性（すなわち、隣接したモードの相互作用のため干渉が小さい）を与える。しかし、ほぼ２である、電場ステップエネルギー比rはほぼ１である、電場ステップエネルギー比よりもよりよいエンベロープ（すなわち、広範囲のエネルギーレベル）を与える。電場ステップ制御部１００は、共振モードの間の分離を低下させる効果をもつが、エネルギー切り替え部８０が、隣接するモードの間の相互作用を非常に増加させることなく、広範囲のエネルギーレベルで動作することができるようになる。このことは、加速器１０に対してより広い帯域を与え、加速器１０は広いエネルギー範囲をもち、最初のエネルギー広がりとなるＸ線ビームを生成することができる。実施例として、電場ステップ制御部１００は、加速器１０が、4MeVから20MeVの範囲のエネルギーレベルをもつＸ線ビームを生成できるようにする。この場合、この構成は、適当なフィルターおよび／またはターゲットでもって、七つの異なるエネルギーレベル（すなわち、4、6、8、10、15、18および20MeV）を与える。他の実施例として、電場ステップ制御部１００は、加速器１０がkeVからMeVのエネルギーレベルの両方のＸ線ビームを生成するようにする。
【００３０】
電場ステップ制御部およびエネルギー切り替え部を使用して、ビームのエネルギーを多数のレベルに切り替えることができる加速器が提供される。電場ステップ制御部により、加速器は最適な動作安定性と最適なエンベロープとの間でバランスをとることができる。このことは加速器に対して広い帯域を与え、加速器が広範囲なエネルギーレベルをもち、最小のエネルギー広がりとなるＸ線ビームを生成することができる。
【００３１】
共振モードの分離のために、電場ステップを生成するために、他の装置や方法が使用できることは分かるであろう。図５は、本発明の他の実施例にしたがった電場ステップ制御部５００を示す。電場ステップ制御部１００と異なるのは、電場ステップ制御部５００は等しくない開口部１０２、１０４を有しないことである。この場合、電場ステップ制御部５００は結合体部２１、主要体部７０の少なくとも一部、およびリング５０２を含む。リング５０２は隣接する空洞１６を分離する分離壁５０４に設けられている。このような構成は、電場ステップ制御部５００の位置におけるエネルギー場を低下させる効果をもつ。リング５０２は分離壁５０４と一体に作られてもよい。これに代え、リング５０２と分離壁５０４は別個に作られ、一緒になるように組み立てられてもよい。リング５０２の一部の断面の寸法、形状、およびリング５０２の全体の形状は、所望の特徴をもつ電場ステップが生成されるように設定される。図示の実施例では、リング５０２の一部の断面形状は矩形で、他の実施例の場合と同様に、他の形状をとることができる。また、他の実施例として、電場ステップ制御部５００は分離壁５０４の両側にまたは隣接壁５０６に設けられた第二のリングを有してもよい。実施例として、複数のリング５０２は加速器１０の第一の区画７６の空洞１６の分離壁に設けられてもよい。このような構成は、図４の場合と同様のエネルギープロファイルを生成する。さらに、他の実施例として、リングに代えて、電場ステップ制御部５００は、分離壁５０４に設けられる他の形状をもつ構成でもよい。
【００３２】
図６は、本発明の他の実施例にしたがった電場ステップ制御部６００を示す。電場ステップ制御部６００は結合体部２１、主要体部７０の少なくとも一部分６０１、および隣接空洞１６を分離する分離壁６０４に設けられた伸張したノーズ６０２を含む。ノーズ６０２は、円形形状、楕円形状、矩形形状、または他の形状といった種々の形状をとりうる。ノーズ６０２の形状、寸法は、所望の特徴をもつ電場ステップが生成されるように設定される。唯一の伸張したノーズ６０２が示されているが、他の実施例として、加速器１０は、加速器１０の長手方向にそった選択位置に伸張した複数のノーズ６０２を有してもよい。
【００３３】
図７は、本発明の他の実施例にしたがった他の電場ステップ制御部７００を示す。電場ステップ制御部７００は、結合体部２１、主要体部７０の少なくとも一部分、および隣接空洞１６を分離する分離壁７０４を通過するビーム開口部７０２を含む。図示の実施例では、開口７０２は矩形であるが、ビーム開口１７よりも比較的大きくともよい。開口７０２の寸法、大きさは所望の特徴をもつ電場ステップが生成されるように設定される。また、他の実施例では、加速器１０は、加速器１０の長手方向にそった他の位置ある複数の電場ステップ制御部７００をもってもよい。
【００３４】
加速器１０は一つの電場ステップ制御部１００に関連して記述されて来たが、本発明の範囲はこれに限定されない。他の実施例では、加速器１０は所望の電場ステップを生成するための複数の電場ステップ制御部を有してもよい。たとえば、実施例として、複数の電場ステップ制御部は一連の電場ステップ（図８）を生成するために使用されている。また、実施例として、加速器１０は所望の電場ステップを生成するために、第一の区画７６内またはビーム源１４の近くに一つ以上の電場ステップ制御部１０を含んでもよい。
【００３５】
本発明の特定の実施例が説明されているが、本発明を好適実施例に限定する意図はなく、当業者であれば、本発明の思想、範囲から逸脱することなく種々の変更、修正がなし得ることは分かるであろう。したがって、明細書、図面は限定のためではなく説明のためのものである。本発明は、特許請求の範囲により画成される本発明の思想、範囲内にある変形例、修正例、同等物を含むものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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