(57)【要約】  定在波線形加速器区間（「ＳＷ区間」）と、その後に続く進行波線形加速器区間（「ＴＷ区間」）とを備えたハイブリッド線形加速器が開示される。一例では、ＲＦ電力はＴＷ区間に供給され、ＴＷ区間によって使用されない電力は、導波管を通ってＳＷ区間に供給される。ＳＷ区間に供給されるＲＦ電力のエネルギー及び／または位相を変化させるために、ＲＦスイッチ、ＲＦ位相調整器、及び／またはＲＦ電力調整器が、導波管に沿って設けられる。別の例では、ＲＦ電力がＳＷ区間とＴＷ区間との両方に供給され、ＴＷ区間によって使用されないＲＦ電力が、ＲＦスイッチ、ＲＦ位相調整器、及び／またはＲＦ電力を介してＳＷ区間に供給される。別の例では、ＲＦ負荷が、ＲＦスイッチによってＴＷ区間の出力部に整合される。【選択図】図３
2019511816.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子の入力ビームを供給するように構成された荷電粒子源と、
荷電粒子の前記入力ビームを受け入れて前記荷電粒子を加速するように構成された定在波線形加速器区間であって、加速電子の中間ビームを形成する前記定在波線形加速器区間と、
加速電子の前記中間ビームを受け入れるように構成されているとともに加速電子の前記中間ビームの運動量及びエネルギーをさらに増加させるように構成された進行波線形加速器区間であって、荷電粒子の出力ビームを形成する前記進行波線形加速器区間と、
前記中間ビームを前記定在波線形加速器区間から前記進行波線形加速器区間に通過させる経路を形成するように構成されたドリフト管であって、前記進行波線形加速器区間から前記定在波線形加速器区間をＲＦ分離して、前記中間ビームの前記運動量及びエネルギーをさらに増加させるように構成された前記ドリフト管と、
前記進行波線形加速器区間にＲＦ電力を供給するように構成されたＲＦ源と、
前記進行波線形加速器区間の出力部に結合された入力部と、前記定在波線形加速器区間の入力部に結合された出力部とを有した導波管とを備え、
前記進行波線形加速器区間に減衰後に残存しているＲＦ電力が、前記定在波線形加速器区間に送り込まれて、前記荷電粒子を加速させる、ハイブリッド線形加速器。
【請求項２】
前記定在波線形加速器区間に供給される前記ＲＦ電力の電力及び／または位相を変更するために、スイッチ、移相器、及び／または電力調整器を前記導波管に沿ってさらに備える、請求項１に記載のハイブリッド線形加速器。
【請求項３】
移相器、及び／または前記電力調整器が、約０．５ＭｅＶから最大線形加速器エネルギーまでの電子の前記出力ビームのエネルギー調整を前記スイッチにもたらすように構成された、請求項２に記載のハイブリッド線形加速器。
【請求項４】
前記定在波線形加速器がバンチャーの形態で構成された、請求項１に記載のハイブリッド線形加速器。
【請求項５】
前記荷電粒子源が、電子の入力ビームを供給するように構成された電子銃を備える、請求項１に記載のハイブリッド線形加速器。
【請求項６】
前記定在波線形加速器と協働する第１の外部磁気システム、及び／または
前記進行波線形加速器区間と協働する第２の外部磁気システムをさらに備える、請求項１に記載のハイブリッド線形加速器。
【請求項７】
前記ＲＦ源から前記進行波線形加速器区間にＲＦ電力を供給するように構成された、前記ＲＦ源と進行波線形加速器との間の第２のＲＦ導波管、及び
反射されたＲＦ電力が前記ＲＦ源に後進伝搬することを防止する、前記第２のＲＦ導波管の途中の高電力サーキュレータ、及び／または
反射されたＲＦ電力が前記進行波線形加速器区間に後進伝搬することを防止する、前記第１のＲＦ導波管の途中の低電力サーキュレータをさらに備える、請求項１に記載のハイブリッド線形加速器。
【請求項８】
荷電粒子ビーム窓と制動放射線を生成する変換ターゲットとの少なくとも一方をさらに備える、請求項１に記載のハイブリッド線形加速器。
【請求項９】
荷電粒子源と、
電子の前記入力ビームを受け入れて前記荷電粒子を加速するように構成された定在波線形加速器区間であって、加速荷電粒子の中間ビームを形成する前記定在波線形加速器区間と、
加速荷電粒子の前記中間ビームを受け入れるように構成されているとともに前記加速電子の運動量及びエネルギーをさらに増加させるように構成された進行波線形加速器区間であって、荷電粒子の出力ビームを形成する前記進行波線形加速器区間と、
前記定在波線形加速器区間と前記進行波線形加速器区間との間のＲＦ分離をもたらすと同時に、前記定在波線形加速器区間から前記進行波線形加速器区間への加速電子の前記中間ビームの通過をも可能にするように構成されたドリフト管と、
ＲＦ電源と、
前記ＲＦ電源からＲＦ電力を受け入れるように構成されているとともに、前記ＲＦ電力を、前記定在波線形加速器区間に供給されるＲＦ電力の第１の部分と、前記進行波線形加速器区間に供給されるＲＦ電力の第２の部分とに分岐させるように構成されたＲＦ分配器とを備える、ハイブリッド線形加速器。
【請求項１０】
前記進行波線形加速器区間と前記ＲＦ分配器との間にＲＦスイッチ、ＲＦ移相器、及びＲＦ電力調整器をさらに備え、前記ＲＦスイッチ、前記ＲＦ移相器、及び前記ＲＦ電力調整器が、前記進行波線形加速器区間によって使用されないＲＦ電力を、前記定在波線形加速器区間に送り込むように構成された、及び／または前記定在波線形加速器と前記進行波線形加速器区間との間の位相関係を変更するように構成された、請求項９に記載のハイブリッド線形加速器。
【請求項１１】
前記スイッチ、前記移相器、及び／または前記電力調整器が、約０．５ＭｅＶから最大線形加速器エネルギーまでのエネルギー調整をもたらすように構成された、請求項１０に記載のハイブリッド線形加速器。
【請求項１２】
前記定在波線形加速器がバンチャーの形態で構成された、請求項９に記載のハイブリッド線形加速器。
【請求項１３】
前記荷電粒子源が、電子の入力ビームを供給するように構成された電子銃を備える、請求項９に記載のハイブリッド線形加速器。
【請求項１４】
前記定在波線形加速器区間と協働する第１の外部磁気システム、及び／または
前記進行波線形加速器区間と協働する第２の外部磁気システムをさらに備える、請求項９に記載のハイブリッド線形加速器。
【請求項１５】
前記ＲＦ分配器にＲＦ電力を供給する、前記ＲＦ源と前記ＲＦ分配器との間のＲＦ導波管、及び
反射されたＲＦ電力が前記ＲＦ源に後進伝搬することを防止する、前記ＲＦ導波管の途中の高電力サーキュレータをさらに備える、請求項９に記載のハイブリッド線形加速器。
【請求項１６】
前記進行波線形加速器区間に加速後に残存しているＲＦ電力を吸収する、前記進行波線形加速器に結合されている整合されたＲＦ負荷をさらに備える、請求項９に記載のハイブリッド線形加速器。
【請求項１７】
荷電粒子ビーム窓と制動放射線を生成する変換ターゲットとの少なくとも一方をさらに備える、請求項９に記載のハイブリッド線形加速器。
【請求項１８】
電子の入力ビームを供給するように構成された荷電粒子源と、
荷電粒子の前記入力ビームを受け入れて前記荷電粒子を加速するように構成された定在波線形加速器区間であって、加速荷電粒子の中間ビームを形成する前記定在波線形加速器区間と、
加速荷電粒子の前記中間ビームを受け入れるように構成されているとともに前記加速荷電粒子の運動量及びエネルギーをさらに増加させるように構成された進行波線形加速器区間であって、出力部を有した前記進行波線形加速器区間と、
前記定在波線形加速器区間と前記進行波線形加速器区間との間のＲＦ結合をもたらすように構成されているとともに前記定在波線形加速器区間から前記進行波線形加速器区間への加速電子の前記中間ビームの通過を可能にするように構成されたＲＦ結合器と、
前記ＲＦ結合器と協働するＲＦ導波管を介して前記定在波線形加速器区間と前記進行波線形加速器区間との両方にＲＦ電力を供給するように構成されたＲＦ源と、
前記進行波線形加速器区間の前記出力部と協働するＲＦ負荷と、
前記進行波線形加速器区間によって出力された前記ＲＦ電力に前記ＲＦ負荷を整合させて前記進行波線形加速器に減衰後に残存している電力を吸収するように構成されたＲＦスイッチとを備える、ハイブリッド線形加速器。
【請求項１９】
前記定在波線形加速器がバンチャーの形態で構成された、請求項１８に記載のハイブリッド線形加速器。
【請求項２０】
前記荷電粒子源が、電子の入力ビームを供給するように構成された電子銃を備える、請求項１８に記載のハイブリッド線形加速器。
【請求項２１】
前記定在波線形加速器区間と協働する第１の外部磁気システム、及び／または
前記進行波線形加速器区間と協働する第２の磁気システムをさらに備える、請求項１８に記載のハイブリッド線形加速器。
【請求項２２】
前記ＲＦ源と前記ＲＦ結合器との間のＲＦ導波管、及び
反射されたＲＦ電力が前記ＲＦ源に後進伝搬することを防止する、前記ＲＦ導波管の途中の高電力サーキュレータをさらに備える、請求項１８に記載のハイブリッド線形加速器。
【請求項２３】
電子の前記出力ビームのエネルギー制御が、約０．５ＭｅＶから最大線形加速器エネルギーまでのエネルギー調整をもたらす、請求項１８に記載のハイブリッド線形加速器。
【請求項２４】
荷電粒子ビーム窓と制動放射線を生成する変換ターゲットとの少なくとも一方をさらに備える、請求項１８に記載のハイブリッド線形加速器。
【請求項２５】
定在波線形加速器区間と、前記定在波区間に続く進行波線形加速器区間とを備えたハイブリッド線形加速器によって荷電粒子を加速する方法であって、
前記定在波線形加速器区間に荷電粒子を供給すること、
前記ハイブリッド線形加速器にＲＦ電力を供給して、前記定在波線形加速器区間と前記進行波線形加速器区間とによって前記荷電粒子の加速を引き起こすこと、及び
前記ハイブリッド線形加速器の少なくとも一部におけるＲＦ電力及び／または位相を調整して、前記進行波線形加速器区間によって出力される前記中間電子ビームのエネルギー及び／または線量を調整することを含む、前記方法。
【請求項２６】
ＲＦ電源によって前記進行波線形加速器区間にＲＦ電力を供給すること、
前記進行波区間に減衰後に残存している前記ＲＦ電力を前記定在波区間に供給すること、及び
前記定在波線形加速器区間の前記荷電粒子を、前記定在波区間に供給された前記ＲＦ電力によって加速することを含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
ＲＦスイッチ、ＲＦ移相器、及び／またはＲＦ電力調整器によって前記定在波線形加速器区間に供給された前記ＲＦ電力及び／または前記ＲＦ電力の位相を調整して、前記進行波線形加速器区間によって出力された前記中間電子ビームのエネルギー及び／または線量を調整する、請求項２５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は、２０１６年３月１１日に出願された米国特許出願第１５／０６８，３５５号の一部継続出願であり、本発明の譲受人に譲渡され、参照により本明細書に援用されるものである。
【０００２】
本発明の実施形態は、全般に、電子ビームまたはＸ線ビームを形成する線形加速器に関し、特に、定在波区間と、定在波区間に続いて共線の関係にある進行波区間とを含む同様の線形加速器に関する。
【背景技術】
【０００３】
線形加速器（「ＬＩＮＡＣＳ」とも呼ばれる）は、例えば、非破壊検査（ＮＤＴ）、セキュリティ検査（ＳＩ）、放射線治療（ＲＴ）、電子ビーム処理滅菌、及びポリマー硬化などの産業用途を含む、広範囲の用途で様々なタスクに広く使用されている。加速された電子ビームと、そのような電子ビームが加速経路の終端の変換ターゲットに衝突することによって生成される制動放射Ｘ線ビームとは、両方とも様々なタスクに使用されている。選択される放射線ビームの種類は、通常は、具体的な用途と、その要件によって決定される。多くの用途では、要件には、放射線ビームのエネルギー変化量及び線量率変化量が含まれる。これには、広範な放射線ビームエネルギーの変化量、例えば０．５ＭｅＶから、中性子の生成及び活性化の問題のために一般に最大１０ＭｅＶを超えることはない、最大エネルギーまでの変化量が含まれる。しかし、既知の事例によっては、最大エネルギーは１２ＭｅＶ、１５ＭｅＶ、２０ＭｅＶ、またはそれより高いエネルギーに達する可能性がある。当業者にはよく知られていることであるが、線形加速器は、常に効果的に作動するとは限らず、またはかかる広範な放射線ビーム動作エネルギー範囲にわたっては、全く機能することがない複雑なツールである。
【０００４】
線形加速器は、粒子の速度が増加する間に粒子を正しい加速位相に保つために、電子ビームの伝搬方向に徐々に長さが増加する複数の空洞共振器を備えている。電子速度がほぼ光速に達すると、構造の周期と加速セルの形状は、通常、加速器の終端まで同じままである。
【０００５】
電子の速さが大きく（光の速さの約２０％から約９５％に）変化し、電子が電子の束の流れとしてまとめられている線形加速器の前部不規則区間は、一般に「バンチャー」と呼ばれる。バンチャーは、その次に「加速器」と呼ばれる線形加速器構造の規則的な周期的部分に入る、相対論的な電子ビームを形成する役割を担う。「加速器」では、電子の速度はほぼ変化しないが、それらは１ＭｅＶを超える高エネルギーに達して、Ｎ×１０ＭｅＶ以上の範囲（ここでＮは整数１，２，・・・Ｎ）にまで及ぶ。
【０００６】
バンチャーの効率を定義するために使用される重要なパラメータは「捕獲」と呼ばれ、加速場によって捕らえられて必要なエネルギーまで同期的に加速された粒子の、構造内に注入された粒子の総数に対するパーセンテージを表す。捕獲は、バンチャー内の加速場分布に非常に影響されやすい。線形加速器への入力ＲＦ電力を変えることによって、生成される放射線ビームの出力エネルギーを調整しようと試みる間に、バンチャー内の場の構造が変化し、加速経路内の電子ビーム流が、バンチャーにおける捕獲の劣化のために大幅に減少することによって、生成される放射線ビームの強度が減少する場合がある。
【０００７】
線形加速器に沿って電力及び場の分布を最適化することなく、注入される電子ビームパルス流のスイッチングによって放射線ビームエネルギーを調整することについても同じことが当てはまる。最適化は、商業市場の大部分を占めるマグネトロン駆動線形加速器にとって特に重要である。最適化は、Ｘバンド電源で動作するように設計された高周波線形加速器にとって、いっそう重要である。Ｘバンド電源では、例えば、所与のタスクのための市販の最良のＸバンドマグネトロンによって生成される入力ＲＦ電力の欠如が、全てではないにしても、ほとんどの場合に存在する（いわゆる「パワーハングリー」動作モード）。
【０００８】
当技術分野で知られている定在波線形加速器の一例が図１に概略的に示されている。当該線形加速器は、ＲＦ構造設計に応じて様々な方法で連結された複数の単一ＲＦ空洞共振器（図示せず）を備える。ＲＦ電力は、マグネトロンまたはクライストロンなどのＲＦ電源１によって供給される。ＲＦ電力は、ＲＦ送信導波管２及び高電力サーキュレータ３を通って、動作ＲＦ周波数での電力反射を最小にするために外部及び内部のＲＦ回路のインピーダンスを整合するように構成された入力ＲＦ結合器４に伝搬する。高電力サーキュレータ５は、反射電力がＲＦ源１に後進伝搬することを防止する。サーキュレータ５は、ＲＦ源１によって生成される、出力し得る最大電力に適合しているので、サーキュレータ５は、「低電力」サーキュレータではなく、「高電力」サーキュレータと呼ばれる。したがって、ＲＦ源１からのＲＦ電力の大部分は線形加速器に入る。
【０００９】
図１において、線形加速器は、連結した２つの単一ＲＦ構造、定在波バンチャー区間６（または「バンチャー６」）及び定在波加速器区間７（または「加速器７」）を有する。バンチャー区間６は、空洞共振器の並びを含み、それらは長さが異なっていて、隣接したセルの加速場の間の適切な位相シフトを維持し、徐々に増加する電子速度に対応する。電子の速さは、定在波バンチャー区間６において、相対論的な値（光の速さに近い）まで急速に増加する。加速器７では、電子の速さがほとんど一定になるので、全てのセルの長さは同じである。ＲＦ源は、当技術分野で知られているように、１つ以上の供給源（図示せず）によって給電される。
【００１０】
入力ＲＦ結合器４の単一ＲＦ空洞も、線形加速器ＲＦ構造の一部である。定在波線形加速器の場合、入力ＲＦ結合器４は、線形加速器に沿ってどこにでも配置し得るが、通常、バンチャー５の後ろであって加速器７の前のどこかに配置される。図１の線形加速器では、バンチャー５、入力ＲＦ結合器４、及び加速器区間７が共に、線形加速器の単一ＲＦ結合加速器構造を提供する。ＲＦ源によって供給されるＲＦ電力は、線形加速器構成及びそのＲＦ特性に従って線形加速器空洞共振器の間に分布し、電子などの荷電粒子を加速するＲＦ場分布を形成する。
【００１１】
電子ビーム１０は電子銃１１内で形成される。電子銃１１は、高電圧Ｎ×（１，２，３・・・１００）ｋＶの範囲で動作することができ、バンチャー６に入るのに十分小さい径を有した電子ビーム１０を形成する。電子ビーム１０は、バンチャー６と加速器区間７とからなる線形加速器空洞共振器のＲＦ場中を伝搬しながらエネルギーを得る。電子ビーム１０がＲＦ加速構造を出た後、電子ビームは、電子ビーム用途の真空気密の薄箔を通して線形加速器の真空外囲器の外部に引き出されるか、または当技術分野で知られているように、電子ビームは重金属ターゲットに衝突して、制動放射（Ｘ線）を生成する。電子銃１１は、当技術分野で知られているように、例えば、ダイオード電子銃または三極管電子銃であり得る。電子銃１１は、当技術分野で知られているように、ＲＦ源または別の電源装置（図示せず）に電力を供給する同一の電源によって電力供給され得る。
【００１２】
集束ソレノイドまたは周期永久磁石（「ＰＰＭ」）システムなどの、オプションの外付けの磁気システム１３が使用され得る。磁気システム１３は、線形加速器の内部のビーム位置、または、電子ビーム窓または変換ターゲット１２を介したその出口におけるビーム位置を補正するために、ステアリングコイル、偏向磁石などを含むこともある。外部集束システムの使用は、複雑さ及び電力消費を増加させ、またその結果として線形加速器システムのコストを増加させるので望ましくない。定在波線形加速器システムでは、磁気システム１３の使用を回避することができる。対照的に、進行波線形加速器では、磁気システム１３が、大抵の場合、特に線形加速器のバンチャー部分向けに提供される。
【００１３】
ＲＦ源１からの単一のＲＦ給電口を有する図１の定在波線形加速器のエネルギーを調整するために、線形加速器ＲＦ構造内の場の振幅を、ビームローディングを変えることによって、または入力電力の調整を変えることによって、変更することができる。性能の分析を図２に示す。図２は、電子ビームエネルギー対ピーク電子ビーム電流（下軸）と負荷線及び線量率（上軸）とのグラフである。図２は、一次近似での理論的な線形加速器の負荷線（四角形）（エネルギー、ＭｅＶ）の、ビーム力学のＰａｒｍｅｌａシミュレーションに基づく補正済みの負荷線（菱形）に対する変化を示す。外部磁気集束場は設けられていない。また図２のグラフは、一次線形負荷線に基づく対応する線量率曲線（それぞれＸ及び三角）（１ｍでの線量率、Ｒ／分）と、Ｐａｒｍｅｌａ計算（Ｐａｒｍｅｌａ／線量）に基づく負荷線に対応する他の線量率曲線（または関数）とを示す。出力放射線ビーム特性に対するビーム力学の影響は明らかである。
【００１４】
複雑さ及びコストが低減された線形加速器が一般に好ましい。外付けの集束の使用を避けるために、定在波型の線形加速器を設計する方が、そのような集束を行わない進行波型の線形加速器を設計するよりも、容易である。進行波線形加速器は、定在波線形加速器よりも一部優れた特性を提供するが、通常、集束ソレノイドが必要である。進行導波管の主要な挙動は、上述の定在波に対するものと同様である。
【００１５】
線形加速器は、共通するＲＦ電力不足のために、通常、最大最適出力エネルギーに近づくように設計され、線量率は、以下のような周知の経験的な比率によって定義されるその最大値である。
Ｐ＝７０×Ｉ×Ｗn  （１）
ここで、
Ｐは、重金属変換ターゲットから１メートルでの制動放射線量率（Ｒ／分）であり、
Ｉはターゲットに当たる平均電子ビーム電流（ｍＡ）であり、Ｗは電子ビームエネルギー（ＭｅＶ）であり、ｎはエネルギーによって変化するパラメータである（数ＭｅＶの範囲では約２．７）。
【００１６】
広いエネルギー範囲の電子ビームを使用する線形加速器にとって、より低いエネルギーで捕獲及び効率を高めることが重要であり、それによって加速ビーム電流が増加し、放射線ビームの電子ビーム線量率が増加する。線形加速器が制動放射線を生成する変換ターゲットを備えている場合、変換線量率は、電流に比例し、エネルギーのほぼ３乗に比例する。したがって、線形加速器の、より高いビーム電流での低エネルギー動作がさらにいっそう重要になる。線形加速器が、最良の放射線ビーム出力を得るために所与のビーム電流で最大エネルギーのビームを提供するように設計されている場合、より低いエネルギーで効率的な動作を達成することは困難である。
【発明の概要】
【００１７】
本発明の一実施形態によれば、ハイブリッド線形加速器は、エネルギー値の範囲にわたって出力ビームエのネルギー及び線量率を最適化するエネルギー及び線量の調整を伴う、同一直線上の定在波線形加速器区間及び進行波線形加速器区間を備える。実施形態には、ＲＦ導波管を介して、並列または直列に、正順序または逆順序で接続されたハイブリッド線形加速器が含まれ、線形加速器の区間の間でＲＦ電力を転送して再分配し、及び／またはこれらの区間の間で位相シフトを変更するために、ＲＦスイッチ、移相器、及び／または電力調整器を有している。別の実施形態では、ＲＦ負荷が、ＲＦスイッチによって進行波区間の出力部に整合される。
【００１８】
本発明の第１の実施形態によれば、ハイブリッド線形加速器は、荷電粒子の入力ビームを供給するように構成された荷電粒子源と、荷電粒子の入力ビームを受け入れるように構成されているとともに荷電粒子を加速して加速電子の中間ビームを形成するように構成された定在波線形加速器区間とを備える。進行波線形加速器区間が、加速電子の中間ビームを受け入れるように構成されているとともに、加速電子の運動量及びエネルギーをさらに増加させるように構成されている。進行波線形加速器区間は、荷電粒子の出力ビームを形成する。定在波線形加速器区間と進行波線形加速器区間との間にドリフト管が設けられている。ドリフト管は、中間ビームを定在波線形加速器区間から進行波線形加速器区間に通過させる経路を形成するように構成されているとともに、進行波線形加速器区間から定在波線形加速器区間をＲＦ分離するように構成されている。ハイブリッド線形加速器は、進行波線形加速器区間にＲＦ電力を供給して荷電粒子の中間ビームの運動量及びエネルギーをさらに増加させるように構成されたＲＦ源をさらに備える。進行波線形加速器区間の出力部に結合された入力部と、定在波線形加速器区間の入力部に結合された出力部とを有した導波管が設けられている。進行波線形加速器区間に減衰後に残存しているＲＦ電力が、定在波線形加速器区間に送り込まれて荷電粒子を加速させる。
【００１９】
ハイブリッド線形加速器は、定在波線形加速器区間に供給されるＲＦ電力の電力及び／または位相を変更するために、ＲＦスイッチ、ＲＦ移相器、及び／またはＲＦ電力調整器を導波管に沿ってさらに備えてよい。ＲＦスイッチ、ＲＦ移相器、及び／またはＲＦ電力調整器は、約０．５ＭｅＶから最大線形加速器エネルギーまでのエネルギー調整をもたらすように構成され得る。
【００２０】
定在波線形加速器区間は、例えば、バンチャーの形態で構成され得る。荷電粒子源は、例えば、電子の入力ビームを供給するように構成された電子銃を備えることができる。定在波線形加速器と協働する第１の外部磁気システム、及び／または進行波線形加速器区間と協働する第２の外部磁気システムを設けてもよい。
【００２１】
本実施形態によるハイブリッド線形加速器は、ＲＦ源から進行波線形加速器区間にＲＦ電力を供給するように構成された、ＲＦ源と進行波線形加速器区間との間の第２のＲＦ導波管をさらに備えることができる。第２のＲＦ導波管の途中に高電力サーキュレータを設けて、反射されたＲＦ電力がＲＦ源に後進伝搬することを防止することができ、及び／または第１のＲＦ導波管の途中に低電力サーキュレータを設けて、反射されたＲＦ電力が進行波加速器区間に後進伝搬することを防止することができる。進行波線形加速器の出力部の下流に、荷電粒子ビーム窓か、または制動放射線を生成する変換ターゲットを設けることができる。
【００２２】
本発明の第２の実施形態によれば、荷電粒子源と、電子の入力ビームを受け入れ、荷電粒子を加速して加速荷電粒子の中間ビームを形成するように構成された定在波線形加速器区間とを備えたハイブリッド線形加速器が開示される。ハイブリッド線形加速器は、加速荷電粒子の中間ビームを受け入れるように構成されているとともに加速電子の運動量及びエネルギーをさらに増加させるように構成された進行波線形加速器区間をさらに備える。進行波線形加速器区間は、荷電粒子の出力ビームを形成する。定在波線形加速器区間と進行波線形加速器区間との間にドリフト管を設けて、定在波線形加速器区間と進行波線形加速器区間との間のＲＦ分離をもたらすと同時に、加速電子の中間ビームの、定在波線形加速器区間から進行波線形加速器区間への通過をも可能にする。ハイブリッド線形加速器は、ＲＦ電源と、ＲＦ電源からＲＦ電力を受け入れるように構成されているとともに、ＲＦ電力を、定在波加速器区間に供給されるＲＦ電力の第１の部分と進行波加速器区間に供給されるＲＦ電力の第２の部分とに分岐させるように構成されたＲＦ分配器とをさらに備える。
【００２３】
本実施形態によるハイブリッド線形加速器は、進行波線形加速器区間によって使用されないＲＦ電力を、定在波線形加速器区間に送り込むように構成された、及び／または定在波線形加速器と進行波線形加速器区間との間の位相関係を変更するように構成された、ＲＦスイッチ、ＲＦ移相器、及びＲＦ電力調整器の少なくとも１つをさらに備える。ＲＦスイッチ、ＲＦ移相器、及び／またはＲＦ電力調整器は、約０．５ＭｅＶから最大線形加速器エネルギーまでのエネルギー調整をもたらすように構成され得る。
【００２４】
定在波線形加速器区間は、例えば、バンチャーの形態で構成され得る。荷電粒子源は、例えば、電子の入力ビームを供給するように構成された電子銃を備え得る。定在波線形加速器と協働する第１の外部磁気システム、及び／または進行波線形加速器区間と協働する第２の外部磁気システムを設けることもできる。進行波線形加速器の出力部の下流に、荷電粒子ビーム窓か、または制動放射線を生成する変換ターゲットを設けることができる。
【００２５】
本発明の本実施形態によるハイブリッド線形加速器は、ＲＦ源とＲＦ分配器との間にＲＦ導波管をさらに備えることができる。ＲＦ導波管は、ＲＦ分配器にＲＦ電力を供給するように構成されており、ＲＦ導波管の途中に高電力サーキュレータをさらに設けて、反射されたＲＦ電力がＲＦ源に後進伝搬することを防止する。
【００２６】
本実施形態によるハイブリッド線形加速器は、進行波加速器に結合されている整合されたＲＦ負荷をさらに備えて、進行波線形加速器区間に加速後に残存しているＲＦ電力を吸収することができる。荷電粒子窓か、または制動放射線を生成する変換ターゲットを設けることもできる。
【００２７】
本発明の第３の実施形態によれば、電子の入力ビームを供給するように構成された荷電粒子源と、荷電粒子の入力ビームを受け入れて荷電粒子を加速し、加速荷電粒子の中間ビームを形成するように構成された定在波線形加速器区間と備えたハイブリッド線形加速器が開示される。加速荷電粒子の中間ビームを受け入れるように構成されているとともに加速荷電粒子の運動量及びエネルギーをさらに増加させるように構成された進行波線形加速器区も、設けられている。進行波線形加速器区間は、出力部を有している。定在波線形加速器と進行波線形加速器区間との間のＲＦ結合をもたらすように構成されたＲＦ結合器が、定在波線形加速器区間から進行波線形加速器区間への加速電子の中間ビームの通過を可能にするように設けられている。ハイブリッド線形加速器は、ＲＦ結合器と協働するＲＦ導波管を介して、定在波線形加速器区間と進行波加速器区間との両方にＲＦ電力を供給するように構成されたＲＦ源をさらに備える。進行波線形加速器区間の出力部と協働するＲＦ負荷が設けられている。進行波線形加速器に減衰後に残存している電力を吸収する、ＲＦ負荷を進行波線形加速器区間から出力されたＲＦ電力に整合させるＲＦスイッチが、ＲＦ結合器とＲＦ負荷との間に設けられている。ＲＦスイッチは、例えば、約０．５ＭｅＶから最大線形加速器エネルギーまでのエネルギー調整をもたらすように構成され得る。
【００２８】
定在波線形加速器区間は、例えば、バンチャーの形態で構成され得る。荷電粒子源は、例えば、電子の入力ビームを供給するように構成された電子銃を備えることができる。定在波線形加速器と協働する第１の外部磁気システム、及び／または進行波線形加速器区間と協働する第２の外部磁気システムを設けてもよい。
【００２９】
ＲＦ源とＲＦ結合器との間にＲＦ導波管を設けることができ、またＲＦ導波管の途中に高電力サーキュレータを設けて、反射されたＲＦ電力がＲＦ源に戻って伝搬することを防止することができる。荷電粒子窓か、または制動放射線を生成する変換ターゲットを設けることもできる。
【００３０】
本発明の別の実施形態によれば、定在波線形加速器区間と、定在波区間に続く進行波線形加速器区間とを備えたハイブリッド線形加速器によって荷電粒子を加速する方法であって、定在波線形加速器区間に荷電粒子を供給すること、及びハイブリッド線形加速器にＲＦ電力を供給して、定在波線形加速器区間と進行波線形加速器区間とによって荷電粒子の加速を引き起こすことを含む方法が開示される。本方法は、進行波区間に減衰後に残存している吸収ＲＦ電力におけるＲＦ電力の電力及び／または位相を、調整可能な共振負荷によって調整することをさらに含む。
【００３１】
一例では、本方法は、ＲＦ電力源によって進行波線形加速器区間にＲＦ電力を供給すること、及び進行波区間に減衰後に残存しているＲＦ電力を、定在波区間に供給することをさらに含む。荷電粒子は、定在波区間に供給されたＲＦ電力によって、定在波線形加速器区間で加速される。ＲＦ電力及び／または位相は、ＲＦスイッチ、ＲＦ移相器、及び／またはＲＦ電力調整器によって変更することができる。
【００３２】
別の例では、本方法は、電源から定在波線形加速器区間及び進行波線形加速器区間にＲＦ電力を供給することをさらに含む。進行波線形加速器区間によって使用されないＲＦ電力を定在波線形加速器区間に送り込み、及び／または定在波区間と進行波区間との間の位相関係を変更する。
【００３３】
本発明の実施形態のハイブリッド線形加速器は、例えば、セキュリティ及び取引マニフェスト検証（ひとまとめにセキュリティ検査と呼ばれる）のための車両スクリーニング及び様々な積み荷のスクリーニングと、非破壊検査（ＮＤＴ）と、放射線療法（ＲＴ）とに使用することができる。本発明の実施形態は、例えば、様々な厚さ及び形状の物体の電子ビーム照射や、複合材料の硬化、及び電子ビーム滅菌のためなど、他の用途に使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】従来の定在波線形加速器の一例の概略図である。
【図２】非適合標準単一区間線形加速器におけるビーム力学及び対応する線量率プロットのＰａｒｍｅｌａシミュレーションに基づく補正バージョンと比較した線形加速器負荷線に対する変化を示す電子ビームエネルギー対ピーク電子ビーム電流のグラフである。
【図３】進行波線形加速器区間に減衰後に残存しているＲＦ電力が、ハイブリッド線形加速器の定在波区間に供給される、本発明の第１の実施形態のハイブリッド線形加速器の一例の概略図である。
【図４】本発明の第２の実施形態による、並列ＲＦ給電口を備えたハイブリッド線形加速器の概略図である。
【図５】本発明の第３の実施形態による、単一ＲＦ給電口を備えたハイブリッド線形加速器の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
図３は、本発明の一実施形態によるハイブリッド線形加速器システム１００の一例の概略図である。ハイブリッド線形加速器システム１００は、定在波線形加速器区間１１０及び進行波線形加速区間１２０を有する線形加速器１０５を備える。図１に関して上に述べたように、また当技術分野で知られているように、線形加速器１０５は、ＲＦ電力が伝搬して電子などの荷電粒子を加速する空洞共振器またはセル（図示せず）を備える。本例の定在波線形加速器区間１１０は、バンチャーとなるように構成されているが、それは必須ではない。本例では、定在波線形加速器区間１１０を、本明細書では「バンチャー区間１１０」とも称し、進行波線形加速区間１２０を「進行波区間１２０」とも称する。
【００３６】
荷電粒子源１４０は、荷電粒子ビーム１４５を定在波線形加速器区間１１０に注入するために設けられている。荷電粒子は電子である場合があり、荷電粒子源１３０は、例えば図１に関して上に述べたように、電子銃であり得る。電子銃１４０は、三極管、ダイオード、または他の任意の種類の電子銃であり得る。以下の議論では電子銃１３０に言及するが、他の種類の荷電粒子が、他の種類の荷電粒子源によって定在波バンチャー区間１１０に注入されてもよく、ハイブリッド線形加速器１００システムによって加速され得ることが理解される。
【００３７】
バンチャー区間１１０と進行波区間１２０とは、加速された荷電粒子がバンチャー区間１１０から進行波区間１２０へ通過する経路を形成するドリフト管１２５によって、互いに接続されている。バンチャー区間１１０の出力部は、第１のＲＦ結合器１３０によって、ドリフト管１１５の入力部に結合されている。ドリフト管１１５の出力部は、第２のＲＦ結合器１３５を介して、進行波区間１２０の入力部に結合されている。ドリフト管１２５は、当技術分野で知られているように、バンチャー区間１１０を進行波線形加速器区間１２０からＲＦ分離するように構成されている。
【００３８】
本発明の本実施形態によれば、ＲＦ源１５０は、導波管１６０を介して、進行波区間１２０の空洞共振器にＲＦ電力を供給する。本例では、選択できるものではあるが、ＲＦ電力は、ＲＦ源１５０によって定在波線形加速器区間１１０に供給されない。第２のＲＦ結合器１３５は、導波管１６０を進行波区間１２０の内部に結合して、当該進行波区間の空洞共振器の内部を通してＲＦ電力を伝搬させる。ＲＦ源１５０及び電子銃１４０は、当技術分野で知られているように、１つ以上の電源（図示せず）によって電力が供給される。
【００３９】
ＲＦ電源１５０は、定常状態モードにおいて分離デバイス無しで、進行波入力ＲＦ結合器１３５にＲＦ電力をもたらすことができるが、高電力サーキュレータ１６０が、導波管１６０に沿って、ＲＦ電源１５０と第２のＲＦ結合器１３５との間に設けられてもよい。高電力サーキュレータ１６０は、伝搬するＲＦ電力がその最高値にあるＲＦ電力源に、またはＲＦ電力源に近接して、設けられてよい。
【００４０】
進行波区間１２０の出力部に、第３のＲＦ結合器１７０が設けられている。図１に関して上に述べたように、加速された荷電粒子、例えば電子は、荷電粒子ビーム窓または変換ターゲット１８０に向かって、第３のＲＦ結合器１７０の第１出力部を通過する。
【００４１】
線形加速器システム１００のこの部分の動作中、例えば電子ビーム１４５は、ｎ×１０ＫｅＶに形成され得る。電子ビーム１４５はバンチャー区間１１０のＲＦ構造内に注入され、そこで電子束が形成され、加速されて、電子ビームエネルギーをＭｅＶ範囲、典型的には約１ＭｅＶに至らせる。これにより集群化がほとんど完了することができるようにし、電子ビーム１４５は、ほぼ十分に相対論的になり、典型的には、光の速さの約０．８５倍から約０．９５倍までになる。その次に本例では、電子ビーム１４５は、進行波区間１２０（または、進行波区間１２０と同一線上にさらなる進行波区間が設けられている場合には、複数の進行波区間）に入り、例えば４ＭｅＶから１２ＭｅＶなどの、より高い出力エネルギーにまで加速される。電子ビーム１４５内の電子は、より低いエネルギーまたはより高いエネルギーに加速され得る。一例では、加速された電子ビーム１４５は、制動放射変換ターゲット１８０に衝突して、Ｘ線を生成する。別の例では、加速された電子ビーム１４５は、薄い金属箔などの出力窓１８０を通過し、加速器の真空外囲器から空気、または、当技術分野で知られているように、異なる気体もしくは液体、水などの異なる環境に出る。
【００４２】
線形加速器システム１００の説明を続けると、第１のＲＦ結合器１３０、第２のＲＦ結合器１３５及び第３のＲＦ結合器１７０は、公称のエネルギー及びビーム電流値で動作している間、動作ＲＦ周波数での電力反射を最小にするために、外部ＲＦ回路及び内部ＲＦ回路のインピーダンスに整合させるように構成されている。さらに、本例の高電力サーキュレータ１６０は、反射電力がＲＦ源１５０に後進伝搬することを防止する。したがって、ＲＦ電源１５０からのＲＦ電力の大部分または全部が、第２のＲＦ結合器１３５に入り、進行波線形加速器区間１２０内を伝搬して、加速進行波場分布を形成し、電力を電子ビームに移す。
【００４３】
本発明の本実施形態によれば、第３のＲＦ結合器１７０は、第２のＲＦ導波路１９０の入力部に接続された第２の出力部を有する。第２のＲＦ導波路１９０の出力部は、第１のＲＦ結合器１３０の第２の入力部に接続されている。進行波線形加速器区間と電子加速とを経て伝搬した後に残存するＲＦ電力は、第３の入力結合器１７０及び導波管１９０を通って、バンチャー区間１１０に伝搬する。バンチャー区間１１０は、進行波線形加速器区間１２０から出てくる残存電力を吸収するために、線形加速器で共通に使用されている余分なＲＦ負荷を置き換えるか、または過剰にして、線形加速器効率を実質的に増加させることができる。
【００４４】
進行波線形加速器区間１２０によって出力される加速された電子ビーム１４５またはシステム１００によって生成される制動放射線のエネルギー及び／または線量を変化させるために、図３のブロック２００によって示されるＲＦスイッチ、ＲＦ移相器、及び／またはＲＦ電力調整器を、第２のＲＦ導波管１９０に沿って設けて、バンチャー区間１１０に向かって伝搬するＲＦ電力の電力及び／または位相を調整することができる。１つ以上のＲＦスイッチ、ＲＦ位相調整器、及び／またはＲＦ電力調整器を設けることができる。導波管１９０と、ＲＦスイッチ、移相器、及び／または電力調整器２００は、逆供給シーケンス（ＲＦＳ）を形成して、進行波区間１２０内の減衰後及び電子ビーム加速後に残存しているＲＦ電力をバンチャー区間１１０に供給し、線形加速器１００の効率を向上させる。スイッチ、移相器、及び／または電力調整器は、線形加速器１０５の真空外囲器の外側にある。
【００４５】
定在波区間１１０に供給されるＲＦ電力の電力／位相比は、ＲＦスイッチ、ＲＦ移相器、及び／またはＲＦ電力調整器２００によって変更されて、加速された電子ビーム１４５またはシステム１００によって生成される制動放射線の所望のエネルギー、線量、及び／または他の出力特性を達成することができる。図４及び図５と共に後述する本発明の本実施形態及び他の実施形態におけるＲＦスイッチ、ＲＦ移相器及び／またはＲＦ電力調整器２００の使用は、当技術分野で知られている方法でビーム電流及び／または入力電力の調整と併用され、加速器によって出力される放射線ビームまたは電子ビームの特性をさらに最適化することができる。線形加速器システム１００の動作領域内のエネルギー／線量の設定を含み得る広範な電子エネルギー調整や、動作領域内の走査手順中に、２つ以上のエネルギー及び／または線量の間でエネルギー／線量を切り替えることを提供することができる。線形加速器システム１００の動作領域は、広範囲の入力ＲＦ電力と入力電子ビーム電流強度とを伴う、例えば、約０．５ＭｅＶから最大線形加速器エネルギー、例えば７ＭｅＶなどとすることができる。最大エネルギーレベルが高い領域及び／または最小エネルギーレベルが低い領域など、様々な動作領域を提供することができる。
【００４６】
ＲＦスイッチ及び／またはＲＦ移相器が低速デバイスまたは高速デバイスである場合、電子ビームまたはＸ線は、それぞれ、１つのエネルギー／線量レベルからの変動の時間が、パルス長及び／またはパルス繰返し周期よりも実質的に長いとき、動作中に「ゆっくり」切り替えることができ、または例えば、パルス内での変動、ならびにパルス間のエネルギー及び線量のスイッチング（総称して「高速スイッチング」と呼ばれる）による変動を含む、パルス長及び／またはパルス繰返し期間に相当する時間内などで、「速く」切り替えることができる。ブロック２００のＲＦスイッチ、ＲＦ移相器、及び／またはＲＦ電力調整器の動作と構成とを制御して、所望のエネルギー／線量を設定するか、または動作中に所望のエネルギー／線量の間を切り替える適切な制御を提供することができる。
【００４７】
ブロック２００で使用することができる適切なＲＦスイッチ、ＲＦ移相器、及びＲＦ電力調整器は市販されている。ＲＦスイッチは、例えば、オン／オフ動作のＲＦスイッチか、またはそれ自体で、もしくはＲＦ移相器及び／またはＲＦ電力調整器と連動して、エネルギーレベルまたは位相レベルの間を切り替えるＲＦスイッチとすることができる。高速デバイス及び低速デバイスの両方をブロック２００に設けて、汎用性を持たせることができる。ブロック２００のスイッチは、当技術分野で知られているガス充填スイッチ、フェライトスイッチまたは他のＲＦスイッチであってよい。使用され得る高速フェライトスイッチの一例がＧ．Ｓ．  Ｕｅｂｅｌｅ，  “Ｈｉｇｈ−Ｓｐｅｅｄ  ｆｅｒｒｉｔｅ  ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  ｓｗｉｔｃｈ，  １９５７  ＩＲＥ  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ  Ｒｅｃｏｒｄ，  Ｖｏｌ．  ５，  ｐｔ．  ７，  ｐｐ．  ２２７−２３４、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ＩＲＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ  ｏｎ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｔｈｅｏｒｙ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，  Ｊａｎｕａｒｙ  １９５９，  ｐｐ．  ７３−８２に記載されている。ブロック２００の移相器は、高速移相器及び／または低速移相器を含み得る。適切な高速移相器は、例えば、Ａｍｐａｓ  ＧｍＢＨ，  Ｇｒｏｓｓｅｒｌａｃｈ，  Ｇｅｒｍａｎｙから得ることができる。
【００４８】
バンチャー区間１１０から反射されたＲＦ電力が、進行波線形加速器区間１２０に後進伝搬するのを防止するために、例えばバンチャー区間１００とブロック２００との間に、導波管１９０に沿って、低電力サーキュレータ２２０が設けられ得る。サーキュレータ２２０は、この箇所のＲＦ電力が、一部の反射と、進行波線形加速器１２０での減衰と、電子ビームによって消費される電力とに起因して、ＲＦ源によって供給されるＲＦ電力よりもはるかに低いので、「低電力」サーキュレータと呼ばれる。
【００４９】
外部の集束ソレノイドまたは周期永久磁石（「ＰＰＭ」）システムなどの磁気システム２２０は、電子ビーム１４５がバンチャー区間１１０及び／または進行波区間１２０を通過する際に電子ビーム１４５を集束させるために、バンチャー区間１１０及び／または進行波区間１２０に近接して、かつバンチャー区間１１０及び／または進行波区間１２０と協働する状態に、任意選択的に設けられる。磁気システム２００は、電流伝送のわずかな改善しかもたらさず、ハイブリッド線形加速器システム１００と本明細書に記載されたハイブリッド線形加速器システムの他の例との、複雑さ、電力消費、従ってコストを増加させるので、省くことができる。いくつかの具体的な例のシミュレーションは、外部集束システム２００を使用すると電流伝送を約２０％だけ改善することを実証した。ＲＦ場は、進行波区間１２０に電子ビームを集束して移動させるように、バンチャー区間１１０及び／または進行波区間１２０で利用されてもよく、それによって外部磁気集束システム１３を使用しないようにする。
【００５０】
定在波区間と進行波区間とのこの組合せは、両方のいくつかの有利な点を活かす。例えば、線形加速器の主な動作周波数が定在波バンチャー区間１１０によって大きく規定される一方で、進行波線形加速器区間１２０はより広帯域であり、定在波バンチャー区間の必要な共振周波数に容易に合わせられる。したがって、自動周波数制御（ＡＦＣ）は、定在波線形加速器にとって共通のバンチャー区間１１０に基づいてもよい。ＡＦＣが進行波区間１２０のみに基づいている場合、ＡＦＣは、線形加速器の安定した動作を保証するために、さらに複雑である必要がある。加えて、定在波バンチャー区間１１０は、相対論的速度に達しつつも、電子ビームの効果的なＲＦ集束を可能にし、上記の一切の外部磁気システム無しで、進行波区間１２０でのさらなる加速を利用することもできる。
【００５１】
図３の実施形態の設計例を、例えばＬ−３  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅｓ，  Ｓａｎ  Ｃａｒｌｏｓ，  Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａによって製造されたＰＭ−１１１０Ｘ  Ｘバンドマグネトロンを用いて９３００ＭＨｚで探ると、６０ｃｍ長のハイブリッドＲＦ構造の設計パラメータは、同様の特性を有する既存の非ハイブリッド構成よりも優れていることが判明した。ハイブリッドＲＦ構造は、１ＭｅＶから７ＭｅＶの広いエネルギー範囲のエネルギーで安定したビームを送り出し、１ｍでの最大出力線量率が１１００Ｒ／分であり、これは８０ｃｍで１７００Ｒ／分超に相当する。その一方で、１ｍで数十Ｒ／分と評価される、低エネルギーでのかなりの線量率を出力する。記録的に高い放射線ビーム特性を有するこのような小型の線形加速器システムは、例えば非破壊試験（ＮＤＴ）、保安検査（ＳＩ）、放射線治療（ＲＴ）などの多くの分野において有用であり得る。
【００５２】
図４は、並列ＲＦ給電口を備えた、本発明の第２の実施形態によるハイブリッド線形加速器の一例の概略図である。図３と共通の要素には同様の番号が付されている。本発明の本実施形態の動作及び能力は、本明細書で述べることを除いては、図３の実施形態と同じである。
【００５３】
本例では、バンチャー区間１１０及び進行波区間１２０は、図３の場合と同じく、ドリフト管１２５によって分離されている。ＲＦ源１５０は、ＲＦ送信導波管１６０を通して、高電力サーキュレータ１６５経由でＲＦ電力を供給し、その次にＲＦ分配器３１０によって分割される。ＲＦ分配器３１０の分割比によって決定されたＲＦ電力の一部は、ＲＦ分配器の第１のアーム３１５を通って、バンチャー区間１１０の出力部の第１のＲＦ結合器３２０に送られる。残りの電力は、ＲＦ分配器３１０の第２のアーム３３０を通って、図３の実施形態で使用されるブロック２００と同一または同様であり得る、ＲＦスイッチ、ＲＦ移相器、及び／またはＲＦ電力調整器３４０を経て、第２の入力ＲＦ結合器１３５に送られる。
【００５４】
ＲＦスイッチ、ＲＦ移相器、及び／またはＲＦ電力調整器３４０は、ＲＦ分配器３１０を介して、バンチャー区間１１０と進行波区間１２０との間でＲＦ電力を再分配する。バンチャー区間１１０に再分配されるＲＦ電力のＲＦエネルギー及び／または位相は、進行波線形加速器区間１２０によって出力される電子の中間ビームのエネルギー及び／または線量を設定または変更するように変化させることができる。ＲＦスイッチ、ＲＦ移相器、及び／またはＲＦ電力調整器３４０は、バンチャー区間と進行波区間との間の位相関係を変化させるように構成してもよく、進行波線形加速器区間１２０によって出力される電子の中間ビームのエネルギー及び／または線量を設定または変更することもできる。これによって、電子出力ビームの広い範囲でのエネルギー調整が提供される。上記の通り、ＲＦスイッチ、ＲＦ位相調整器、及び／またはＲＦ電力調整器は、線形加速器１０５の真空外囲器の外側にある。
【００５５】
図４の実施形態では、進行波加速器区間１２０に減衰後に残存しているＲＦ電力を吸収するために、整合されたＲＦ負荷３５０が設けられている。進行波区間１２０内の残りのＲＦ電力は、進行波区間の出力部でＲＦ結合器１７０を介して整合されたＲＦ負荷３５０に結合される。
【００５６】
図４の実施形態は、残りのＲＦ電力が利用されないので、図３の実施形態ほど効率的でない可能性がある。上記の通り、例えば約０．５ＭｅＶから最大線形加速器エネルギーまでの広範な電子エネルギー調整を、広範囲の入力ＲＦ電力で動作しつつも達成することができ、それによって高効率で、様々な入力電子ビーム電流強度で、効率的に動作することができる。
【００５７】
図５は、本発明の第３の実施形態によるハイブリッド線形加速器４００の一例の概略図である。図３と共通の要素には同様の番号が付されている。本発明の本実施形態の動作及び能力は、本明細書で述べることを除いては、図３の実施形態と同じである。
【００５８】
入力ＲＦ結合器４１０は、定在波バンチャー区間１１０及び進行波線形加速器区間１２０の両方に対する結合した単一のＲＦ電力入力として機能する。本実施形態では、バンチャー区間１１０と進行波区間１２０との間にドリフト管を設けていない。
【００５９】
進行波区間１２０のＲＦ出力部に、ＲＦスイッチ４２０が、ＲＦ結合器４３０の後に設けられ得る。例えば、上述のＲＦスイッチを、ここで使用してもよい。
【００６０】
図４と同様に、進行波区間１２０における加速後に残存しているＲＦ電力を吸収するために、放射線ビームパラメータＲＦスイッチ４２０の後に、整合されたＲＦ負荷３５０が設けられる。上記の通り、例えば約０．５ＭｅＶから最大線形加速器エネルギーまでの広範な電子エネルギー調整を、広範囲の入力ＲＦ電力で動作しつつも達成することができ、それによって高効率で、様々な入力電子ビーム電流強度で、効率的に動作することができる。
【００６１】
上記の例では、１つの定在波線形加速器（バンチャー）区間１１０と、１つの進行波線形加速器区間１２０とが示されているが、さらなる定在波区間及び／または進行波区間を設けてもよい。さらなる定在波区間を設ける場合、一例では、第１の定在波区間のみをバンチャーとなるように構成する。
【００６２】
上述の実施形態において、線形加速器制御装置及び／または変調器（図示せず）は、線形加速器の、そのパラメータの広い範囲での最適化を支援するために、電子ビーム電流及び／または入力ＲＦ電力を調整する補足的な方法を提供してもよいし、しなくてもよい。
【００６３】
特許請求された本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、他の変更及び実施を当業者なら思いつくであろう。したがって、上記の説明は、以下の特許請求の範囲に示すものを別にすれば、本発明を限定することを意図するものではない。
【図１】
2019511816.tif 000003
【図２】
2019511816.tif 000004
【図３】
2019511816.tif 000005
【図４】
2019511816.tif 000006
【図５】
2019511816.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成30年9月28日(2018.9.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子の入力ビームを供給するように構成された荷電粒子源と、
荷電粒子の前記入力ビームを受け入れて前記荷電粒子を加速するように構成された定在波線形加速器区間であって、加速電子の中間ビームを形成する前記定在波線形加速器区間と、
加速電子の前記中間ビームを受け入れるように構成されているとともに加速電子の前記中間ビームの運動量及びエネルギーをさらに増加させるように構成された進行波線形加速器区間であって、荷電粒子の出力ビームを形成する前記進行波線形加速器区間と、
前記中間ビームを前記定在波線形加速器区間から前記進行波線形加速器区間に通過させる経路を形成するように構成されたドリフト管であって、前記進行波線形加速器区間から前記定在波線形加速器区間をＲＦ分離して、前記中間ビームの前記運動量及びエネルギーをさらに増加させるように構成された前記ドリフト管と、
前記進行波線形加速器区間にＲＦ電力を供給するように構成されたＲＦ源と、
前記進行波線形加速器区間の出力部に結合された入力部と、前記定在波線形加速器区間の入力部に結合された出力部とを有した第１のＲＦ導波管とを備え、
前記進行波線形加速器区間に減衰後に残存しているＲＦ電力が、前記定在波線形加速器区間に送り込まれて、前記荷電粒子を加速させる、ハイブリッド線形加速器。
【請求項２】
前記定在波線形加速器区間に供給される前記ＲＦ電力の電力及び／または位相を変更するために、スイッチ、移相器、及び／または電力調整器を前記第１のＲＦ導波管に沿ってさらに備える、請求項１に記載のハイブリッド線形加速器。
【請求項３】
前記移相器、及び／または前記電力調整器が、約０．５ＭｅＶから最大線形加速器エネルギーまでの電子の前記出力ビームのエネルギー調整をもたらすように構成された、請求項２に記載のハイブリッド線形加速器。
【請求項４】
前記定在波線形加速器区間がバンチャーの形態で構成された、請求項１に記載のハイブリッド線形加速器。
【請求項５】
前記荷電粒子源が、電子の入力ビームを供給するように構成された電子銃を備える、請求項１に記載のハイブリッド線形加速器。
【請求項６】
前記定在波線形加速器区間と協働する第１の外部磁気システム、及び／または
前記進行波線形加速器区間と協働する第２の外部磁気システムをさらに備える、請求項１に記載のハイブリッド線形加速器。
【請求項７】
前記ＲＦ源から前記進行波線形加速器区間にＲＦ電力を供給するように構成された、前記ＲＦ源と進行波線形加速器区間との間の第２のＲＦ導波管、及び
反射されたＲＦ電力が前記ＲＦ源に後進伝搬することを防止する、前記第２のＲＦ導波管の途中の高電力サーキュレータ、及び／または
反射されたＲＦ電力が前記進行波線形加速器区間に後進伝搬することを防止する、前記第１のＲＦ導波管の途中の低電力サーキュレータをさらに備える、請求項１に記載のハイブリッド線形加速器。
【請求項８】
荷電粒子ビーム窓と、制動放射線を生成する変換ターゲットとの少なくとも一方をさらに備える、請求項１に記載のハイブリッド線形加速器。
【請求項９】
荷電粒子源と、
電子の前記入力ビームを受け入れて前記荷電粒子を加速するように構成された定在波線形加速器区間であって、加速荷電粒子の中間ビームを形成する前記定在波線形加速器区間と、
加速荷電粒子の前記中間ビームを受け入れるように構成されているとともに前記加速電子の運動量及びエネルギーをさらに増加させるように構成された進行波線形加速器区間であって、荷電粒子の出力ビームを形成する前記進行波線形加速器区間と、
前記定在波線形加速器区間と前記進行波線形加速器区間との間のＲＦ分離をもたらすと同時に、前記定在波線形加速器区間から前記進行波線形加速器区間への加速電子の前記中間ビームの通過をも可能にするように構成されたドリフト管と、
ＲＦ電源と、
前記ＲＦ電源からＲＦ電力を受け入れるように構成されているとともに、前記ＲＦ電力を、前記定在波線形加速器区間に供給されるＲＦ電力の第１の部分と、前記進行波線形加速器区間に供給されるＲＦ電力の第２の部分とに分岐させるように構成されたＲＦ分配器とを備える、ハイブリッド線形加速器。
【請求項１０】
前記進行波線形加速器区間と前記ＲＦ分配器との間にＲＦスイッチ、ＲＦ移相器、及びＲＦ電力調整器をさらに備え、前記ＲＦスイッチ、前記ＲＦ移相器、及び前記ＲＦ電力調整器が、前記進行波線形加速器区間によって使用されないＲＦ電力を前記定在波線形加速器区間に送り込むように構成された、及び／または前記定在波線形加速器区間と前記進行波線形加速器区間との間の位相関係を変更するように構成された、請求項９に記載のハイブリッド線形加速器。
【請求項１１】
前記スイッチ、前記移相器、及び／または前記電力調整器が、約０．５ＭｅＶから最大線形加速器エネルギーまでのエネルギー調整をもたらすように構成された、請求項１０に記載のハイブリッド線形加速器。
【請求項１２】
前記定在波線形加速器区間がバンチャーの形態で構成された、請求項９に記載のハイブリッド線形加速器。
【請求項１３】
前記荷電粒子源が、電子の入力ビームを供給するように構成された電子銃を備える、請求項９に記載のハイブリッド線形加速器。
【請求項１４】
前記定在波線形加速器区間と協働する第１の外部磁気システム、及び／または
前記進行波線形加速器区間と協働する第２の外部磁気システムをさらに備える、請求項９に記載のハイブリッド線形加速器。
【請求項１５】
前記ＲＦ分配器にＲＦ電力を供給する、前記ＲＦ源と前記ＲＦ分配器との間のＲＦ導波管、及び
反射されたＲＦ電力が前記ＲＦ源に後進伝搬することを防止する、前記ＲＦ導波管の途中の高電力サーキュレータをさらに備える、請求項９に記載のハイブリッド線形加速器。
【請求項１６】
前記進行波線形加速器区間に加速後に残存しているＲＦ電力を吸収する、前記進行波線形加速器区間に結合されている整合されたＲＦ負荷をさらに備える、請求項９に記載のハイブリッド線形加速器。
【請求項１７】
荷電粒子ビーム窓と、制動放射線を生成する変換ターゲットとの少なくとも一方をさらに備える、請求項９に記載のハイブリッド線形加速器。
【請求項１８】
電子の入力ビームを供給するように構成された荷電粒子源と、
荷電粒子の前記入力ビームを受け入れて前記荷電粒子を加速するように構成された定在波線形加速器区間であって、加速荷電粒子の中間ビームを形成する前記定在波線形加速器区間と、
加速荷電粒子の前記中間ビームを受け入れるように構成されているとともに前記加速荷電粒子の運動量及びエネルギーをさらに増加させるように構成された進行波線形加速器区間であって、出力部を有した前記進行波線形加速器区間と、
前記定在波線形加速器区間と前記進行波線形加速器区間との間のＲＦ結合をもたらすように構成されているとともに前記定在波線形加速器区間から前記進行波線形加速器区間への加速電子の前記中間ビームの通過を可能にするように構成されたＲＦ結合器と、
前記ＲＦ結合器と協働するＲＦ導波管を介して、前記定在波線形加速器区間と前記進行波線形加速器区間との両方にＲＦ電力を供給するように構成されたＲＦ源と、
前記進行波線形加速器区間の前記出力部と協働するＲＦ負荷と、
前記進行波線形加速器区間によって出力された前記ＲＦ電力に前記ＲＦ負荷を整合させて前記進行波線形加速器区間に減衰後に残存している電力を吸収するように構成されたＲＦスイッチとを備える、ハイブリッド線形加速器。
【請求項１９】
前記定在波線形加速器区間がバンチャーの形態で構成された、請求項１８に記載のハイブリッド線形加速器。
【請求項２０】
前記荷電粒子源が、電子の入力ビームを供給するように構成された電子銃を備える、請求項１８に記載のハイブリッド線形加速器。
【請求項２１】
前記定在波線形加速器区間と協働する第１の外部磁気システム、及び／または
前記進行波線形加速器区間と協働する第２の磁気システムをさらに備える、請求項１８に記載のハイブリッド線形加速器。
【請求項２２】
前記ＲＦ源と前記ＲＦ結合器との間のＲＦ導波管、及び
反射されたＲＦ電力が前記ＲＦ源に後進伝搬することを防止する、前記ＲＦ導波管の途中の高電力サーキュレータをさらに備える、請求項１８に記載のハイブリッド線形加速器。
【請求項２３】
電子の前記出力ビームのエネルギー制御が、約０．５ＭｅＶから最大線形加速器エネルギーまでのエネルギー調整をもたらす、請求項１８に記載のハイブリッド線形加速器。
【請求項２４】
荷電粒子ビーム窓と、制動放射線を生成する変換ターゲットとの少なくとも一方をさらに備える、請求項１８に記載のハイブリッド線形加速器。
【請求項２５】
定在波線形加速器区間と、前記定在波線形加速器区間に続く進行波線形加速器区間とを備えたハイブリッド線形加速器によって荷電粒子を加速する方法であって、
前記定在波線形加速器区間に荷電粒子を供給すること、
前記ハイブリッド線形加速器にＲＦ電力を供給して、前記定在波線形加速器区間と前記進行波線形加速器区間とによって前記荷電粒子の加速を引き起こすこと、及び
前記ハイブリッド線形加速器の少なくとも一部におけるＲＦ電力及び／または位相を調整して、前記進行波線形加速器区間によって出力される加速荷電粒子のビームのエネルギー及び／または線量を調整することを含む、前記方法。
【請求項２６】
ＲＦ電源によって前記進行波線形加速器区間にＲＦ電力を供給すること、
前記進行波区間に減衰後に残存している前記ＲＦ電力を前記定在波区間に供給すること、及び
前記定在波線形加速器区間の前記荷電粒子を、前記定在波線形加速器区間に供給された前記ＲＦ電力によって加速することを含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
ＲＦスイッチ、ＲＦ移相器、及び／またはＲＦ電力調整器によって前記定在波線形加速器区間に供給された前記ＲＦ電力及び／または前記ＲＦ電力の位相を調整して、前記進行波線形加速器区間によって出力された加速荷電粒子の前記ビームのエネルギー及び／または線量を調整する、請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
前記ハイブリッド線形加速器にＲＦ電力を供給することが、
前記定在波線形加速器区間及び前記進行波線形加速器区間に、ＲＦ電源からＲＦ電力を供給すること、ならびに
前記進行波線形加速器区間に供給した前記ＲＦ電力及び／または前記ＲＦ電力の位相を調整して、前記進行波線形加速器区間によって出力される加速荷電粒子のビームのエネルギー及び／または線量を調整することを含む、請求項２７に記載の方法。
【国際調査報告】
2019511816.tif 000008
2019511816.tif 000009
2019511816.tif 000010