放射物理学4 课件.pptVIP

图4-15 射频电子直线加速器中加速电场的建立 (a) 行波加速 (b)驻波加速 振动频率、振幅和传播速度相同而传播方向相反的两列波叠加时，就产生驻波。 驻波形成时，空间各处的介质点或物理量只在原位置附近做振动，波停驻不前，而没有行波的感觉，所以称为驻波。形成驻波时，各处介质质点或物理量以不同的振幅振动。振幅最大处叫波腹，振幅最小处即看上去静止不动处叫波节。相邻两个波节或波腹之间的距离是半个波长。 波在介质中传播时不断向前推进，故称行波 图4-16 射频电子直线加速器加速原理 (a) 行波加速 假设有一电子e在t1时刻处于A点，电子正好处于电场加速力的作用下，开始向前运动。至t2时刻电子到达B点，此时由于电波也“向前”移动（实际上是电场在各点的幅值随时间的变化）,电子在t2时刻，正好又处于加速电场的作用下。 行波加速 如果波的移动速度和电子的运动速度一致，那么电子将持续受到电场的加速。但由于这种波的传播速度（相速度）大于光束，即永远大于电子的运动速度，为此必须将波速减慢。在波导管内加上许多圆盘状光栏，改变圆盘间的距离可以改变波的传播速度（相速度）。 这种以圆盘光栏为负荷来减慢行波相速的波导管称为“盘荷波导管”。在开始阶段，由于电子的速度较小，因此间距小些，使波的传播速度慢些，随着电子速度的增加，慢慢增加间距，使波速也随之加快并到达光速，之后保持间距不变。这种波称为行波，利用这种波加速电子的加速器称为行波电子直线加速器。 驻波的产生 适当调节反射波的相位和速度，可以产生驻波。利用驻波来加速电子的直线加速器称为驻波电子直线加速器。 驻波加速 (b)驻波加速 图4-16 射频电子直线加速器加速原理 t1时刻电子受到电场的作用向前加速运动；t2时刻电场处处为零，电子此时并不加速；t3时刻电场正好反向，但电子已经运动到它的后半周，又处于加速电场作用下得到加速；t4时刻电场由反向恢复到零，电子不被加速。 在t1和t2时刻之间，由于电场由正向零变化（即幅值变小）而相位不变，此时位于t1，t2间的电子仍然受着加速场的作用而累增其能量，在其它时刻的电子也与此类似。 这种加速器由于利用了行波的反射波，因此功率消耗比行波的要小，所以得到同样能量的加速器其长度可以进一步缩短，这在医疗上是理想的，因此近年来有较大的发展，但其制造工艺较复杂，成本较高。 工作原理：脉冲调制器从外部电源获得能量并转换为脉冲宽度为几微秒、电压几十千伏的脉冲，同时加到磁控制管（或速调管）和电子枪。电子枪中的电子经阳极和阴极间的脉冲负高压（45kV左右）的作用进入加速管。 典型的医用行波电子直线加速器 与此同时，磁控管或速调管经波导管将高功率的微波送入加速管，电子束被加速到所需要的能量后，经过偏转磁铁偏转，直接引出（电子束治疗）或打靶（X射线治疗）。 Varian CLINAC 21EX 医用直线加速器 治疗头（与治疗有关的重要附属设备） 扩大和均匀射野 对X射线治疗，在射线路径上加均整器； 对电子束治疗，换成散射片 输出剂量由薄壁穿射电离室监测，其优点可以减少电子束中的X射线污染和能量损失。 （二）X射线、电子束的能量 目前市场上主要有三种机型： （1） 低能单光子（4～6MV）直线加速器 （2）低能单光子（6MV）带电子束直线加速器 （3）（中）高能单（双）光子带电子束直线加速器 临床经验证明，约80％的深部肿瘤 6MV X射线可满足要求，对某些较深部位（如腹部）的肿瘤，使用较高能量的X射线（如16～18MV）。 高能电子束适合治疗较浅的偏体位肿瘤，其电子能量以4～20MeV范围较好,靶区后缘深度1～6cm。 （三）束流的均整、扩散及准直 图4-19 医用直线加速器治疗头 （1）X射线的均整 靶材料为钨、铂金等，厚度要足以完全吸收入射的高能电子。 X射线均整器：4～20MV 范围的X射线，使在治疗距离处得到大约35～40cm大小的满足一定平坦度和对称性要求的治疗用射野。均整器常用铅制作。 （2）电子束的扩散 直接引出的电子束大约为直径3mm的笔形束，必须经散射片将其扩散到满足一定均匀性的治疗射野范围。 散射片通常用铜或铅制成，其厚度选择应使绝大多数电子被散射而不是产生轫致辐射。 （3）准直器 X射线要经过两级准直才到达治疗部位。 一级准直器位于加速管电子引出窗口下、大小固定不变，为X射线、电子束所共用。 二级准直器是可变的。 电子经引出窗→（X线靶）→一级准直→