CN102160469A - 交织的多能量辐射源 - Google Patents

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Abstract

公开了能够交织的运行的多能量辐射源，其包括由功率发生器驱动的带电粒子加速器，从而提供不同RF功率至加速器。提供自动频率控制技术，其使提供至加速器的RF功率的频率匹配加速器的共振频率。在其中功率发生器是机械调谐磁控管的一个例子中，提供自动频率控制器，当提供这些RF功率脉冲时，使在一个功率的RF功率脉冲的频率匹配加速器的共振频率，并且运行磁控管，使得当提供这些RF功率脉冲时，在另一功率的磁控管中的频率偏移至少部分匹配加速器中的共振频率偏移。在其他例子中，当功率发生器是速调管或电调谐磁控管时，为各RF功率脉冲提供单独自动频率控制器。公开了方法和系统。

Description

交织的多能量辐射源
技术领域
本发明总体涉及辐射源，更具体地，涉及交织的多能量辐射源。
背景技术
辐射通常用在目标(例如行李、袋子、公文包、集装箱等)内容物的非损伤性检查中，以鉴定例如机场、海港和公共建筑处隐藏的违禁品。违禁品可包括例如隐藏的枪、刀具、爆炸装置、非法药物和特殊核材料(例如铀和钚)。一种常见的检查系统是行扫描仪，其中待检查的目标被由X-射线辐射源发射的辐射的扇形波束或笔形波束穿过。透过所述目标传输的辐射由于目标内容物而在变化程度上衰减，并且被检测器阵列检测。衰减是辐射束穿过的材料的类型和量(厚度)的函数。可产生目标内容物的射线图像以用于检查，从而显示出内容物的形状、尺寸和变化量。在一些情况下可推断材料类型。
在国界、海港和机场处集装箱的检查是国家安全的关键问题。由于这些集装箱的高速到达，因此100％检查要求各集装箱的快速成像，标准集装箱典型地为20-50英尺长(6.1-15.2米)、8英尺高(2.4米)和6-9英尺宽(1.8-2.7米)。更大的空运集装箱(其用于包含多个行李件或存储在飞机机体中的其他货物)可最大约240英寸×118英寸×96英寸(6.1米×3.0米×2.4米)。典型地要求MeV辐射源以产生具有足够能量的辐射，以穿透标准集装箱和更大的空运集装箱。
MeV辐射源典型地包括：粒子加速器，例如线性射频(“RF”)粒子加速器，以加速带电粒子；和带电粒子源，例如电子枪，以注射带电粒子到加速器中。线性加速器可包括一系列线性布置的电磁耦合的共振腔，其中支持用于加速带电粒子的驻电磁波或行进电磁波。注射到共振腔中的带电粒子被加速达到期望能量并定向为朝向转换靶以产生辐射。如果加速的带电粒子是电子并且靶是重材料(例如钨)，产生韧致辐射或X-射线辐射。例如，电子加速至6MeV的标称能量并撞击钨将引起具有6MV的能量的X-射线辐射的产生。
微波(RF)功率源提供RF功率至加速器的腔。微波源可以是振荡微波功率管例如磁控管，或放大微波功率管例如速调管。微波源由调制器提供提供动力，其产生高电功率脉冲，例如具有1MW至10MW的峰值电功率和1kW至40kW的平均功率。
调制器输出的特性可变化以使微波功率源的输出改变。例如，驱动振荡器或放大器的高电压脉冲的振幅可变化以改变微波功率输出。可选择地，在放大器中，微波输入信号可变化以改变微波功率输出。
例如可具有5000的有载Q值的加速器对于输入RF功率的频率非常敏感。当微波功率的中心频率匹配加速器的共振频率时，实现由RF源提供的微波功率的最大接收。否则，提供至加速器的一些或大部分微波功率将被反射，从而抑制带电粒子加速至期望的波束能量。RF频率可通过机械或电调谐器调节以匹配加速器的共振频率。
提供至加速器的RF功率引起加速器结构的加热和膨胀，这引起加速器共振频率的缓慢频率偏移。这种偏移在运行的第一分钟或二分钟是最引人注目的，但由于环境条件可持续。
通常需要自动频率控制器(“AFC”)以伺服RF源频率来追踪加速器的共振频率，如本领域已知的。AFC采样和比较提供至加速器的微波信号与从加速器反射的那些信号，以确定微波源的要求的调谐。AFC通常足以在稳定状态的运行过程中使RF源的频率匹配加速器的共振频率。AFC的例子在美国专利No.3,820,035中有所描述，其通过引用的方式并入本文中。
当使用磁控管时，磁控管中的脉冲间频率颤动还可引起磁控管的频率和加速器的共振频率之间的较小失配。这种失配在脉冲间变化，并且增加一些噪音至系统。这可通过反射器和可变移相器，经过将从加速器发射的一些微波功率供回到磁控管中来改善，例如如美国专利No.3,714,592中所述，也通过引用的方式并入本文中。反射器/可变移相器可称为“相棒”。
难以通过标准X-射线扫描来区分核装置和核材料与可包含在目标内的其他密集或稠密物品。可通过X-射线扫描导出的关于目标内容物的材料类型的信息可通过使用MV能量范围内的辐射束来增强，所述辐射束具有两种或更多种和目标的材料内容物进行不同相互作用的不同能量谱。例如，由目标内容物引起的6MV X-射线辐射束的衰减不同于由相同内容物引起的9MV X-射线辐射束的衰减，这是因为康普顿散射的不同效应和针对不同能量束的诱导的对产生。在两种X-射线能量的衰减比例可指示辐射束穿过的材料的原子数，例如如美国专利No.5,524,133中所述。更复杂的双能分析技术例如在美国专利No.7,257,188中有所描述，其转让给本发明的受让人，并且通过引用的方式并入本文中。高和低能量的衰减比例还可针对目标厚度来作图，以促进材料鉴别，如“Dual Energy X-ray radiography for automatic high-Z material detection，”G.Chen等，NIM(B)，卷261(2007)，第356-359页中所述。
有用的是能够通过单个辐射源产生具有在MV范围内的不同标称能量的辐射束，以例如用于集装箱和其他目标的双能检查。在美国专利No.7,130,371B2所述的交织的双能加速器的例子中，不同电子束能量通过下列方式在行进波加速器中获得：以同步的方式改变加速器的电子束负载和RF频率，从而改变加速的效果。已知没有该方案的领域应用的成功记录，这可能是由于系统的复杂性和稳定性问题。
发明内容
单个加速器可通过RF功率发生器、经过在两种不同RF功率电平下激发而加速电子或其他带电粒子束至不同能量。可必须在两种功率电平的产生之间快速切换功率发生器。例如在毫秒级别上进行切换可是期望的。随着RF功率在脉冲间变化，RF功率脉冲的频率、以及加速器的共振频率也可在脉冲间变化。有利的是在脉冲间的基础上用于使由RF功率发生器产生的RF功率脉冲的频率匹配加速器的共振频率的改善技术。本发明的实施方案提供在基于速调管以及机械和电调谐磁控管的双能量或多能量系统中改善的频率控制。
依照本发明的一个实施方案，公开一种运行加速器的方法，包括：产生具有第一功率和第一频率的第一射频功率脉冲；产生具有不同于第一功率和第一频率的第二功率和第二频率的第二射频功率脉冲，以及以预定顺序提供所述第一和第二射频功率脉冲至单个加速器的共振腔。该方法还包括在提供第一射频功率脉冲至加速器的同时，使第一射频功率脉冲的第一频率匹配加速器的第一共振频率，并且在提供第二射频功率脉冲至加速器的同时，使第二射频功率脉冲的第二频率匹配加速器的不同于第一共振频率的第二共振频率。
依照相关实施方案，公开一种产生多种能量的辐射的方法，包括：依次提供第一电功率和第二电功率至微波功率发生器。所述第二电功率不同于所述第一电功率。至少部分基于所述第一和第二电功率，通过所述功率发生器依次产生第一射频功率脉冲和第二射频功率脉冲，所述第一射频功率脉冲具有在第一频率的第一功率，所述第二射频功率脉冲具有在不同于所述第一频率的第二频率的不同于所述第一功率的第二功率。依次提供所述第一和第二射频功率脉冲至单个粒子加速器的共振腔。该方法还包括在提供所述第一射频功率脉冲至所述加速器的同时，使所述第一射频功率脉冲的所述第一频率匹配所述加速器的第一共振频率，并且在提供所述第二射频功率脉冲至所述加速器的同时，使所述第二射频功率脉冲的所述第二频率匹配所述加速器的不同于所述第一共振频率的第二共振频率。将带电粒子注射到所述加速器的所述共振腔中，至少部分基于所述第一和第二射频功率脉冲，将带电粒子通过所述加速器依次加速至在加速器的第一共振频率的第一能量和在加速器的不同于第一共振频率的第二共振频率的第二能量。第一和第二加速的带电粒子依次碰撞靶以产生分别具有第一和第二能量的辐射。
依照本发明的另一实施方案，公开一种多能量辐射源，包括：用于加速带电粒子的加速器；带电粒子源，所述带电粒子源耦合到所述加速器以提供带电粒子至所述加速器；和所述加速器下游的靶。所述加速的带电粒子在所述靶上的撞击引起辐射的产生。所述源还包括功率发生器，所述功率发生器耦合到所述加速器以选择性提供第一和第二射频功率脉冲至所述加速器。所述第二射频功率脉冲具有不同于所述第一射频功率脉冲的功率和频率。所述源还包括第一构件，所述第一构件用于在所述第一射频功率脉冲被提供至所述加速器的同时，使所述功率发生器的第一频率匹配所述加速器的第一共振频率；以及第二构件，所述第二构件用于在所述第二射频功率脉冲被提供至所述加速器的同时，使所述功率发生器的第二频率匹配所述加速器的第二共振频率。所述第一带电粒子在所述靶上的撞击引起在第一能量的辐射的产生，并且所述第二带电粒子在所述靶上的撞击引起在不同于所述第一能量的第二能量的辐射的产生。
依照另一实施方案，公开一种产生多种能量和剂量的辐射的方法，包括：依次提供第一电功率和第二电功率至微波功率发生器，所述第二电功率不同于所述第一电功率；至少部分基于所述第一和第二电功率，通过所述功率发生器依次产生第一射频功率脉冲和第二射频功率脉冲，所述第一射频功率脉冲具有第一功率，所述第二射频功率脉冲具有不同于所述第一功率的第二功率；以及依次提供所述第一和第二射频功率脉冲至单个粒子加速器的共振腔。该方法还包括：依次驱动在不同于所述第一电功率的第三电功率和第四电功率的带电粒子源；注射带电粒子的第一和第二流到所述加速器的所述共振腔中，其中所述第一和第二流分别至少部分基于所述第三和第四电功率；以及至少部分基于所述第一和第二射频功率脉冲，通过所述加速器依次加速所述注射的带电粒子至第一能量和不同于所述第一能量的第二能量。加速的带电粒子的所述第一和第二流碰撞靶，以产生具有第一和第二不同的能量与第一和第二不同的各自剂量率的辐射。
在本发明的实施方案的一个例子中，在基于机械调谐的磁控管的加速器系统的交织的运行中，AFC用于调节在一个功率电平的磁控管频率。例如，磁控管调谐可通过AFC调节，使得当高RF功率脉冲被提供至加速器时，由磁控管产生的高RF功率脉冲的频率匹配加速器的共振频率。在另一RF功率电平，在该例子中是低RF功率脉冲，在这样的条件下运行磁控管，在该条件下其经历频率偏移，这在低RF功率脉冲被提供至加速器的同时，该频率偏移至少部分匹配加速器的共振频率偏移。该条件可包括从调制器提供至磁控管的电功率脉冲的电压的振幅。该条件还可包括保持磁控管的磁场恒定。相棒还可使磁控管频率匹配共振频率(如果需要)以用于高和低能量脉冲。替代地，AFC可在低能量脉冲的过程中使用，并且磁控管可在这样的条件下运行，在该条件下在高RF功率脉冲的过程中，磁控管频率偏移匹配加速器的共振频率偏移。
在本发明的实施方案的另一例子中，在基于电调谐磁控管或速调管的系统中，两个独立AFC控制可用于确定用于磁控管的参考电压，或者RF激发器频率控制分别用于高RF功率脉冲和低RF功率脉冲。然后这些电压在逐个脉冲基础上用于控制磁控管或RF激发器频率。
依照另一实施方案，可对于不同能量束脉冲提供不同电子束流以通过在逐个脉冲基础上控制粒子源(例如电子枪)实现对于各能量脉冲的期望剂量输出。对于二极管枪或三极管枪，电压脉冲振幅或计时相对于微波脉冲可变化。对于三极管枪，栅压也可在逐个脉冲基础上改变。
附图说明
图1是依照本发明的实施方案的多能量辐射源的例子的示意图；
图2是提供至磁控管的PFN电压对磁控管频率(MHz)的例子的图；
图3是用于图1的辐射源的波形和信号计时的例子；
图4是依照图1的实施方案的多能量辐射源的另一例子，其包括固态调制器(“SSM”)；
图5是依照本发明的实施方案的多能量辐射源的另一例子的示意图，其中速调管用于驱动加速器；
图6是图5的多能量辐射源的波形和信号计时的例子；
图7是图5的多能量辐射源的波形和信号计时的另一例子；和
图8是依照本发明的实施方案的多能量辐射源的另一例子，其包括电调谐磁控管。
具体实施方式
图1是依照本发明的实施方案的多能量辐射源100的例子的示意图。在该例子中，辐射源100被构造为以交织的方式加速带电粒子(例如电子)至第一和第二标称能量，并且使加速的带电粒子碰撞靶，从而以交织的方式产生具有两种不同能量谱的辐射，一种具有高能量并且另一种具有低能量。在一个例子中，第一标称电子能量是6MeV，其引起产生6MV辐射束(在该例子中是高能的)，并且第二标称能量是3.5MeV，其引起产生3.5MV辐射束(在该例子中是低能的)，以200或300脉冲/秒(“pps”)的脉冲速率。可在较低或较高脉冲速率下产生能量的其他组合，例如9MV和6MV。脉冲速率可以是例如400pps。例如以任何期望的顺序可产生多于两种的辐射能量，例如6MV、9MV和15MV。
辐射源100例如包括引导器或加速器102、耦合到加速器的带电粒子源104和通过漂移管108耦合到加速器的靶106。通过带电粒子源104提供至加速器102的带电粒子被加速器加速达到期望能量，并且定向为朝向靶106。加速的带电粒子和靶的撞击引起产生辐射。例如带电粒子可以是电子，并且带电粒子源104可以是电子枪，例如二极管或三极管电子枪。靶106可例如包含钨。在加速的电子撞击重靶材料(例如钨)的情况下，撞击引起产生X-射线辐射，如本领域已知的。
加速器102可包括多个电磁耦合的共振腔(未示出)，其被构造为使得腔中的不同电磁场强度使电子加速至不同标称能量，例如在该例子中的6MeV和3.5MeV，如本领域已知的。加速至不同标称能量的电子在靶上的撞击引起产生具有不同能量的X-射线辐射束，例如在该例子中分别为6MV和3.5MeV，如本领域已知的。
加速器102可以是电子线性加速器，其包括多个轴向对齐的电磁耦合的共振腔(未示出)，如本领域已知的。线性加速器可以例如是S-波段或X-波段驻波线性加速器。合适的加速器是
Figure BDA0000050836090000081
MTM系列X-射线源中使用的M6A系列S-波段线性加速器，其得自Varian Medical Systems，Inc.，Palo Alto，CA，其标称共振频率为约2998MHz。M6A线性加速器被构造为产生具有6MV和3.5MV的标称能量的X-射线辐射束。加速器102的有载Q可以是例如5000。可使用行进波线性加速器来代替。
在图1的例子中，加速器102由微波功率(在本领域中也称为RF功率)提供动力，其由磁控管110提供。磁控管110的频带被选择为匹配加速器102的频带。在该例子中，由于加速器是S-波段加速器，因此磁控管110被构造或选择为也在S-波段中产生RF功率。磁体111定位为邻近磁控管110以提供需要的磁场至磁控管，如本领域已知的。磁体111可具有例如1500高斯的磁场强度。磁体111可以是永磁体或电磁体。在该例子中，磁体111是提供可调节的磁场的电磁体，其在运行过程中保持恒定。
由磁控管110产生的RF功率在每个循环以RF功率的个别脉冲的形式提供至加速器102内的共振腔。RF功率的各脉冲包括大量RF微脉冲。在该例子中微脉冲的频率由磁控管110的机械调谐和下文描述的其他因素来设定。RF功率在共振腔内建立电磁驻波。驻波加速由电子枪104提供至腔中的电子(或其他这样的带电粒子)，从而导致电子束，所述电子束包括加速至标称能量的电子，所述标称能量高达针对提供的RF功率的加速器的设计最大加速能量。
在一个例子中，磁控管110产生大致2.6MW和1.5MW的RF功率，从而分别导致6MeV和3.5MeV的标称加速的电子能量，并分别产生6MV和3.5MV X-射线辐射束。在该例子中，磁控管110能够以例如200脉冲/秒(“pps”)或300pps在RF功率之间进行切换。
在该例子中，磁控管110可以例如是MG5193-Alphatron机械调谐S-波段磁控管，其得自e2v Technologies Inc.，Elmsford，NY“e2v”)。根据由e2v提供的信息，磁控管110可以在2993MHz至3002MHz的频率范围内是调谐的，具有高达2.6MW的峰值输出功率，并且是水冷却的。频率范围据说通过以4.75转数转动其机械调谐器来实现。最大允许的峰值阳极电压据说48kV。最大允许的峰值阳极电流据说110安培。最大平均输入电功率据说6.0KW。脉冲持续时间据说约5.0微秒(μs)。
循环器112例如3-端口循环器设置在磁控管110和加速器102之间，以例如通过下列方式使磁控管和加速器102分离：使从加速器反射远离磁控管的RF功率定向为朝向耦合到循环器的水负载114。水负载114吸收反射的RF功率。定向朝向水负载的一些RF功率被反射回循环器112，其通过相棒116使该RF功率定向朝向磁控管110，如本领域已知的。这有助于稳定磁控管110，通过牵引磁控管的频率至加速器102的频率而降低磁控管110中的脉冲间频率颤动。相棒116可以是设置在循环器112和水负载114之间的反射器/可变移相器。反射器/可变移相器的例子在上面和美国专利No.3,714,592中有所描述，其通过引用的方式并入本文中。这种频率牵引在狭窄频率范围例如至多约100kHz内是有效的。
在图1的例子中，磁控管110被调制器117驱动，调制器117包括电功率源例如高压电源(“HVPS”)118、脉冲形成网络(“PFN”)120和闸流管124。HVPS 118对PFN 120进行充电以用于每个脉冲。PFN 120的输出可提供至任选的变压器(“XFMR”)122。闸流管124连接到PFN120的一端，并且变压器122连接到另一端。高控制电压(控制V1)126和低控制电压(控制V2)128由电压供应(未示出)提供至控制电压和HVPS 118之间的模拟开关130。例如，模拟开关130被构造为以在产生具有较高和较低标称能量的X-射线辐射束之间的期望的切换速率例如200脉冲/秒(“pps”)或300pps在控制V1和控制V2之间进行切换。模拟开关130可被来自控制器132的逻辑信号所控制，所述逻辑信号被编程为引起以期望速率和期望时间在各循环内进行切换。提供选择的控制电压至HVPS 118，其对PFN 120进行充电至相应的较高或较低电压，这取决于接收的控制电压。在该例子中，控制V1设定为8.8伏特并且控制V2可设定为6.4伏特，以分别将高电压设定为22kV和将低电压设定为16kV。可选择其他其他电压设定。例如，控制器132可包括简单逻辑控制电路系统或处理器例如微处理器。
在PFN 120被HVPS 118充电至合适的电平，在X-射线成像要求的时间，控制器132或另一控制器使闸流管124导通，从而释放储存在PFN 120中的电功率至变压器122。HVPS 118的输出也对地短路。HVPS 118被设计为当短路时引发自保护，如本领域已知的。变压器122使脉冲的电压增加至磁控管110所要求的电平。
在该例子中，变压器122还驱动电子枪104，从而节约成本和降低提供另外功率源的复杂性。电子枪可以例如是二极管枪。电子枪104和变压器122之间的分线开关134在变压器122上的分接头之间进行切换，以使期望的电压连接到电子枪。如本领域已知的，提供至电子枪104的电压确定由电子枪提供至加速器102的电子束流，这影响产生的辐射的剂量率(dose rate)。可期望的是以不同剂量率递送不同辐射束。分线开关134可以与模拟开关130在控制电压126、128之间进行切换的速率相同的速率在分接头之间进行切换。从而如果需要，剂量率可以在逐个脉冲基础上改变。分线开关134可由控制器132或由另一控制器来控制。
由HVPS 118提供的部分电压运行至电负载，在该情况下变压器122和磁控管110连接到变压器的次级侧。在该例子中，在由HVPS 118输出22kV的例子中，11kV运行至负载，并且在16kV的例子中，10kV运行至负载。变压器122例如分别升高11kV和10kV至44kV和40kV，其提供至磁控管110。在产生不同RF功率脉冲的同时保持磁场恒定，从而导致磁控管110中的不同阻抗，如本领域已知的。
在该例子中，变压器122还通过另一次级缠绕来驱动电子枪104。如上所述，变压器122是任选的。替代地，HVPS 118和/或PFN 120可被构造为产生更高电压。
变压器122可具有多个输出或分接头以用于枪电压。在该例子中，在变压器上存在九个(9)分接头，从而在例如25kV的PFN电压下提供1.4、2.1、2.8、4.4、6.0、7.6、9.0、10.6和12kV的标称电压。九个分接头中的两个连接到分线开关134侧的输入，这基于在特定应用中需要产生高和低能量辐射束的期望剂量率的电子流。两个分接头可人工选择并连接到分线开关134的输入。变压器可例如得自Stangenes Industries，Palo Alto，CA。分线开关134，其在本例子中可以是以200pps或300pps的速率切换的固态分线开关，也可以例如得自Stangenes Industries of Palo Alto，CA。
代替变压器122，可提供单独功率源123(图1中的虚像所示)以驱动电子枪104，从而在逐个脉冲基础上改变功率。在该情况下，枪电压脉冲的计时可相对于RF脉冲调节，从而增加另外灵活性至剂量输出的控制。此外，除了使用二极管枪，可使用三极管枪。在三极管枪的情况下，栅压和计时可调节，从而进一步增加另外灵活性至剂量输出的控制。如果设置功率源123，则功率源123也可由控制器132或其他这样的控制器来控制。
如上所述，加速器102是共振结构，其RF功率接收对于RF频率敏感。RF功率脉冲的频率和加速器的共振频率之间的匹配越好，接收越好。如果匹配不够，则接收到加速器102中的RF功率可能不足以充分地激发加速器腔内部的电磁场以加速电子至期望能量，如本领域已知的。
然而，提供至加速器102的RF功率可加热加速器组件，从而引起可使共振频率偏移的膨胀。可引起共振频率变化的其他因素包括加速器102的振动。因此，磁控管110的RF输出频率必须改变以匹配共振频率，从而确保足够的RF功率被加速器102接收。
在本发明的多能量源中，响应于由磁控管110依次提供的不同RF功率而引起的加速器的差分加热，加速器102的共振频率在逐个脉冲基础上偏移。特别地，在高功率RF脉冲后的加速器温度高于低功率RF脉冲后的温度，从而引起加速器102的组件在脉冲间的差分膨胀。当下面的RF脉冲到达时，这种差分膨胀改变了加速器102的共振频率。在该例子中，在两种功率电平设定中，发现共振频率偏移约200kHz，例如从约2998MHz至约2998.2MHz，并返回至约2998MHz，例如从RF功率的各高至低至高脉冲。
自动频率控制器(“AFC”)136采样RF功率脉冲，在循环器112和加速器102之间的位置处，所述RF功率脉冲运行至(FWD)加速器102并从(REF)加速器102反射，从而检测频率匹配条件并调节磁控管频率调谐器(如果必要)，以匹配加速器的共振频率。替代地，FWD RF信号可在磁控管110和循环器112之间进行采样，并且替代地，REF RF信号可在循环器112和负载114之间进行采样。例如采样次数可由控制器132或其他这样的控制器来控制。
AFC 136可基于四极混合动力模块和可调节的移相器，其是市售的。例如，该类型的AFC在美国专利No.3,820,035中有所描述，其通过引用的方式并入本文中。在所述系统中，微波电路接收反射的(“REF”)信号和正向(“FWD”)信号，并且产生具有多种相对相偏移的两种信号的矢量和。这些矢量和的振幅被测量，并且对于调节RF源频率的需要通过电子电路系统或软件来确定。AFC 136的输出信号可在反馈回路中用于磁控管110的机械调谐器(未示出)。在多个循环内，磁控管频率接近加速器的共振频率。
已发现，在200pps至300pps和更快的期望脉冲速率下，磁控管110的机械调谐不足够快以响应RF功率的每个脉冲的自动频率控制。机械调谐磁控管110的自动频率控制在较慢的脉冲速率下可能也是不够的。因此，依照本发明的该实施方案，磁控管110的机械调谐器仅通过AFC 136设定至这样的位置，该位置匹配只有一种类型的RF功率脉冲的频率，在该例子中是高RF功率脉冲。
在各脉冲期间提供至磁控管110的不同电压引起磁控管内的不同电荷密度，从而引起在本领域中称为“频率推移”的频率偏移。不同电压也差分加热磁控管110，这也可引起频率偏移。已发现，合适地选择提供至磁控管110的电压脉冲的振幅，特别是在恒定磁场下在脉冲间运行时，磁控管110中的频率偏移将在与加速器102中的共振频率偏移的相同方向上，并且是和加速器102中的共振频率偏移几乎相同或相同的量(在该例子中约200KHz)。剩余频率失配达到约100KHz可通过相棒116的作用来匹配，这进一步朝向加速器的共振频率调节磁控管频率。
图2是在1450高斯的恒定磁场下对于电压范围为13kV至22kV并且频率为2992.0-2999.0MHz的由PFN 120提供至磁控管110的PFN电压对磁控管频率(MHz)的图。该数据使用上述相同的磁控管模型来收集，其不同时连接到加速器的共振负载。磁控管调谐器固定在一定的位置，以在约22kV PFN电压下产生2998MHz RF功率脉冲。由于可期望的是在双能X-射线成像中的辐射束之间具有较大能量分离以能够进行更好的材料辨别，因此可以期望对于特定加速器，选择用于驱动磁控管的PFN电压尽可能远离。如图2中所示，在21.5kV的PFN电压处，磁控管频率调谐至2998.0MHz，这接近加速器102的标称共振频率。在PFN电压从21.5kV降低时，磁控管频率在16.5kV下增加了约200KHz。在PFN电压从16.5kV降低至14.5kV时，磁控管频率从约2998.2MHz降低至约2996.5MHz。然后当PFN电压从14.5kV降低至13kV时，磁控管频率再次升高和降低。
如上所述，在该例子中共振频率从高RF功率脉冲至低RF功率脉冲增加约200KHz。由于在16.5kV至20kV的电压范围中磁控管中的频率偏移也增加频率，因此在低RF功率脉冲的过程中，在该范围内第二低RF功率脉冲电压的选择能够至少部分使磁控管110的频率匹配加速器的频率。通过相棒116的作用提供另外的匹配。在16.5kV增加约200KHz的频率提供与共振频率偏移的紧密匹配，这可通过相棒116的作用进一步改善。在该例子中结合高RF功率脉冲的自动频率控制，在脉冲间提供良好的频率匹配。注意，自动频率控制可用于使低RF功率脉冲频率匹配加速器共振频率和磁控管频率偏移，并且相棒116可替代地用于使高RF功率脉冲频率匹配加速器共振频率。
图3是用于图1的辐射源100的波形和信号计时的例子。行A示出由模拟开关130提供至HVPS 118的电压波形。行B示出由分线开关134提供至电子枪104的电压波形。行C示出穿过PFN 120的电压波形。行D示出由磁控管110发射的高和低功率RF脉冲。行E示出采样FWD和REW信号的AFC 136的计时。
当HVPS 118从之前的脉冲复原时，开始各脉冲循环。例如，在时间T1，HVPS 118开始以由HVPS电流和PFN负载确定的速率对PFN 120进行充电至由控制V1126确定的峰值电压例如22kV。在时间T1a，PFN 120被充电至峰值电压。电压保持在该电平直到时间T1b，此时闸流管124导通和使储存在PFN 120中的电功率通过变压器122以脉冲的形式释放至磁控管110和枪104。在约时间T1b接收来自PFN120的电功率后，磁控管110产生RF功率并且将其提供至加速器102，并且电子被从枪104注射到加速器102中。在该例子中注射的电子被加速器102的共振腔中驻电磁波加速至6MeV的标称能量，离开加速器并且撞击靶106，从而也在约时间T1b产生在第一剂量率下具有6MV的能量的X-射线辐射。
此外在时间T1b，HVPS 118感测其输出被对地短路并且引发自保护，从而从时间T1b至时间T2阻断PFN 120的充电。闸流管124还在PFN放电后恢复至非导通状态。
在阻断时期于时间T2结束后，HVPS 118准备对下一个脉冲进行充电。在大致同时，模拟开关130将至HVPS 118的控制电压从控制V1126翻转至控制V2128。此外在约时间T2，分线开关134从使分接头1连接到枪104翻转至使分接头2连接到枪104。然后例如HVPS 118对PFN 120进行充电至由控制V2128确定的第二峰值电压，例如16kV。在时间T2a，PFN 120被充电至峰值电压。从T2至T2a的时间期间可不同于从T1至T1a的时间期间，这是因为PFN 120被充电至不同电压。电压保持在峰值电压直到时间T2b，此时闸流管124再次导通和使储存在PFN 120中的电功率通过变压器122释放至磁控管110和枪104。磁控管110产生RF功率并且将其提供至加速器102，并且电子被从枪104注射到加速器中。在该例子中在时间T2b由磁控管110产生的RF功率和从枪104注射到加速器102中的电子流不同于在之前的脉冲中在时间T1b的产生的RF功率和发射的电子流。在该例子中注射的电子被加速器102加速至3.5MeV的标称能量，离开加速器并且撞击靶106，从而也在约时间T2b产生在不同于第一剂量率的第二剂量率下具有3.5MV的能量的X-射线辐射。
此外在时间T2b，HVPS 118感测其输出被对地短路并且引发自保护，从而阻断PFN的充电。闸流管124还在PFN放电后恢复至非导通状态。在阻断时期于时间T3结束后，HVPS 118准备对下一个脉冲进行充电，以引起产生高RF功率脉冲并导致产生另一高能量辐射束。在大致同时，模拟开关130将控制电压从控制V2128翻转至控制V1126。此外在约时间T3，分线开关134翻转至使分接头1连接到枪104，以提供和分接头1相关的电压到枪中。重复脉冲循环，从而以交织的方式产生高和低功率RF脉冲，和具有不同剂量率的高和更低能量辐射束(如果需要)。
模拟开关130和枪分线开关134不必在确切的时间T1、T2等进行切换。切换可编程为较快发生，但不早于PFN 120对之前的脉冲完全放电。切换还可编程为较迟发生，但不晚于HVPS 118对PFN 120进行充电至期望电压。
在该例子中，例如在300pps的脉冲速率下，PFN 120的高功率脉冲的充电时间期间T1-T1a，T3-T3a...为约1.5毫秒，并且低功率脉冲的充电时间期间T2-T2a，T4-T4a...为约1.1毫秒。各高电压脉冲的充电时间和保持时间T1-T1b，T3-T3b...为约3.2毫秒。各低电压脉冲的充电时间和保持时间T2-T2b，T4-T4b...也为约3.2毫秒。PFN 120花费从约1.5至约5微秒通过变压器122释放其储存的电功率至磁控管110和枪104。RF功率由磁控管110产生，并提供至加速器102，电子从枪104注射到加速器102中，在该时间期间能量从PFN 120释放。HVPS 118阻断恢复期间T1b-T2、T2b-T3、T3b-T4各自为约100微秒。
尽管上面示出一个高RF功率脉冲、接着一个RF功率脉冲、接着另一高RF功率脉冲等的交替顺序，从而导致高和低能量辐射束的交替顺序，但是可实施任何期望顺序。例如，交替顺序可包括两个高RF功率脉冲、接着两个低RF功率脉冲，或者一个高RF功率脉冲、接着两个低RF功率脉冲等，从而导致高和低能量辐射束的相应交替顺序。
图4是多能量辐射源200的另一例子，其中使用固态调制器(“SSM”)202来代替图1中由HVPS 118、PFN 120和闸流管124限定的调制器117，以在期望电压电平驱动磁控管110。和图1的例子中共同的组件被共同编号。为了简化描述，控制器132未示出。在该例子中，不设置变压器，尽管其是一种选择。SSM 202可包括数字开关，或可设置单独开关(未示出)。控制器132(未示出)或一个或更多个其他这种控制器可控制SSM 102以及系统200的其他组件的运行，如上所述。SSM 202将在时间T1b、T2b等递送脉冲的电功率(一系列高和低电压脉冲)，这对应于PFN 120的输出，如图3的行C所示。源200的剩余组件和它们的运行可和图1中相同。如上所述，粒子源104(例如电子枪)可由单独电功率源驱动。
图5是多能量辐射源300的另一例子的示意图，其中速调管301替代磁控管110用于驱动加速器302，如图1和3中所示。源300还包括带电粒子源304(例如电子枪)、靶306、循环器308和RF负载310(例如水)，如图1中的例子。在该例子中不需要相棒。为了简化描述，控制器(例如示于图1的系统100中的控制器132)未示出。
例如，RF激发器316还耦合到速调管312，以提供低电平RF功率(例如100W)至速调管301。RF激发器316的输出可由电压源318提供的输入电压来控制，如本领域中已知的。调制器320还耦合到速调管301，以提供电功率脉冲至速调管。在该例子中，枪激发器322耦合到枪304，以提供要求的电压脉冲至枪。
速调管301放大低电平RF功率至更高功率以激发加速器302。例如，速调管301可放大100W的输入功率至约5MW。速调管301的输出RF功率可在逐个脉冲基础上变化以通过下列方式改变提供至加速器302的激发RF功率：改变RF激发器316的输出功率，或改变通过调制器320提供至速调管的电功率(例如如在图1和3的例子的磁控管中)。
例如，如果RF功率的两种不同电平通过RF激发器316提供至速调管301，取决于提供至加速器302的功率电平，通过调制器320提供至速调管301的电功率脉冲将具有相同振幅。例如，来自RF激发器316的低电平RF功率脉冲可以是60W和100W，来自速调管301的对应的高电平RF功率可以是3MW和5MW。
如果通过RF激发器316提供至速调管301的RF功率脉冲具有恒定振幅，则由调制器320提供的电功率脉冲将在两种不同振幅之间改变。
RF激发器输出频率典型地由参考电压控制，如本领域中已知的。依照本发明的该实施方案，两种自动频率控制器(“AFC”)324，326用于追踪分别用于高功率脉冲和低功率脉冲的两种加速器共振频率。各AFC 324，326从循环器306和加速器之间的位置，采样沿正向(FWD)提供至加速器302的RF功率和从加速器反射(REF)的RF功率。可选择地，用于AFC 324，326的FWD RF信号可在速调管301和循环器308之间采样，REF RF信号可在循环器308和负载310之间采样。
来自两个AFC的参考电压可提供至RF激发器316，从而以交织的方式调节其频率，实际上在产生高功率RF脉冲的过程中是高功率脉冲AFC 324，并且实际上在产生低RF功率脉冲的过程中是低功率脉冲AFC 326。高功率脉冲AFC 324确定参考电压，所述参考电压应该发送至RF激发器，使得在高功率脉冲提供至加速器的同时使高功率脉冲匹配加速器302的共振频率，并且低功率脉冲AFC 326确定参考电压，所述参考电压应该发送至RF激发器，使得在提供低功率脉冲的同时使低功率脉冲匹配加速器的共振频率。AFC开关328在高脉冲AFC 324和低脉冲AFC 326之间进行切换，以选择性提供反馈至RF激发器316。AFC开关328在输入节点1和输入节点2之间进行切换，以在控制器(例如上述控制器)的控制下，使RF激发器316的频率控制参考电压输入分别连接到高脉冲AFC 324输出和低脉冲AFC 326输出。AFC开关328可由例如上述控制器的控制器(未示出)控制，从而以期望速率和期望次数来进行切换。所述系统的其他组件的运行也可由控制器或其他这种控制器来控制。
图6示出用于图5的X-射线源300的一个例子的计时和波形。行A示出AFC开关328的运行。行B示出从电压源218至RF激发器316的RF功率控制电压。行C示出由RF激发器316提供至速调管301的低电平RF脉冲。行D示出由调制器320(其可以是PFN或SSM)提供至速调管312的脉冲的电功率。行E示出由速调管312提供至加速器302的高电平RF脉冲。
在行C中，提供至速调管312的低电平RF信号在高脉冲和低脉冲之间交替。在各脉冲之间，AFC开关328在高和低脉冲AFC 324，326之间切换。在提供低电平RF信号的同时，恒定的电功率脉冲通过调制器314提供至速调管301。因而交替高和低RF功率脉冲由速调管301产生并输出至加速器302，协同由枪激发器322提供至枪304(在图6中未示出)的电压脉冲的交替电平，从而提供不同电子流至加速器。如上所述，如果需要，在不同能量和不同剂量率的高和低能量辐射束因而以交织的方式的产生。可提供不同交替图案的高/低RF脉冲和高/低能量辐射束。
图7示出用于图5的X-射线源300的可选择的驱动方案，其中RF功率控制电压在行B中是恒定的，由RF激发器316提供至速调管301的低电平RF脉冲在行C中是恒定的，由调制器314提供至速调管301的脉冲的电功率在行D中在高和低电压之间变化，并且对应的高和低RF功率脉冲在行E中由速调管301产生和输出。图7的行A中所示的AFC切换和图6中相同，并且未重复。AFC开关328在由调制器314提供至速调管301的高和低功率脉冲(行D中所示)之间、在高和低脉冲AFC 324，326之间进行切换。如上所述，如果需要，在不同能量率和不同剂量率的高和低能量辐射束因而以交织的方式的产生。可如上所述提供不同交替图案的高/低RF脉冲和高/低能量辐射束。
两个AFC和AFC开关还可以以类似的方式用于使电调谐磁控管的频率匹配加速器的共振频率。频率在电调谐磁控管中比在机械调谐磁控管中被更快地调节，如本领域已知的。图8是依照本发明的实施方案的多能量辐射源的例子，其中加速器102由电调谐磁控管110a驱动。在该例子中也提供图1中所示的所有元件，并且相同编号。图1的控制器132在图8中未示出以简便示出，但应该理解，在该例子中也可提供这种控制器或其他这样的一个或更多个控制器来控制组件的运行。
在图8中，除了AFC 136(鉴定为高脉冲AFC 136)，还提供低脉冲AFC 138以检测从加速器102反射的低RF功率脉冲。高脉冲AFC136和低脉冲AFC 138提供控制电压至AFC开关140。当分别产生高和低RF功率脉冲时，开关140在提供来自各AFC 136，138的合适的参考电压至电调谐磁控管之间进行切换，以调节磁控管的频率。AFC开关140被控制器132(未在图8中示出)或其他这样的控制器控制，从而以合适的次数进行切换。高脉冲AFC 136和低脉冲AFC 138还由控制器132控制，以合适的次数采样反射的RF功率，如上面相对于图5的基于速调管的系统所讨论的。相棒116还辅助使磁控管频率匹配加速器共振频率以用于高和低RF功率脉冲。交替高和低RF功率脉冲由磁控管110a产生和输出至加速器102，协同由分线开关134提供至枪104的电压脉冲的交替电平，从而提供不同电子流至加速器。如上所述，如果需要，在不同剂量率的高和低能量辐射束因而以交织的方式产生。可如上所述提供不同交替图案的高/低RF脉冲和高/低能量辐射束。
尽管上述参照在两种不同能量产生辐射束，但是图1的系统可被构造为通过提供三种或更多种不同控制电压至HVPS 118而产生在三种或更多种能量的辐射束。在图1中，例如如果磁控管110是机械调谐的，则AFC 136可被构造为在这些RF功率电平的一种下主动地调节RF功率脉冲的频率，同时磁控管110可运行以经历频率偏移，同时产生匹配加速器102的共振频率偏移的其他RF功率脉冲。驱动电压可被选择用于两种其他功率电平，例如上面参照低功率RF脉冲所讨论的。相棒116还辅助使磁控管频率匹配加速器共振频率。如果需要，枪104还可设置有另外电压以用于各个不同辐射束能量，从而改变剂量率。能量脉冲可以任何期望顺序产生，从而引起以期望图案产生不同能量的辐射束。
如果速调管301或电调谐磁控管110a在图5和8中分别用作RF功率源，则可提供另外AFC以调节各个另外功率电平的功率脉冲的频率。AFC开关328，140将被构造或控制为和输出RF功率电平同步以期望图案将参考电压供入RF激发器316或磁控管110a。
本领域普通技术人员将认识到，在不偏离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可对上述实施方案进行其他改变。

Claims (44)

1.一种产生多种能量的辐射的方法，包括：
依次提供第一电功率和第二电功率至微波功率发生器，所述第二电功率不同于所述第一电功率；
至少部分基于所述第一和第二电功率，通过所述功率发生器依次产生第一射频功率脉冲和第二射频功率脉冲，所述第一射频功率脉冲具有在第一频率的第一功率，所述第二射频功率脉冲具有在不同于所述第一频率的第二频率的不同于所述第一功率的第二功率；
依次提供所述第一和第二射频功率脉冲至单个粒子加速器的共振腔；
在提供所述第一射频功率脉冲至所述加速器的同时，使所述第一射频功率脉冲的所述第一频率匹配所述加速器的第一共振频率；
在提供所述第二射频功率脉冲至所述加速器的同时，使所述第二射频功率脉冲的所述第二频率匹配所述加速器的不同于所述第一共振频率的第二共振频率；
将带电粒子注射到所述加速器的所述共振腔中；
至少部分基于所述第一和第二射频功率脉冲，通过所述加速器依次加速所述注射的带电粒子至在所述加速器的第一共振频率的第一能量和在所述加速器的不同于所述第一共振频率的第二共振频率的第二能量；以及
依次使所述第一和第二加速的带电粒子和靶碰撞，以产生分别具有第一和第二能量的辐射。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述功率发生器包括机械调谐磁控管，该方法包括：
仅通过所述第一频率的自动频率控制，使所述第一射频功率脉冲的所述第一频率匹配所述加速器的所述第一共振频率；以及
在这样的电压下提供第二电功率至所述磁控管，该电压引起所述磁控管匹配中的频率偏移至少部分匹配所述加速器的所述第二共振频率中的频率偏移。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括在依次产生所述第一和第二射频功率脉冲的同时，暴露所述磁控管至恒定磁场。
4.根据权利要求2所述的方法，还包括通过提供由所述加速器反射的功率至所述磁控管，使所述第一和第二频率部分匹配所述第一和第二共振频率。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述功率发生器包括速调管，该方法包括：
通过第一自动频率控制，使所述第一射频功率脉冲的所述第一频率匹配所述第一加速器的共振频率；以及
通过不同于所述第一自动频率控制的第二自动频率控制，匹配所述第二射频功率脉冲的所述第二频率。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述功率发生器包括电调谐磁控管，该方法包括：
通过第一自动频率控制，使所述第一射频功率脉冲的所述第一频率匹配所述第一加速器的共振频率；以及
通过不同于所述第一自动频率控制的第二自动频率控制，匹配所述第二射频功率脉冲的所述第二频率。
7.根据权利要求1所述的方法，包括以交替顺序依次提供所述第一和第二射频功率脉冲至所述单个加速器的所述共振腔，所述交替顺序包括第一预定数量的第一射频功率脉冲，后面是第二预定数量的第二射频功率脉冲。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述第一和第二预定数量为1。
9.根据权利要求1所述的方法，还包括：
在提供所述第一射频功率脉冲至所述加速器的同时，以第一束流的形式注射第一带电粒子至所述加速器的所述共振腔；以及
在提供所述第二射频功率脉冲至所述加速器的同时，以不同于所述第一束流的第二束流的形式提供第二带电粒子至所述加速器的所述共振腔。
10.一种运行加速器的方法，包括：
产生具有第一功率和第一频率的第一射频功率脉冲；
产生具有不同于所述第一功率和第一频率的第二功率和第二频率的第二射频功率脉冲；
以预定顺序提供所述第一和第二射频功率脉冲至单个加速器的共振腔；
在提供所述第一射频功率脉冲至所述加速器的同时，使所述第一射频功率脉冲的第一频率匹配所述加速器的第一共振频率；以及
在提供所述第二射频功率脉冲至所述加速器的同时，使所述第二射频功率脉冲的所述第二频率匹配所述加速器的不同于所述第一共振频率的第二共振频率。
11.根据权利要求11所述的方法，其中所述功率发生器包括机械调谐磁控管，该方法包括：
仅通过所述第一频率的自动频率控制，使所述磁控管的所述第一频率匹配所述加速器的所述第一共振频率；以及
在产生所述第二射频功率脉冲的同时，在这样的电压下驱动所述功率发生器，该电压引起所述功率发生器中的频率偏移至少部分匹配所述加速器的所述第二共振频率中的频率偏移。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括在暴露所述磁控管至恒定磁场的同时，产生所述第一和第二射频功率脉冲。
13.根据权利要求10所述的方法，还包括通过提供由所述加速器反射的功率至所述磁控管，使所述第一和第二频率部分匹配所述第一和第二共振频率。
14.根据权利要求10所述的方法，其中所述功率发生器包括速调管，该方法包括：
通过自动频率控制，使所述第一射频功率脉冲的所述第一频率匹配所述加速器的第一共振频率；以及
通过不同于所述第一自动频率控制的第二自动频率控制，使所述第二射频功率脉冲的所述第二频率匹配所述第二共振频率。
15.根据权利要求10所述的方法，其中所述功率发生器包括电调谐磁控管，该方法包括：
通过自动频率控制，使所述第一射频功率脉冲的所述第一频率匹配所述加速器的第一共振频率；以及
通过不同于所述第一自动频率控制的第二自动频率控制，使所述第二射频功率脉冲的所述第二频率匹配所述第二共振频率。
16.根据权利要求10所述的方法，还包括：
在提供所述第一射频功率脉冲至所述加速器的同时，以第一束流的形式提供第一带电粒子至所述加速器的所述共振腔；以及
在提供所述第二射频功率脉冲至所述加速器的同时，以不同于所述第一束流的第二束流的形式提供第二带电粒子至所述加速器的所述共振腔。
17.根据权利要求10所述的方法，包括：
以交替顺序依次提供所述第一和第二射频功率脉冲至所述单个加速器的所述共振腔，所述交替顺序包括第一预定数量的第一射频功率脉冲，后面是第二预定数量的第二射频功率脉冲。
18.一种多能量辐射源，包括：
用于加速带电粒子的加速器；
带电粒子源，所述带电粒子源耦合到所述加速器以提供带电粒子至所述加速器；
所述加速器下游的靶，其中所述加速的带电粒子在所述靶上的撞击引起辐射的产生；
功率发生器，所述功率发生器耦合到所述加速器以选择性提供第一和第二射频功率脉冲至所述加速器，其中所述第二射频功率脉冲具有不同于所述第一射频功率脉冲的功率和频率；
第一构件，所述第一构件用于在所述第一射频功率脉冲被提供至所述加速器的同时，使所述功率发生器的第一频率匹配所述加速器的第一共振频率；以及
第二构件，所述第二构件用于在所述第二射频功率脉冲被提供至所述加速器的同时，使所述功率发生器的第二频率匹配所述加速器的第二共振频率；
其中所述第一带电粒子在所述靶上的撞击引起在第一能量的辐射的产生，并且所述第二带电粒子在所述靶上的撞击引起在不同于所述第一能量的第二能量的辐射的产生。
19.根据权利要求18所述的多能量辐射源，其中所述第一构件包括自动频率控制器。
20.根据权利要求19所述的多能量辐射源，其中所述第二构件包括不同于所述第一自动频率控制器的第二自动频率控制器。
21.根据权利要求20所述的多能量辐射源，其中所述功率发生器包括速调管。
22.根据权利要求20所述的多能量辐射源，其中所述功率发生器包括电调谐磁控管。
23.根据权利要求19所述的多能量辐射源，其中所述第二构件包括用于在这样的电功率下驱动所述功率发生器的构件，该电功率引起所述功率发生器中的频率偏移至少部分匹配所述加速器的所述第二共振频率中的频率偏移。
24.根据权利要求23所述的多能量辐射源，其中所述功率发生器包括机械调谐磁控管。
25.根据权利要求24所述的多能量辐射源，还包括紧邻所述磁控管的磁体，所述磁体被构造为产生恒定磁场。
26.根据权利要求24所述的多能量辐射源，其中所述第二构件还包括用于提供由所述加速器反射的功率至所述磁控管的构件。
27.根据权利要求18所述的多能量辐射源，还包括电功率源，所述电功率源被构造为提供脉冲的电功率至所述功率发生器。
28.根据权利要求27所述的多能量辐射源，其中：
所述电功率源被构造为选择性提供至少第一和第二不同的电压至所述带电粒子源，以提供至少第一和第二不同的粒子流至所述加速器。
29.根据权利要求28所述的多能量辐射源，其中：
在所述第一功率脉冲被提供至所述加速器的同时，提供所述第一电压至所述粒子源，以提供具有所述第一能量的辐射的第一剂量输出；以及
在所述第二功率脉冲被提供至所述加速器的同时，提供所述第二电压至所述粒子源，以提供具有所述第二能量的辐射的第二剂量输出。
30.一种多能量辐射源，包括：
用于加速电子的加速器；
电子枪，所述电子枪耦合到所述加速器以提供电子至所述加速器；
所述加速器下游的靶，其中所述加速的电子在所述靶上的撞击引起辐射的产生；
电功率源；
选择性提供至少第一和第二射频功率脉冲至所述加速器的磁控管，其中所述第二射频功率脉冲具有不同于所述第一射频功率脉冲的功率和频率；
其中当提供所述第一射频功率脉冲至所述加速器时，所述加速器加速由所述电子枪提供的第一电子至在第一共振频率的第一能量，并且当提供所述第二射频功率脉冲至所述加速器时，所述加速器加速第二电子至在不同于所述第一共振频率的第二共振频率的、不同于所述第一能量的第二能量；
所述源还包括：
调制器，所述调制器选择性驱动在第一电功率的所述磁控管以产生所述第一射频功率脉冲，并且驱动在不同于所述第一电功率的第二电功率的所述磁控管以产生所述第二射频功率脉冲；以及
自动频率控制器，所述自动频率控制器耦合到所述磁控管以在所述第一射频功率脉冲被提供至所述加速器的同时，使所述第一射频功率脉冲的频率匹配所述加速器的所述第一共振频率；
其中所述调制器被构造为提供选择的第一和第二电功率至所述磁控管，使得在所述第二射频功率脉冲被提供至所述加速器的同时，使所述磁控管中的频率偏移至少部分匹配所述加速器的共振频率偏移；以及
所述第一电子束在所述靶上的撞击引起在第一能量的辐射的产生，并且所述第二电子束在所述靶上的撞击引起在不同于所述第一能量的第二能量的辐射的产生。
31.根据权利要求29所述的多能量辐射源，还包括：
相棒，所述相棒在所述磁控管和所述加速器之间以提供由所述加速器反射的功率至所述磁控管，从而进一步调节所述磁控管频率以匹配所述加速器的所述共振频率。
32.根据权利要求30所述的多能量辐射源，其中所述相棒包括反射器和可变移相器。
33.根据权利要求29所述的多能量辐射源，其中：
所述调制器被构造为选择性提供至少第一和第二不同的电压至所述电子枪；
其中：
在提供所述第一射频功率脉冲至所述加速器的同时，提供所述第一电压至所述电子枪以提供第一束流；以及
在提供所述第二射频功率脉冲至所述加速器的同时，提供所述第二电压至所述电子枪，作为加速能量，以提供不同于所述第一束流的第二束流。
34.根据权利要求30所述的多能量辐射源，还包括：
独立于所述调制器的电功率源，所述电功率源耦合到所述电子枪；
所述电功率源被构造为选择性提供至少第一和第二不同的电压至所述电子枪；
其中：
在提供所述第一射频功率脉冲至所述加速器的同时，提供所述第一电压至所述电子枪以提供第一束流；以及
在提供所述第二射频功率脉冲至所述加速器的同时，提供所述第二电压至所述电子枪，作为加速能量，以提供不同于所述第一束流的第二束流。
35.根据权利要求30所述的多能量辐射源，其中：
所述第一自动频率控制被构造为采样提供至所述加速器的所述第一射频功率脉冲和由所述加速器反射的射频脉冲。
36.根据权利要求35所述的多能量辐射源，其中至少部分基于所述采样的功率脉冲，所述自动频率控制在所述第一射频功率脉冲产生的过程中调节所述磁控管的所述机械调谐。
37.根据权利要求30所述的多能量辐射源，还包括紧邻所述磁控管的磁体，其中所述磁体被构造为产生恒定磁场。
38.根据权利要求30所述的多能量辐射源，其中所述调制器包括固态调制器。
39.根据权利要求30所述的多能量辐射源，其中：
至少部分通过所述第一和第二电功率之间的差别而引起所述磁控管中的所述频率偏移；以及
至少部分通过提供至所述加速器的不同射频功率脉冲而引起所述加速器的共振偏移。
40.一种多能量辐射源，包括：
用于加速电子的加速器；
电子枪，所述电子枪耦合到所述加速器以提供电子至所述加速器；
所述加速器下游的靶，其中所述加速的电子在所述靶上的撞击引起辐射的产生；
选择性提供至少第一和第二射频功率脉冲至所述加速器的功率发生器，其中所述第二射频功率脉冲具有不同于所述第一射频功率脉冲的功率；
其中当提供所述第一射频功率脉冲至所述加速器时，所述加速器加速由所述电子枪提供的第一电子至在第一共振频率的第一能量，并且当提供所述第二射频功率脉冲至所述加速器时，所述加速器加速第二电子至在不同于所述第一共振频率的第二共振频率的、不同于所述第一能量的第二能量；
提供电功率脉冲至所述速调管的调制器；
提供射频功率至所述功率发生器的射频功率源；
第一自动频率控制器，在所述第一射频功率脉冲被提供至所述加速器的同时，所述第一自动频率控制器使所述射频激发器的频率匹配所述加速器的第一共振频率；以及
不同于所述第一自动频率控制器的第二自动频率控制器，在所述第二射频功率脉冲被提供至所述功率发生器的同时，所述第二自动频率控制器调节所述射频激发器的频率；
其中所述第一加速的电子在所述靶上的撞击引起在第一能量的辐射的产生，并且所述第二加速的电子在所述靶上的撞击引起在不同于所述第一能量的第二能量的辐射的产生。
41.根据权利要求40所述的多能量辐射源，其中所述功率发生器包括速调管。
42.根据权利要求40所述的多能量辐射源，其中所述功率发生器包括电调谐磁控管。
43.一种产生多种能量的辐射的方法，包括：
依次提供第一电功率和第二电功率至微波功率发生器，所述第二电功率不同于所述第一电功率；
至少部分基于所述第一和第二电功率，通过所述功率发生器依次产生第一射频功率脉冲和第二射频功率脉冲，所述第一射频功率脉冲具有第一功率，所述第二射频功率脉冲具有不同于所述第一功率的第二功率；
依次提供所述第一和第二射频功率脉冲至单个粒子加速器的共振腔；
依次驱动在不同于所述第一电功率的第三电功率和第四电功率的带电粒子源；
注射带电粒子的第一和第二流到所述加速器的所述共振腔中，其中所述第一和第二流分别至少部分基于所述第三和第四电功率；
至少部分基于所述第一和第二射频功率脉冲，通过所述加速器依次加速所述注射的带电粒子至第一能量和不同于所述第一能量的第二能量；以及
使加速的带电粒子的所述第一和第二流依次碰撞靶，以产生具有第一和第二不同的能量与第一和第二不同的各自剂量率的辐射。
44.根据权利要求43所述的方法，包括通过相同电功率源提供所述第一电功率、第二电功率、第三电功率和第四电功率。
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