什么是电子直线加速器？( 二 ) _直线加速器的历史

低能医用电子直线加速器是一种经济实用的放射治疗装置，可以满足约85%需进行放射治疗的肿瘤患者的需要，而需要进行放射治疗的肿瘤患者又占全部肿瘤患者的70%左右。(1)除提供两档X-辐射(6-8MV)供治疗深部肿瘤外，还提供4-5挡不同能量的电子辐射(5-15MeV)供治疗表浅肿瘤使用，扩大了应用范围。
(2)加速管较长，需要水平放置于机架的支臂上方，束流需经偏转系统后打靶产生X辐射或直接将电子束从引出窗引出使用。大都采用消色差偏转系统，使偏转后的靶点保持对称，偏转系统比较复杂。
(3)辐射头内除一挡用于均整X-辐射的均整过滤器外，还采用多挡使电子辐射分布均匀的散射过滤器。为了调节电子辐射野，在电子辐射治疗时需附加不同尺寸和不同形状的限束器。
中能医用电子直线加速器除能治疗深部肿瘤外，还可以治疗大部分表浅肿瘤，表浅治疗深度可在2—5cm范围内，由于中能治疗范围较低能扩大，是大中型肿瘤医院需要的主要放射治疗装置。(1)提供两档X-辐射，商业上称为双光子方式，个别产品甚至可以提供三挡X-辐射，称为三光子方式，多档设置目的是实现X-辐射深度剂量特性的调节，因为采用高低两挡能量X-辐射组合照射，相当于调节能量。(图1-20)
(2)可提供更高能量的电子辐射，一般电子辐射分5-9挡，最高能量可达20-25MeV ，扩大了对表浅肿瘤的治疗深度范围(2-7cm) 。
电子感应加速器的基本原理在电磁铁的两极间有一环形真空室，电磁铁受交变电流激发，在两极间产生一个由中心向外逐渐减弱、并具有对称分布的交变磁场，这个交变磁场又在真空室内激发感生电场，其电场线是一系列绕磁感应线的同心圆，这时，若用电子枪把电子沿切线方向射入环形真空室，电子将受到环形真空室中的感生电场E的作用而被加速，同时，电子还受到真空室所在处磁场的洛伦兹力的作用，使电子在半径为R的圆形轨道上运动。
应用感应电场加速电子的电子感应加速器( betatron ) ，是感生电场存在的最重要的例证之一。早在1932年J.斯莱皮恩就提出利用感应电场加速电子的想法，接着也有不少人进行了这方面的研究，但他们都没有成功，直到1940年D.W.克斯特解决了电子轨道的稳定问题以后，才建成了第一台电子感应加速器，把电子加速到2.3MeV 。随后这种加速器发展得很快， 1942年建成了20MeV的电子感应加速器,1945年建成了100MeV的电子感应加速器。
在电子感应加速器的示意图中，磁轭和磁极均用硅钢片制成。在上下圆形磁极间的气隙中放置用优质玻璃或陶瓷材料做成的环形真空盒。在真空盒内，需要保持Torr的真空度。当电磁铁绕组通以交变电流,产生交变磁场时，在真空盒所包围的区域内的磁通量也随时间变化，这时真空盒空间内也就产生感应涡旋电场。因磁场分布是轴对称的，所以感应电场的电力线是闭合的同心圆族，其中一条同真空盒轴线相一致。如果用电子枪沿电力线方向将电子注入到真空盒内，那么这些电子将在涡旋电场作用下得到加速。
在磁场由弱变强的增长过程中，电子在真空盒里可回转几兆圈，被加速而获得几兆电子伏甚至上百兆电子伏的能量。磁场增长到最大值后下降，由强变弱恢复到初始值；这时间内它所产生的涡旋电场方向同电子运动方向相反。因此，应当在电场改变方向之前就把电子引出来；或使高能电子打在钨、铂等金属靶上，通过轫致辐射产生γ射线。可见，电子感应加速器的射线输出是脉冲式的，每秒钟的脉冲数就等于交变磁场的频率。电子感应加速器的能量上限，取决于电子沿圆形轨道运动时受到较大的向心加速作用而产生的能量辐射损失。这种辐射损失，是随电子能量的四次方迅速增长的。只有采取特殊措施来补偿这一能量损失，才能维持电子的轨道半径不变，使电子能量进一步提高。不过，在电子感应加速器中补偿起来比较困难，所以用感应加速器方法很难把电子加速到很高能量，到目前为止，这种加速器所达到的最高能量是315MeV 。