揭开直线加速器的神秘面纱

孟想成真

电子直线加速器是放射治疗的主要设备，它可以发射高能射线用于治疗肿瘤。直线加速器发射的射线主要有两种：高能X线和高能电子线。兆伏（MV）级X射线由于穿透能力强，主要用于治疗深部肿瘤，射线穿过人体表面进入内部，将携带的能量投放在肿瘤上。相比之下，电子线发射MeV（兆电子伏）级能量，由于易于散射，常用于治疗表浅部位的肿瘤。那么这些电子线是如何生成的，怎样到达人体的，又是如何杀灭肿瘤的？本期我们借助医科达公司制作的动画了解一下直线加速器的工作原理。

https://www.zhihu.com/video/141********4516531201电子直线加速器的工作原理
简单来说可以概括为：电子枪发射的电子，经过加速管的加速之后获得了很高的动能，高速运动的电子轰击金属靶（一般为钨靶），产生了高能的X射线。此时产生的高能X射线的能量，为兆伏级的能量。

02电子线模式原理
假如加速管加速之后，高速运动的电子没去轰击金属靶，而是直接被引出，就有了高能电子线。也就是直线加速器的电子线模式。若要开展电子线的治疗，那么还要在加速器的治疗机头上安装限光筒。
03电子枪：源头
在整个过程当中，电子枪就相当于一个源头。因为电子枪负责发射电子。电子枪的本质是灯丝，当给灯丝加热的时候，它就会发射出电子。根据电子枪的构造可以分为二级枪和三级枪。
04加速管：核心
加速管是加速器的核心部件，负责给电子加速，就像是给电子赋能，使电子具有很高的动能。加速管在构造上分为行波加速管和驻波加速管。跟驻波加速管相比，行波加速管体积要更长一些。
05加速管的关键：微波
我们说加速管是加速器的核心部件，负责给电子进行加速。在加速管里面，也有一个核心叫做微波。微波会在加速管里面建立起微波电场。微波电场给电子进行加速。刚刚提到的加速管给电子进行加速，其实严格意义上讲，应该是加速管中的微波电场给电子进行加速或者赋能。与微波有关的部件成为微波功率源或微波传输系统。其中，微波功率源通俗点来说就像是微波的发源地，即产生微波的地方。微波功率源包括磁控管和速调管。微波最开始是应用于军事当中的雷达，后来被人们应用到了加速器当中。
06总结
电子直线加速器的工作原理，简单来说是给电子加速。高速运动的电子打靶，产生了高能的X射线。如果高速运动的电子没有打靶，而是直接引出，就有了电子线。两者都是应用于治疗肿瘤。加速器的核心部件为加速管，因为加速管要给电子进行加速。加速管的核心是微波，微波会在加速管中建立起微波电场，从而给电子加速。
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