驱动电路，所述驱动电路被配置为产生用于电子枪的栅极连接的栅极驱动电压；以及

　　截止电路，所述截止电路被配置为产生用于所述电子枪的所述栅极连接的栅极截止电

　　门极驱动器，所述门极驱动器被配置为在所述栅极驱动电压和所述栅极截止电压之间

　　驱动控制器，所述驱动控制器被配置为产生到所述驱动电路和所述截止电路的脉冲输

　　驱动高压功率放大器，所述驱动高压功率放大器被配置为向所述半桥驱动器电路提供

　　驱动高速数模转换器(DAC)，所述驱动高速数模转换器被配置为向所述驱动高压功率

　　驱动电源开关，所述驱动电源开关被配置为向所述栅极连接施加所述栅极驱动电压；

　　截止高压功率放大器，所述截止高压功率放大器被配置为向所述半桥驱动器电路提供

　　截止高速DAC，所述截止高速DAC被配置为向所述截止高压功率放大器产生编程电压，

　　截止电源开关，所述截止电源开关被配置为向所述栅极连接施加所述截止电压；并且

　　所述门极驱动器被配置为将栅极控制信号施加到所述驱动电源开关和所述截止电源

　　加热器电路，所述加热器电路被配置为产生用于所述电子枪的加热器连接的加热器电

　　加热器功率放大器，所述加热器功率放大器被配置为向所述电子枪的所述加热器连接

　　加热器高速DAC，所述加热器高速DAC被配置为向所述加热器功率放大器产生编程信

　　控制电路，所述控制电路被配置为将用户输入转换为驱动器控制器输入，所述控制电

　　低压侧控制器，所述低压侧控制器被配置为产生用于所述驱动控制器的驱动控制信

　　电容器充电电源(CCPS)控制器，所述电容器充电电源控制器被配置为产生用于CCPS的

　　5.如权利要求4所述的电子枪驱动器，其中所述驱动控制信号包括光纤通信链路和光

　　隔离电源，所述隔离电源被配置为在所述控制电路和所述半桥驱动器电路之间提供电

　　7.如权利要求1至6中任一项所述的电子枪驱动器，其中所述驱动控制器被配置为调节

　　由所述栅极驱动电压和所述栅极截止电压产生的每个脉冲的幅度、宽度和延迟，其中每个

　　8.如权利要求1至7中任一项所述的电子枪驱动器，其中由所述栅极驱动电压和所述栅

　　极截止电压产生的每个脉冲的幅度、宽度或延迟中的至少一者被配置为在脉冲之间改变。

　　9.如权利要求1至8中任一项所述的电子枪驱动器，其中由所述栅极驱动电压和所述栅

　　极截止电压产生的每个脉冲的幅度、宽度或延迟中的至少一者被配置为以每秒至少500个

　　电容器充电电源(CCPS)，所述电容器充电电源被配置为对所述高压电容器充电；

　　一个或多个高压侧电源，所述一个或多个高压侧电源被配置为产生用于所述电子枪驱

　　对于所述电子枪的所述栅极连接，在截止高压功率放大器上设置栅极截止电压；以及

　　在所述栅极驱动电压和所述栅极截止电压之间切换，以在所述栅极连接上产生脉冲。

　　调节由所述栅极驱动电压或所述栅极截止电压产生的每个脉冲的幅度、宽度或延迟，

　　其中能够使用至少三个不同的幅度、至少三个不同的宽度和至少三个不同的延迟。

　　以每秒至少500个脉冲的速率改变所述脉冲的幅度、宽度或延迟中的至少一者，其中所

　　14.至少一种非暂态机器可读存储介质，其包括适于被执行以实现如权利要求11至13

　　栅极电压产生装置，所述栅极电压产生装置用于产生用于电子枪的栅极连接的栅极驱

　　切换装置，所述切换装置用于通过在所述栅极驱动电压和所述栅极截止电压之间切换

　　电压控制装置，所述电压控制装置用于产生到所述栅极电压产生装置和所述切换装置

　　转换装置，所述转换装置用于将到所述栅极电压产生装置的所述输入转换为来自所述

　　加热器电压装置，所述加热器电压装置用于产生用于所述电子枪的加热器连接的加热

　　命令控制装置，所述命令控制装置用于将用户输入转换为用于所述电压控制装置的输

　　19.如权利要求15至18中任一项所述的电子枪驱动器，其中所述电子枪驱动器被配置

　　为调节由所述电压控制装置、所述栅极电压产生装置和所述切换装置产生的每个脉冲的幅

　　度、宽度和延迟，其中每个脉冲能够被配置为不同于先前的脉冲，并且所述幅度、所述宽度

　　20.如权利要求15至19中任一项所述的电子枪驱动器，其中所述电子枪驱动器被配置

　　为以每秒至少500个脉冲的速率改变脉冲之间的每个脉冲的幅度、宽度和延迟中的至少一

　　线性加速器(即直线加速器)用于诸如精密医疗、安全检查、通信和雷达系统的系

　　统中。线性加速器可用作产生x射线或放大射频(RF)或微波电磁信号的系统的一部分。一些

　　线性加速器通过使供应到粒子源(例如，电子枪)的功率和供应到RF源(例如，磁控管)的功

　　率脉动来产生加速粒子的脉冲。一些线性加速器具有用于供应到粒子源的功率和供应到RF

　　源的功率的固定电压电平和定时，从而固定脉冲的能量和剂量率(例如，定时和幅度)。其他

　　线性加速器可以在两个或更多个工厂定义的模式之间切换，其中每个模式具有供应到粒子

　　源的关联功率和供应到RF源的功率。对于每种模式，所供应的功率的定时是相同的。此外，

　　该模式基于在两个模式之间交替的预定义型式来切换。提供给电子粒子源也称为电子枪

　　(例如，二极管枪或三极管枪)的功率和脉冲通常由电子枪驱动器(也称为电子枪调制器)提

　　以下描述中阐述的或在以下附图中示出的部件的构造和布置的细节。本发明能够存在其他

　　实施方案并且能以各种方式实施或进行。提供流程图和过程中提供的数字是为了清楚地说

　　明步骤和操作，而不一定表示特定的顺序或次序。除非另有定义，否则术语“或”可以指选项

　　的选择(例如，析取运算符或异或)或选项的组合(例如，连接运算符、与/或、逻辑或，或者布

　　度、宽度和延迟从一个脉冲调制到下一个脉冲。所公开的实施方案总体上涉及以从一个脉

　　冲到下一个脉冲的不同脉冲幅度、宽度和延迟来驱动三极管枪的栅极的机构、方法和系统。

　　通过加速器结构。加速器结构是使用输入RF信号来加速粒子束中的粒子的谐振结构。通过

　　使粒子源脉动以产生指向加速器结构的粒子脉冲来产生加速粒子束。RF信号加速粒子以产

　　生加速粒子束。如下面将进一步详细描述的，电子粒子源可以由枪驱动器控制。另外，枪驱

　　动器可以被配置为提供具有可变幅度、宽度和延迟的脉冲，这将在下面进一步详细描述。

　　具有加热元件或细丝的阴极电极，加热元件或细丝被加热以由于热电子发射而发射电子。

　　加热元件通常是由通过它的电流加热的电细丝。在真空设备中可以使用两种类型的热阴

　　极：直接加热的阴极和间接加热的阴极。在直接加热的阴极中，细丝是阴极并直接发射电

　　子。在间接加热的阴极中，细丝不是阴极，而是加热单独的阴极，诸如围绕细丝的薄片金属

　　对于在材料辨别应用(诸如货物筛选)中有用的线性加速器，x射线脉冲需要使其

　　每脉冲的脉冲能量和剂量从一个脉冲到下一个脉冲被精确地控制。为了控制直线加速器中

　　每个脉冲的剂量和能量，需要逐个脉冲地调制到射频(RF)源(例如，磁控管)和电子枪(例

　　子枪)。二极管电子枪或二极管枪具有两个独立的电势：阴极和聚焦电极，阴极和聚焦电极

　　被设置为某个负电压(通常在几十千伏(kV)的量级)；以及阳极，阳极被保持在地面或接近

　　地面。在一些实施方案中，阴极连接可以具有两个引线：阴极引线和加热器引线(或细丝引

　　线)。有时，二极管枪的两个分开的电势是指阴极电势和加热器电势。在三极管电子枪或三

　　极管枪中，在阴极表面的正上方添加控制栅极(或栅极)。栅极保持在第三电势，通常在阴极

　　电势的约100伏(V)内。虽然二极管电子枪可适合用于简单的低能量直线加速器和x射线源

　　中，但大多数高能量直线加速器利用三极管电子枪，因为三极管枪通过使用栅极比二极管

　　枪允许对脉冲的能量和定时有更多的控制和灵活性。栅极是真空封围件中阴极和阳极之间

　　的电极，其用作“门极”以控制到达阳极的电子电流。栅极上更大的负电压会将电子排斥回

　　阴极，因此到达阳极的电子会更少。栅极上较小的负电压或正电压将允许更多的电子通过，

　　如将在下面进一步详细描述的，枪驱动器可被配置为控制阴极、加热器和栅极。如

　　本文所用，加热器也可以被称为细丝或阴极细丝，其在被加热或变热时产生电子发射。通

　　由于在三极管枪中使用相对于参考(例如，阳极)的三个电压电位(例如，阴极、加

　　热器和栅极)，因此在设计和操作三极管枪时可考虑至少四个输入或控制。首先，阳极参考

　　底盘接地，或者安装有枪的加速器主体，该加速器主体作为接地连接。第二，阴极需要相对

　　于阳极升高到高的负电压。在一个示例中，最大阴极电压具有‑12kV至‑15kV的电压。在另一

　　示例中，阴极电压具有0V到‑18kV的电压范围。在一个示例中，高压可以指在相对于阳极的

　　阴极电压的范围内的电压幅值。例如，高压可以指大于1kV的电压幅值(正或负)。第三，以相

　　对于阴极较低的电压幅度驱动加热器，该电压幅度可以是正的或负的。在一个示例中，加热

　　器具有相对于阴极在2V与10V之间的电压幅度或相对于阴极从4V到7V的电压幅度。第四，栅

　　极相对于阴极具有‑200V至200V的电压。例如，在一些设计中，当阴极处于高压时，栅极通常

　　可以防止具有被驱动到相对于阴极‑50V和‑70V之间(也称为截止电压)的栅极电压的束电

　　流的流动，并且当阴极处于高压时，栅极通常可以允许具有被驱动到相对于阴极50V和100V

　　之间(也称为驱动电压)的栅极电压的束电流的流动。在其他示例中，截止电压可以截止具

　　有大于‑50V(或电压幅度小于‑50V)或小于‑70V(或电压幅度大于‑70V)的电压的束电流，并

　　且栅极可以允许具有小于50V或大于100V的电压的完全束电流。在一个示例中，与栅极电压

　　对于一些应用，栅极需要通过以具有快速上升时间和下降时间(以避免脉冲失真)

　　的指定脉冲宽度从截止电压切换到驱动电压并返回到截止电压，来以快速速率产生处于编

　　程幅度的脉冲，这会降低系统的效率。在一个示例中，脉冲宽度可能需要在0.5微秒(μS)与5

　　μS之间，速率高达500脉冲每秒(pps)或优选地高达2000脉冲每秒。在其他示例中，栅极脉冲

　　宽度和/或脉冲速率可以不同。另外，枪驱动器对阴极电压、加热器电压、栅极驱动电压、栅

　　极截止电压、栅极脉冲延迟和栅极脉冲宽度的可调节性或可编程性可以给予用户对脉冲能

　　量和剂量的更大控制，这可以为电子枪或系统(例如，直线加速器)提供更多功能和应用。

　　间尺度上(秒的数量级)，这使得它们不适合用于材料辨别x射线成像系统，其中栅极调节需

　　要在毫秒(ms)或亚毫秒级(μS)上进行，优选地在脉冲到脉冲的基础上进行调制或调节。例

　　如，传统的枪驱动器可具有脉冲到脉冲调制的栅极驱动电压，但仅可在两个不同电压或模

　　式之间切换，也称为交错模式，如由在2017年5月23日授权的标题为“Linear  Accelerator

　　(本文中引用为“Nighan专利”)说明，所述专利全部公开内容通过引用并入本文。如在

　　Nighan专利中所公开的，用于栅极的驱动器使用由电源直接产生的电压，并且基于逐个脉

　　冲在这两个固定电压(称为模式)之间切换。电源通常仅能够最多在至少数十(10s)或数百

　　(100s)毫秒(ms)内切换电压幅度，这不足以以每秒至少500个脉冲的速率在多于两个电压

　　幅度之间切换。通过为每个附加模式增加电源并在这些电源的固定电压之间切换，可以减

　　轻在快速切换速度(在毫秒和亚毫秒级内)时双模式枪驱动器的两个电压幅度的限制。但是

　　这种方法会增加更多的设计复杂性和成本，尤其是随着不同模式数目的增加。另外，可以使

　　在其他传统的枪驱动器示例(未图示或参考)中，枪驱动器可使用单个电源，该单

　　个电源使用相对昂贵的固态开关在高压电容器组之间切换以驱动栅极，其中每个电容器组

　　经设计以产生特定电压幅度或模式。类似地，使用多个高压电容器组来驱动栅极的枪驱动

　　器具有这样的限制，即，可使用的模式的数目受到所使用的高压电容器组的数目以及相关

　　进行调节，从而使得这两个参数(例如，在枪驱动器的可用动态范围内的某一有限分辨率下

　　通常，能够基于逐个脉冲在两个模式之间切换的系统(例如，直线加速器)被称为

　　交织系统或交错系统，其中每个x射线模式具有x射线束的指定或限定的剂量和能量。通常，

　　剂量由RF源脉冲幅度和宽度结合电子枪脉冲幅度、宽度和延迟决定。能量主要由RF源脉冲

　　幅度决定，其中电子枪脉冲幅度、宽度和延迟也可具有影响。例如，交织直线加速器可以被

　　配置为在剂量A和能量A的x射线束与剂量B和能量B的另一x射线束之间逐个脉冲地切换。具

　　有交织能力的枪驱动器允许直线加速器在两种脉冲模式之间逐个脉冲地进行选择。因此，

　　第一脉冲模式是幅度A、宽度A和延迟A的脉冲，而第二脉冲模式可以是幅度B、宽度B和延迟

　　相比之下，具有交错能力的系统(例如，直线加速器)可以基于逐个脉冲在多于两

　　个模式(即，n个模式，其中n是正整数)之间进行选择。具有交错能力的枪驱动器可以在其动

　　态范围内(具有某一有限分辨率)逐个脉冲产生任何幅度、宽度和延迟的脉冲。具有交错能

　　力的枪驱动器(与磁控管调制器或RF调制器一起)允许系统作为交错系统操作，其相对于交

　　织系统或交错系统提供用于x射线成像(诸如材料辨别)的更大通用性和功能性。

　　在一个实施方案中，如图1所示，三极管枪驱动器100被分成至少两个主要部分：

　　(1)控制侧或低压侧102，该控制侧或低压侧可包括控制板、控制电路或控制模块110(或在

　　被形成为单个印刷电路板时的控制板110)和(2)高压侧140，有时称为热平台侧(作为对高

　　压的另一参考)。“低压侧”102和“高压侧”160具有相对于系统接地(例如，直线加速器系统

　　接地)的电压幅度的参考。低压侧102参考在系统的其余部分中使用的相同的底盘接地(或

　　容器充电模块或电容器充电电源(CCPS)144的高压输出端146(例如，负电压)。

　　CCPS对高压电容器106充电。高压电容器106是存储电容器，其累积用于在脉冲期

　　间提供瞬时电流的电荷，该脉冲主要从枪的阴极流向阳极，并且在栅极导通时部分地从栅

　　极流向阳极。由于脉冲宽度通常比脉冲之间的时间小得多(例如，脉冲占空比，或脉冲“接

　　通”时间与脉冲“断开”时间的比率可在0.0001到0.05的范围内)，因此高压电容器106可在

　　脉冲之间缓慢地(相对于脉冲宽度)充电，并且接着在脉冲期间快速放电或部分放电。高压

　　电容器106允许系统使用比在用于阴极的高压电源本身必须提供脉冲期间所需的峰值电流

　　而不是用于对高压电容器106充电的涓流充电的情况下所需的高压电源小得多的高压电

　　低压侧102和高压侧140两者可以使用低压控制电路，诸如微控制器或现场可编程

　　示例来引用。类似地，高压控制器160被称为FPGA  160。在高压侧140，用于低压控制电路的

　　“接地”或“参考”是CCPS  144的输出端(或阴极电压)，因为该控制电路被配置为驱动加热器

　　194和栅极192，这些电压是相对于阴极196指定的。因此，低压侧102与高压侧140隔离，并且

　　被称为两个分离的部分或侧。在一些示例中，高压封围件用于将高压侧140部件与低压侧

　　102部件隔离。在其他示例中，高压侧140部件和低压侧102部件可在同一封围件或壳体中，

　　其中高压侧140部件中的至少一些部件使用高压支座作为与低压侧102部件的分离和隔离。

　　隔离电源130向高压侧140供电，并且在低压侧102和高压侧140之间提供电压隔离。在一个

　　示例中，隔离电源130可以是DC/DC转换器。电源130的隔离电压额定值应当大于CCPS  144的

　　电压输出(通常以某个因子)。例如，CCPS  144被配置为产生高达‑18kV的阴极电压，隔离电

　　高压侧140可以包括具有栅极驱动器模块161的驱动器模块150以及加热器驱动器

　　176以及通信电路152、154、156和转换电路(例如，模数转换器(ADC)和数模转换器(DAC))

　　158、166。栅极驱动器模块161可以包括提供交错能力的电路，该电路可以被配置为产生在

　　其动态范围内的任何幅度、宽度和延迟的脉冲。例如，栅极驱动器模块161可以包括驱动控

　　制器160、驱动电压放大器172、截止电压放大器174、门极驱动器180和开关182，184。栅极驱

　　动器模块161可以被配置为半桥电路，其中门极驱动器180快速地控制开关182、184以施加

　　驱动电压放大器172的电压168或截止电压放大器174的电压170，从而在栅极192的栅极连

　　接186上产生脉冲。驱动电压放大器172可以由驱动放大器电源143供电，并且截止电压放大

　　器174可以由截止放大器电源145供电。驱动电压放大器172的输入端可以由驱动DAC  162配

　　置，并且截止电压放大器174的输入端可以由截止DAC  164配置。驱动控制器160可以应用来

　　自用户接口114的参数，以通过到驱动DAC  162和截止DAC  164的输入逐个脉冲地调节脉冲

　　使用高压功率放大器172和174的一个优点，尤其是与高压电源的输出端(利用开

　　关)到栅极的直接连接相比，是放大器输出可以以高达每秒500个脉冲的速率逐个脉冲地快

　　速改变或重新配置。在一些示例中，高压功率放大器172和174的输出可以以每秒高达1000

　　个脉冲，2000个脉冲，4000个脉冲或8000个脉冲的速率逐个脉冲地改变或重新配置。一些高

　　压功率放大器172和174可以具有大于25V/μS的转换速率，从而提供快速的放大器输出上升

　　和下降时间。因此，每个脉冲的脉冲幅度可以变化，从而允许可配置模式处于高达每秒500

　　用脉冲速率(例如，大于500pps)执行栅极切换功能(类似于栅极驱动器模块161的功能)的

　　限制。高压功率放大器172和174的使用可以将枪驱动器的脉冲速率限制从栅极驱动器模块

　　161转移到高压电容器106的再充电速度。在一些示例中，高压电容器106在脉冲期间放电之