CN114265103A - 一种β粒子束流测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种β粒子束流测量装置，其包括阳极板，阳极板的一个板面上层叠设置的金属隔环、次级电离板和第一绝缘膜形成次级电离室，另一板面上层叠设置的主电离板、第二绝缘膜和主电离板压环形成主电离室；主电离板压环上通过塑料隔环设置有均整过滤装置，均整过滤装置包括叠加设置在塑料隔环上的均整块压环、第三绝缘膜和中部为均整块的第四绝缘膜；主电离室、次级电离室和均整过滤装置固定在顶盖和底板之间，顶盖设置有插接到次级电离、阳极板和主电离板的若干个接线柱；次级电离板、主电离板、阳极板、第一绝缘膜、第二绝缘膜、第三绝缘膜和第四绝缘膜的材质均为聚氨酯材质。

Description

一种β粒子束流测量装置

技术领域

本发明涉及射线测量装置技术领域，具体涉及一种β粒子束流测量装置。

背景技术

β粒子束流也称为β射线是一种高速带电粒子，其电离本领比α射线小得多，但穿透本领比α射线大，但与X、γ射线比β射线的射程短，很容易被铝箔、有机玻璃等材料吸收。但进入人体组织及皮肤能与生物细胞产生生物热效应，杀死细胞组织，正因为β射线的这一特性，医学上用这种射线用于治疗皮肤及浅表部分的肿瘤和细胞增生，β射线是一把双刃剑既能杀死肿瘤细胞又能杀死正常组织细胞，如何定向定量的用于人体实体肿瘤治疗一直是个难题。

β射线属于带负电荷电子束流，很容易被有机玻璃等材料阻挡，就需要选择一种电极基材既能在电场作用下测量出所产生的射线束流大小，又能减少β射线穿透过程中的剂量损耗，同时长期在射线环境下工作，其基材材料很容易变性，影响探测装置的使用寿命，那么就需要找到一种基材材料既能减小剂量损耗，又具有优越的抗辐射性能，而以往传统的测量装置很难具同时具备这两个优点，只能舍其一，目前大都采用降低使用寿命的方式来提高测量精度，其缺点就在于在设备使用寿命周期内需要更换2-4次。还有传统β粒子束流测量装置，采用的是油性漆绸作为基底材料喷涂电极的方式作为电极吸收材料，其对温度、湿度、压力敏感程度较高，其原因在于在潮湿环境下油性漆绸这种基材材料有一定的吸水性，加上气压温度不同容易使测量电极产生形变，引起测量精度，而处理这一方法通常是在后端处理电路上加温度传感器补偿电路，较为繁琐。

综上所述，现有的β粒子束流测量装置寿命短且测量精度不高，容易受外界条件影响的缺陷。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种β粒子束流测量装置，其目的是解决现有β粒子束流测量装置寿命短且测量精度不高，容易受外界条件影响的问题。

为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

提供一种β粒子束流测量装置，其包括阳极板，阳极板的一个板面上层叠设置的金属隔环、次级电离板和第一绝缘膜形成次级电离室，另一板面上层叠设置的主电离板、第二绝缘膜和主电离板压环形成主电离室；

主电离板压环上通过塑料隔环设置有均整过滤装置，均整过滤装置包括叠加设置在塑料隔环上的均整块压环、第三绝缘膜和中部为均整块的第四绝缘膜；

主电离室、次级电离室和均整过滤装置固定在顶盖和底板之间，顶盖设置有插接到次级电离、阳极板和主电离板的若干个接线柱；

次级电离板、主电离板、阳极板、第一绝缘膜、第二绝缘膜、第三绝缘膜和第四绝缘膜的材质均为聚氨酯材质。

进一步，次级电离板的正板面上设置有位于中部的第一导电层及位于第一导电层周围对称设置的N个1/N圆环的环形导电层，金属隔环均与环形导电层不接触；

位于环形导电层外的次级电离板上设置有与M根第一接线柱分别配合的M个第一贯穿孔，第一导电层的第一引线层、N个所述环形导电层的第二引线层分别与M个第一贯穿孔连通；所述第一导电层和环形导电层及相邻环形导电层之间均存在间隙；其中M＝N+1；

次级电离板的副板面上设置有第二导电层。

第一导电层和每个环形导电层的面积均相等。

进一步，阳极板的两个板面上均设置有第一环槽，位于第一环槽内的阳极板的板面上设置有第三导电层，位于第一环槽外的阳极板上设置有两个第二贯穿孔和第三贯穿孔；两个第二贯穿孔均与一侧板面的第三导电层连通，两个第三贯穿孔均与另一侧板面的第三导电层连通，其中一个第二贯穿孔和一个第三贯穿孔通过导线接通，另一个第二贯穿孔和另一个第三贯穿孔分别插接有与电源正极连接的第二接线柱。

进一步，主电离板的正板面上设置有第二环槽，位于第二环槽内的主电离板上设置有第四导电层，位于第二环槽外的主电离板上设置有与第三接线柱配合的第四贯穿孔；

主电离板的副板面上设置有第五导电层。

进一步，第二导电层与第五导电层均与电源负极连接。

本发明的有益效果为：在本方案中，采用聚氨酯材料做为基材，射线穿透性强，耐辐射，根据以上特性，本装置只需要在普通大气压下干燥空气中组装焊接即可，从而保证本装置的寿命周期不会因为基材材料变性而缩短。还有聚氨酯材料的表面为油性，不吸水，延展性极佳，抗拉能力强，其上喷涂导电层，附着力非常强，不易形变。

本装置设置的第一绝缘膜和第二绝缘膜使次级电离室和主电离室属于半封闭状态，减少外界的干扰，所受温度、湿度和气压影响较小，在测试条件不变的情况下，本装置大大提高了测试精度和使用寿命。

设置的主电离板压环可以减少温度、湿度和压力所产生的形变，增加了测量精度。同时主电离室和次级电离室可与均整过滤装置设置成一体，结构简单安装方便。设置的次级电离室通过在电场作用下收集的β束流电子的多少，可以确定分在一个平面内β射线质的均整度和对称性。

除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的有益效果外，本发明提供所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的有益效果，将在具体实施方式中做出进一步详细的说明。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明中一种β粒子束流测量装置的爆炸示意图。

图2为次级电离板的正板面结构示意图。

图3和图4为阳极板的两板面的结构示意图。

图5柱电离板的正板面的结构示意图。

其中：1、顶盖；2、第一绝缘膜；3、次级电离板；301、第一贯穿孔；302、环形导电层；303、第一导电层；4、金属隔环；5、阳极板；501、第三导电层；502、第一环槽；503、第二贯穿孔；504、第三贯穿孔；6、主电离板；601、第四导电层；602、第四贯穿孔；603、第二环槽；7、主电离板压环；8、塑料隔环；9、均整块压环；10、第三绝缘膜；11、均整块；12、第四绝缘膜；13、底板；14、第一接线柱；15、第二接线柱；16、第三接线柱。

具体实施方式

为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本发明保护的范围。

请参考图1-图5，本发明提供一种β粒子束流测量装置，其包括阳极板5，阳极板5的一个板面上层叠设置的金属隔环4、次级电离板3和第一绝缘膜2形成次级电离室，另一板面上层叠设置的主电离板6、第二绝缘膜和主电离板压环7形成主电离室。主电离板压环7上通过塑料隔环8设置有均整过滤装置，均整过滤装置包括叠加设置在塑料隔环8上的均整块压环9、第三绝缘膜10和中部为均整块11的第四绝缘膜12。

主电离室、次级电离室和均整过滤装置固定在顶盖1和底板13之间，顶盖1设置有插接到次级电离板3、阳极板5和主电离板6的若干个接线柱。次级电离板3、主电离板6、阳极板5、第一绝缘膜2、第二绝缘膜、第三绝缘膜10和第四绝缘膜的材质均为聚氨酯材质。

次级电离板3的正板面上设置有位于中部的第一导电层303及位于第一导电层303周围对称设置的N个1/N圆环的环形导电层302，金属隔环4均与环形导电层302不接触；位于环形导电层302外的次级电离板3上设置有与M根第一接线柱14分别配合的M个第一贯穿孔301，第一导电层303的第一引线层、N个所述环形导电层302的第二引线层分别与M个第一贯穿孔301连通；第一导电层303和环形导电层302及相邻环形导电层302之间均存在间隙；其中M＝N+1，优选N＝4，M＝5。次级电离板3的副板面上设置有第二导电层。第一导电层(303)和每个环形导电层(302)的面积均相等。

设置的间隙可以避免第一导电层303、环形导电层302之间的干扰，保证电子在次级电离室内分布均匀。均等分布且对称设置的第一导电层303和环形导电层302用于可实时监测测量β粒子束流的对称性和均整性。

阳极板5的两个板面上均设置有第一环槽502，位于第一环槽502内的阳极板5上设置有第三导电层501，位于第一环槽502外的阳极板5上设置有两个第二贯穿孔503和第三贯穿孔504；两个第二贯穿孔503均与一侧板面的第三导电层501连通，两个第三贯穿孔504均与另一侧板面的第三导电层501连通，其中一个第二贯穿孔503和一个第三贯穿孔504通过导线接通，另一个第二贯穿孔503和另一个第三贯穿孔504分别插接有与电源正极连接的第二接线柱15。

主电离板6的正板面上设置有第二环槽603，位于第二环槽603内的主电离板上设置有第四导电层601，位于第二环槽603外的主电离板上设置有与第三接线柱16配合的第四贯穿孔602。主电离板6的副板面上设置有第五导电层。

第二导电层与第五导电层均与电源负极连接。

在本方案中，次级电离板3、金属隔环4、阳历板上还设置有便于第二接线柱15或第三接线柱16或两者共同插入的贯穿孔，该贯穿孔只是便于第二接线柱15穿过后与阳历板连接；或者第三接线柱16穿过后与主电离板6连接。靠近阳极板5一侧的板面为正板面，远离阳极板5一侧的板面为副板面。接线柱包括第一接线柱14、第二接线柱15和第三接线柱16

设置的第一绝缘膜2，避免外界与第二导电层的直接接触，其厚度为0.05mm。次级电离板3是用作基材，便于第一导电层303、第二导电层和环形导电层的均匀铺设，使聚氨酯材质的次级电离板3紧密拉伸延展开，并均匀受力。金属隔环4用于压住次级电离板3室，还便于在阳极板5上焊接接线柱，使次级电离板3与阳极板5之间具有一定的空间间隙，便于β粒子束流在次级电离室的电场中定向移动和收集。主电离板，主电离室用于收集β粒子束流的带电电子并引入测量电路形成电流，从而确β粒子束流的剂量大小。主电离板压环7和第二绝缘膜，用于贴合主电离板6上；第二绝缘膜还可以避免外界与第五导电层的直接接触，影响测量精度。塑料隔环8，隔绝主电离室与均整过滤装置。均整块压环9、第四绝缘膜12和第三绝缘膜10的共同用于固定均整块11。第四绝缘膜12和第三绝缘膜10的材料为聚氨酯材质，以便于β粒子束流穿透，还可以利用其延展性固定均整块11等，均整块11的材质为高纯铝；由于β粒子束流的特性，均整块11可以阻挡中心处较高的β粒子束流，使第四绝缘膜12和均整块11的整体辐射圆形平面上的β射线分布均匀。

次级电离板3的第二导电层、主电离板6的第五导电层分别与阳极板5的两个第三导电层501均能形成恒定电场。

本方案采用聚氨酯材质，使本装置受到温湿度影响较小，提高了测量精度；根据聚氨酯材质具有抗拉、延展性和抗老化等特性，使本装置使的使用寿命增加。

顶盖1和底板13采用半封闭结构使次级电离室、主电离室和均整过滤装置成一体设置。具体的，采用多个螺栓穿依次穿插在次级电离板3、金属隔环4、阳极板5、主电离板6、主电离板压环7、塑料隔环8、均整块压环9、第三绝缘膜10、中部为均整块11的第四绝缘膜12和底板13上实现了级电离室、主电离室和均整过滤装置的固定安装。

由于高能β粒子束流不能直接引起电离，要想电离需要通过光电吸收、康普顿散射和电子对生成作用损失能量，产生次级电子的原理来电离空气；引起空气真正电离的主要是次级电子。β射线或初级电子在与气体相互作用中首先产生次级电子，作为电离室，进入电离室空气空腔的次级电子主要在电离室的壁中产生的。

本装置在使用时，加速器射出的高能β粒子束流从级次电离板的副板面入射到次级电离室内，并与次级电离板3的导电层产生激发电子，主电离板6或次级电离板3和阳极电离板在恒流直流电源下，使主电离室或次级电离室内产生恒定电场，被电离的正、负离子对在恒定电场的作用下定向移动形成电流，第一接线柱14、第三接线柱16通过BNC插接头与任何检测电路连接。

本方案的检测电路可以是现有的放大检测电路，在此不做叙述；检测电路还可以其他检测电路，只要保证能将电流信号直观的表示出即可；以下进一步说明本装置与放大检测电路的使用方法：

将第三接线柱16和所有第一接线柱14均与BNC插接头连接，BNC插接头与放大检测电路连接，使主电离室和次级电离室收集的电流信号传输给放大检测电路；具体的，次级电离室采集的信号通过放大检测电路的进行模数转换后反馈至控制台，并监测β粒子束流的对称性和均匀性；主电离室采集的电流信号通过放大检测电路的国标软件计算公式转换成β粒子束流的绝对剂量。通过放大检测电路可以快速判断高能β粒子束流的射线剂量、以及射线的对称性和均匀性。当达到预设的绝对剂量时，切断β粒子束流，从而保证在治疗患者过程中受到β粒子束流的绝对剂量稳定可靠。

以下进一步说明，次级电离室如何判断β粒子束流的对称性和均匀性：

其中第一导电层303和环形导电层302的面积相等，且四个环形导电层302对称设置，因此第一导电层303和四个环形导电层302收集的电流大小在理论上应该相等或相差很小；从而利用此原理，可以在实际测量时，通过次级电离室的段信号的电流大小可以判断射线质是否均匀分布，例如当五个电流大小相等或差别很小时，说明射线质分布均匀；当五个段信号的电流大小相差很多时，说明射线质分布不均匀，此时需要调整加速器与β粒子束流探测器的安装位置，起到预警的作用。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种β粒子束流测量装置，其特征在于，包括阳极板(5)，所述阳极板(5)的一个板面上层叠设置的金属隔环(4)、次级电离板(3)和第一绝缘膜(2)形成次级电离室，另一板面上层叠设置的主电离板(6)、第二绝缘膜和主电离板压环(7)形成主电离室；

所述主电离板压环(7)上通过塑料隔环(8)设置有均整过滤装置，所述均整过滤装置包括叠加设置在塑料隔环(8)上的均整块压环(9)、第三绝缘膜(10)和中部为均整块(11)的第四绝缘膜(12)；

所述主电离室、次级电离室和均整过滤装置固定在顶盖(1)和底板(13)之间，所述顶盖(1)设置有插接到次级电离板(3)、阳极板(5)和主电离板(6)的若干个接线柱；

所述次级电离板(3)、主电离板(6)、阳极板(5)、第一绝缘膜(2)、第二绝缘膜、第三绝缘膜(10)和第四绝缘膜(12)的材质均为聚氨酯材质。

2.根据权利要求1所述的β粒子束流测量装置，其特征在于，所述次级电离板(3)的正板面上设置有位于中部的第一导电层(303)及位于第一导电层(303)周围对称设置的N个1/N圆环的环形导电层(302)，所述金属隔环(4)均与环形导电层(302)不接触；

位于环形导电层(302)外的次级电离板(3)上设置有与M根第一接线柱(14)分别配合的M个第一贯穿孔(301)，所述第一导电层(303)的第一引线层、N个所述环形导电层(302)的第二引线层分别与M个第一贯穿孔(301)连通；所述第一导电层(303)和环形导电层(302)及相邻环形导电层(302)之间均存在间隙；其中M＝N+1；

所述次级电离板(3)的副板面上设置有第二导电层。

3.根据权利要求2所述的β粒子束流测量装置，其特征在于，所述第一导电层(303)和每个环形导电层(302)的面积均相等。

4.根据权利要求2或3所述的β粒子束流测量装置，其特征在于，所述阳极板(5)的两个板面上均设置有第一环槽(502)，位于第一环槽(502)内的阳极板(5)上设置有第三导电层(501)，位于第一环槽(502)外的阳极板(5)上设置有两个第二贯穿孔(503)和第三贯穿孔(504)；两个第二贯穿孔(503)均与一侧板面的第三导电层(501)连通，两个第三贯穿孔(504)均与另一侧板面的第三导电层(501)连通，其中一个第二贯穿孔(503)和一个第三贯穿孔(504)通过导线接通，另一个第二贯穿孔(503)和另一个第三贯穿孔(504)分别插接有与电源正极连接的第二接线柱(15)。

5.根据权利要求4所述的β粒子束流测量装置，其特征在于，所述主电离板(6)的正板面上设置有第二环槽(603)，位于第二环槽(603)内的主电离板上设置有第四导电层(601)，位于第二环槽(603)外的主电离板(6)上设置有与第三接线柱(16)配合的第四贯穿孔(602)；

所述主电离板(6)的副板面上设置有第五导电层。

6.根据权利要求5所述的β粒子束流测量装置，其特征在于，所述第二导电层与第五导电层均与电源负极连接。

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