DD243838A3 - ARRANGEMENT FOR MEASURING THE MOST LIKELY POWERED ELECTRON RADIATION - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Messung der wahrscheinlichsten Energie gerichteter Elektronenstrahlung bis etwa 50 MeV. Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Anordnung, mit welcher auf einfache, sichere, ausreichend genaue und zeitlich kontinuierliche Weise mit geringem technischem und zeitlichem Aufwand diese Messung moeglich ist. Erreicht wird dies unter Ausnutzung bekannter Energie-Reichweitebeziehungen bei der Absorption von Elektronenstrahlung in Materie durch Verwendung eines Absorbers mit in ihm in Richtung der Elektronenstrahlung eingebetteten Strahlungsdetektoren, welche erfindungsgemaess in zwei hintereinanderliegende Gruppen im Einwirkungsbereich der Elektronenstrahlung zusammengeschaltet werden. Der Quotient aus den Signalen dieser beiden Gruppen ist ein Mass fuer die wahrscheinlichste Energie der Elektronenstrahlung vor Eintritt in diese Anordnung.The invention relates to an arrangement for measuring the most probable energy directed electron radiation up to about 50 MeV. The aim of the invention is to provide an arrangement with which this measurement is possible in a simple, safe, sufficiently accurate and temporally continuous manner with low technical and time expenditure. This is achieved by utilizing known energy-range relationships in the absorption of electron radiation in matter by using an absorber with embedded therein in the direction of electron radiation radiation detectors, which are interconnected according to the invention in two consecutive groups in the range of action of the electron beam. The quotient of the signals of these two groups is a measure of the most probable energy of the electron radiation before entering this arrangement.
Description
Hierzu 3 Seiten ZeichnungenFor this 3 pages drawings
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Messung der wahrscheinlichsten Energie gerichteter Elektronenstrahlung. Sie findet Anwendung für Elektronenbeschleuniger, die in der Medizin für die Strahlentherapie eingesetzt werden. Sie kann verwendet werden für industriell genutzte Elektronenbeschleuniger (z. B. eingesetzt für Kunststoffpolymerisation) sowie für Elektronenbeschleuniger in der Forschung, soweit deren Energie einen Wert von etwa 50 MeV nicht überschreitet und das · Auflösungsvermögen der Anordnung zur Messung der wahrscheinlichsten Energie gerichteter Elektronenstrahlung ausreichend ist.The invention relates to an arrangement for measuring the most probable energy directed electron radiation. It is used for electron accelerators that are used in medicine for radiotherapy. It can be used for industrially used electron accelerators (eg used for plastic polymerization) as well as for electron accelerators in research, as far as their energy does not exceed a value of about 50 MeV and the resolving power of the arrangement for measuring the most probable energy of directed electron radiation is sufficient ,
Das Prinzip der Bestimmung der wahrscheinlichsten Energie FPi0 (Definition z.B. in „Procedures.in External Radiation Therapy Dosimetry with Electron and Photon Beams with Maximum Energies between 1 and 50 MeV" der Nordic Association of Clinical Physicists (NACP), Acta Radiologica Oncol.Radiat.Phys.Biol. Stockholm 1979 [Preprint]) aus der praktischen Reichweite Rp von Elektronen in einem als Absorber dienenden Medium niederer Ordnungszahl (z. B. Wasser oder Aluminium) ist seit langem bekannt. Rp ist die Entfernung zwischen dem Eintrittspunkt der Achse der Elektronenstrahlung in das Medium und dem Schnittpunkt der Wendepunkttangente derTiefendosiskurve der Elektronen in dem Medium mit der rückwärtigen Extrapolation des Bremsstrahlungsausläufers derTiefendosiskurve (Siehe z.B. Harder, D.; Korpuskularstrahlen; in „Dosimetrie und Strahlenschutz", herausgegeben von Jaeger, R.G. und W.Hübner, G.Thieme Verlag Stuttgart 1974, Seite 108). Aus Rpkann Ep0 nach bekannten Energie-Reichweite-Beziehungen für das betreffende Medium berechnet werden.The principle of determining the most probable energy F Pi0 (definition eg in "Procedures in External Radiation Therapy Dosimetry with Electron and Photon Beams with Maximum Energies between 1 and 50 MeV") of the Nordic Association of Clinical Physicists (NACP), Acta Radiologica Oncol.Radiat Physics, Stockholm 1979 [Preprint]) from the practical range R p of electrons in a low atomic number absorber medium (eg, water or aluminum) has been known for a long time, R p is the distance between the point of entry of the Axis of electron radiation into the medium and the intersection of the inflection point tangent of the depth dose curve of the electrons in the medium with the backward extrapolation of the brake radiation tail of the deep dose curve (See, eg, Harder, D. Corpuscular Beams, in "Dosimetry and Radiation Protection" edited by Jaeger, RG and W.Hübner , G. Thieme Verlag Stuttgart 1974, page 108). From R p , E p0 can be calculated according to known energy-range relationships for the respective medium.
Dieses Prinzip wird angewendet durch Messung der lonendosis bei Verwendung von unterschiedlich dicken Absorberschichten aus Plexiglas und Variation der Elektronenenergie (Pohlit, W.; Dosimetrie und Betatrontherapie; G. Thieme Verlag Stuttgart 1965, Seite 20-24). Nachteilig ist die 10 Minuten erfordernde lange Meßdauer pro Energiewert.This principle is applied by measuring the ion dose using different thickness absorber layers of Plexiglas and varying the electron energy (Pohlit, W. Dosimetry and Betatron therapy, G. Thieme Verlag Stuttgart 1965, page 20-24). A disadvantage is the 10 minutes long long measurement duration per energy value.
Weiterhin ist ein bekanntes Verfahren, Tiefendosiskurven von Elektronenstrahlung in Wasser zu messen und daraus wie beschrieben die wahrscheinlichste Energie der betreffenden Elektronenstrahlung zu ermitteln (ICRU Report 21 „Radiation Dosimetry: Electrons with Initial Energies Between 1 and 50MeV"; Washington 1972, Seite 5). Dieses Verfahren ist sehr zeitaufwendig und gestattet nur die Kontrolle oder Kalibrierung von Geräten und Einrichtungen zur Messung der wahrscheinlichsten Energie gerichteter Elektronenstrahlung.Furthermore, a known method is to measure depth dose curves of electron radiation in water and, as described, to determine the most probable energy of the relevant electron radiation (ICRU Report 21 "Radiation Dosimetry: Electrons with Initial Energies Between 1 and 50 MeV", Washington 1972, page 5). This process is very time consuming and only allows the control or calibration of equipment and devices for measuring the most probable energy directed electron radiation.
Ebenfalls bekannt ist die Verwendung von zwei Ionisationskammern, die in Strahlrichtung hintereinander in einem Absorber liegen (Naylor, G. P.; P. C.Wiliams; Dose distribution and stability of radiotherapy electron beams from a linear accelerator; Brit. R. Radiology 45 [1972] 603). Das Verhältnis der Meßsignale beider Kammern ist bei einer der wahrscheinlichsten Energie der Elektronenstrahlung angepaßten Lage der hinteren Kammer im Absorber ein Maß für die wahrscheinlichste Energie der Elektronenstrahlung. Nachteilig ist der geringe Energiemeßbereich der Anordnung bei vorgegebener Lage der beiden Kammern im Absorber. Bei Energiewechsel muß die Anordnung verändert werden.Also known is the use of two ionization chambers, one behind the other in an absorber in the beam direction (Naylor, G.P., P.C.Wiliams: Dose distribution and stability of radiotherapy electron beams from a linear accelerator, Brit R. Radiology 45 [1972] 603). The ratio of the measurement signals of both chambers is at a most probable energy of the electron beam matched position of the rear chamber in the absorber a measure of the most likely energy of electron radiation. A disadvantage is the low Energiemeßbereich the arrangement at a given position of the two chambers in the absorber. When changing energy, the arrangement must be changed.
Ein ähnliches Verfahren (Saunders, J.E.; The Application of the Logarithmic Response of Silicon Diodes to Monitoring Beam Symmetry and Electron Energy; Phys. Med. Biol. 19 [1974] 371) verwendet Silizium Dioden als Strahlungsdetektoren mit dem zusätzlichen Nachteil einer Empfindlichkeitsänderung der Dioden durch die Einwirkung von Elektronenstrahlung (Dixon, R. L., K.E.Exstrand; Silicon Diode Dosimetry; Int. J. Appl. Radiat. Isot. 33 [1982] 1171).'A similar method (Saunders, JE; The Application of the Logarithmic Response to Silicon Diodes to Monitoring Beam Symmetry and Electron Energy; Phys. Med. Biol. 19 [1974] 371) uses silicon diodes as radiation detectors with the added disadvantage of changing the sensitivity of the diodes by the action of electron radiation (Dixon, RL, KEExstrand, Silicon Diode Dosimetry, Int J. Appl Radiat, Isot 33 [1982] 1171).
Ein weiteres bekanntes Verfahren benutzt eine in Richtung der Elektronenstrahlung lineare Anordnung von Silizium-Dioden in einem Perspex-Absorber (Procter, N.M.; A device for checking electron energies; Phys. Med. Biol.28[1983]739). Dioden innerhalb der praktischen Reichweite von Elektronenstrahlung im Absorber liefern ein Signal, das mit Leuchtdioden angezeigt wird. Jede als Strahlungsdetektor benutzte Siliziumdiode besitzt als Indikator eine Leuchtdiode mit entsprechendem Verstärker mit Halteschaltung. Nachteilig ist der sehr hohe Aufwand an Detektoren mit ihren zugehörigen Verstärkern, wenn ein großes Energieauflösungsvermögen erreicht werden soll.Another known method employs an electron beam linear array of silicon diodes in a Perspex absorber (Procter, N.M .; A device for checking electron energy; Phys. Med. Biol. 28 (1983) 739). Diodes within the practical range of electron radiation in the absorber provide a signal that is displayed with light emitting diodes. Each silicon diode used as a radiation detector has as an indicator a light emitting diode with a corresponding amplifier with a holding circuit. A disadvantage is the very high cost of detectors with their associated amplifiers, if a large energy dissolving capacity to be achieved.
Nach DE-OS 3106428 A1 ist ein lageempfindlicher Strahlungsdetektor bekannt, der eine Vorrichtung zum Erfassen der Lage mittels empfangener Strahlung.darstellt, bei der eine Vielfalt diskreter Fühler in einer Erfassungsebene beabstandet und in mindestens zwei Gruppen angeschlossen sind, wobei die Dichte der Fühler in jeder Gruppe verläuft, wobei jede Gruppe eine unterschiedliche Änderung besitzt und mindestens ein Fühler in jeder Gruppe von der empfangenen Strahlung beeinflußt ist. Das Verhältnis der Summe des Einflusses auf alle Gruppen ergibt ein Maß für die Lage der empfangenen Strahlung. Diese Anordnung ist zur Bestimmung der räumlichen Lage eines außerhalb der Anordnung liegenden Raumelementes durch von diesem Raumelement ausgehende und auf die Anordnung einwirkende Strahlung gedacht. Sie kann prinzipiell auch zur Messung der praktischen Reichweite Rp von Elektronenstrahlung und daraus zur Bestimmung der wahrscheinlichsten Energie dieser Strahlung benutzt werden. Der Nachteil dieser technischen Lösung bei Verwendung für diesen Zweck besteht darin, daß die Dichten der Fühler sich ändern müssen und sich alle Gruppen längs im wesentlichen der Erfassungsrichtung erstrecken müssen und daß mindestens ein Fühler jeder Gruppe von der Strahlung beeinflußt ist. Dadurch müssen die Gruppen ineinander verschachtelt werden und eine vorgegebene Fühlerdichtestruktur haben, was zu einer sehr aufwendigen Herstellungstechnologie führt. Weiterhin ist die Verwendung von Mehrleiter-Proportionalkammern MWPC als Fühler mit ihrer zugehörigen Signalverarbeitungselektronik sehr aufwendig.According to DE-OS 3106428 A1 a position sensitive radiation detector is known, which represents a device for detecting the position by means of received radiation. In which a plurality of discrete sensors are spaced in a detection plane and connected in at least two groups, the density of the sensors in each Group runs, each group has a different change and at least one sensor in each group is affected by the received radiation. The ratio of the sum of the influence on all groups gives a measure of the position of the received radiation. This arrangement is intended to determine the spatial position of a space element lying outside the arrangement by radiation emanating from this space element and acting on the arrangement. In principle, it can also be used to measure the practical range R p of electron radiation and, therefrom, to determine the most probable energy of this radiation. The disadvantage of this technical solution when used for this purpose is that the densities of the probes must change and all groups must extend longitudinally along the direction of detection and that at least one probe of each group is affected by the radiation. As a result, the groups must be nested and have a given sensor density structure, resulting in a very expensive manufacturing technology. Furthermore, the use of multi-conductor proportional chambers MWPC as a sensor with their associated signal processing electronics is very expensive.
Ferner ist nach DE-OS 3138731A1 eine Überwachungsanordnung für die Beschleunigerenergie eines Elektronenbeschleunigers bekannt, wobei der Absorber hinter dem Target in elektrisch voneinander isolierte Abschnitte unterteilt und diese Abschnitte ein jeder für sich an je einen Eingang eines Meßverarbeitungssystem angeschlossen ist. Nachteilig ist hierbei der hohe apparative Meßaufwand und ein ungünstiges Signal-Rausch-Verhältnis.Further, according to DE-OS 3138731A1 a monitoring arrangement for the accelerator energy of an electron accelerator is known, wherein the absorber behind the target divided into electrically isolated sections and these sections are each connected individually to each one input of a Meßverarbeitungssystem. The disadvantage here is the high equipment measurement effort and an unfavorable signal-to-noise ratio.
Ziel der Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten technischen Lösungen zu vermeiden und die wahrscheinlichste Energie gerichteter Elektronenstrahlung auf einfache, sichere, ausreichend genaue und zeitlich kontinuierliche Weise mit sehr geringem technischen und zeitlichen Aufwand zu messen.The aim of the invention is to avoid the disadvantages of the known technical solutions and to measure the most probable energy directed electron radiation in a simple, safe, sufficiently accurate and temporally continuous manner with very little technical and time.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde) eine Anordnung zur Messung der wahrscheilichsten Energie EP,0 von gerichteter Elektronenstrahlung, insbesondere mit einem definierten Energiespektrum im Energiebereich bis etwa 50 MeV zu entwickeln. Die Anordnung soll folgende wesentliche Eigenschaften haben:The invention has for its object) to develop an arrangement for measuring the wahrscheilichsten energy E P , 0 of directed electron radiation, in particular with a defined energy spectrum in the energy range to about 50 MeV. The arrangement should have the following essential properties:
— Einbau in den Strahlerkopf eines Elektronenbeschleunigers oder Verwendung als autonomes Meßgerät möglich.- Installation in the radiating head of an electron accelerator or use as an autonomous measuring device possible.
— Erfassung eines großen Intervalls der wahrscheinlichsten Energie (z.B. 5-25MeV) von gerichteter Elektronenstrahlung ohne Umschaltmaßnahmen an der Anordnung oder der nachfolgenden Einrichtung zur Signalverarbeitung möglich.Detecting a large interval of the most probable energy (e.g., 5-25MeV) of directed electron radiation without switching operations on the array or subsequent signal processing equipment.
— Kontinuierliche Messung der wahrscheinlichsten Energie einer gerichteten Elektronenstrahlung und damit Erfassung ihrer zeitlichen Änderungen möglich.- Continuous measurement of the most probable energy of a directed electron beam and thus recording their temporal changes possible.
— Geringer zeitlicher Aufwand bei Einsatz derAnordnung als autonomes Gerät z.B. zur Messung der wahrscheinlichsten Energien des gerichteten Elektronenstrahles eines Elektronenbeschleunigers bei Überprüfung von dessen Energieskale.Less time involved in using the device as an autonomous device e.g. for measuring the most probable energies of the directed electron beam of an electron accelerator when checking its energy scale.
— LinearerZusammenhang zwischen Ausgangssignal derAnordnung und der wahrscheinlichsten Energie derauf sie einwirkenden gerichteten Elektronenstrahlung im Rahmen der Genauigkeitsgrenzen derAnordnung von besser als ± 0,4MeV durch entsprechende konstruktive Gestaltung.Linear relationship between the output of the array and the most likely energy of the directed electron beam applied to it within the accuracy limits of the array of better than ± 0.4 MeV by appropriate design.
— Unempfindlichkeit der Anordnung gegenüber dem elektromagnetischen Störpegel eines Beschleunigers und gegenüber wesentlichen Parametern der Umgebung der Anordnung wie Luftdruck, Temperatur und Luftfeuchtigkeit.- Insensitivity of the arrangement to the electromagnetic interference level of an accelerator and essential parameters of the environment of the arrangement such as air pressure, temperature and humidity.
— Geringer Aufwand an Material und Bauelementen sowie geringe Anforderungen an die Fertigungstechnologie zur Herstellung der Anordnung.- Low cost of materials and components as well as low demands on the manufacturing technology for the production of the arrangement.
— Hohe Lebensdauer im Hinblick auf die absorbierte Dosis durch die auf die Anordnung einwirkende Elektronenstrahlung Die Lösung der Aufgabe gelingt unter Ausnutzung der Energie-Reichweite-Beziehung für Elektronenstrahlung in einem materiellen Medium mit einer Anordnung zur Messung der wahrscheinlichsten Energie gerichteter Elektronenstrahlung mit einem Beliebiegen aber definierten Energiespektrum, wobei ein Absorber verwendet wird, in welchem in Richtung der Strahlung in derem gesamten Einwirkungsbereich, festgelegt durch den größten Wert der zu messenden wahrscheilichsten Energie der Elektronenstrahlung und damit der größten dazu auftretenden praktischen Reichweite Rp, und darüber hinaus Strahlendetektoren eingefügt sind, die erfindungsgemäß zu mindestens zwei hintereinanderliegende Gruppen von Strahlungsdetektoren zusammengefaßt werden, wobei die Zusammenfassung in einer signalmäßigen Parallelschaltung der zu einer Gruppe gehörigen Strahlungsdetektoren besteht und eine Gruppe im gesamten Einwirkungsbereich der Elektronenstrahlung mit der niedrigsten zu messenden wahrscheinlichsten Energie im Absorber verteilt ist und eine weitere im in Strahlrichtung anschließenden Einwirkungsbereich der Elektronenstrahlung, dessen Grenze durch die praktische Reichweite Rp bei der zu messenden maximalen wahrscheinlichsten Energie von Elektronenstrahlung bestimmt wird. Der Quotient Q aus dem Signal M (Meßsignal) dieser Gruppe zum Signal R (Referenzsignal) der erstgenannten Gruppe ist ein Maß für die wahrscheinlichste Energie Ep,0 der einwirkenden gerichteten Elektronenstrahlung in der Ebene seines Eintritts in die Anordnung. Das für die Anordnung verwendete Absorbermaterial sollte aus Atomsorten mit möglichst niedriger Ordnungszahl in Form eines reinen Stoffes, Mischungen aus reinen Stoffen, einer chemischen Verbindung, Mischungen aus chemischen Verbindungen oder Mischungen aus reinen Stoffen und chemischen Verbindungen bestehen, um eine hohe Bremsstrahlungserzeugung durch die- Long life with respect to the absorbed dose by the electron radiation acting on the array The object is achieved using the energy-range relationship for electron radiation in a material medium with an arrangement for measuring the most probable energy directed electron radiation with a defined but defined Energy spectrum, wherein an absorber is used, in which in the direction of the radiation in the entire range of action, determined by the largest value of the most probable energy of the electron beam to be measured and thus the largest practical range R p , and beyond, radiation detectors are inserted According to the invention, at least two groups of radiation detectors lying one behind the other are combined, the summary being a signal-parallel connection of the radiation detectors belonging to a group, and e In the group is distributed in the entire range of action of the electron beam with the lowest most likely energy to be measured in the absorber and another in the beam direction subsequent exposure range of the electron beam whose limit is determined by the practical range Rp at the maximum probable energy to be measured by electron radiation. The quotient Q from the signal M (measurement signal) of this group to the signal R (reference signal) of the former group is a measure of the most probable energy Ep, 0 of the applied directed electron radiation in the plane of its entry into the array. The absorber material used for the arrangement should consist of atom types with the lowest atomic number in the form of a pure substance, mixtures of pure substances, a chemical compound, mixtures of chemical compounds or mixtures of pure substances and chemical compounds in order to generate a high bremsstrahlung by the
— ο — «.-r%»- ο - «.-R%»
Die Strahlungsdetektoren, die vorteilhafterweise in Ionisationskammern bestehen, sollen einen möglichst linearen Zusammenhang zwischen Signalamplitude und lönendosisleistung im empfindlichen Detektorvolumen für den gesamten Intensitätsbereich der zu messenden Elektronenstrahlung aufweisen. Dabei ist besonders die Verwendung flacher Ionisationskammern zu empfehlen, welche z. B. aus elektrisch leitfähigen Elementen des Absorbers aufgebaut werden können. Vorzugsweise wird Luft als Kammergas eingesetzt, wobei die Kammervolumina sämtlicher Strahlungsdetektoren in geeigneter Weise miteinander verbunden sind.The radiation detectors, which advantageously consist in ionization chambers, should have a linear relationship as possible between the signal amplitude and the ion dose rate in the sensitive detector volume for the entire intensity range of the electron radiation to be measured. It is particularly recommended to use flat ionization chambers, which z. B. can be constructed of electrically conductive elements of the absorber. Preferably, air is used as the chamber gas, wherein the chamber volumes of all the radiation detectors are connected to each other in a suitable manner.
Das Signal einer weiteren Gruppe oder Gruppen von Strahlungsdetektoren, welche außerhalb des Einwirkungsbereiches der Elektronenstrahlung im Absorber in Strahlrichtung und demzufolge im Einwirkungsbereich von Bremsstrahlung liegen, diezum Teil bereits vor Eintritt des Elektronenstrahls in die Anordnung in ihm enthalten ist und zum Teil in der Anordnung erst entsteht, kann dazu verwendet werden, ein weiteres oder weitere Signale zu gewinnen, mit dem oder denen das Meßsignal M und das Referenzsignal R hinsichtlich der in ihnen enthaltenen unerwünschten Signalanteile durch Bremsstrahlung vor der Quotientenbildung korrigiert werden könnenThe signal of another group or groups of radiation detectors, which lie outside the range of action of the electron beam in the absorber in the beam direction and consequently in the area of action of Bremsstrahlung, which is partly already included in the device prior to entry of the electron beam and partly arises in the arrangement only , can be used to obtain a further or further signals, with which or the measurement signal M and the reference signal R can be corrected with respect to the unwanted signal components contained in them by Bremsstrahlung before quotient formation
Die Anordnung hat folgende vorteilhafte Eigenschaften und Wirkungen: The arrangement has the following advantageous properties and effects:
— Bei Verwendung von Strahlungsdetektoren mit elektrischen Strömen als Signalen können handelsübliche Strahlungsdosimeter, wie sie bei jedem Elektronenbeschleuniger als Meßzubehör vorhanden sind, zur Signalverarbeitung verwendet werden. Bei Zweikanalausführung des Dosimeters mit der Möglichkeit einer Quotientenbildung (analog oder digital) ist die Signalverarbeitung besonders einfach.- When using radiation detectors with electrical currents as signals commercially available radiation dosimeter, as they are available at each electron accelerator as Meßzubehör, are used for signal processing. With two-channel design of the dosimeter with the possibility of a quotient formation (analog or digital), signal processing is particularly easy.
— Eine kontinuierliche Registrierung und damit Überwachung der wahrscheinlichsten Energie eines Elektronenstrahls bei seiner Nutzung ist möglich. Damit kann auch das beschleunigerinterne Energieregelsystem oder eine Warn- bzw. Abschaltautomatik beim Überschreiten von Toleranzgrenzen der wahrscheinlichsten Energie der Elektronenstrahlung kontrolliert werden.- A continuous registration and thus monitoring of the most probable energy of an electron beam in its use is possible. Thus, the accelerator-internal energy control system or a warning or automatic shutdown when exceeding tolerance limits of the most likely energy of the electron beam can be controlled.
— Die erstmalige wie auch wiederholte Kalibrierungen der Anordnung können mit Hilfe eines Wasserphantoms durch den Elektronenstrahl des betreffenden Elektronenbeschleunigers vorgenommen werden. Teure und zeitaufwendige Kalibrierungen in einem Standardlaboratorium entfallen dadurch.- The initial as well as repeated calibrations of the arrangement can be made by means of a water phantom by the electron beam of the respective electron accelerator. Expensive and time-consuming calibrations in a standard laboratory are thereby eliminated.
— Der Zeitaufwand für periodische Kontrollen beschleunigerinterner Energieeinsteil- und Energieregelsysteme durch die Anordnung ist minimal. Dadurch wird teure Elektronenbeschleunigerzeit eingespart.The time required for periodic inspections of accelerator internal power trim and power control systems by the array is minimal. This saves expensive electron accelerator time.
— Es erfolgt eine Steigerung der Patientensicherheit bezüglich des physikalischen Ergebnisses von Bestrahlungen bei medizinisch genutzten Elektronenbeschleunigern bei Einsatz der Anordnung zur kontinuierlichen oder periodischen Kontrolle des internen Systems zur Einstellung, Stabilisierung und Messung der wahrscheinlichsten Energie der. Elektronenstrahlung.There is an increase in patient safety with regard to the physical result of irradiation in medical electron accelerators using the arrangement for continuous or periodic control of the internal system for setting, stabilizing and measuring the most probable energy of the. Electron beams.
Die Verwendung dieser Anordnung bei industriell genutzten Elektrobeschleunigern kann von Vorteil für die Qualität und/oder die Quantität des Bestrahlungsgutes und/oder für die Effektivität der Bestrahlungsanlage sein, wenn diese Größen von der Einhaltung einer definierten wahrscheinlichsten Energie der Elektronenstrahlung abhängen, vor allem dann, wenn in Abhängigkeit vom Produktionsprozeß diese Energie häufig geändert werden müß.The use of this arrangement in industrial electroaccelerators may be of benefit to the quality and / or quantity of the material to be irradiated and / or to the effectiveness of the irradiation equipment, if these quantities depend on adherence to a defined most probable energy of the electron beam, especially if depending on the production process, this energy often needs to be changed.
Ausführungsbeispielembodiment
Das Wesen der Erfindung soll anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert werden. Es zeigen: *The essence of the invention will be explained with reference to an embodiment shown in the drawings. Show it: *
Fig. 1: Prinzipschema der erfindungsgemäßen Anordnung zur Messung der wahrscheinlichsten Energie gerichteter ElektronenstrahlungFig. 1: Schematic diagram of the arrangement according to the invention for measuring the most probable energy directed electron radiation
Fig. 2: Querschnitt durch eine Anordnung nach Fig. 1 mit Ionisationskammern als Strahlungsdetektoren Fig.3: Querschnitt'durch eine Anordnung nach Fig. 2, eingebaut in den Strahlerkopf eines Elektronenbeschleunigers.2: cross-section through an arrangement according to FIG. 1 with ionization chambers as radiation detectors FIG. 3: Cross section through an arrangement according to FIG. 2, installed in the radiation head of an electron accelerator.
Das in Fig. 1 dargestellte Prinzipschema der erfindungsgemäßen Anordnung weist in einem Absorber 1 in Strahlrichtung χ hintereinanderliegende Strahlungsdetektoren 2 auf, die in drei Gruppen 3,4 und 5 durch signalmäßige Parallelschaltung zusammengefaßt sind. Die Gruppe 3 der Strahlungsdetektoren 2 liegt in dem Einwirkungsbereich der Elektronenstrahlung im Absorber 1, der durch den niedrigen Wert der zu messenden wahrscheinlichsten Energie bestimmt wird. Das Signal dieser Gruppe 3 bildet das Referenzsignal R. Die Gruppe 4der Strahlungsdetektoren 2 befindet sich in dem Bereich des Absorbers 1, der von Elektronen mit der niedrigsten zu messenden wahrscheinlichsten Energie nicht mehr beeinflußt wird, aber in dem Elektronen mit der höchsten zu erfassenden wahrscheinlichsten Energie voll wirksam sind. Das Signal dieser Gruppe 4 führt zu dem Meßsignal M. Die Strahlungsdetektoren der dritten Gruppe 5 liegen in dem Teil des Absorbers 1, in welchem nur Bremsstrahlung wirksam ist, welche in der Elektronenstrahlung bereits vor Eintritt in die Anordnung enthalten ist und/oder im Absorbermaterial durch die Elektronenstrahlung erzeugt wird. Das Signal dieser Gruppe 5 kann zur Korrektur von Meßsignal M und Referenzsignal R verwendet werden, um die in den Strahlungsdetektoren 2 der Gruppen 3 und 4 durch Bremsstrahlung erzeugten unerwünschten Signalanteile einzuschränken.The schematic diagram of the arrangement according to the invention shown in Fig. 1 has in an absorber 1 in the beam direction χ successive radiation detectors 2, which are combined in three groups 3,4 and 5 by signal parallel connection. The group 3 of the radiation detectors 2 is in the range of action of the electron beam in the absorber 1, which is determined by the low value of the most probable energy to be measured. The signal of this group 3 forms the reference signal R. The group 4 of the radiation detectors 2 is located in the region of the absorber 1 which is no longer affected by electrons with the lowest most probable energy to be measured, but in the electron with the highest most likely energy to be detected are fully effective. The signal of this group 4 leads to the measurement signal M. The radiation detectors of the third group 5 are in the part of the absorber 1, in which only bremsstrahlung is effective, which is already included in the electron beam before entering the array and / or in the absorber material the electron radiation is generated. The signal of this group 5 can be used to correct the measurement signal M and reference signal R in order to limit the unwanted signal components generated in the radiation detectors 2 of the groups 3 and 4 by braking radiation.
Als Strahlungsdetektoren 2 eignen sich Ionisationskammern in flacher Ausführung, welche aus Elementen des Absorbers 1 gebildet werden. Der Absorber 1 ist aus Aluminium hergestellt. Fig. 2 zeigt den Querschnitt dieser Anordnung. Die Meßelektroden 8 wie auch die Polarisationsspannungselektroden 9 für die als Strahlungsdetektoren 2 dienenden flachen Ionisationskammern sind aus relativ dickem (2 bzw. 5 mm) Aluminiumelementen des Absorbers 1 hergestellt und ineinander verschachtelt. Dieser Elektrodenanordnung ist untereinander und gegen einen sie umgebenden geerdeten Abschirmmantel 7 aus 1 mm dickem Aluminium durch Isoliermaterial 6 elektrisch getrennt. Fig. 3 zeigt den Einbau der erfindunggemäßen Anordnung zur Messung der wahrscheinlichsten Energie gerichteter Elektronenstrahlung in einem Basiskörper 10 für Elektronen-busse 13, wie er an den Strahlerkopfeines Elektronenbeschleunigers bei Elektronenstrahlbetrieb montiert wird. Die erfindungsgemäße Anordnung bildet einen Rahmen, der den größtmöglichen Querschnitt 11 (quadratisch, bedingt durch die Struktur der verstellbaren Schwermetallblenden für Bremsstrahlungsbetrieb mit denen in den meisten Fällen auch eine Vorausblendung des Elektronenstrahls bei Elektronenstrahlbetrieb erfolgt) des Nutzstrahls umfaßt und von den Elektronen des daran anschließenden Randstrahlbereiches 12 beeinflußt wird.Suitable radiation detectors 2 are ionization chambers in a flat design, which are formed from elements of the absorber 1. The absorber 1 is made of aluminum. Fig. 2 shows the cross section of this arrangement. The measuring electrodes 8 as well as the polarization voltage electrodes 9 for the flat ionization chambers serving as radiation detectors 2 are made of relatively thick (2 or 5 mm) aluminum elements of the absorber 1 and interleaved with each other. This electrode assembly is electrically isolated from each other and against a surrounding grounded shielding shell 7 of 1 mm thick aluminum by insulating material 6. Fig. 3 shows the installation of the arrangement according to the invention for measuring the most probable energy directed electron radiation in a base body 10 for electron buses 13, as it is mounted on the radiator head of an electron accelerator in electron beam operation. The arrangement according to the invention forms a frame which comprises the largest possible cross-section 11 (square, due to the structure of the adjustable heavy metal diaphragms for bremsstrahlung operation with which in most cases also a pre-dazzling of the electron beam in electron beam operation) of the useful beam and of the electrons of the adjoining marginal jet area 12 is affected.
Die Anordnung besteht aus vier identischen erfindungsgemäßen Anordnungen zur Messung der wahrscheinlichsten EnergieThe arrangement consists of four identical arrangements according to the invention for measuring the most probable energy
gerichteter Elektronenstrahlung 14 gemäß Fig. 1 mit einem Querschnitt gemäß Fig. 2 bei einer Länge von 120 mm des aktivendirected electron radiation 14 of FIG. 1 with a cross section of FIG. 2 at a length of 120 mm of the active
Volumens als Strahlungsdetektoren 2 wirkenden Ionisationskammern. Die Gruppen 3 bzw. 4 der vier Anordnungen 14 werdenVolume as radiation detectors 2 acting ionization chambers. The groups 3 and 4, respectively, of the four arrangements 14 become
signalmäßig parallel geschaltet.signal parallel connected.
Eine Abschätzung ergibt folgende Werte für die zu erwartenden Signalströme bei einer Dosisleistung der ElektronenstrahlungAn estimation yields the following values for the expected signal currents at a dose rate of electron radiation
von 1 Gy/min im Maximum ihrer Tiefendosiskurve von Aluminium oder Wasser, bei einer rahmenförmigen Anordnung wieof 1 Gy / min at the maximum of its depth dose curve of aluminum or water, in a frame-shaped arrangement such as
beschrieben:described:
(Operationsverstärker, FET-Eingang) sicher verarbeiten.(Operational amplifier, FET input) process safely.
Wenn eine Querabmessung der erfindungsgemäßen Anordnung zur Messung der wahrscheinlichsten Energie gerichteter Elektronenstrahlung nach Fig. 1 klein ist gegenüber der Abmessung in Strahlrichtung χ für die Bereiche der Gruppen 3 und 4 der Strahlungsdetektoren 2 im Absorber 1, dann ist in sehr guter Näherung der Zusammenhang zwischen der wahrscheinlichsten Energie Epo der in die Anordnung eintretenden gerichteten Elektronenstrahlung und dem relativen Signal Q = M/R linear:If a transverse dimension of the arrangement according to the invention for measuring the most probable energy directed electron radiation according to FIG. 1 is small compared to the dimension in the beam direction χ for the regions of the groups 3 and 4 of the radiation detectors 2 in the absorber 1, then the relationship between the two is very well approximated most likely energy E po of the directed electron beam entering the array and the relative signal Q = M / R linear:
Ερ,ο = mQ + ηΕρ, ο = mQ + η
Dies wurde experimentell ermittelt und folgt auch aus Modellrechnungen unter Verwendung von Tiefendosiskurven von Elektronenstrahlung, wie sie auftreten, wenn der Strahldurchmesser kleiner ist als die Reichweite der Elektronen in dem betreffenden Medium. Diese Eigenschaft ist wesentlich für Kalibrierungen der erfindungsgemäßen Anordnung zur Messung der wahrscheinlichsten Energie gerichteter Elektronenstrahlung, weil dann dafür nur wenige Meßpunkte, d.h. Energiewerte genügen.This has been determined experimentally and also follows from model calculations using electron dose depth dips, as they occur when the beam diameter is smaller than the range of the electrons in the medium concerned. This property is essential for calibrations of the inventive arrangement for measuring the most probable energy directed electron radiation, because then only a few measurement points, i. Energy values are sufficient.
Im allgemeinen Fall ist die Charakteristik Ep0 = f(Q) der erfindungsgemäßen Anordnung zur Messung der wahrscheinlichsten Energie Ep,0 gerichteter Elektronenstrahlung schwach nichtlinear, und die Steilheit dQ/dE der Charakteristik wächst mit der Energie^In the general case the characteristic E p0 = f (Q) of the arrangement according to the invention for measuring the most probable energy E p , 0 of directed electron radiation is weakly nonlinear, and the steepness dQ / dE of the characteristic increases with the energy.
Die Anordnung gemäß Fig.2 ist unabhängig von Druck und Temperatur der sie umgebenden Luft, weil beide Gruppen 3 und 4 der Ionisationskammern mit ihren Kammervolumina druckmäßig verbunden sind und Aluminium als Material für die Anordnung wegen seiner sehr guten Wärmeleitfähigkeit keinen Temperaturgradienten der Kammerwände unter normalen Bedingungen entstehen läßt. Bei Änderungen von Druck und/oder Temperatur der Umgebung der Anordnung werden Referenzsignal R und Meßsignal Mum den gleichen Faktor geändert, so daß sich dieser bei der Bildung des Quotienten Q heraushebt.The arrangement of Figure 2 is independent of pressure and temperature of the surrounding air, because both groups 3 and 4 of the ionization chambers are pressure moderately connected with their chamber volumes and aluminum as material for the arrangement because of its very good thermal conductivity no temperature gradient of the chamber walls under normal conditions arise. With changes in pressure and / or temperature of the environment of the arrangement reference signal R and measurement signal Mum are changed by the same factor, so that this stands out in the formation of the quotient Q.
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