DE1953135A1

DE1953135A1 - Ausblendvorrichtung fuer Bestrahlungsgeraet

Info

Publication number: DE1953135A1
Application number: DE19691953135
Authority: DE
Inventors: Rene Eymery
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1968-10-23
Filing date: 1969-10-22
Publication date: 1971-02-04
Also published as: IL33138A0; CH513494A; US3710119A; FR1589876A; GB1238565A; BE739299A; IL33138A; DE1953135B2; ES372742A1

Description

DR. HANS ULRICH MAY D 8 MÖNCHEN 2, OTTOSTRASSEIa TELEGRAMME: MAYPATENT MÖNCHEN TELEFON COS11D 593682

B. 2953.3 PQ

CP 313/787 München, 22. Oktober 1969

Dr.M./mj

Commissariat a\ l*Energie Atomique in Paris/Prankreich

Ausblendvorrichtung für Bestrahlungsgerät

Die Erfindung betrifft eine Ausblendvorrichtung für eine Apparatur zur Bestrahlung von Gegenständen oder Paketen, die vor einer radioaktiven Strahlungsquelle vorbeilaufen, und ermöglicht, eine bessere Homogenität der von diesen Paketen an jedem .Punkt derselben empfangenen Dosen zu erreichen.

Es sind bereits verschiedene Verfahren oder besondere Vorrichtungen bekannt, um die Verteilung und Homogenität der Strahlungsdosen zu verbessern, welche das Innere von zu bestrahlenden Paketen erreichen sollen. Man kann dazu die Anzahl der Durchgänge der Pakete einerseits und der im allgemeinen in Form einer senkrecht angeordneten und in geeigneter Verteilung eine Reihe von radioaktiven Elementen enthaltenden Platte ausgebildeten radioaktiven Quelle andererseits mittels einer Fördervorrichtung erhöhen, velche diese Pakete parallel zu den Flächen der Quelle in mehr&ren Durchgängen mit einem von einem Durchgang zum anderen veränderten Abstand von der Quelle an dieser vorbeiführt.

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Durch ein solches Verfahren kann man insbesondere die Heterogenität der in Querrichtung, senkrecht zur Ebene der Quelle empfangenen Dosen abschwächen; jedoch ist diese Verbesserung begrenzt, da die homogensten Dosen, die bei den in der größten Entfernung von der Quelle erfolgenden Durchgängen aufgenommen werden, auch die schwächsten sind und nur zum kleinen Teil die Hauptheterogenität ausgleichen können, die sich aus in der Nähe der Quelle erfolgten Durchgängen ergibt. wenn man die ersten Durchgänge zur Verbesserung der Homogenität in größerem Abstand durchführt, nimmt die Leistung der Anlage rasch ab, sodaß eine solche Ver- W besserung nur begrenztes Interesse hat. In jedem Fall versucht man, die Picke der Pakete für eine bestimmte Dichte der sie bildenden Materialien zu verringern, um die Homogenität in der Querrichtung zu verbessern.

Um im übrigen die von diesen gleichen Paketen ±xi der senkrechten

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Richtung empfangene Dosis gleichmäßiger/gestalten, läßt man die Pakete auch in verschiedenen Höhen vor der Quelle vorbeilaufen, vobei die Pakete vorteilhafterveise solche Abmessungen besitzen sollen, daß sie über den scheinbaren Umriß der Quelle erheblich

' überstehen. Schließlich besteht ein anderes Verfahren darin, in der Ebene der Quelle die beste Verteilung der radioaktiven Elemente zu bestimmen, um die abgegebenen Dosen gleichmäßig zu gestalten; insbesondere kann man die Quelle so ausbilden, daß sie nach oben und unten Über die zu behandelnden Pakete hinausreicht, vobei die Quelle in diesem Fall in ihrem Mittelbereich eine Zone mit einem geringeren Anteil an radioaktiven Elementen besitzt, In allen diesen Fällen ist jedoch die Homogenität der empfangenen Dosen nicht völlig befriedigend, vorallem wenn die Pakete eine erhebliche Dicke besitzen.

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Die Erfindung bezweckt die Behebung dieser Nachteile mittels einer Ausblendvorrichtung, die in der Nähe der Quelle angeordnet werden kann, um die in bestimmten Richtungen ausgesandten Strahlungen zu begrenzen, diesen gleichen Strahlungen jedoch einen freien Durchtritt in anderen Richtungen zu lassen, sodaß die von einem beliebigen Punkt eines zu bestrahlenden Pakets empfangene Dosis, die von dem Raumvinkel definiert ist» unter dem die Quelle und insbesondere die insgesamt diese bildenden radioaktiven Elemente von diesen Punkt gesehen werden, sowohl in der Querrichtung vie in der senkrechten Richtung im wesentlichen gleichmäßig ist, wobei die Vorrichtung außerdem im gewissen Ausmaß eine Korrektur der Auswirkungen der Heterogenität der Quelle selbst ermöglicht.

Durch die Erfindung soll ferner ein einfaches Gerät geschaffen werden, das leicht angebracht, bzw. eingesetzt werden kann und in keiner v/eise den Aufbau der Quelle selbst und insbesondere die Verteilung der radioaktiven Elemente in der Quelle beeinflußt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Ausblendvorrichtung, die insbesondere für eine im ganzen eben ausgebildete radioaktive Quelle verwendbar ist,- die aus einem Quellenhalterahmen besteht, in dem die radioaktiven Elemente in Form zylindrischer Stäbe oder von Punktquellen verteilt sind» wobei die erfindungsgemäße Vorrichtung sich dadurch auszeichnet, daß sie eine durchbrochene Maske besitzt, die parallel vor mindestens einer Seite der Quelle und in deren Nähe angeordnet ist und eine Reihe von Abschirmungen aus absorbierendem Material besitzt, die in Richtung der vor der Quelle vorbeilaufenden zu bestrahlenden Pakete vorspringen und einen in Richtung von der Quelle zu den Paketen abnehmenden Querschnitt besitzen.

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1953135 . Vorzugsweise besitzt die Maske Abschirmungen vor beiden parallelen Flächen des Quellenhalterahmens·

Infolge dieser Maßnahmen befinden sich die Abschirmungen der Maske zwischen den radioaktiven Elementen der Quelle einerseits und bestimmten Punkten des zu bestrahlenden Pakets andererseits. Insbesondere befinden sich diese radioaktiven Elemente infolge der Anwesenheit der Abschirmungen nur mehr teilweise in direkter Blickrichtung der nächstliegenden Seite des betrachteten Pakets, während die gleichen Elemente von in der Mitte dieser Pakete oder noch weiter von der Ebene der Quelle entfernten Punkten direkt gesehen werden können, Unter diesen Bedingungen wird die Ungleichheit zwischen den von diesen verschiedenen Funkten empfangenen Dosen, insbesondere zwischen den Punkten der der Quelle zunächst und parallel zu dieser liegenden Seite des Pakets und den in einem anderen Bereich gelegenen Punkten_/ erheblich

verringert. Die zuvor tiberdosierten Teile des Pakets enthalten nunmehr geeignet und insbesondere stärker verringerte Dosen als die Teile des gleichen Pakets, die zuvor in Abwesenheit der Ausblendmaske geringere Gesamtdosen erhalten hatten. Daraus ) und um den Preis einer geringen Verringerung der Leistung der Gesamtapparatur erhält man eine wesentliche Verbesserung der Homogenität der abgegebenen Strahlungsdosen, wobei diese verbesserung umso spürbarer ist, je näher sich die Pakete an der Ebene der Quelle befinden.

Vorteilhafterweise und im Fall, daß die Quelle eine Mehrzahl von radioaktiven Elementen in Form von parallelen, in dem senkrecht gestellten Quellenhalterahmen angebrachten zylindrischen Stäben aufweist ι bestehen die Abschirmungen aus Metallprismen mit dreieckiger Basis, die parallel zu den Stäben laufen und deren eine

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blendvorrichtung £ϋτ eine Bestrahlungsapparatur für vor einer radioaktiven Quelle vorbeigeführte Pakete; die Figuren 3 und 4 prinzip - Bilder zur Erläuterung der Vorteile der erfindungsgemäßen Ausblendvorrichtung zur Angleichung der von den verschiedenen Punkten eines beliebigen Pakets in der Querrichtung bzw. der senkrechten Richtung empfangenen Strahlungsdosen;

Fig. 5 eine Abwandlung der Ausführungsform der Figuren 1 und 2, welche die Begrenzung der von einer eigenen Heterogenität der Quelle herrührenden Wirkungen ermöglicht; die Figuren 6, 7 und β einen Schnitt bzv. Draufsichten anderer abgewandelter Ausführungsformen der erfindungsgemäBen Ausblendvorrichtung t die besonders für den- Fall eingerichtet sind, daß die Quelle eine Reihe von punktförmigen radioaktiven Elementen enthält.

In den Figuren 1 und 2 ist mit 1 eine radioaktive Quelle bezeichnet die in diesem Ausführungsbeispiel aus zylindrischen Stäben 2 geeigneter radioaktiver Elemente besteht, die parallel zueinander in geeigneten Abständen angeordnet und waagerecht in einem Quellenhalterahmen 3 befestigt sind, sodaB die Quelle unter diesen Bedingungen die Form einer ebenen senkrecht gestellten Platte besitzt.

Erfindungsgemäfl wirkt die Quelle 1 mit einer Ausblendvorrichtung zusammen, welche die Quelle teilweise abdecken soll und aus 2 parallel zu den beiden Seiten des Rahmens 3 und in deren Nähe angeordneten Masken 4 bestäit. Diese Masken Können unabhängig voneinander oder an ihren Enden verbunden sein, sodaß sie in diesem Fall eine Art enger Hülse bilden, in die die Quelle 1

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leicht eingeschoben werden kann. Jede der Masken besitzt einen Halter 5 für eine Reihe von Abschirmungen 6, die in Form von Metallprismen mit dreieckiger Grundfläche ausgebildet und im Halter parallel zu einander und auch parallel zu den zylindrischen Stäben 2 in regelmäßigen Abständen von einander so angebracht sind, daß sie sich in Zwischenhöhen bezüglich der von den Stäben 2 im

Quellenhalterahmen 3 eingenommenen Höhen befinden. In den Figuren

zu 1 und 2 ist ferner ein /bestrahlendes Paket 7 gezeigt, daß von ein^i (nicht gezeigten) Fördervorrichtung getragen wird, durch die das Paket in einer Anzahl von Durchgängen vor der einen und anderen Seite der mit ihren Masken 4 versehenen Quelle 1 vorbeigeführt werden kann.

Die Figuren 3 und 4 ermöglichen eine bessere Erklärung der Art Wie sich im Fall einer radioaktiven Quelle und von Ausblenüm- - -gemäß den Anordnungen der Figuren 1 und 2 die empfangenen Dosen im Paket 7 und insbesondere an entweder in Querrichtung (Fall der Fig. 3) oder in senkrechter Richtung (Fall der Fig.4) von einander entfernten Punkten desselben verteilen. Zur Vereinfachung der Zeichnung erscheinen in diesen Figuren im Schnitt nur drei, zylindrische Stäbe 2a, 2b, 2c und zwei, prismatische Abstahirmungen 6a und 6b, die zwischen der Quelle und dem Paket angeordnet sind.

Wenn man nun zwei in einem bestimmten Querabstand von einander befindliche beliebige Punkte A und· 6 des Pakets 7 betrachtet, zeigt sich, daß die von diesen Punkten empfangenen Dosen, die von dem Raumwinkel bestimmt sind, unter dem die Gesamtheit der Stäbe der Quelle von diesen Punkten her gesehen wird, bei A und 8 verschieden sind. Für den näher an der Quelle gelegenen Punkt A stellt man fest, daß von hier aus der gesamte Stab 2a und wegen

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der Anwesenheit der beiden Abschirmungen 6a und 6b ungefähr jcvei Drittel des Stabes 2b und nur ein sehr geringer Teil des Stabes 2c sichtbar sind. Ebenso sieht man vom Punkt B ungefähr drei Viertel des Stabes 2a, den gesamten Stab 2b und etwa ssvei Drittel des Stabes 2c, d.h. insgesamt ein größeres Volumen der Quelle als vom Punkt A, jedoch bei einem größeren Abstand von der Quelle.

Man entnimmt daraus, daß die Punkte.A und B des Pakets nicht gleichmäßigen Bestrahlungsdosen ausgesetzt sind, und daß diese Dosen insbesondere von der Form der Quelle vorgeschalteten Abschirmungen insbesondere vom Winkel <& an der Basis dieser Prismen abhängen. In übrigen ist in Fig. 1 gestrichelt gezeigt, daß von einem an der Quelle nächstliegenden Seite des Pakets befindlichen Punkt her eine geringere Zahl von Stäben sichtbar ist als von einem anderen, veiter entferntim Paket liegenden Punkt.

Durch geeignete Wahl von einerseits dem Abstand, in dem das Paket bezüglich der Quelle angeordnet ist, und andererseits der Form der Abschirmungen der entsprechenden Ausblendmaske kann nan daher die von jedem Punkt des Pakets empfangene gesamte Dosis, die vom Raumwinkel abhängt, homogener machen. Die prismatischen Abschirmungen nüssen daher die radioaktiven Element in wesentlichen für die der Quelle nächstliegenden Punkte des Pakets abschirmen, vährend die gleichen Prismen sich nur sehr venig avischen diese Elemente und den Mittelpunkt des Pakets und noch veniger zvischen diese Elemente und jenseits des Mittelpunkts gelegene Punkte schieben dürfen.

Mit Bezug auf Fig. 4 ist ersichtlich, daß die erfindungsgemäße Ausblendvorrichtung auch eine verbesserung der Homogenität der

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an verschiedenen, in senicrechter Richtung von einander entfernten Punkten von einem vor der Quelle vorbeilaufenden Paket empfangen werden. Von den beiden beliebigen, von einander getrennten» jedoch auf der gleichen senkrechten Mantellinie, beispielsweise der der radioaktiven Quelle nächstliegenden Seite des Pakets gelegenen Punkten C und D sind die radioaktiven Elemente 2a, 2b und 2c nicht in gleicher Weise sichtbar, da jeder Punkt direkt nur die-Strahlungen einer begrenzten Zahl von Elementen empfängt» die entweder gerade vor diesem Punkt liegen oder unter einem Raumwinkel, der von diesem Punkt ausgeht und von dem Ausblend-Winkel abhängt, aufgenommenierden. Im allgemeinen und im Fall einer aus linearen Elementen, wie die parallelen, waagerechten, zylindrischen Stäbe der Ausführungsform der Figuren 1 und 2, bestehenden radioaktiven Quelle wird die von einem beliebigen Punkt einer senkrechten Hantellinie in der Nähe der Quelle empfangene Bestrahlungsintensität nur von den in einem waagerechten Band gelegenen radioaktiven Elementen bestimmt. .Let»teres muß jedoch genügend groß sein, um im wesentlichen einen Ausgleich der Bestrahlungsintensitäten im Inneren dieses Bandes zur ermöglichen, wobei im übrigen die eigene Heterogenität der Quelle su berücksichtigen ist, die darauf beruht, daß im Rahmen 3 die radioaktiven Stäbe 2 voneinander einen bestimmten Abstand haben. Außerdem ist vielleicht im Inneren jeden Stabes die Verteilung der Radioelemente nicht vollkommen homogen. Die Sander müssen dennoch genügend gerade sein, um das Überstehen der radioaktiven Quelle Insbesondere in de» Fall zu begrenzen _t wo das Paket nur ein einziges mal vor dieser vorbeigeführt wird.

Um den oben genannten Nachteil zu beheben, der sich aus der Eigenheterogenität der Quelle ergibt, die aus einer Anordnung

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von radioaktiven Einzelelementen besteht, die infolgedessen von zwei, einen senkrechten Abstand von einander besitzenden Punkten des Pakets nicht unbedingt in gleicher Zahl sichtbar sind, kann man vorteilhafterweise den Aufbau der Maske 4 abwandeln, jjcudem man den Abschirmungen 6 in ihren Haltern 5 ein gegenüber der Waagerechten schwach geneigte Richtung gibt (Pig. 5)» wobei die Stäbe 2 parallel zu den diese Abschirmungen bildenden Prismen bleiben. Dagegen behält das Paket 7 seine eigene Ausrichtung und insbesondere die Richtung seiner Vorbeiführung vor dem Ausblendmasken bei,die mit dem pfeil 8 bezeichnet und in diesem Fall waagerecht ist.

Selbstverständlich könnte man in Abwandlung die Abschirmungen und radioaktiven Stäbe waagerecht halten und die Pakete mit einem bestimmten Winkel zur Waagerechten vorbeiführen oder auch für die Abschirmungen einerseits und die Richtung der Vorbeif hrung andererseits zwei verschiedene Neigungen wählen·

um ta jedem Fall und unabhängig/der gewählten Ausführungsform sind die folgenden Ergebnisse erreichbarι für ein Paket mit den Abmessungen 20 cm Höhe» 30 cm Dicke und 50 cm Länge und einer Dichte von 1 g/cm » das in zwei Durchgängen auf der einen und anderen Seite einer senkrecht angeordneten Quelle in einem Ab* stand von 40 cm davon vorbeigeführt wird, findet man, daß; die Gesamtheterogenitat der empfangenen Dosis, das Verhältnis der von einem beliebigen Punkt des Pakets empfangenen Höchst- und Mindestdosis· das im wesentlichen gleich dem Produkt der Teilneterogenitäten in der Querrichtung, senkrechten und Längsrichtung ist, mit R m 1,40 bestimmt werden kann* Mit einer Ausblendvorrichtung wie oben beschrieben, wird die Gesamtheterogenita't der Dosis unter den gleichen Bedingungen von 1,40 auf 1,20 gebracht,

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vobel die Leistung der Anlage sich um nicht mehr als 1OX verringert·

Pie Figuren 7-8 erläutern eine andere Ausführungsform der erfindungsgeinäßen Ausblendvorrichtung, bei der die in einem Quellenhalterahmen 11 angebrachten radioaktiven Elemente 10 punktförmig sind und insbesondere die Form von Kügelchen mit geringem Durchmesser besitzen, die in einem regelmäßigen Netzwerk mit quadratischem Raster verteilt sind. Bei dieser Abwandlung versieht man den Quellenhalterahmen in der Nähe seiner Β&ΐύ^ rechten ebenen Seitenflächen auf beiden Seiten mit Hasken 12, die so ausgebildet sind,daß sie eine doppelte Ausblendung, när ^ gleichzeitig in der senkrechten und vaagerechten Richtung, wirken, zu diesem Zweck besteht jede dieser Hasken aus eint. Gitter 13 mit einer Reihe von Öffnungen 14 gege übner den r'^tförmigen radioaktiven Elementen der Quelle und Vertiefungen 15, velche diese Öffnungen nach außen hin verlängern und sich allmählich erweitern, um die Strahlungen austreten zu lassen. Im Beispiel der Fig. 7 besitzen die Vertiefungen 15 die Form ab* geschnittener Pyramiden» während bei dem Beispiel der Fig. 8 die Vertiefungen die Form von ebenfalls abgeschnittenen Kegeln haben. Im übrigen bleibt die Wirkungsweise der Masken entsprechend der beim beschriebenen ersten Beispiel*

Unabhängig von der gewählten Ausführungsform gelangt man durch eine sorgfältige Festlegung d r verschiedenen Parameter der Masken (Ausblendwinkel, Art des Maskenwerkstoffa, Abstand von der Quelle usw.) zu einer wesentlichen Vereinheitlichung der von den ve"¹ ier Quelle vorbeigeführten Paketen empfangenen Strahlungen» ohne daß dabei die Gesamt ausbeute übermäßig begrenzt wurde. In einer technischen Bestrahlungsanlage hat eine solche erf indungsgemäße

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Vorrichtung mehrere Vorzüge ι insbesondere kann man durch Verwendung von Ausblendmasken eine gleiche Homogenität der Dosen in Paketen gleicher Abmessungen» jedoch anderer scheinbarer Dichte erreichen. Diese Wirkung kann insbesondere au einer Leistungssteigerung der Anlage führen» da die Dichtesteigerung die aus der Zwischenschaltung der Masken folgende Verringerung der Ausbeute bei weitem ausgleicht. Man kann daher die Leistung und den Gebrauchswert einer bestehenden Anlage wesentlich erhöhen» indem der Bereich der Dichten der zu behandelnden Produkte erhöht wird.

Die betrachtete Vorrichtung ermöglicht auch die Herstellung von. Anlagen zur Bestrahlung von Paketeinheiten mit einer größeren Dicke als in den Üblichen Anlagen ohne Gefahr wesentlicher Hetero» genitäten der empfangenen Dosen, was ebenfalls zu einer Leistungserhöhung der Anlage für eine bestimmte Zahl von Durchgängen führt·

Die Erfindung ist nicht auf die mp als Beispiele beschriebenen und dargestellten Ausführungsformen beschränkt sondern^ umfaßt auch alle Abwandlungen und kann insbesondere; zur Bestrahlung von flüssigen Stoffen dienen*

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Claims

Patentansprüche

1 · Ausblendvorrichtung für eine Bestrahlungsapparatur, die insbesondere eine im ganzen ebene radioaktive Quelle enthält« die aus einem Quellenhalterahmen mit darin verteilten radioaktiven Elementen besteht, dadurch gekennzeichnet^ daß die Vorrichtung eine durchbrochene, parallel und nahe vor mindestens eine Seite der Quelle gesetzte Maske besitzt, die eine Reihe von Abschirmungen aus absorbierendem Material besitzt, die in Richtung der vor der Quelle vorbeilaufehden zu bestrahlenden Pakete vorspringen und einen in Richtung von der Quelle zu den Paketen abnehmenden Querschnitt besitzen.
2. Ausblendvorrichtung nach "Anspruch i_y dadurch gekennzeichnet, daß die Maske Abschirmungen besitzt, die sich vor den beiden parallelen Seiten des Quellehalterahmens erstrecken.
3* Ausblendvorrichtung nach Anspruch 1 mit einer Mehrzahl von radioaktiven Elementen in Form von parallelen, zylindrischen, in dem senkrecht gestelltenQuellehalterahmen angebrachten Stäben, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmungen aus Metallprismen mit dreieckiger Basis bestehen, die parallel zu den Stäben verlaufen und deren eine Seite/Fläche parallel zur Ebene der Quelle angeordnet ist und die auf Höhen verteilt sind, die zwischen den Höhen der Stäbe liegen.
4. Ausblendvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 mit in einem regelmäßigen Raster verteilten punktförmigen radioaktiven Elementen, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmungen aus einem Gitter bestehen, dessen Löcher sich vor-jedem der punktförmigen Elemente befinden und durch Vertiefungen verlängert sind, die sich

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nach außen hin erweitern und einen Innenraum in Form einer abgeschnittenen Pyramide oder eines Kegelstumpfes besitzen·
5. Ausblendvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 3,dadurch gekennzeichnet.daß die Abschirmungen in der Maske und die radioaktiven Elemente in der Quelle in "einer Richtung ausgerichtet sind» die eine bestimmte Neigung zu der Richtung des Vorbeilaufs der Pakets vor der Quelle besitzt.

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