DE202007019712U1

DE202007019712U1 - Bestrahlungsvorrichtung

Info

Publication number: DE202007019712U1
Application number: DE202007019712.8U
Authority: DE
Original assignee: Tsinghua University; Nuctech Co Ltd
Current assignee: Tsinghua University; Nuctech Co Ltd
Priority date: 2006-07-17
Filing date: 2007-07-16
Publication date: 2016-05-18
Anticipated expiration: 2017-07-17
Also published as: DE102007033052A1; US20080067406A1; DE102007033052B4; US7696488B2

Abstract

Bestrahlungsvorrichtung, umfassend: einen Elektronenbeschleuniger (1); einen mit dem Elektronenbeschleuniger (1) verbundenen Abtastkasten (4) und einen Abtastmagneten (3) zum Steuern/Regeln der durch den Elektronenbeschleuniger (1) erzeugten Elektronenstrahlen, wobei der Abtastkasten (4) sowohl mit einem Ziel (7) als auch mit einem Elektronenstrahl-Austrittsfenster (10) ausgestattet ist, sodass dann, wenn der Abtastmagnet (3) nicht in Betrieb ist, die Elektronenstrahlen auf das Ziel (7) treffen und auszugebende Röntgenstrahlen erzeugt werden, und dass dann, wenn der Abtastmagnet (3) in Betrieb ist, die abgetasteten Elektronenstrahlen über das Elektronenstrahl-Austrittsfenster (10) ausgegeben werden.

Description

Die Erfindung betrifft allgemein eine Bestrahlungsvorrichtung auf dem Gebiet der Strahlungsbearbeitung.
Strahlungsbearbeitung wird derzeit dafür verwendet, makromolekulare Materialien herzustellen, Lebensmittel frisch zu halten, medizinische Produkte und Medikamente zu sterilisieren, Produkte vor Verunreinigung zu schützen, Kristalle und Perlen zu färben und Umweltverunreinigungen zu behandeln, und zwar mittels Hochenergie-Elektronenstrahlen, Röntgenstrahlen, die durch Auftreffen eines Elektronstrahls auf ein Zielobjekt erzeugt werden, oder durch ein Radionuklid abgestrahlter Gamma-Strahlung. Die Strahlungsbearbeitung findet als ökonomisches, energiesparendes, Arbeitskraft-sparendes und ungefährliches neues Bearbeitungsverfahren breite Anwendung in verschiedenen Gebieten, wie etwa Landwirtschaft, Industrie und Medizin, und erlangt zunehmende Bedeutung.
Im Allgemeinen werden Hochenergie-Elektronenstrahlen durch Beschleuniger erzeugt, wie etwa Linearbeschleuniger mit bewegten oder stehenden Wellen und DC-Hochspannungsbeschleuniger, welche ferner Stationärbeschleuniger, Beschleuniger vom Transformatortyp mit Isolierkern, Elektronenvorhangbeschleuniger, Hochfrequenz- und Hochspannungsbeschleuniger usw. umfassen. Wie in 1 gezeigt ist, umfasst eine Elektronstrahlen ausgebende Bestrahlungsvorrichtung einen Elektronenlinearbeschleuniger 1, einen Abtastmagneten 3, welcher über einen Flansch 2 an dem Elektronenlinearbeschleuniger 1 angebracht ist, sowie einen Abtastkasten 4 von dreieckiger Form. Der Abtastkasten 4 ist ausgestattet mit einem Elektronenstrahl-Austrittsfenster 10 in genau der Richtung der Elektronenstrahlausgabe von dem Elektronenlinearbeschleuniger sowie einer Kühlfluidschleife 9 am Boden des Abtastkastens 4 zum Kühlen des Elektronstrahl-Austrittsfensters 10. Die Kühlfluidschleife 9 ist extern über einen Einlass 8 und einen Auslass 12 mit einem Kühlfluidsystem verbunden. Im Betrieb tastet der Abtastmagnet 3 im bidirektionalen Modus ab, d. h. ein positiver Strom und ein negativer Abtaststrom werden jeweils für die Hälfte einer Abtastperiode an den Abtastmagneten 3 angelegt. Die in dieser Weise konfigurierte Bestrahlungsvorrichtung lenkt typischerweise Elektronenstrahlen 5 durch den Abtastkasten 4 und führt dann die Strahlungsbehandlung aus. Wenngleich Strahlungsbehandlung mit Elektronenstrahlen die Vorteile von großer Leistung, hoher Effizienz, exzellenter Sicherheit usw. aufweist, so kann sie aufgrund der geringen Bearbeitungstiefe der Elektronenstrahlen jedoch nur für kleine oder dünne Objekte verwendet werden. Sie ist nicht für die Bearbeitung großer Objekte geeignet, welche nicht in kleinere Objekte geteilt werden können, wie etwa von Schädlingen zu befreiende Holzstücke. Ferner müssen die Abtastkästen der herkömmlichen Bestrahlungsvorrichtungen vom Typ mit Elektronenstrahl-Austrittsfenster Abtastmagneten mit guter Stabilität aufweisen. Wenn der Betrieb des Abtastmagneten 3 gestört ist, und sei es auch für eine sehr kurze Zeit, so würden die Elektronenstrahlen 5 das Elektronenstrahl-Austrittsfenster 10 stark beschädigen und würden sogar das gesamte System einschließlich des Elektronenlinearbeschleunigers 1 und des Abtastkastens 4 beschädigen.
Daher wird zur Bestrahlung von großen Objekten, welche sich nicht in kleinere auftrennen lassen, typischerweise eine Bestrahlungsvorrichtung eingesetzt, welche Röntgenstrahlen ausgibt. Wie in 2 gezeigt ist, umfasst eine solche Röntgenstrahlen ausgebende Bestrahlungsvorrichtung einen Elektronenlinearbeschleuniger 1, einen Verstellabschnitt 13, der über einen Flansch 2 an dem Elektronenlinearbeschleuniger 1 angebracht ist, ein in einem Zentrum der ausgegebenen Strahlen angebrachtes Ziel 7 sowie eine Kühlfluidschleife 9 am Boden des Verstellabschnitts 13 zum Kühlen des Ziels 7. Die Kühlfluidschleife 9 ist über einen Einlass 8 und einen Auslass 12 extern mit einem Kühlfluidsystem verbunden. Die Strahlungsbearbeitung wird unter Verwendung von Röntgenstrahlen ausgeführt, die durch das Ziel erzeugt werden, welches von den von dem Elektronenlinearbeschleuniger 1 herrührenden Elektronenstrahlen getroffen wird. Röntgenstrahlen können tief eindringen und somit eine Strahlungsbehandlung an größeren Objekten ausführen. Ihre Effektivität ist jedoch niedriger als die von Elektronenstrahlen, da Röntgenstrahlen Umwandlungsprodukte von auf das Ziel auftreffenden Elektronenstrahlen sind.
In den herkömmlichen Beschleunigerbestrahlungsvorrichtungen wird die Strahlung entweder durch Elektronenstrahlen oder durch Röntgenstrahlen, die durch ein durch Elektronstrahlen getroffenes Ziel erzeugt werden, erzeugt. Die Objekte, die dafür geeignet sind, durch diese Vorrichtungen bestrahlt zu werden, sind begrenzt.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die oben beschriebenen Nachteile des Standes der Technik zu überwinden, indem eine Bestrahlungsvorrichtung bereitgestellt wird, welche in der Lage ist, zwei Strahlenquellen, nämlich sowohl Elektronenstrahlen als auch Röntgenstrahlen, auszugeben.
Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die vorliegende Erfindung eine Bestrahlungsvorrichtung bereit, umfassend: einen Elektronenbeschleuniger; einen mit dem Elektronenbeschleuniger verbundenen Abtastkasten und einen Abtastmagneten zum Steuern/Regeln der durch den Elektronenbeschleuniger erzeugten Elektronenstrahlen, wobei der Abtastkasten sowohl mit einem Ziel als auch mit einem Elektronenstrahl-Austrittsfenster ausgestattet ist, sodass dann, wenn der Abtastmagnet nicht in Betrieb ist, die Elektronenstrahlen auf das Ziel treffen und auszugebende Röntgenstrahlen erzeugt werden, und dass dann, wenn der Abtastmagnet in Betrieb ist, die abgetasteten Elektronenstrahlen über das Elektronenstrahl-Austrittsfenster ausgegeben werden.
Vorzugsweise ist das Ziel genau in einer Richtung der durch den Elektronenbeschleuniger erzeugten Elektronenstrahlen positioniert.
Vorzugsweise ist das Elektronenstrahl-Austrittsfenster auf einer linken oder einer rechten Seite des Ziels positioniert.
Vorzugsweise ist das Ziel auf einer inneren Seite des Elektronenstrahl-Austrittsfensters positioniert, sodass eine Struktur mit innerem Ziel gebildet ist.
Vorzugsweise ist der Abtastkasten ferner mit einer Kühlfluidschleife zum Kühlen des Ziels und des Elektronenstrahl-Austrittsfensters ausgestattet.
Vorzugsweise wird dann, wenn der Abtastmagnet in Betrieb ist, das Zentrum der abgetasteten Elektronenstrahlen in Bezug auf die Richtung der durch den Elektronenbeschleuniger erzeugten Elektronenstrahlen durch Steuerung/Regelung eines dem Abtastmagneten zugeführten Abtaststroms abgelenkt.
Die Bestrahlungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung, welche in der Lage ist, sowohl Elektronenstrahlen als auch Röntgenstrahlen auszugeben, weist viele Vorteile auf. Die Konfiguration umfassend einen Elektronenbeschleuniger, einen Abtastkasten, ein Ziel und ein Elektronenstrahl-Austrittsfenster gemäß der Erfindung integriert die Funktionen sowohl der vorhandenen Bestrahlungsvorrichtung, welche Elektronenstrahlen ausgibt, als auch der, welche Röntgenstrahlen ausgibt. Wenn der Abtastmagnet in Betrieb ist, so gibt die Bestrahlungsvorrichtung Elektronenstrahlen aus, während dann, wenn der Abtastmagnet nicht in Betrieb ist, die Bestrahlungsvorrichtung Röntgenstrahlen ausgibt. Dementsprechend ist die Vorrichtung der Erfindung in der Lage, zwei Strahlenquellen aus Elektronenstrahlen und Röntgenstrahlen auszugeben, um so die Bedürfnisse zur Strahlungsbearbeitung von Objekten unterschiedlicher Größen zu erfüllen. Mit einer solchen Vorrichtung werden eine Vielzahl weiterer Anwendungen mit im Wesentlichen keinen zusätzlichen Kosten unterstützt. Auf der anderen Seite werden selbst dann, wenn die Ablenkung der Elektronenstrahlen durch den Abtastmagneten gestört ist, d. h. der Abtastmagnet nicht arbeitet, die Elektronenstrahlen so weiterlaufen, dass sie das Ziel treffen, um Röntgenstrahlen zu erzeugen, ohne dass es zu irgendeiner Beschädigung des Elektronenstrahl-Austrittsfensters kommt. Die Sicherheit des Systems wird verbessert, was zu einer Erhöhung der Lebensdauer und der Effizienz der Bestrahlungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung beiträgt.
Die vorstehenden und/oder weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden durch die folgende Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen verdeutlicht, wobei gleiche Bezugszeichen zur Bezeichnung gleicher Elemente verwendet werden und wobei:
1 eine schematische Ansicht einer existierenden Bestrahlungsvorrichtung ist, welche Elektronenstrahlen ausgibt;
2 eine schematische Ansicht einer existierenden Bestrahlungsvorrichtung ist, welche Röntgenstrahlen ausgibt;
3 eine schematische Ansicht einer Bestrahlungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist, welche in der Lage ist, sowohl Elektronenstrahlen als auch Röntgenstrahlen auszugeben; und
4 eine schematische Ansicht einer Bestrahlungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist, welche in der Lage ist, sowohl Elektronenstrahlen als auch Röntgenstrahlen auszugeben.
Unter Bezugnahme auf 3 umfasst eine Bestrahlungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welche in der Lage ist, sowohl Elektronenstrahlen als auch Röntgenstrahlen auszugeben, einen Elektronenlinearbeschleuniger 1, einen Abtastkasten 4, der über einen Flansch 2 an dem Elektronenlinearbeschleuniger 1 angebracht ist, und einen Abtastmagneten 3, der an einer Position angebracht ist, an welcher der Abtastkasten 4 mit dem Elektronenlinearbeschleuniger 1 verbunden ist. Der Abtastkasten 4 ist mit einem Ziel 7, hergestellt aus Schwermetallmaterialien, wie etwa Wolfram oder einer Wolframlegierung, genau in Ausgaberichtung des Elektronenlinearbeschleunigers 1 ausgestattet und ist ferner mit einem Elektronenstrahl-Austrittsfenster 10, hergestellt aus einer Metallfolie, wie etwa Titan, auf der linken oder rechten Seite des Ziels 7 ausgestattet. Wenngleich der Abtastkasten in der Figur in Form eines Dreiecks gezeigt ist, so ist seine Form nicht begrenzt und irgendeine geeignete Form kann verwendet werden.
In der Bestrahlungsvorrichtung gemäß der Erfindung, welche in der Lage ist, sowohl Elektronenstrahlen als auch Röntgenstrahlen auszugeben, tastet der Abtastmagnet 3 in unidirektionaler Art ab, d. h. der diesem zugeführte Abtaststrom ist stets positiv/negativ. Dieser Abtaststrom kann durch Überlagern eines ursprünglich bidirektionalen Abtaststroms mit einem positiven oder einem negativen Strom erhalten werden. Das Ziel 7 befindet sich genau vor den Elektronenstrahlen 5, während sich das Elektronenstrahl-Austrittsfenster 10 genau vor den Elektronenstrahlen 6 befindet. Der Abtastkasten 4 der Erfindung ist ein Kasten mit zwei verschiedenen Ausgaben aus jeweils zwei Auslässen. Wenn der Abtastmagnet 3 nicht in Betrieb ist, so laufen die Elektronenstrahlen 5 in der ursprünglichen Richtung aus dem Beschleuniger und treffen auf das Ziel 7, sodass Röntgenstrahlen erzeugt werden, welche dann von der Bestrahlungsvorrichtung ausgegeben werden. Wenn der Abtastmagnet 3 in Betrieb ist, so werden die Elektronenstrahlen aus der Richtung der Elektronenstrahlen 5 abgelenkt, um sich zu einer Seite der Strahlen 5 hin auszubreiten, sodass büschelförmige Elektronenstrahlen 6 gebildet werden. Die Elektronenstrahlen 6 treten durch das Elektronenstrahl-Austrittsfenster 10 und werden schließlich aus der Bestrahlungsvorrichtung ausgegeben.
Eine Kühlfluidschleife 9 ist am Boden des Abtastkastens 4 vorgesehen, um das Ziel 7 und das Elektronenstrahl-Austrittsfenster 10 zu kühlen. Die Kühlfluidschleife 9 ist über einen Einlass 8 und einen Auslass 12 extern mit einem Kühlfluidsystem verbunden.
Unter Bezugnahme auf 4 ist in einer zweiten Ausführungsform das Ziel 7 innerhalb des Elektronenstrahl-Austrittsfensters 10 vorgesehen, sodass eine Struktur mit innenliegendem Ziel gebildet wird. Wenn der Abtastmagnet 3 nicht in Betrieb ist, so treffen die durch den Elektronenlinearbeschleuniger 1 erzeugten Elektronenstrahlen 5 auf das Ziel 7, sodass Röntgenstrahlen erzeugt werden, welche dann durch das Elektronenstrahl-Austrittsfenster ausgegeben werden. Da hierbei das Elektronenstrahl-Austrittsfenster sehr dünn ist, beispielsweise einige 10 Mikrometer, ist die Energieabgabe der Röntgenstrahlen an dem Elektronenstrahl-Austrittsfenster so winzig, dass diese Effekte vernachlässigt werden können. Mit anderen Worten würden die Röntgenstrahlen das Elektronenstrahl-Austrittsfenster nicht beschädigen, welches seinerseits wiederum die Röntgenstrahlen nicht beeinflussen würde. Ist der Abtastmagnet 3 in Betrieb, so werden die durch den Elektronenlinearbeschleuniger 1 erzeugten Elektronenstrahlen aus ihrer Ursprungsrichtung der Strahlen abgelenkt, sodass sie sich zu einer Seite der Strahlen 5 hin ausbreiten, wodurch ein Bündel von abgelenkten Elektronenstrahlen 6 gebildet wird. Die Elektronenstrahlen 6 treten durch das Elektronenstrahl-Austrittsfenster 10 hindurch und werden schließlich von der Bestrahlungsvorrichtung ausgegeben.
Wenngleich einige Ausführungsformen der Erfindung aus rein illustrativen Zwecken vorstehend beschrieben wurden, so ist die Erfindung selbstverständlich nicht auf die Details der illustrierten Ausführungsformen beschränkt, sondern kann mit verschiedenen Änderungen, Modifikationen oder Verbesserungen ausgeführt werden, welche der Fachmann in Betracht ziehen würde, ohne die Idee und den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Bestrahlungsvorrichtung bereit. Die Vorrichtung umfasst einen Elektronenbeschleuniger und einen mit dem Elektronenbeschleuniger verbundenen Abtastkasten, wobei der Abtastkasten mit einem Ziel, einem auf der linken oder der rechten Seite des Ziels angeordneten Elektronenstrahl-Austrittsfenster und einem Abtastmagneten ausgestattet ist. Diese Vorrichtung vereinigt die Funktionen sowohl der existierenden, Elektronenstrahlen ausgebenden Bestrahlungsvorrichtung als auch der Röntgenstrahlen ausgebenden Bestrahlungsvorrichtung. Wenn der Abtastmagnet in Betrieb ist, so gibt die Bestrahlungsvorrichtung Elektronenstrahlen aus, und wenn der Abtastmagnet nicht in Betrieb ist, so gibt die Bestrahlungsvorrichtung Röntgenstrahlen aus. Somit ist die Vorrichtung der Erfindung in der Lage, zwei Strahlenquellen abzugeben, um somit die Bedürfnisse nach einer Strahlungsbearbeitung von Objekten mit unterschiedlichen Größen zu erfüllen. Mit einer solchen Vorrichtung werden wesentlich mehr Anwendungen mit im Wesentlichen keinen zusätzlichen Kosten unterstützt. Andererseits wird die Sicherheit des Systems verbessert, was zu einer Steigerung der Lebensdauer und der Effizienz der Bestrahlungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung beiträgt.

Claims

Bestrahlungsvorrichtung, umfassend: einen Elektronenbeschleuniger (1); einen mit dem Elektronenbeschleuniger (1) verbundenen Abtastkasten (4) und einen Abtastmagneten (3) zum Steuern/Regeln der durch den Elektronenbeschleuniger (1) erzeugten Elektronenstrahlen, wobei der Abtastkasten (4) sowohl mit einem Ziel (7) als auch mit einem Elektronenstrahl-Austrittsfenster (10) ausgestattet ist, sodass dann, wenn der Abtastmagnet (3) nicht in Betrieb ist, die Elektronenstrahlen auf das Ziel (7) treffen und auszugebende Röntgenstrahlen erzeugt werden, und dass dann, wenn der Abtastmagnet (3) in Betrieb ist, die abgetasteten Elektronenstrahlen über das Elektronenstrahl-Austrittsfenster (10) ausgegeben werden.
Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ziel (7) genau in einer Richtung der durch den Elektronenbeschleuniger (1) erzeugten Elektronenstrahlen (5) positioniert ist.
Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektronenstrahl-Austrittsfenster (10) auf einer linken oder einer rechten Seite des Ziels (7) positioniert ist.
Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ziel (7) auf einer inneren Seite des Elektronenstrahl-Austrittsfensters (10) positioniert ist, sodass eine Struktur mit innerem Ziel gebildet ist.
Bestrahlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abtastkasten (4) ferner mit einer Kühlfluidschleife (9) zum Kühlen des Ziels (7) und des Elektronenstrahl-Austrittsfensters (10) ausgestattet ist.
Bestrahlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn der Abtastmagnet (3) in Betrieb ist, das Zentrum der abgetasteten Elektronenstrahlen in Bezug auf die Richtung der durch den Elektronenbeschleuniger (1) erzeugten Elektronenstrahlen (5) durch Steuerung/Regelung eines dem Abtastmagneten (3) zugeführten Abtaststroms abgelenkt wird.