DE2306567B2 - Bestrahlungsanlage mit einem Elektronenbeschleuniger - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bestrahlungsanlage mit einem Elektronenbeschleuniger, mit Mitteln zur Aufweitung und Homogenisierung des Elektronenstrahles, mit einer Blende zur seitlichen Begrenzung des Elcktroncnstrahikegels, mit einer Steuer- und Überwachungseinrichtung für den Elektronenstrahl und mit einer an die Steuer- und Überwachungseinrichtung angeschlossenen Meßanordnung mit Strahlendetektoren, die im Elektronenstrahlkegel in Strahlenrichtung hinter den Mitteln zur Aufweitung und Homogenisierung des Elektronenstrahls angeordnet sind. Eine solche Anlage ist aus der DE-OS 22 18 237 bekannt

Es sind insbesondere im Bereich der medizinischen Technik Bestrahlungsanlagen bekannt, bei denen zur Bestrahlung mit hochenergetischen Elektronen Elektronenbeschleuniger, Betatrons oder Linearbeschleuniger eingesetzt sind. Die aus den Beschleunigungsröhren der Elektronenbeschleuniger austretenden Elektronenstrahlen haben im Vergleich zu den in der medizinischen Technik üblicherweise zu bestrahlenden Flächen zu kleine Querschnitte. So hat der aus der Beschleunigungsröhre eines Linearbeschleunigers austretende Elektronenstrahl einen D'.irchnKSi^r von etwas über 1 mm. Der aus der Beschleunigungsröhre eines Betatrons austretende Elektronenstrahl hat einen strichför migen Querschnitt mit einer Breite von etwas über 1 mm und einer Längenausdehnung in der den Sollkreis in der Beschleunigungsröhre enthaltenden Ebene von etwa 10 mm. Bei beiden Elektronenbeschleunigern liegt die Divergenz des Elektronenstrahls in der Größenordnung von 1° und nimmt die Strahlungsdichte quer zur Strahlenrichtung sehr stark ab. Diese aus den Beschleunigungsröhren austretenden Elektronenstrahlen eignen sich daher nicht zur Bestrahlung von größeren Oberflächenbereichen, insbesondere dann nicht, wenn, wie das in der medizinischen Technik Voraussetzung ist, in diesen definiert begrenzten Bereichen gleich große Strahlendosen appliziert werden müssen.

Um die gleichmäßige Bestrahlung größerer Oberflächenbereiche zu ermöglichen, ist es durch die FR-PS 15 93516 bekannt, den aus der Beschleunigungsröhre eines Elektronenbeschleunigers austretenden Elektronenstrahl aufzuweiten und zu homogenisieren. Hierzu werden beispielsweise in ihrer Stärke der Elektronenenergie angepaßte Streufolien in den Weg der aus der Beschleunigungsröhre austretenden Elektronen angeordnet. In einem bestimmten Raumwinkelbcreich um die ursprüngliche Elektronenstrahlrichtung läßt sich so die Strahlungsdichte bzw. die zu applizierende Dosisleistung hinter den Streufolien homogenisieren. In einem Abstand von etwa I bis 2 Metern von den Streufolien

siertem Elektronenstrahl stets gleich groß ausfallen, Sie lassen sich daher in der Steuer- und Überwachungseinrichtung besonders einfach miteinander vergleichen und eignen sich daher gut zur Kontrolle der Homogenität des Elektronenstrahls,

In weiterer zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung kann sich der erste Strahlendetektor bei der Verwendung eines Betatrons längs der Schnittlinie der die Sollkreisbahn der Beschleunigungsstrecke des Elektronenbeschleunigers enthaltenden Ebene mit einer senkrecht zur Strahlenrichtung ausgerichteten Ebene erstrecken. Bei Betatrons werden die Elektronen durch ein örtliches magnetisches Störfeld sonnenradförmig aus ihrer Sollkreisbahn herausgeschleudert Aus diesem Grunde ist der aus der Beschleunigungsröhre austretende Elektronenstrahl in der den Sollkreis enthaltenden Ebene strichförmig verbreitert Durch die beanspruchte Ausgestaltung der Erfindung ist der erste Strahlcndetektor dem gesamten Querschnitt eines eventuell ungestreut aus der Beschleunigungsröhre austretenden Elektronenstrahls ausgesetzt Er kann dadurch die zur Erzielung einer hinreichenden Meßempfindlichkeit ausreichende Größe erhalten.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung können die übrigen Strahlendetektoren bei der Verwendung eines Betatrons in einer Ebene senkrecht zum nicht aufgeweiteten Elektronenstrahl, symmetrisch zu diesem und mit gleichen Flächenanteilen zu beiden Seiten der die Sollkreisbahn der Beschleunigungsstrekke des Elektronenstrahls enthaltendenEbene verteilt angeordnet sein. Da der austretende Elektronenstrahl bei einem Betatron in der genannten Ebene strichförmig verbreitert ist, ergeben nur solche Anordnungen der Strahlendetektoren eine Aussage über die ausreichende Homogenisierung des Elektronenstrahls, die sich mit gleichen Flächenanteilen zu beiden Seiten dieser Ebene erstrecken. Hierbei hat auch das Verhältnis der Dosis je Flächeneinheit des ersten in der genannten Ebene angeordneten Strahlendetektors zu der Dosis je Flächeneinheit in jenen beidseitig der genannten Ebene angeordnuen Strahlendetektoren Bedeutung.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Schnittdarstellung durch eine Bestrah- -f5 lungsanlage mit einem Betatron,

Fig. 1 eine Ansicht der Meßanordnung, wobei die Blickrichtung entgegengesetzt zur Strahleinrichtung ist, und

F i g. 3 eine schaubildliche Darstellung der Steuer- so und Überwachungseinrichtung der Bestrahlungsanlage.

In der Fig. 1 ist ein Betatron 1 im Querschnitt gezeigt. Zwischen den Polen 2 eines Elektromagneten 3 ist eine Beschleunigungsröhre 4 zu erkennen. Im Innern der Beschleunigungsröhre ist gestrichelt eine Sollkreis- « bahn 5 dargestellt, auf der die Elektronen durch das Magnetfeld gehalten und beschleunigt werden. Durch eine hier nicht dargestellte bekannte Ablenkvorrichtung werden die beschleunigten Elektronen durch das Fenster 6 der Beschleunigungsröhre 4 ins Freie gelenkt. w In den Weg dieses Elektronenstrahls 7 ist unmittelbar vor dem Fenster 6 der Beschleunigungsröhre eine Streufolie 8 angeordnet, die zusammen mit weiteren Streufolien 9 am Umfang eines radartigen Drehkörpers 10 befestigt ist. Zwischen dem Fenster 6 und der M Streufolie 8 is! eine Strahlenschutzabschirmung 11 mit einem Durchbruch 12 für den Durchtritt der Elektronen angeordnet. In Strah ^richtung hinter diesem Durchlassen sich mit einem solchen aufgeweiteten Elektronenstrahl Felder von etwa einem Quadratdezimeter gleichmäßig bestrahlen. Nun kann es vorkommen, daß die Vorrichtung, mit der die Streufolien in Abhängigkeit von der gewählten Elektronenenergie vor das Austrittsfenster der Beschleunigungsröhre transportiert werden, defekt wird und daß daher mit einem nicht oder nicht ausreichend homogenisierten Elektronenstrahl bestrahlt wird. In einem solchen Fall wurden örtlich überhöhte und andernorts wieder stark reduzierte Strahlendosen appliziert werden.

Durch die bereits eingangs angegebene DE-OS 22 18 237 ist ein Sicherheitssystem für solche Bestrahlungsanlagen bekannt, bei dem zwei den gesamten Elektronenstrahl erfassende Ionisationskammern in Strahlenrichtung hintereinander angeordnet sind. Die an die Ionisationskammern angeschlossene Steuer- und Überwachungseinrichtung schaltet die Bestrahlungsanlage ab, wenn auch nur in einer der Kammern die dort zulässige anteilige Strahlendosis appliziert worden ist. Mit einem solchen Sicherheitssys'em, wie es in der DE-OS 22 18 237 offenbart ist kawi vermieden werden, daß insgesamt eine Überdosis appliziert wird. Wegen der zwei hintereinander geschalteten Ionisationskammern ist dieses System auch bei Ausfai! einer Ionisationskammer funktionsfähig. Infolge der Unterteilung der zweiten Ionisationskammer in vier Segmente kann mit dieser Ionisationskammer auch die Zentrierung derselben zum Elektronenstrahl kontrolliert werden. Es ist aber eine Eigenart dieses Sicherheitssystems, daß Bestrahlungen mit einem nicht aufgeweiteten oder nicht ausreichend homogenisierten Elektronenstrahl nicht bemerkt werden. Es besteht daher trotz der Abschaltautomatik die Möglichkeit der Applikation örtlich überhöhter Strahlendosen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Betriebssicherheit von Bestrahlungsanlagen der eingangs genannten Art dadurch weiter zu erhöhen, daß Inhomogenitäten im Elektronenstrahlcnkegel erfaßt und die Applizierung von örtlich überhöhten Strahlendosen vermindert werden.

Diese Aufgabe wird bei einer Bestrahlungsanlage der eingangs genannten Art erfindungsgemäß gelöst, indem zur weiteren Erhöhung der Betriebssicherheit der Bestrahlungsanlage von den Strahlendeiaktoren ein erster Strahlendetektor hinsichtlich seiner Lage und seiner Abmessungen ausschließlich an den Raumwinkelbereich des bei Ausfall der Mittel zur Ausweitung des Elektronenstrahls nicht aufgeweiteten Elektronenstrahls angepaßt ist.

Durch den dem Raumwinkelbereich des nicht aufgeweiteten Eiektronenstrahls angepaßten Strahlendetektor werden Meßwerte gebildet, die bei i.icht erfolgter Aufweitung des Elektronenstrahls oder bei ungenügender Homogenisierung des Elektronenstrahls, gleich aus welcher Ursache, größer sind als bei ordnungsgemäß aufgeweitetem und homogenisiertem Elektronenstrahl. Die Meßwerte dieses Strahlendetektors eignen sich daher besonders gut zur Überwachung des Homogenis':rungsgrades bzw. des korrekten Sitzes und des einwandfreien Zustandes der Streufolien.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung können die übrigen Strahlendetektoren un;e^feinander gleich ausgebildet und in einer Ebene senkrecht zum nicht aufgeweiteten Elektronenstrahl und symmetrisch zu diesem angeordnet sein. Bei einer solchen Anordnung und Ausführung der übrigen Strahlendetektoren müssen deren Ausgangssignale untereinander bei homogeni-

bruch 12 und der Stmifolie 8 ist eine verstellbare Strahlenblende 13 und schließlich eine mehrere Strahlendetektoren umfassende Meßanordnung 14 in den Elektronenstrahlenkegel 15 positioniert.

In der Γ i g. 2 ist diese Meßanordnung 14 dargestellt. Hierbei erkennt man, daß die Meßanordnung aus drei Strahlendetektoren 16, 17, 18 besteht, von denen der eine 16 sich in der die Sollkreisbahn 5 des Elektronenstrahls in der Beschleunigungsröhre 4 einhaltenden Ebene 19 erstreckt und von denen die beiden anderen 17, 18 mit gleichen Flächenanteilen zu beiden Seiten dieser Ebene 19 angeordnet sind. Diese sich beidseitig der Ebene 19 erstreckenden Strahlendetektoren 17, 18 sind jeweils den entgegengesetzten Enden des sich in dieser Ebene erstreckenden Strahlendetektors 16 benachbart. In der F i g. 2 ist der maximal ausblendbare Strahlcnkegel gestrichelt angedeutet.

nip F i g Λ JctyJ in «-hniihildlirher Teilansichl ein Bedienungspult 20 für die Bestrahlungsanlage, auf dem ein Wählschalter 21 für die Energie der Elektronen, mit dem zugleich auch die der jeweiligen Energie zugehörige Streufolie vorgewählt wird, ein Anzeigegerät 22 für die Stromstärke, eine Abschaltautomatik 23 sowie drei Anzeigeinstrumente 24, 25, 26 für die durch die drei Strahlendetektoren 16, 17, 18 gemessene Strahlendosis. Dem Anzeigeinstrument 24 für jenen Strahlendetektor 16, der dem Raumwinkelbereich des iingestreuten Elektronenstrahls zugeordnet ist. ist ein Verstärker 27 vorgcv haltet, an dem auch die Abschaltautomatik 23 angeschlossen ist. Die den Heiden anderen Strahlendetektoren 17, 18 zugeordneten Anzeigeinstrumente 25, 26 sind den beiden Eingängen eines Differenzverstärkers 28 parallel geschaltet, dem ein optischer Signalgeber 29 nachgeschaltet ist. Sie sind außerdem gemeinsam dem einen Eingang eines weiteren Differeiizverslärkers 30 zugeordnet, an dessen anderen Eingang der Verstärker 27 des Strahlendetektors 16 angeschlossen ist. An diesen Differenzverstärker ist ebenfalls ein optischer Signalgeber W angeschlossen. Auf dem Steuerpult sind ferner auch die beiden Stellglieder 32,33 zur Verstellung der Strahlenblende 13 (Fi g. l)zu erkennen.

Vor Beginn der Bestrahlung wird der Arzt mit den .Stellknöpfen 32, 33 die gewünschte Öffnung der Stralilenblende 13 und damit das zu bestrahlende Feld einstellen. Wählt er anschließend mit dem Drehknopf 21 eine bestimmte Elektronenenergie, so wird mit diesem Drehknopf zugleich auch die entsprechende, dieser Elektronenenergie angepaßte Streufolie 8, 9 bestimmt. Über eine hier n'cht dargestellte Motorsteuerung wird der Drehkörper 10 (F i g. 1) mit den Streufolien so lange gedreht, bis sich die entsprechende Streufolie vor dem Austrittsfenster 6 der Beschleunigungsröhre 4 befindet. Während der Bestrahlung werden die von den einzelnen .Strahlendetektoren 16, 17, 18 der Meßanordnung 14 gemessenen Strahlendosen durch die ihnen zugeordneten Anzeigeinstrumente 24,25,26 angezeigt Sobald von dem flächenmä'ßig kleineren Strahlcndetektor 16 eine am Anzeigeinstrument 24 voreinstellbare Strahlendosis gemessen wird, wird der Abschaltautomat 23 ausgelöst und die Bestrahlung beendet. Durch die Zuordnung dieses ersten Strahlendetektors 16 zu dem Raumwinkelbereich, den der nicht aufgeweitete Elektronenstrahl ausfüllen würde, wird erreicht, daß die Bestrahlung bei ungenügender Aufweitung des Elektronenstrahls infolge der dann diesem Strahlendetektor 16 zufließenden höheren Dosisleistung vorzeitig, d. h. bei Erreichen der voreingestellten Strahlendosis, in dem Bereich des zu bestrahlenden Feldes abgeschaltet wird, der andernfalls die höchste Strahlendosis erhalten würde. Die beiden übrigen segmentartig angeordneten Strahlcndctcktorcn 17, 18 müssen, da sie flächengleich sind, bei homogenisiertem Elektronenstrahl gleich große Meßwerte ergeben. Infolge der Anordnung der beiden Strahlendelektoren 17,18 an den beiden einander entgegengesetzten Enden des ersten Strahlendetektors 16 wird zugleich auch die Homogenität der Aufstreuung kontrolliert. Nur bei inhomogener Elektronenstrahldichte oder im Fall unsymmetrischer Lage der Blendenöffnung in bezug auf die beiden Strichlendetektoren 17, 18 weichen ihre Meßwerte voneinander ab. Das Ansprechen des den beiden Strahlendetektoren zugeordneten Differenzverstärker:; 28 und des an diesen angeschlossenen optischen Signalgebers 29 ist daher ein Zeichen für eine fehlerhaft eingeführte Streufolie oder für eine dejustierte Strahlenblende. Aber auch die Meßwerte des ersten Strahlendetektors 16 und der beiden übrigen Strahlendetektoren 17, 18 stehen bei der Auswahl einer bestimmten Beschleunigungsenergie der Elektronen und einer dieser Beschleunigungsenergie angepaßten Streufolie in einem bestimmten Verhältnis zueinander. Daher kann der durch den Verstärker 27 um einen entsprechenden Faktor vergrößerte Meßwert des ersten, dem Zentralstrahl zugeordneten Strahlendetektors 16 über ein Differenzverstärker 30 auch mit den Meßwerten der beiden anderen Strahlendetektoren 17, 18 verglichen werden. Der diesem weiteren Differenzverstärker zugeordnete optische Signalgeber 29 leuchtet daher nur dann auf, wenn der Elektronenstrahl grob inhomogen ist, weil beispielsweise gar keine Streufolie in den Strahlengang eingeführt oder doch nur teilweise eingeführt worden ist.

Über die Signalgeber 29, 31 kann der Arzt nicht nur die Tatsache einer mangelnden Homogenität des Elektronenstrahls feststellen, sondern auch gewisse Rückschlüsse auf deren Ursache ziehen. Es wäre auch möglich, die beiden optischen Signalgeber 29, 31 -.n die Abschaltautomatik 23 anzuschließen. In diesem Fall würde die Bestrahlungsanlage bei mangelnder Homogenität des Elektronenstrahls unmittelbar nach dem Einschalten auch wieder ausgeschaltet, so daß fehlerhafte Bestrahlungen gar nicht erst Zustandekommen können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   U Bestrahlungsanlage mit einem Elektronenbeschleuniger, mit Mitteln zur Aufweitung und Homogenisierung des Elektronenstrahles, mit einer Blende zur seitlichen Begrenzung des Elektronenstrahlkegels, mit einer Steuer- und überwachungseinrichtung für den Elektronenstrahl und mit einer an die Steuer- und Überwachungseinrichtung angeschlossenen Meßanordnung mit Strahlendetektoren, die im Elektronenstrahlkegel in Strahlenrichtung hinter den Mitteta zur Aufweitung: und Homogenisierung des Elektronenstrahls angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zur weiteren Erhöhung der Betriebssicherheit der Bestrahlungsanlage von den Strahlendetektorcn (16, 17, 18) ein erster Strahlendetektor (16) hinsichtlich seiner Lage und seinen Abmessungen ausschließlich an den Raumwinkelbereich des bei Ausfall der Mittel zur Ausweitung des Elektronenstrahles (8, 9, 10) nicht aufgeweiteten Elektronenstrahls (7) angepaßt ist.

   2. Bestrahlungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die übrigen Strahlendetektoren (17,18) untereinander gleich ausgebildet und in einer Ebene senkrecht zum nicht aufgeweiteten Elektronenstrahl (7) und symmetrisch zu diesem angeordnet sind.

   3. Bestrahlungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der erste Strahlendetektor w (16) bei der Verwendung eines Betatrons (1) längs der Schniiünie der die Sollkreisbahn (5) der Beschleunigungsstrecke de« Elektronenbeschleunigers enthaltenden Ebene (19) mit einer senkrecht zur Strahlenrichtung ausgerichteten Ebene erstreckt.

   4. Bestrahlungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die übrigen Strahlendetektoren (17, 18) bei der Verwendung eines Betatrons (1) in einer Ebene senkrecht zum nicht aufgeweiteten Elektronenstrahl (7), symmetrisch zu diesem und mit to gleichen Flächenanteilen zu beiden Seiten der die Sollkreisbahn (5) der Beschleunigungsstrecke des Elektronenstrahls enthaltenden Ebene (19) verteilt angeordnet sind.

   5. Bestrahlungsanlage nach Anspruch 4, dadurch 4^r> gekennzeichnet, daß die übrigen Strahlendelektoren (17, 18) an einander entgegengesetzten Enden des einen strichförmigen Querschnitt aufweisenden, nicht aufgeweiteten Elektronenstrahls (7) benachbart angeordnet sind. ">°

   6. Bestrahlungsanlage nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlendetektoren (16,17, 18) in Strahlenrichtung hinter der Strahlenblende (13) angeordnet sind.

   7. Bestrahlungsanlage nach Anspruch 1, dadurch ^r>^r> gekennzeichnet, daß Vorwahlmittel für die Elektronenenergie vorgesehen sind, die mit den als Streufolien (8, 9) ausgebildeten Mitteln zur Ausweitung und Homogenisierung derart in einem Bedienungsglied (21) zusammengefaßt sind, daß der m> vorgewählten Elektronenenergie automatisch die jeweils passende Streufolie zugeordnet ist.

   8. Bestrahlungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten Strahlendetektor (16)eine Abschaltautomatik (23)zugeordnet ist. ^h">

   ^. Bestrahlungsanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Strahlendclcktor (16) einerseits und die übrigen Sirahlcndetektoren (17,

   18) andererseits an verschiedenen Eingängen eines Differenzverstärkers (30) angeschlossen sind, wobei zumindest dem einen der beiden Eingänge des Differenzverstärkers ein die Meßwerte in einem der vorgewählten Elektronenenergie angepaßten Verhältnis ändernder Baustein, z. B, ein Verstärker (27) und dem Ausgang des Pifferenzverstärkers Anzeigemittel (31) zugeordnet sind.

   10, Bestrahlungsanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiteres Anzeigemittel (29) über einen Differenzverstärker (28) an den beiden einander gegenüberliegenden Strahlendetektoren (17,18) angeschlossen ist