DE2313010B2 - Vorrichtung zur KoUimation eines Bändels beschleunigter geladener Teilchen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kollimation eines Bündels beschleunigter geladener Teilchen, mit einem ersten Kollimatorsystem, das eine Achse aufweist, die mit der mittleren Bahn des Teilchenbündels übereinstimmt, und mit zwei Backenpaaren versehen ist, die jeweils aus zwei auf beiden Seiten der Achse einander gegenüberliegenden bewegbaren Trägern gebildet sind, von denen jeder ein Paar Kolliniatorelemente trägt, wobei die zwei einander gegenüberliegenden Träger mechanisch miteinander verbunden und symmetrisch zu der Achse bewegbar sind, und einem dem ersten Kollimatorsystem nachgeordneten zweiten Kollimatorsystem, das vier Trägerstangen aufweist, die jeweils mechanisch mit einem von vier bewegbaren Trägern des ersten Kollimatorsystems verbunden sind.

wobei jede Trägerstange wenigstens eine Zwischenplatte aus Metall und eine an ihrem Ende befestigte Endplatte in einem bestimmten Abstand von der zugeordneten Zwischenplatte trägt, und wobei die Zwischenplatten einerseits und die Endplatten andererseits jeweils zu zweit symmetrisch bezüglich einer die Achse des Systems enthaltenden Ebene sind.

Eine derartige Vorrichtung ist bereits aus American Fouraai of Roentgenology, Band 81, Nr. 1, Januar 1959, S. 4—12 bekannt Eine Kollimatorvorrichtung ähnlicher Ausbildung ist auch bereits aus der DE-AS 15 14 451 belcannt

In der Mehrzahl der medizinischen Anwendungen von Bündeln beschleunigter Teilchen besteht die Forderung, daß die dem Teilchenbündel auszusetzende Flache mit großer Präzision abgegrenzt werden kann. Feirner muß der von den Teilchen gelieferte Bestrahlungsstrom im wesentlichen homogen sein. Daher wird gewöhnlich das aus dem Vakuumgefäß des Beschleunigers austretende Bündel beschleunigter Teilchen durch ein Kollimatorsystem geführt, bevor es auf die zu bestrahlende Zone auftrifft Die von der Kollision der Teilchen an den inneren Flächen des Kollimators verursachte Streuung der Teilchen bewirkt daß die Bestrahlungsdosis an den Rändern der zu bestrahlenden Zone abgeschwächt wird (Randeffekte). Diese Randeffekte, die von der Energie der Teilchen abhängen, können dadurch kompensiert oder beseitigt werden, daß dem Kollimator reflektierende oder absorbierende Wände zugeordnet werden. So ist aus der DE-AS 12 30 136 eine Kollimatoranordnung bekannt, die eine aus; zwei Schichten aus Metallen unterschiedlicher Atomzahl zusammengesetzte Kollimatorscheibe enthält Die Teilchen, die auf die absorbierenden oder reflektierenden Wände auftreffen (welche die Seitenwände eines Kegelstumpfes oder eines Pyramidenstumpfes sein können), werden teilweise absorbiert und teilweise in einen Raumwinkel gestreut der sowohl von der Art des Materials der Wände als auch von dem Auftreffwinkel der Teilchen auf diese Wände abhängt. Diese absorbierenden Wände haben jedoch festgelegte Abmessungen und müssen daher ausgetauscht werden, wenn Flächen mit unterschiedlichen Dimensionen bestrahlt werden sollen. Dies erfordert daher mühsame und aufwendige Einstellarbeiten. Ferner erleiden die gestreuten Teilchen einen gewissen Energisverlust, so daß ihre Eindringtiefe in die zu bestrahlende Fläche geringer als diejenige der nichtgestreuten Teilchen ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Randeffekte unterdrückt werden können, ohne daß für die Bestrahlung von unterschiedlichen großen Flächen aufwendige Einstellarbeiten erforderlich sind. Dabei sollen eine besonders gute Unterdrückung der Streustrahlung und der Sekundärstrahlung und eine homogene Bestrahlungsintensität auf einer wohldefinierten Fläche erreicht werden.

Dies« Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 gelöst, die gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist daß der innere Rand jeder Zwischenplatte bezüglich des inneren Randes der von derselben Trägerstange getragenen Endplatte jeweils bezüglich der Systemachse nach aullen versetzt ist

Eine besondere Anwendung der Erfindung ist die Ven-wendung der Vorrichtung bei einem medizinischen Bestrahlungsgerät mit einem Teilchenbeschleuniger.

Elin Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigt

F i g. 1 eine schematkche Schnittansicht einer Vorrichtung nach der Erfindung und

Fig.2 eine perspektivische Gesamtansicht der Vorrichtung nach der Erfindung.

Wie die Zeichnung zeigt, enthält ein erstes Kollimationssystem zwei Paare von Backen, die durch Elemente Mu M₂, M₃, M bzw. /Di, üb, π*, im gebildet sind, wobei die Elemente M\ und Mi einerseits und die Elemente M₂ und Mt andererseits einander gleich und symmetrisch in Bezug auf eine die Achse XY der Vorrichtung enthaltende Ebene angeordnet sind; die Elemente m\ und ms einerseits und due Elemente /D₂, im andererseits sind ebenfalls einander gleich und symmetrisch in Bezug auf eine die Achse XY enthaltende Ebene angeordnet, is wobei die Symmetrieebene dieser Elemente jbi, mr, flfe, rtu im Winkel von 90° zu der Symmetrieebene der Elemente M\, M₃; M₂, M₄ (die mit der Zeichenebene zusammenfällt) liegt. Die beiden Backenpaare Mi, My, Mz, M* können durch ein System von Kurvengliedern jeweils auf einem Kreisbogen bewegt werden, dessen Krümmungsmittelpunkt im wesentlichen mit der Quelle S des Teilchenbündels F zusammenfällt Ein zweites KoUimatorsystem ist durch vier Tragstangen 1, 2, 3, 4 gebildet, die mit dem ersten Kollimatorsystem fest verbunden sind (wobei die in F i g. 1 vorn liegende Tragstange 4 nicht dargestellt ist). Jede dieser Tragstangen ist mit Platten h, L\; k, Lr, h, Lj bzw. U, Ia verbunden, die Masken bilden. Die Platten Lu Lq, L₃, Ia sind in der Mitte am Ende der betreffenden Tragstange 1,2,3,4 befestigt, während die Platten A, h, h. A in einem Abstand c/von den Endplatten L_t, L₂, L₃, L, angeordnet sind; dieser Abstand hängt von der Art und der Energie der Teilchen ab. Bei dem gewählten Beispiel sind die verwendeten Teilchen Elektronen.

Die Abmessungen der Platten und die Lage der Zwischenplatten ^;n Bezug auf die Endplatten sind so bestimmt daß die durch »Randeffekte« gestreuten Elektronen beseitigt werden und dadurch eine homogene Verteilung der Bestrahlungsdosis über die zu bestrahlende Fläche für Elektronen bestimmter Energie gewährleistet wird.

Die Platten l\,h.h.k fangen einen beträchtlichen Teil der aus dem ersten Kollimator austretenden gestreuten Elektronen ab und ermöglichen somit eine beträchtliche Verringerung der Dicke der Endplatten, wobei diese Dicke von der Dichte des verwendeten Materials und der maximalen Energie der Primärelektronen abhängt Die Dicke der Platten muß einerseits ausreichend groß sein, um den abgefangenen Teil der Primärstrahlung wenigstens um den Faktor 100 abzuschwächen, und andererseits ausreichend gering, um die Streuung der Elektronen auf ein Mindestmaß herabzusetzen, da die Querschnittsabmessungen dieser Platten für diese Streuung maßgeblich sind. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Endplatten durch drei zusammengefügte Platten gebildet nämlich eine Bleiplatte von 7 mm Dicke, eine Stahlplatte von 4 mm Dicke und eine Aluminiumplatte von 1,5 mm Dicke, wodurch eine gute mechanische Festigkeit erhalten wird. Die angegebenen Dicken wurden für eine Vorrichtung gewählt, bei der ein Elektronenbündel mit einer Maximalenergie von 22 MeV angewendet wurde. Die Endplatten sind etwa 30 cm lang und 5 cm breit Die Zwischenplatten I_x, k, h, U sind in Bezug auf die Endplatten zurückgesetzt angeordnet um zu vermeiden, daß die von den beweglichen Elementen der Backen stammenden Sekundärelektronen auf die zu bestrahlende Zone auftreffen. Die verschiedenen Platten haben die Form von Kugelabschnitten, und ihre Verstellung erfolgt um den gleichen Krümmungsmittclpunkt Die Platten sind einander paarweise zugeordnet und jedes Paar bewegt sich auf einer Kugel mit bestimmtem Durchmesser. Dieses zweite KoUimatorsystem ermöglicht eine sehr genaue Bestrahlung einer Zone von genau bestimmten Abmessungen, wobei die Bestrahlungsdosis über diese ganze Zone homogen ist Eine solche Kollimationsvorrichtung eignet sich besonders vorteilhaft für die Verwendung bei einer Bestrahlungsvorrichtung für medizinische Zwecke, die eine präzise und schnelle Einstellung der Abmessungen der Bestrahlungszone erfordert

Die beschriebene Ausführungsform ist natürlich nur als Beispiel anzusehen; insbesondere ist es möglich, mehrere Plattengruppen nach Art der Platten L\, Lz, L₃, Ia einerseits und der Platten /1, k, h, L andererseits untereinander anzuordnen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur KoUimation eines Bündels beschleunigter geladener Teilchen, bestehend aus einem ersten Kollimatorsystem, das eine Achse aufweist, die mit der mittleren Bahn des Teilchenbündels übereinstimmt, und mit zwei Backenpaaren versehen ist, die jeweils aus zwei auf beiden Seiten der Achse einander gegenüberliegenden bewegbaren Trägern gebildet sind, von denen jeder ein Paar to Kollimatorelemente trägt, wobei die zwei einander gegenfiberliegenden Träger mechanisch miteinander verbunden und symmetrisch zu der Achse bewegbar sind, und einem dem ersten Koolimatorsystem nachgeordneten zweiten Kollimatorsystem, das vier Trägerstangen aufweist, die jeweils mechanisch mit einem von vier bewegbaren Trägem des ersten Kollimatorsystems verbunden sind, wobei jede Trägerstange wenigstens eine Zwischenplatte aus Metall und eine an ihrem Ende befestigte Endplatte in einem bestimmten Abstand von der zugeordneten Zwischenplatte trägt, und wobei die Zwischenplatten einerseits und die Eridplatten andererseits jeweils zu zwei symmetrisch bezüglich einer die Achse des Systems enthaltenden Ebene sind, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Rand jeder Zwischenplatte (1\, h, h, U) bezüglich des inneren Randes der von derselben Trägerstange getragenen Endplatte (L\, Li, L3, Lt) jeweils bezüglich der Systemachsc nach außen versetzt ist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenplaiten (h bis U) und die Endplatten (L\ bis L\) jeweils die Form eines Teils einer Kugelschalc aufweisen und daß eine Verschiebungseinrichtung vorgesehen ist, durch die die Zwischenplatten (h bis U) und die Endplatten (L\ bis Ia) jeweils auf einer Kugelfläche bewegbar sind, wobei die Kugelfläche der Zwischenplatten über derjenigen der Endplatten angeordnet ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenplatten (I\ bis U) aus Stahl sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Endplatten (L₁ bis Im) aus drei übereinandergelegten und zusammengefügten Schichten gebildet sind, von denen die erste aus Blei, die zweite aus Stahl und die dritte aus Aluminium ist

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