DE2402388A1 - Verfahren zur achromatischen magnetischen ablenkung eines strahls aus nichtmonoenergetischen, geladenen teilchen und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

Jan. 1374

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DlPL-ING. KLAUS BERNHARDT * D- 8 MÖNCHEN 60 ORTHSTk Aöäfc 12

VARIAN Associates, Palo Alto, CaI., USA

Verfahren zur achromatischen magnetischen Ablenkung eines Strahls aus nicht-monoenergetischen, geladenen Teilchen und Vorrichtung zur Durchführung des ' Verfahrens

Priorität: 22. Januar 1973 - USA - Serial No. 325,296

Es wird ein Verfahren zur achromatischen magnetischen Strahlablenkung und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens beschrieben. Ein kollimierter Strahl aus nicht-monoenergetischen, geladenen Teilchen, beispielsweise Elektronen, wird in ein magnetisches Strahlablenksystem geleitet, das wenigstens aus drei Strahl-Krümmungsmagneten für gleichförmige Felder besteht, die entlang der zentralen Orbital achse des Strahls zur magnetischen Krümmung des Strahls um einen relativ großerv Winkel, beispielsweise von 270°, in Abstand zueinander angeordnet sind. Die Strahl-Krümmungsmagneten mit gleichmäßigem Feld sind derartig dimensioniert, gestaltet und entlang der Orbitalachse im Abstand voneinander angeordnet, daß der kollimierte Strahl an der Strahlausgangsebene ohne eine räumliche oder winkelmäßige Dispersion abgebildet wird, nocheine beachtliche Zunahme in der Fleckgröße des Strahls auftritt. Ein derartiges Strahl-Ablenksystem eignet sich besonders vorteilhaft zur Verwendung in einer Einrichtung für die Röntgenstrahltherapie.

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Es wurden bereits achromatische Strahlablenksysteme zur Krümmung oder Beugung eines nicht mono-energetischen Elektronenstrahls, der beispielsweise ■ am Ende eines linearen Beschleunigers kollimiert wird, unreinen beachtlichen Winkel von beispielsweise 270°, beschrieben. Der Strahl wird auf einen Röntgenstrahl-Schirm gekrümmt, um eine Röntgenstrahl-Keule für Röntgenstrahl-Therapiezwecke zu erzeugen. Ein derartiges Strahl-Ablenksystem ist in der US-PS 3 691 374 beschrieben.

Bei dem bekannten magnetischen Ablenksystem wird nachteiligerweise nicht die Fleckgröße und winkelmäßige Divergenz des Strahls in der transversal zur Beugungsebene liegenden Ebene berücksichtigt. Infolgedessen müssen die magnetischen Spalte der einzelnen Magnete zur Strahlbeugung äußerst groß sein oder die Strahlübertragung wird durch das Abfangen des Strahls an der Magnetanordnung reduziert. Außerdem sollten der Strahl-Fleckdurchmesser und die Winkeldivergenz des Strahlflecks am Schirm in der transversalen Ebene im wesentlichen gleich der Divergenz und dem pieckdurchmesseram Schirm in der Beugungsebene sein, ansonsten ist die am Schirm erzeugte Röntgenstrahl verteilung nicht kreissymmetrisch. Das Fehlen einer Kreissymmetrie in der Keule der Röntgenstrahlen kann durch asymmetrische röntgenstrahlabsorbierende Filterglieder korrigiert werden, jedoch führt dies zu einer unerwünschten Kompliziertheit der Bestrahlungs-Therapie-Ei nri ch tung .

Somit ist es wünschenswert, ein achromatisches, magnetisches Strahl ablenksystem solcher Art zu schaffen, bei dem die abgelenkten, austretenden Strahl teilchen einem vorbestimmten Weg folgen werden, der im wesentlichen keine lagemäßige oder Drehimpulsverteilung mit sich bringt, die durch das Ablenksystem unabhängig von dem Anfangsmoment der einzelnen Strahl teilchen eingeführt wird. In einem solchen System hat der austretende, abgelenkte Strahl im wesentlichen die gleiche phasenmäßige Raumverteilung wie der Anfangsstrahl ohne eine beachtliche Zunahme der Fleckgröße.

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Der Erfindung liegt in erster Linie die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur achromatischen magnetischen Ablenkung eines Strahls aus nicht-monoenergetischen, geladenen Teilchen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung sind die Parameter des magnetischen Strahlablenksystems, wie beispielsweise die ß-Winkel, d.h. die Winkel, welche die Strahl-Eingangs- und-Ausgangsflachen der einzelnen Strahl-Krümmungsmagnete mit der zentralen Orbital achse einschließen, die Triftlängen £, Beugungswinkel α und die Strahl-Krümmungsradien ρ

der Krümmungsmagneten derart gewählt werden, daß der Eingangsstrahl des Ablenksystems an der Ausgangsebene ohne eine räumliche oder winkelmäßigen Streuung oder eine bedeutsamen Zunahme der Fleckgröße abgebildet werden.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist darin zu sehen, daß das magnetische Ablenksystem drei identische Strahl-Krümmungsmagneten aufweist, die entlang des Strahl-Ablenkwegs in solcher Weise angeordnet sind, daß eine Symmetrieebene, die im wesentlichen senkrecht zur zentralen Orbital achse liegt, an dem halben Gesamt-Strahlablenkwinkel auftritt, wodirdidie Anordnung bzw. Konstruktion des Strahl-Ablenksystems vereinfacht wird.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung werden die radialen Fokussier-Parameter des magnetischen Ablenksystems derart gewählt, daß eine Einschnürung der mono-energetisehen Teilchen an einem Punkt hervorgerufen wird, an dem die nicht-monoenergetischen Teilchen im Verhältnis zu ihrer Moment-Verteilung radial verteilt sind. Ein Energie-Selektionsschlitz oder -Abschneider ist an der radialen Einschnürung oder relativ nahe hierzu zur Impuls-Analyse des Strahls vorgesehen, um in dem Impuls-Spektrum Schwänze zu beseitigen, wodurch der Effekt einer Fluktuation des Impuls-Spektrums des Strahls verringert wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Energie-Selektionsschlitze

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oder der Strahl-Abschneider in solcher Lage angeordnet, daß die Mehrzahl der Strahlung, die-aus dem Schlitz zur Festlegung des Impulses oder aus dem Abschneider austritt, in angemessener Weise von der letzten Schirmposition abgeschirmt wird und auf diese Weise die Behandlung eines Patienten nicht beeinträchtigt.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung werden die Parameter zur transversalen Strahlfokussierung und zur Ablenkung des magnetischen Ablenksystems derart ausgewählt, daß in der Mitte der zentralen Orbitalachse eine Einschnürung der Umhüllung geliefert wird, wodurch die magnetische Spaltbreite der Beugungsmagneten für eine gegebene Strahl übertragung reduziert wird. Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise im Schnitt gehaltene Ansicht eines magnetischen Ablenksystems mit den Bahnverläufen der Strahl teilchen in der Krümmungsebene für auf der zentralen Orbital achse anfänglich radial divergierenden Teilchen s und für Teilchen c , die am Beginn parallel radial versetzt sind,

Fig. 2 eine Ansicht der Anordnung gemäß Fig. 1 entlang der Linie 2-2 in Richtung der Pfeile,

Fig. 3 eine veranfachte Ansicht ähnlich Fig. 1 zur Darstellung der zentralen Orbitalachse und eines Strahlteilchens, das am Anfang auf der zentralen Crbitalachse für Impulsdispersive Teilchen verläuft,

Fig. 4 eine Ansicht der transversalen Ebene, welche

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die zentrale Orbital achse der Anordnung gemäß Fig. 1 enthält, entlang der Linie 4-4 in Richtung der Pfeile, wobei die Strahl teilchenverlaufe für ein anfänglich parallel transversal versetztes Teilchen und für ein anfänglich transversal divergentes Strahl teilchen dargestellt sind,

Fig. 5 eine grafische Darstellung der Elektronenzahl

gegenüber dem Impuls, wobei die Impulsverteilung eines ,typisehen Ausgangsstrahls eines linearen Beschleunigers aufgezeichnet ist,

Fig. 6 eine grafische Darstellung der Elektronenzahl

gegenüber der radialen Versetzung in der Krümmungsebene für die zentrale Orbital achse für einen hinsichtlich des Impulses analysierten Strahl von Fig. 1 in der Symmetrieebene,

Fig. 7 eine schematische Seitenansicht einer Röntgen

strahl -Behandlungseinrichtung,

Fig. 8 eine vergrößerte Teilansicht der Einrichtung

gemäß Fig. 1 entlang der Linie 8-8 in Richtung der Pfeile, mit der Darstellung der Eingangsfläche eines der Krümmungsmagneten, und

Fig. 9 eine Darstellung des magnetischen Felds gegenüber

der Distanz entlang der Orbital achse am Rand des Beugungsmagneten zur Darstellung des Verfahrens zur Bestimmung des wirksamen Randes des Beugungsmagneten.

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In Fig. 1 ist die Aufsicht auf ein magnetisches Ablenksystem 11 gemäß der Erfindung veranschaulicht. Das System 11 umfaßt drei Elektromagneten 12, 13 und 14für eine gleichförmige Feldbeugung, welche entlang des gekrümmten 3ahnverlaufs angeordnet sind, der die zentrale Orbitarachse 15 des Strahlablenksystems 11 festlegt. Genauergesagt, liegt die zentrale Orbitalachse in der radialen Beugungsebene und legt die radiale Beugungsebene fest; dieser Kurvenverlauf wird durch ein geladenes Teilchen eines BezugsimpulsesP_fl gefolgt, welches am Anfang 16 in das Ablenksystem 11 eintritt und sich zuerst in einer vorbestimmten Richtung bewegt, welche den anfänglichen Bahnverlauf der zentralen Orbitarachse 15 festlegt. Die geladenen Teilchen des Strahls werden am Beginn vorzugsweise von einem Kollimator 17 kollimiert und durch die Strahlen-Eingangsebene am Anfang 16 in das magnetische Ablenksystem 11 projiziert.

Bei einem typischen Ausführungsbeispiel wird der anfängliche Strahl durch den Ausgangsstrahl eines linearen Beschleunigers geformt, z.B. wird er durch einen Kollimator 17 kollimiert. Bei diesem Beispiel wird der Eingangsstrahl eine sichere, vorbestimmte Punktgröße haben und im allgemeinen nicht mono-energetisch sein, d.h. in dem Impuls der Strahl partikel η wird eine wesentliche Spreizung um den Bezugsimpuls P_Q des Partikels auftreten, welches die zentrale Orbitarachse 15 festlegt. Eine typische Impulsverteilung der Strahlpartikeln ist in Fig. 5 veranschaulicht.

Jeder Beugemagnet 12 bis 14 krümmt die zentrale Orbitarachse um einen bedeutenden Beugewinkel α, beispielsweise von 90°, und mit einem Beugeradius p; jeder Krümmungsmagnet 12 bis 14 wird von geradlinigen Trift-Längenabschnitten 1^» 1?» ^3 ^unci ^4 gefolgt oder getrennt.

Eine magnetische Nebenschlußanordnung 10, beispielsweise aus

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Weicheisen, ist in den Zwischenräumen zwischen den benachbarten Beugungsmagneten 12 bis 14 und entlang der zentralen Orbitalachse zwischen dem Anfang 16 und dem ersten Krümmungsmagneten 12 und zwisehen dem letzten Krümmungsmagneten 15 und der Ausgangsebene 18 angeordnet, an der sich ein Strahl-Target 19 bzw. Strahl-Schirm 19 zum Auffangen des Elektronenstrahls zwecks Erzeugen einer Röntgenstrahl-Keule 21 zur Behandlung des Patienten befindet. Die Energie des Röntgenstrahls gelangt durch einen röntgenstrahl durchlässigen Abschnitt eines Vakuumkolbens 22, welcher ein Röntgenstrahl-Fenster der Röntgenstrahl-Therapieeinrichtung festlegt.

Die magnetische Nebenschlußanordnung 10 weist gemäß Fig. 2 Tunnelabschnitte 23 zur Aufnahme des Strahlengangs durch den Nebenschluß auf. Der Nebenschluß 10 dient zur Lieferung eines relativ magnetfeldfreien Abschnitts in den Zwischenräumen zwischen den Strahlen-Krümmungsmagneten 12, 13 und 14 und in den Zwischenräumen zwischen den Strahlen-Eingangs- und -Ausgangsebenen und der benachbarten Magnetanordnung zur Strahlenkrümmung.

Die magnetischen Feldabschnitte zur Strahlenbeugung bzw. Strahlkrümmung werden durch die Luftspalte zwischen den jeweiligen Polstücken der Magnete 12 bis 14 in der in Fig. 2 gezeigten Art festgelegt und werden durch eine magnetomotorische Kraft erregt, die durch eine elektromagnetische Wicklungsanordnung 24 erzeugt wird, welche in zwei axial getrennte Hälften 24 und 24' unterteilt und außerhalb des Vakuumkolbens 25 um eine geteilte, magnetisch durchlässige Wicklungs-Abstand-Haltestruktur 26 und 26* angeordnet ist; die Abstand-Halteanordnung 26 und 26' ist ihrerseits an einander gegenüberliegenden Seiten durch magnetisch durchlässige Seiten-Rückführungsplatten 27 geschlossen. Die Seiten-Rückführungsplatten 27 sind an gegenüberliegenden Enden über hintere und vordere magnetische Rückführungsnebenschlüsse 28 bzw. 29,beispielsweise aus Weicheisen, miteinander verbunden.

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Das magnetische Ablenksystem 11 enthält eine Symmetrieebene 31, die senkrecht zur ßeugungsebene steht und den gesamten Beugungsbzw. Krümmungswinkel ψ des magnetischen Ablenksystems 11 halbiert. Jeder Beugungsmagnet 12 bis 14 hat einen zugehörigen Beugungswinkel α und einen Krümmungsradius p, wobei dieser Krümmungsradius den Krümmungsradius der zentralen Orbitarachse 15 innerhalb des Luftspalts des jeweiligen Beugungsmagneten 12 bis 14 darstellt.

Es wurde gezeigt, daß die optischen Eigenschaften eines Strahls erster Ordnung bei jedem statischen magnetischen Strahlablenk- oder - übertragungs :system, welches eine magnetische Meridian-Symmetrieebene, wie beispielsweise die Beugungsebene enthält, vollständig durch die Spezifizierung der Bahnverläufe der fünf charakteristischen Partikeln durch das System 11 festgelegt werden. Dies wurde in dem Bericht "A First and Second-Order Matrix Theory for the Design of Beam Transport Systems and Charged Particle Spectrometers", Stanford Linear Accelerator Center, Nr. 75, July 1967, von Karl L. Brown nachgewiesen. Diese Bezugs-Bahnverlaufe werden durch ihre Position, Steigung und durch den zu dem Bahnverlauf einer zentralen Bezugs-Orbitalachse relativen Impuls festgestellt, wobei dieser Bahnverlauf die optische Achse des Strahls des Systems, nämlich die zentrale Orbital achse 15 festlegt.

Die zentrale Orbital achse 15 liegt vollständig innerhalb der Median-Ebene oder Beugungsebene. Wenn der Impuls des Partikels, das der zentralen Orbital achse folgt, P₀ ist, dann werden die fünf charakteristischen Bahnverläufe in nachstehender Weise definiert:

S_x ist der Weg (Bahnverlauf)eines Partikels mit dem Impuls P_Q, welches in der Median-Beugungsebene auf der zentralen Orbital achse liegt und von der zentralen Orbital achse mit gleichförmiger Neigung in die Beugungsebene divergiert; die "gleichförmige Neigung"

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(unity slope) wird in dem vorstehend erwähnten Bericht von K. L. Brown definiert.

C_x stellt den Bahnverlauf eines Partikels mit dem Impuls P_Q welches in der Median-Beugungsebene liegt und eine Anfangsversetzung in der Beugungs- bzw. Krümmungsebene senkrecht zu der zentralen Orbitalachse der Einheit mit einer Anfangsneigung von 0 relativ zur Orbitalachse 15 hat, d.h. parallel zur Orbital achse liegt.

d stellt den Bahnverlauf eines Partikels dar, der am Beginn

mit der zentralen Orbital achse zusammenfällt, jedoch einen Impuls von Pq + ΔΡ aufweist.

s ist der Bahnverlauf eines Partikels mit einem Impuls P_Q, der am Anfang auf der zentralen Orbitalachse liegt und der eine gleichförmige bzw. gleichmäßige Steigung in der Transversalebene, die senkrecht zur Beugungsebene liegt, relativ zur Orbital achse hat.

c ist oer Bahnverlauf eines Partikels mit dem Impuls P_Q, welcher eine anfängliche Versetzung der Einheit in der Transversal richtung von der zentralen Orbitalachse aufweist und am Anfang parallel zur zentralen Orbital achse liegt.

Aufgrund der Symmetrie der Median-Ebene (Beugungsebene) des · Ablenksystems 11 kann gezeigt werden, daß die vorstehend beschriebenen Bahnverläufe der Beugungs- oder Radialebene von den Bahnverlaifen der Transversal- oder Y-Ebene entkoppelt sind, d.h. die Bahnverläufe s_v, c_v und d_v sind von den Bahnverläufen

Λ Α Λ

s und c unabhängig. Die vorstehend erwähnten fünf charakteristischen

Jf Jr

Bahnverläufe für das magnetische Ablenksystem sind.jeweils in den Fig. I₈ 3 und 4 veranschaulicht.

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Unter Bezugnahme auf Fig. 4 und unter Berücksichtigung des anfänglichen divergenten s-Bah^verlaufs ist es bei dem magnetischen Ablenksystem 11 wünschenswert, daß der Ausgangsstrahl, d..h. der abgelenkte austretende Strahl an der Ausgangsebene 18, der z.B. auf den Schirm 19 fokussiert ist, identisch die gleichen Eigenschaften besitzt wie der kollimierte Eingangsstrahl an der Strahl-Eingangsebene am Anfang 16.

In dem Stanford Linear Accelerator Center-Bericht Nr. 91, S. A-45 wurde nachgewiesen, daß für jeden Platz im Ablenksystem 11, in dem einer der cos-ähnlichen Bahnverläufe (c , c ) und sin-förmigen

χ y

Bahnverläufe (s_x,-s ) die Orbitalachse überschneidet und der andere Ausdruck parallel zur Orbital achse ist,eine Einschnürung des Strahls für diese besondere Ebene, nämlich die Beugungsebene (x-Ebene für die beiden Ausdrücke s_v und c ) oder die Transversalebene (y-Ebene für die beiden Ausdrücke s und c ) auftritt.

In dem magnetischen Ablenksystem 11 ist es wünschenswert, eine Einschnürung in der Beugungsebene des Strahls in der Mittelebene der Symmetrieebene 31 zu haben. Entsprechend wird s zu einem Schnittpunkt der Orbitalachse 15 in der mittleren Fläche der Symmetrieebene 31 abgelenkt, wogegen der cos-förmige Bahnverlauf c_v durch einen Schnittpunkt bzw. eine Einschnürung bei A fokussiert wird und zurück, parallel zur Orbital achse 15 in der mittleren Fläche der Symmetrieebene 31 gelenkt wird. Dies gestattet eine radiale Einschnürung (Einschnürung in der Beugungsebene) in der mittleren Räche der Symmetrieebene 31. Die impüls-

dispersive Bahn d_x (Fig. 3) wird in der mittleren Fläche der Symmetrieebene 31 in einen parälelen Verlauf zur Orbitalachse 15 fokussiert. Hierdurch wird eine maximale Impuls-Analyse gewährleistet, da die Mittel fläche der Symmetrie ebene 31 die den Impuls streuenden Partikeln, d.h. Partikel mit ΔΡ von Pq eine maximale radiale Versetzung von der zentralen Orbital achse 15 haben werden und eine derartige Versetzung

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proportional zu ΔΡ für das einzelne Teilchen sein wird. Dies, kombiniert mit der radialen Einschnürung für S_x und ^-Teilchen, die keinen Impuls zerstreuen, gestattet es, einen

einen Impuls festlegenden Schlitz 36 in der Mittelfläche der Symmetrieebene 31 einzusetzen, um eine Impuls-Analyse des Strahls für das Abschneiden von Ausläufen bzw. Schwänzen der Impulsverteilung des Strahls einzusetzen, wie es noch genauer unter Bezugnahme auf die Fig.5 und 6 beschrieben wird. Hierdurch wird auch ein Impuls-Analysator 36 in einen Bereich eingesetzt, der vom Schirm 19 entfernt liegt, so daß die vom Analysator auftretenden Röntgenstrahlen leicht gegenüber der Röntgenstrahl-Behandlungszone abgeschirmt werden.

In Fig. 4 sind die gewünschten Bahnverläufe s und c in der Transversalebene (y-Ebene) dargestellt, die quer zur Beugungsebene liegt. Wie oben festgestellt wurde, tritt eine Einschnürung in der Transversalebene an der Stelle auf, an der eine der Bahnen s und c parallel zur Orbital ac hse liegt, während die andere Bahn die Orbitalachse 15 überschneidet. Eine minimale magnetische Luftspaltbreite für die Strahlablenkungsmagneten 12, 13 und 14 wird erreicht, wenn eine Strahleinschnürung in der Transversalebene in der Mittel fläche der Symmetrieebene 31 auftritt. Entsprechend wird der Sinusausdruck (S ) in der mittleren Fläche parallel zur Orbitalachse fokussiert, während der Kosinusausdruck (c ) für ein überschneiden mit der Orbital achse 15 in der mittleren Fläche der Symmetrieebene 31 fokussiert wird.

Die verschiedenen Parameter des Strahlbeugungs-Magnetsystems 11 werden so ausgewählt, daß die vorstehend beschriebenen Bahnverläufe S_x, C_x, d_x, s und c erreicht werden, wie sie in den Fig. 1, 3 und 4 dargestellt sind. Genau genommen können die Bedingungen und Parameter für das Magnetsystemil, die erfüllt werden müssen, allein durch Bezugnahme auf bestimmte mono-energetische Bahn-verlaufe erster Ordnung ermittelt v/erden, welche das System 11

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durchkreuzen.

Die Strahlenoptik erster Ordnung kann durch die Matrixgleichung ausgedrückt werden:

X(I) = RX(O) Gleichung (1)

Diese Gleichung setzt die Positionen und Winkel eines beliebigen Bahnverlaufs relativ zu einer Bezugsbahn in jedem in Frage stehenden Punkt (z.B. einem beliebigen Punkt, der mit der Position 1 bezeichnet ist), als eine Funktion der Anfangspositionen und Winkel der Bahn am Beginn (0) des Systems in Beziehung, d.h. am Anfang 16, der hier mit (0) bezeichnet v/urde. Die Formel der· Gleichung (1) ist aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus dem vorgenannten Bericht Nr. 75 oder aus dem Artikel von S. Penner "Calculations of Properties of Magnetic Deflection Systems", Review of Scientific Instruments, Band 32, Nr. 2, 1961, Seiten 150-160 bekannt.

Somit wird ein beliebiges geladenes Teilchen an jeder spezifizierten Position in dem System 11 durch ein vektor dargestellt, d.h. eine einzelne Spaltmatrix X, deren Komponenten die Positionen, Winkel und der Impuls des Teilchens hinsichtlich einer spezifizierten Bezugsbahn, beispielsweise hinsichtlich der zentralen Orbitalachse 15 sind.

γ _

y
φ
ι
δ

Gleichung 2

Hierbei bedeuten

χ die Radi al Versetzung der wi11 kürlichen Bahn

im Hinblick auf die angenommene zentrale Orbitalbahn 15.

Θ den Winkel, den die beliebige Bahn in öer Beugungsebene im Hinblick auf die angenommene zentrale Orbitalbahn 15 einschließt.

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y die transversale Versetzung des beliebigen Strahls in einer Richtung, die senkrecht zur Beugungsebene im Hinblick auf die angenommene zentrale Orbitalbahn 15 liegt.

φ die Winkeldivergenz des willkürlichen Strahls in der Transversalebene im Hinblick auf die angenommene zentrale Bahn 15.

ζ die Weglängendifferenz zwischen der willkürlichen Bahn und der zentralen Orbitalbahn 15.

<5 = δΡ/Pq und stellt die Bruchteil-.Inipulsabweichung des Teilchens der beliebigen Bahn· gegenüber der angenommenen zentralen Orbitalachse 15 dar.

In Gleichung (1) ist R die Matrix für das Strahl ablenksystem zwischen der Anfangs- (O) und Endposition (1), d.h. zwischen den Positionen des Beginns (0) und dem Punkt der in Frage stehenden Position (1). Im einzelnen ergeben sich die Basismatrizen für die verschiedenen Strahlablenkkomponenten, wie beispielsweise die Trift-Distanz ä., den Rotationswinkel $ der Eingangs- oder Ausgangsflächen der einzelnen Beugungsmagnete 12 bis 14 und für den Beugungswinkel α wie nachstehend aufgeführt:

R.

0
0
0
0

0 1

0
0
0
0

1 0 0 0 0 0

A
1
0
0
0
0

0
0

0 0 1 0 0 0

0
0

1 0

Tan(s-ifi) 1

0 0

0 0

0
0

0 0 1 0

0 0 l 1 0 0

0 0

0 0 0 1

Gleichung (4)

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ψ =

Gleichung (3)

Korrekturausdruck, der sich aus dem endlichen bzw. begrenzten Bereich von Randfeldern ergibt. .Hierbei ist zu beachten, daß dieser Winkel nicht den Gesamtwinkel der Beugung darstellt wie er an anderer Stelle benützt wird.

	pSina Cosa	0 0	0 0	0 0	p(l-Cosu) Sina	2402388
Cosa -Sina	0 0 p(l-Cosa ) 0	1 0 0 0	pa 1 0 0	0 0 1 0	0 0 p(a -Sina ) 1	Gleichuno (5)
P 0 0 Sina 0

Somit ist die Matrix R für einen Beugungsmagnet Rg£j\j_D =
(R ₉) (R ,) (RgI)> wobei el den Rotationswinkel der Eingangsfläche relativ zur zentralen Orbital achse, und $2 den Rotationswinkel der Ausgangsfläche des ersten Krümmungsmagneten relativ zur zentralen Orbitalachse 15 darstellt, wie es in Fig. 1 veranschaulicht ist. In ähnlicher Weise ist die Matrix der einen Hälfte eines Krümmungsmagneten Ry^ R^n ^{= R} 2 ^Rß3' Gleichung (6)_/ wobei R_a2 identisch zu R_q aus Gleichung (5) ist, jedoch sind hier die Werte für α in Gleichung (6) gleich der Hälfte der Werte von α in Gleichung (5).

Die Matrix für das Gesamtsystem 11 in der Symmetrieebene 31 in der Kriimmungsebene ist somit R_s = (

Die Matrix R zur mittleren Fläche der Symmetrieebene 31 ergibt sich zu:

R(Il)	R 12)	0	0	0	R(16)	Gleichung (7]	I
R(21)	R(22)	0	0	0	R(26)
0	0	R(33)	R(34)	0	0
0	0	R(43)	R(44)	0	0
R(51)	R(52)	0	0	1	R(56)
0	0	0	0	0	1

Hierbei weisen die Elemente der Matrix R(ij) auf, wobei sich i auf die Zeilen- und j auf die Spaltenposition in der Matrix bezieht. Wegen der Symmetrie auf einander gegenüberliegenden Seiten der Krümmungsebene ist die Matrix R in der χ (Krümmungsebene) und y(Transversal)-Ebene entkoppelt.

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'ijie Matrixelemente, auf die sich vorstehende Bahnverläufe beziehen, sind wie folgt:

R(Ki) = S_x; R(Il) = C_x; R(Io) = d_x; R(34) = s_y; R(33) = c_y

Kur.nriGhr wird sich auf die Matrix Rc_vm> Gleichung (7) und auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Bahnverläufe bezogen; in dam Mittelpunkt des Systems, nämlich in der Symmetrieebene 31, «r, der sie durch die zentrale Orbital achse 15 aufgenommen wird, wird R(16) (die räumliche Dispersion) d ein Maximum in dieser

Konstruktion sein, während R(12) = R(21) = O; S_x ist nämlich eine Überkreuzung in aer mittleren Fläche der Symmetrieebene 31 und die erste Ableitung C_x ist O, d.h. parallel zur Orbitalachse in der mittleren Fläche, welche die Einschnürung der Quelle, d.h. des Kollimators, anzeigt; infolgedessen wird eine .

Impuls-Analyse des Strahls in der mittleren Ebene 31 zugelassen.

Die bevorzugte Ausführungsform eines magnetischen Ablenksystems ist weiterhin durch eine Bahn Rz₃₃N = &(λλ\ = 0 in der Mittelfläche der Symmetrieebene 31 gekennzeichnet; der Verlauf c ist nämlich zu einer Überkreuzung der Orbital achse 15 fokussiert, während die erste Ableitung von S' = R/aa\ = 0, d.h. S istin der mittleren Fläche der Symmetrieebene 31 parallel zur Orbitalachse, wodurch eine Einschnürung in der transversalen Strahl hülle gesichert wird; eine derartige Einschnürung ist unabhängig von der Anfangsphasen-Raum -Fläche des Strahls. Da die magnetischen Elemente symmetrisch um die mittlere Fläche der Symmetrieebene 31 liegen, ist auch die Umhüllende des Strahls symmetrisch. Wenn dieser Zustand im Mittelpunkt des Systems auftritt, kann nicht nur eine maximale übertragung des Elektronenstrahls durch das magnetische Ablenksystem gewährleistet werden, sondern wegen der Symmetrie des Systems ferner, daß beide Ausdrücke ^R(34) ^{und R}(43) ^{an der} Schirm-Stelle 19 genau 0 sind. Dies ist

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der Feststellung äquivalent, daß der sinusförmige Ausdruck und die Ableitung des cosinusförmigen Ausdrucks 0 sind. Diese Konditionen sind genau diejenigen Bedingungen, die für eine Koinzidenz einer Punkt-zu-Punkt-Fokussierung und für eine Einschnürung erforderlich sind, wie es in dem vorstehend erwähnten Bericht Nr. 91 aufgezeigt wurde.

Am Ende des Systems, d.h. am Schirm 19 ist R/i₂\ ⁼ R/ολ\ = 0, was bedeutet, daß die Punkt-zu-Punkt-Abbildung sowohl in der radialen wie auch in der transversalen Ebene stattfindet; infolgedessen wird zugesichert, daß die endgültige Strahlen-Fleckgröße gegenüber dem Eingang, der den Kollimator 17 definiert, stabil ist. Darüberhinaus gewährleistet R^,, = R/33} = Ul eine gleichmäßige Verstärkung aer anfänglichen Strahlenfleckgröße.

Nunmehr wird die Winkeldispersion des Strahls betrachtet; wird gefordert, daß die Ableitung des Dispersionsausdrucks R^fil in der mittleren Ebene 31 des Systems 11 gegen 0 geht, werden sowohl der Dispersionsausdruck R/ig\ und dessen Ableitung am Ausgang 0 sein. Dies ist natürlich die notwendige und zufriedenstellende Kondition . dafür, daß das System achromatisch ist.

Somit hat sich aus der vorstehenden Diskussion ergeben, daß bei dem bevorzugten magnetischen Ablenksystem 11 die nachfolgenden Matrixelemente alle einen O-Wert in der mittleren Fläche der Symmetrieebene 31 haben sollten. Mit anderen Worten bedeutet dies, daß R₍₁₂₎ = R₍₂₁₎ = R₍₂₆₎ = R₍₃₃₎ = R₍₄₄₎ = 0. Diese Aussage umfaßt gleichzeitig fünf Matrixgleichungen und wenigstens fünf Unbekannte, nämlich ctjApßj^»^ ^und^3· Bei dem bevorzugten magnetischen Ablenksystem 11 gemäß der Erfindung istßj =3₂, wobei 3₂ = S₃ ist und a^ = <x₂ =<*₃.

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Die vorerwähnten fünf gleichzeitigen Matrixgleichungen können von Hand gelöst werden. Dies ist jedoch ein sehr mühseliges Verfahren und es ergibt sich als akzeptablere Alternative eine Lösung der fünf Gleichungen mittels eines für diesen Zweck programmierten Computers allgemeiner Art. Ein geeignetes Programm ist das mit dem Namen TRANSPORT bezeichnete Programm. Kopien des Programms, das bereits für diesen Zweck benützt wurde, sind verfügbar und die entsprechende Grundlagendokumentation ist ebenfalls verfügbar. Der bereits erwähnte Bericht Nr. 91 stellt eine handschriftliche Beschreibung dar, wie die Daten für die TRANSPORT-Berechnung erstellt werden müssen.

Bei der Konstruktion des magnetischen Ablenksystems 11 gemäß der Erfindung sollten die Randeffekte der verschiedenen Beugungsmagnete in Betracht gezogen werden. Insbesondere tritt die wirksame Eingangs- und Ausgangsfläche der Beugungsmagnete nicht an der Grenze des Gebiets des gleichmäßigen Feldes auf, sondern erstreckt sich aus dem gleichmäßigen Feldabschnitt um einen endlichen Betrag nach außen. Die tatsächliche Grenze ist in Fig. 8 und 9 als d^ eingezeichnet; d^ ist derjenige Punkt, an dem die schraffierte Fläche A^ nach Fig. 9 gleich der schraffierten Fläche ^ ">^st· Die Fläche A^ ist derjenige Abschnitt der Zeichnung zwischen der tatsächlichen Kraftlinie 35 des Magnetfelds und dem Wert des gleichmäßigen Magnetfelds B_Q im Luftspalt des Spalts des Beugungs- bzw. Krümmungsmagneten; die Fläche k^ ^lst diejenige schraffierte Fläche, die unter dem Intensitätsverlauf 35 des magnetischen Felds zwischen der effektiven Grenze d, und dem Punkt liegt, an dem das magnetische Randfeld eine O-Amplitude annimmt. Der Koeffizient K₁ in der Rotationsmatriχ der Polfläche, wie sie auf Seite 2 -3 des erwähnten Berichts Nr. 91 gezeigt ist, berücksichtigt die effektive Grenze des Magnets zur Kompensation des Randfelds. In einem eingespannten Magnet der in Fig. 1-4 gezeigten Art liegt der typische Wert für K^ bei etwa 0,4, wie es auf der

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Seite 16.5 des genannten Berichts Nr. 91 angedeutet ist.

In den Fig. 5 und 6 ist die ' Impulsverteilung eines

typischen Ausgangsstrahls eines kollimierten linearen Elektronenbeschleunigers dargestellt. Wie bereits vorstehend angedeutet wurde, dient das magnetische Ablenksystem 11 gemäß den Fig. 1-4 zur Lieferung einer Impuls-Analyse des Strahls in der Symmetrieebene 31. Entsprechend wird ein Energie-Selektionsschlitz 36 vorzugsweise an der Symmetrieebene zum Abschneiden der Auslaufbereiche von der Impulsverteilung gemäß Fig. 5 vorgesehen sein, wobei die Impulsverteilung des endgültigen Strahls, wie er auf den Schirm 19 fokussiert ist, im Gegensatz zu dem Strahl am Ausgang des Kol.limators 17 eher mono-energetisch ist. Wie in Fig. 6 gezeigt ist, weist der Schlitz 36 für die Impuls-Analyse zwei Abschneid- bzw. Abspalt-Flügel 37 und 38 auf, die radial um vorbestimmte Beträge im Abstand von der zentralen Orbitalachse 15 zum Abspalten der jeweiligen hohen und niedrigen Impuls-Schwänze von dem hinsichtlich desImpulses analysierten Strahls angeordnet sind. Wie sich unter Bezugnahme auf die Fig. 5 und 6 ergibt, tritt das Ende des Schwanzes der Irnpulsverteilung hauptsächlich an der Seite des niedrigen Impulses der Impulsverteilung auf; somit kann, wenn dies erwünscht ist, nur ein Flügelelement 37 für die Impuls-Selektion verwendet werden, wie es zur Begrenzung der Teilchen niedrigen Impulses wünschenswert ist. Die aus dem Schlitz 36 austretenden Röntgenstrahlen können leicht gegenüber dem Patienten und dem Schirm abgeschirmt v/erden, da die durch ein solches Abfangen des Strahls erzeugte Röntgenstrahl-Keule dazu tendiert, in einer im wesentlichen unterschiedlichen Richtung gerichtet zu sein als die Richtung der erwünschten RöntgenstrahVKeule 21.

In Fig.7 ist ein magnetisches Ablenksystem 11 veranschaulicht, das typischerweise in einer Einrichtung 39 für eine Röntgenstrahl therapie verwendet wird. Die Einrichtung 39 weist ein

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hauptsächlich C-förmiges Gerüst bzw. Halterung 41 auf, das bzw. die um eine Drehachse 42 in horizontaler Richtung verdrehbar ist. Das Stützgerüst bzv/. das Stützglied 41 wird vom Boden 34 über ein Fußgestell 44 getragen, welches ein Drehlager zur drehfähigen Halterung des Gerüsts aufweist. Das Gerüst umfaßt zwei im wesentlichen horizontal ausgerichtete parallele Arme 46, 47. Ein linearer Elektronenbeschleuniger 48 ist im Arm 47 angeordnet und ein magnetisches Ablenksystem 11 und der Schirm 19 sind am äußeren Ende des horizontalen Arms 17 zur Projizierung von Röntgenstrahlen zwischen das äußere Ende des Gehäuses 47 und ein Röntgenstrahlen absorbierendes Element 49 angeordnet, wobei das Element 49 am äußeren Ende des anderen horizontalen Arms 45 getragen ist. Der Patient 51 wird von einem Tisch 52 zur therapeutischen Behandlung in der Röntgenstrahl-Keule getragen.

Die Vorteile des magnetischen Ablenksystems 11 gemäß der Erfindung umfassen eine achromatische Strahlenablenkung um einen beachtlichen Winkel derart, daß der kollimierte Elektronenstrahl auf den Schirm 19 abgebildet wird, ohne daß entweder eine räumliche oder winkelmäßige Dispersion noch eine bedeutsame Zunahme der Fleckgröße herbeigeführt werden. Außerdem ist das Strahlen-Ablenksystem 11 kompakt und durch Verwendung von drei identischen Strahlen-Krümmungsmagneten wesentlich vereinfacht. Die Anforderungen an den Luftspalt des Magnetsystems zur Strahlenbeugung sind durch die Anordnung einer Parallel-zu-Punkt-Fokussierung in der transversalen Ebene in der Symmetrieebene 31 verringert.

Obgleich der gesamte Beugungswinkel ψ des Strahlen-Ablenksystems 11, wie es bisher beschrieben und dargestellt wurde, 270° beträgt, stellt dies kein Erfordernis für die vorliegende Erfindung dar. Es können auch andere Beugungswinkel möglich sein, wobei die erfindungsgemäßen Techniken verwendet werden. Es stellt ein wesentliches Merkmal der Erfindung dar, alle Krümmungsmagneten 12 bis 14 zu verwenden,

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die den Strahl im gleichen Sinn beugen; die Verwendung von drei Magneten stellt jedoch kein wesentliches Merkmal dar. Beispielsweise kann der zweite Magnet 13 in zwei Magnete mit einem Triftraum dazwischen gespalten sein, wobei die Symmetrieebene durch den hinzugefügten Triftraum läuft. Diese abgewandelte Konstruktion würde die Anordnung der Schlitze 36 für die Impuls-Selektion erleichtern.

Bei einem typischen Magnet-Ablenksystem 11 zur Beugung eines Elektronenstrahls von einem kollimierten Ausgang eines linearen Beschleunigers auf den Schirm 19 v/erden die Magnetfeldstärke und der zentrale Impuls P_Q des Beschleunigungs-Ausgangsstrahls derart gewählt, daß die zentrale Orbital achse 15 einen Krümmungsradius ρ von 4,97cm (1,97") aufweist und die Parameter des magnetischen Ablenksystems die vorerwähnten Bezugsbahnen s , ^cx* ^sv* ^cv' ^dx ^ei'^nnenmen» welche folgende Werte haben:

A₁ =ä₄ = 3,88 cm (1,53"), 3^₆ = 13,2°, A₂ =*₃ = 7,74 cm (3,06"),

K = 0,4, Ct_1-3 = 90°, Breite des Magnetspalts = 0,556 cm (0,22").

Obgleich die bevorzugte Anordnung des Schlitzes 36 für die Impuls-Analyse in der Mitte der Symmetrieebene 31 liegt, kann der Schlitz 36 auch zwischen benachbarten Strahlen-Beugungsmagneten, d.h. zwischen den Magneten 12 und 13 oder zwischen den Magneten 13 und 14 eingesetzt werden. Das Auflösungsvermögen des Schlitzes 36 wird in dieser Lage etwas reduziert, jedoch wird die physikalische Realisation des Schlitzes 36 erleichtert.

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Claims (26)

1. Vl P366 D

   Patentansprüche

   y Verfahren zur achromatischen magnetischen Ablenkung eines Strahls aus nicht-monoenergetischen, geladenen Teilchen um einen Beugungswinkel ψ entlang einer zentralen Orbital achse, die durch den Bahnverlauf eines geladenen Teilchens mit einem Bezugs.impuls P₀ bestimmt ist, in einer Beugungsebene zwischen einer transversalen Strahl-Eintritts-Ebene und einer Strahl-Austritts-Ebene, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl aus geladenen Teilchen einerReihe von .magnetischen Ablenkkräften derart ausgesetzt ist, daß die Strahl teilchen mit dem Bezugs.impuls Pq. die am Beginn in der Beugungsebene gegenüber der Orbital achse radial versetzt sind und anfänglich in der Strahlen-Eingangsebene parallel zur Orbital achse verlaufen, zu einer ersten und zweiten Überkreuzung der zentralen Orbital achse und in Bahnverläufe fokussiert werden, die in einem Gebiet entlang der Orbital achse zwischen den Strahl-Eingangs- und-Ausgangsebenen gegenüber der Orbital achse eine Neigung von nahezu O aufweisen, daß Strahl teilchen mit dem Bezugsimpuls P_Q, welche Bahnverläufe auf und gegenüber der Orbital achse divergierend haben, in der Strahleingangsebene zu einem überkreuzen der zentralen Orbital achse in einem Bereich entlang der Orbital achse und zwischen den Strahlen-Eingangs- und -Ausgangsebenen fokussiert werden, daß Strahl teilchen mit dem Bezugsimpuls P_Q, die am Beginn zur Orbitalachse versetzt und parallel zur Orbitalachse sind, in der Transversalebene der Strahl-Eingangsebene zu einem überkreuzen der zentralen Orbitalachse in einem Bereich entlang der Orbitalachse zwischen den Strahl-Eingangsund -Ausgangsebenen fokussiert werden, daß die Strahl teilchen mit dem Bezugsimpuls P_Q, die anfangs Bahnverläufe auf und winkelmäßig divergent gegenüber der Orbitalachse in der Transversal ebene haben, in der Eingangsebene

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   zu einer Überkreuzung mit der Orbitalachse in der Strahlausgangsebene und in einen Bahnverlauf fokussiert werden, der gegenüber der Orbitalachse im Bereich entlang der Orbitalachse zwischen den Strahl-Eingangs- und -Ausgangsebenen eine Neigung· gleich aufweist, und.daß die Strahl teilchen mit einem Impuls, der gegenüber dem Bezugsimpuls P« unterschiedlich ist und die einen Bahnverlauf haben, der am Anfang in der Strahlen-Eingangsebere mit der Orbitalachse zusammenfällt, in der Strahlen-Ausgangsebene zu der Orbitalachse achromatisch fokussiert werden.
2. 2. Verfahrennach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlenteilchen, die am Anfang in der Beugungsebene gegenüber der Orbital achse radial versetzt und parallä zur Orbital achse in der Strahlen-Eingangsebene sind, zu Bahnverläufen fokussiert werden, die in einem Bereich, der nahezu die Mitte entlang der Orbitalachse zwischen den Strahlen-Eingangsebenen und -Ausgangsebenen darstellt, gegenüber der Orbitalachse nahezu eine Neigung gleich 0 haben, wobei aer Mittel abschnitt in einer transversalen Symmetrieebene liegt, die sich in einem ßeugungswinkel von ψ/2 befindet.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

   die Strahlteilchen, die zu ersten und zweiten Überkreuzungen der Orbitalachse fokussiert werden, diese Überkreuzungen auf einander gegenüberliegenden Seiten der mittleren Symmetrieebene aufweisen.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

   die anfangs winkelmäßig in der Krümmungsebene von der Orbitalachse und auf der Orbitalachse divergenten Strahlteilchen in der Strahleingangsebene zu einer Überkreuzung mit der Orbitalachse in der Mitte einer transversalen Syrnmetrieebene fokussiert werden, die bei einem Strahl-Krümmungswinkel von ψ/2 auftritt.

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   -Λί-
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die anfänglich gegenüber der Orbital achse transversal versetzten Strahl teilchen in der Transversal ebene in der Strahl-Eingangsebene zu einer Überkreuzung mit der Orbitalachse in der Mitte einer transversalen Symmetrieebene fokussiert v/erden, die bei einem Strahl-Krümmungswinkel von etwa ψ/2 auftritt.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die anfänglich gegenüber und auf der Orbital achse winkelmäßig divergierenden Strahl teilchen in der Transversalebene in der Strahleingangsebene zu Bahnverläufen fokussiert werden, die im wesentlichen in der Mitte einer transversalen Symmetrieebene gegenüber der Orbitalachse eine Neigung gleich 0 aufweisen, wobei sich die Symmetrieebene an einem Strahl-Krümmungswinkel von etwa ψ/2 befindet.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die anfänglich gegenüber der Orbital achse transversal versetzten Strahlteilchen in der transversalen Ebene in der Strahl-Eingangsebene zu einem überkreuzen der Orbitalachse in der Mitte einer transversalen Symmetrieebene fokussiert werden, die an einem Strahl-Krümmungswinkel von etwa ψ/2 auftritt, und daß die anfänglich winkelmäßig von der Orbital achse und auf der Orbital achse divergenten Strah!teilchen in der Transversalebene in der Strahl-Eingangsebene zu Bahnverläufen fokussiert werden, die im wesentlichen in der transversalen Symmetrieebene gegenüber der Orbital achse eine Neigung gleich 0 aufweisen, wobei sich die Symmetrieebene an einem Strahl-Krümmungswinkel von etwa ψ/2 befindet.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Symmetrieebene ein radial verlaufender Rand des Strahls abgeschnitten wird, wobei die Symmetrieebene in einem Strahl-Krümmungswinkel von ψ/2 auftritt.

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9. 9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihen der magnetischen Strahl ablenkkräfte durch Anlegen eines Magnetfelds aus v/enigstens drei Paaren magnetischer Pole erzeugt wird, die im Abstand voneinander entlang der zentralen Orbitalachse angeordnet sind, um ihre jeweiligen Magnetfelder Über die zentrale Orbital achse in transversaler Richtung auszurichten, und daß die magnetischen Pole von solcher Polarität gewählt werden, daß alle angelegten Magnetfelder der drei Magnetpol paare parallel und in gleichem Sinn verlaufen.
10. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei der drei Magnetpol paare im wesentlichen identisch sind und jedes gleiche Pol paar zur Erzeugung von im wesentlichen gleichen, transversalen Magnetfeldern gegenüber der zentralen Orbitalachse erregt werden.
11. 11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungswinkel ψ zu etwa 270° gewählt wird.
12. 12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur magnetischen Ablenkung von Strahl-Teilchen mit denBezugs impuls P_Q und mit einer anfänglichen radialen Versetzung in der Krümmungsebene gegenüber der Orbitalachse sowie mit einer anfänglichen Parallelität zur Orbitalachse in der Strahl-Eingangsebene in einen Bahnverlauf, der erste und zweite Oberkreuzungen der Orbital achse aufweist, wobei der Bahnverlauf gegenüber der Orbital achse in einem Bereich entlang der Orbitalachse und zwischen den Strahl-Eingangs- und -Ausgangsebenen eine Neigung von etwa 0 aufweist, eine Einrichtung zur magnetischen Ablenkung von Strahl teilchen mit dem Bezugs.impuls P_Q, die anfangs auf der Orbitalachse und winkelmäßig divergent gegenüber der Orbitalachse sind,

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    in der Strahl-Eingangsebene in Bahnverläufe, die eine Überkreuzung mit der Orbital achse im Gebiet entlang der Orbital achse zv/i sehen den Strahl-Eingangs- und Ausgangsebenen aufweisen, eine Einrichtung zur magnetischen Ablenkung von Strahl teilchen mit dem Bezugs impuls P₀, die in der Strahl eingangsebene anfänglich gegenüber der Orbital achse versetzt und in der Transversalebene parallel zur Orbital achse sind, in der Strahleingangsebene in Bahnverläufe, die eine Überkreuzung mit der zentralen Orbital achse im Bereich entlang der Orbitalachse zwischen der Strahl-Eingangs- und -Ausgangsebene aufweisen, eine Einrichtung zur magnetischen Ablenkung von Strahl teilchen mit dem Bezugs impuls und mit Anfangs-Bahnverläufen auf der Orbital achse und in der Transversalebene winkelmäßig zur Orbitalachse divergierend, in der Strahl-Eingangsebene in Bahnverläufe, die eine Überkreuzung der zentralen Orbitalachse in der Strahlausgangsebene aufweisen und diese Bahnverläufe im Bereich entlang der Orbital achse zwischen den Strahl-Eingangs- und -Ausgangsebenen gegenüber der Orbitalachse eine Steigung gleich O haben, und eine Einrichtung zur magnetischen Ablenkung von .Strahlteilchen mit gegenüber dem Bezugsimpuls. P« unterschiedlichem Impuls, mit Bahnverläufen,die anfänglich mit der Orbital achse in der Strahl-Eingangsebene zusammenfallen, in Bahnverläufe , '

    die zur Orbital achse in der Strahl-Ausgangsebene achromatisch fokussiert sind, vorgesehen sind.
13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur magnetischen Ablenkung der anfänglich in der Strahl-Krümmungsebene radial versetzten und parallel zur Orbital achse verlaufenden Strahl-Teilchen in Bahnverläufe, die nahezu eine Steigung von 0 aufweisen, .eine Einrichtung zur Fokussierung der Teilchen in Bahnverläufe enthält, welche gegenüber der Orbital achse in der Mitte der transversalen Symmetrieebene eine Neigung von etwa gleich 0 haben.

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    24Ü?388 U
14. 14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Ablenkung der Strahl-Teilchen in erste und zweite Überkreuzungen der Orbital achse eine Einrichtung zur Fokussierung dar Teilchen in Bahnverläufe enthält, welche auf gegenüberliegenden Seiten der Mitte der Symmetrieebene Oberkreuzungen der Orbital achse aufweisen.
15. 15. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur magnetischen Ablenkung der Teilchen, die am Beginn in der Beugungsebene gegenüber der Orbital achse winkelmäßig divergieren, und in der Strahl-Eingangsebene auf der Orbitalachse liegen, eine Einrichtung zur Fokussierung der Teilchen zu^überkreuzung der Orbitalachse in der Mitte der Symmetrieebene enthält.
16. 16. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß

    die Einrichtung zur magnetischen Ablenkung der Strahl teilchen, die am Beginn gegenüber der Orbital achse in der transversalen Ebene in der Strahl-Eingangsebene transversal versetzt sind, eine Einrichtung zur Ablenkung der Teilchen zu einer Überkreuzung der Orbitalachse in der Mitte der transversalen Symmetrieebene enthält.
17. 17. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur magnetischen Ablenkung der gegenüber der Orbitalachse winkelmäßig divergierenden Strahl teilchen und der in der Transversalebene in der Strahl-Eingangsebene auf der Orbital achse liegenden Teilchen eine Einrichtung zur Fokussierung der Teilchen in Bahnverläufe enthält, die an einem im wesentlichen in der Mitte der transversalen Symmetrieebene liegenden Punkt eine Neigung gegenüber der Orbitalachse von gleich 0 aufweist.

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    - ΑΓ-

    %% 2402368
18. 18. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Ablenkung der Strahlteilchen mit anfänglicher winkel mäßiger Divergenz gegenüber der Orbital achse und von Teilchen, die auf der Orbitalachse der transversalen Ebene in der Strahleingangsebene ,eine Einrichtung zur Fokussming der Sahnverläufe in Bahnverläufe mit gegenüber der Orbital achse im wesentlichen in der Mitte der transversalen Symmetrieebene aufweisenden Steigung von etwa 0 enthält.
19. 19. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum Abschneiden des radialen Strahlenrands

    in einem Gebiet, das entlang der Orbital achse etwa in der Mitte zwischen der Strahl-Eingangs- und Ausgangsebene liegt, vorgesehen ist.
20. 20. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung von magnetischen-Strahl-Ablenkkräften wenigstens drei Magnetpolpaare aufweist, die entlang der zentralen Orbital achse angeordnet sind, um ihre jeweiligen Magnetfelder quer über die zentrale Orbitalachse in transversaler Richtung und in gleicher Richtung auszurichten.
21. 21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens drei der Magnetpolpaare im wesentlichen identisch sind und daß eine Einrichtung zur Erregung der identischen Pol paare zwecks Erzeugung von im wesentlichen gleichen transversalen Magnetfeldern auf der zentralen Orbital achse vorgesehen ist.
22. 22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Magnetpolpaar eine Eingangs- und eine Ausgangsfläche aufweist, die jeweils einen sich quer über die Orbitalachse erstreckenden Rand festlegen, und daß jeder Eingangs- und Ausgangsrand im wesentlichen um den gleichen Winkel 0 gegenüber der zentralen Orbitalachse geneigt ist.

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23. 23. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Nebenschlußeinrichtung zur Festlegung eines magnetisch durchlässigen Körpers in zwischen benachbarten und winkelmäßig gegeneinander versetzten Polpaaren zwecks Abschirmung des Strahls gegenüber den Magnetfeldern vorgesehen ist, die zwischen benachbarten Polpaaren eingegrenzt sind, wobei der magnetisch durchlässige Körper einen Durchgang zur Durchführung des Strahls enthält.
24. 24. Vorrichtung nach Anspruchl2, dadurch gekennzeichnet, daß

    ein linearer Beschleuniger zur Erzeugung eines Elektronenstrahls und zur Zuführung des Elektronenstrahls zur Strahlablenkung vorgesehen ist, daß ein Röntgenstrahl schirm zur Aufnahme des abgelenkten Elektronenstrahls zv/ecks Erzeugung einer Röntgenstrahl-Keule angeordnet und eine Einrichtung zur Ausrichtung der Röntgenstrahl-Keule auf ein zu bestrahlendes Objekt vorgesehen ist.
25. 25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kollimator zwischen dem linearen Beschleuniger und der Strahl-.Ablenkeinrichtung zum Kollimieren des Elektronenstrahls vor dessen magnetischer Ablenkung vorgesehen ist.
26. 26. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Ablenkeinrichtung eine Vielzahl von Strahl-Beugungsmagneten aufweist, die entlang der zentralen Orbitalachse angeordnet sind und" die eine Einrichtung zum Abschneiden von radialen Strahl rändern in der Strahl-Krümmungsebene in einem Bereich entlang der zentralen Orbitalachse zwischen benachbarten Strahl-Krümmungsmagneten vorgesehen ist.

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