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Hochvakuumkammer zum Bestrahlen von Targets Die Erfindung bezieht
sich auf eine Hochvakuuu:kammer zum Bestrahlen von jeweils in einem Rahmen eingelegten
Targets, bestehend aus einer in die Hochvakuumkammer führenden Vorschubvorrichtung
und einem ein Target quer zur Vorschubvorrichtung in die Bestrahlungsposition überführenden
sowie nach der Stzaahlenbehandlung das Target in die Vorschubvorrichtung zurückführenden
Stellglied.
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Eine bekannte derartige Anlage zum Bestrahlen von rilargets be steht
aus einer Bestrahlungskammer mit einer beidseitigen Druckstufe sowie aus einem Rahmen-transportmechanismus,
der dazu dient, die zu bestrahlenden Targets in die Vakuumkammer einzuschleusen,
in der sie einer Strahlenbehandlung, im vorliegenden Falle einer Elektronenstrahl-Behandlung,
unterworfen werden.
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Die Bestrahlung der Targets in der Hochvakuumkammer erfolgt hier bei
einem Kammerinnendruck von 10 4 Torr.
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Es besteht indessen eine besondere Schwierigkeit darin, die die Targets
aufnehmenden Rahmen derart durch die Hochvakuumkammer zu schleusen, daß der Kammerinnendruck
konstant bleibt. Hierzu sind Druckstufen nicht ausreichend. Andererseits soll der
Burchsatz der zu behandelnden Targets hoch sein, d.h. der Zeitaufwand für jedes,
mittels Strahlen zu behandelnde Target soll so gering wie möglich gehalten werden.
Hinzu kommt die Schwierigkeit, daß die Strablenbehandlung ohne Beeinflussung eines
sich in der Kammer befindenden benachbarten Targets erfolgen soll. Je nach dem Zweck
der Strahlenbehandlung besteht weiterhin die Forderung, z.B. zum Implantieren von
Targets mittels Ionenstrahlen, das einzelne Target in der Hochvakuumkammer in Abhangigkeit
seiner Materialstruktur derart zum Behandlungsstrahl auszurichten, daß die Intensität
des vom Target reflektierten Behandlungsstrahles den geringsten Wert annimmt (Channeling).
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Bs ist eine Hochvakuumkammer zum Bestrahlen von Targets bekannt, bei
der die zu bestrablenden Targets auf einem drehbaren Zylinder angeordnet sind. Durch
Drehen dieses Zylinders werden die zu bestrahlenden Targets in die Bestrahlungsposition
gebracht. Derartige Hochvakaumkammern besitzen indessen den Nachteil eines großen
Volumens; auch ist es mittels der bekannten Anordnung nicht möglich, die einzelnen
Targets unabhngig voneinander einer Bestrahlung mit verschiedenen Parametern zu
unterwerfen, z.B. sie hinsichtlich ihrer Materialstruktur (Gitter) zum Behandlungsstrahl
auszurichten.
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Ausgehend von einer Hochvakuumkammer der eingangs genannten Art, liegt
der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine im Verhältnis zum Durchsatzvermögen und
auf einem konstanten Druckpegel zu haltende Hochvakuumkammer zum Bestrahlen von
Targets zu schaffen, in der ole einzelnen Targets aus der Vorschubrichtung in die
Eestrahlungsposition überführt werden und dort ggf.
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auch in Abhängigkeit ihrer Materialstruktur zum Behandlungsstrahl
ausrichtbar sind. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dar die
Hochvakuumkammer als Vorschubvorrichtung einen Schlitten zum Transport eines die
Rahmen tragenden Xagazins aufweist und einen mit einem Greifer ausgerüsteten Schwenk
arm beinhaltet, der in Abhängigkeit von der Stellung des Schlittens den Rahmen eines
ausgewählten Targets aus dem Magazin greift und ihn in die Bestrahlungsposition
überführt und nach erfolgtem Bestrahlen wieder in das Magazin abstellt sowie mindestens
eine außerhalb des Behandlungsstrahles gelegene, den vom Target reflektierten Anteil
des Behandlungestrahles messende durch einen Faradaykäfig abgeschirmte Sonde aufweist.
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Durch diese konstruktive Ausbildung der Hochvakuumksmmer werden die
vorgenannten Forderungen erfüllt. Aus einem evakuierbaren Magazin-Vorratsbehälter
ist das mit Targets gefüllte Magazin mittels des Schlittens in die Hochvakuumkammer
einführbar. Die Hochvakuumkammer ist mit dem Magazin-Vorratsbehälters über einen
Kanal verbunden, durch den der Schlitten geführt ist. Im Kanal ist ein Sperrventil
angeordnet, das im geschlossenen Zustand den Hochvakuumbehälter hermetisch gegenüber
dem Magazin-Vorratsbehälter
abschließt; im geöffneten Zustand jedoch
den Weg des Schlittens zum ebenfalls evakuierten Magazin-Vorratsbehälter freigibt.
Der an einem Schwenkarm befestigte Greifer erfaßt einen ausgewählten Rahmen, entnimmt
ihn aus dem Magazin und schwenkt diesen in die Behandlungsposition. Dadurch wird
es ermöglicht, die Hochvakuumkammer vergleichsweise klein und auf einem konstanten
Innendruck wähtend der Behandlung zu halten. Die den Schwenkarm betreibende Schwenkwelle
ist vorzugsweise magnetisch durch die Hochvakuumkammerwand hindurch mit ihrer Antriebswelle
gekoppelt. Dadurch werden Dichtungen vermieden. Ein entsprechender Antrieb ist auch
für den Schlittentransport vorgesehen.
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In einer Weiterführung der Erfindung ist der Schwenkarm und der Greifer
so ausgebildet, daß eine Orientierung des Targets bzw. Rahmens in der Bestrahlungsposition
in bezug auf die Richtung der Strahlung möglich ist. Für kleine Kippwinkel zwischen
der Flächennormalen des Targets und der Strahlrichtung ls-t ein betätigbares Gelenk
zwischen Schwenkarm und Greifer ausreichend, so daß mit Hilfe von Stellorganen der
gewünschte Winkel einstellbar ist. Soll indessen das Target in der Bestrahlungßposition
in bezug auf die Strahlrichtung allseitig ausrichtbar sein, so ist nach der Erfindung
vorgesehen, daß der Rahmen bzw. der Target in seiner Bestrahlungsposition auf einem
Goniometer ablegbar und mittels diesem wahlweise um eine oder beide der orthogonal
zueinander gerichteten Achsen schwenkbar sowie in einer Winkellage hierzu einstellbar
ist. In der Hochvakuumkammer bzw. Bestrahlungskammer ist die zum Goniometer ausgerichtete
Strahlensonde angeordnet, die bei der Bestrahlung des Targets ein ein der von diesem
reflektierten Strahlung als Meßgröße verfaßt und zur Anzeige bringt; die Meßgröße
ist eine Funktion der bekannten Materialstruktur des Targets und seiner Lage zur
Hauptachse des Behandlungsstrahles.
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An sich ist es bekannt, in einer zum Bestrahlen von Targets dienenden
Hochvakuumkammer einen den Target aufnehmenden Goniometer zur Ermittlung und Ausrichtung
seiner Materialstruktur zum Behandlungsstrahl anzuordnen. Die Verwendung eines derartigen
Goniometers
in einer mit magazinierten Targets zu beschickenden Hochvakuumkammer ist besonders
vorteilhaft, denn so ist es möglich, mittels der Greiforgane - im vorliegenden Falle
des am Schwenkarm befestigten Greifers - jeden einzelnen, aus dem Magazin entnommenen
und auf dem Goniometer abgelegten Target zunächst hinsichtlich seiner Materialstruktur
gegenüber dem Behandlungsstrahl auszurichten und dann zu behandeln.
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In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist der den Target in
der Bestrahlungaposition aufnehmende Targethalter heiz- und/ oder kühlbar. Die gesamte
Anordrnrng des Targethalters elnschließlich des Goniometers sind gegenüber den Wandungen
der Hochvakuumklammer isoliert angeordnet und besitzen gegenüber der Hochvakuumkammer
zum Zwecke der Sekundärelektronenunterdrückung eine positive Vor spannung.
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In den Zeichnungen ist eine nach der Erfindung gebildete, zum Bestrahlen
von Targets dienende Hochvakuumkammer sowie Einzelheiten hierzu dargestellt.
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Figur 1 zeigt eine Gesamtanordnung der die llochvakuumkammer einschließenden
Anlage. Ein Strahlengenerator 1, z.B. zum Erzeugen von Röntgen-, Elektronen- oder
Ionenstrahlen, ist auf einer isolierten Stütze 2 angeordnet, die auf einem Sockel
3 ruht. ueber einen, durch ein Rohr abgeschirmten Kanal 4 gelangen die Strahlen
in eine Hochvakuumkammer 5, die ebenfalls auf Stützen 2 ruht. Im Kanal 4 ist ein
Strahllenker 6, z.B. Ablenkelektroden zur Steuerung des Strahles, angeordnet. Ein
Ventil 7 dient zum hermetischen Verschließen der Generatorsektion gegenüber der
Hochvakuumkammer. Bei geöffnetem Ventil liegt die Anlage auf einem gleichen Druckpotential.
Die Hochvakuumkammer 5 stehet über einen Beladekanal 9 in Verbindung mit einer eine
Vielzahl von Magazinen aufnehmenden Vorratskammer 10. Ein Ventil 11 dient zum Sperren
des Beladekanals 9 nach erfolgtem Beschicken der Hochvakuumkammer 5 mit einem Targets
enthaltenden Magazin. Jede Sektion besitzt eine Evakuierungspumpe 8 bzw. 8'.
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Figur 2 zeigt die Beladesektion mit der z.B. aus Chromstahl gebildeten
Hochvakuumkammer 5. Im Beladekanal 9 und in der Hochvakuumkammer ist eine Führung
12 für einen Magazinschlitten 13 angeordnet,. der das die Rahmen der Targets aufnehmende
Magazin 14 trägt. Der Magazinschlitten besitzt eine Transportstange 15 mit einem
Zahntrieb 16. In der Beladestellung ragt der Magazinschlitten durch den Beladekanal
9; das Ventil 11 ist geöffnet; ein mit bestrahlten Targets gefülltes Magazin wird
abgestellt; automatisch wird ein mit zu bestrahlenden Targets gefülltes Magazin
aus der Vorratskamr'er entnommen. Im Beispiel besitzt die Magazinvorratskammer~10
eine Trommel 10', in der die Magazine 14 gelagert, entnehmbar und abstellbar sind.
Sowohl die Magazin-Vorratskammer 10 wie auch die Hochvakuumkammer 5 sind jeweils
über einen Stutzen 17, der mit der SttitZSn e 2 einheitlich sein kann, mit dem zugehörigen
Vakuumerzeuger verbunden.
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Figur 3 zeigt in einer schaubildlichen Ansicht einen Schnitt durch
den Hochvakuumbehälter 5. Der Magazinschlitten 13 ist in eine Rastposition gefahren,
wobei in dieser Position ein, ein Target tragender Rahmen 44 von einem Greifer 19
erfaßbar ist. Der Greifer ist hier als Elektromagnet gebildet und an einem Schwenkarm
20 befestigt. Der Schwenkarm steht in Verbindung mit einer Schwenkwelle 21, die
in einem Sockel 22 innerhalb des Hochvakuumbehälters gelagert ist. Diese welle trägt
eine Magnetkupplungsscheibe 23, die im geringen Abstand von der Stirnwand des Hochvakuumbehälters
angeordnet ist. Eine Gegenmagnetkupplungsscheibe 25 steht in Verbindung mit einem
reversierend zu betreibenden Stellmotor 26, derart, daß beim Betrieb des Motors
die Magnetkupplungsscheibe 23 von der Magnet kupplungsscheibe 25 mitgenommen wird
und den Schwenkarm 20 in und entgegen der Richtung des Pfeiles 27 dreht Die Schwenkarmwelle
21 sowie der Schwenkarm 20 sind in Form von Rohren gebildet, wobei durch die Rohrseele
die hier nicht dagestellten Schaltdrähte zur Betätigung des Greifers 19 geführt
sind.
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Schleifkontakte 28 stehen in Verbindung mit den Schaltdrähten und
dienen zur Stromversorgung des Greifermagneten. Wie ersichtlich,
ist
der Schwenkarm 20 um nahezu einen Winkel von 180 Grad drehbar, so daß er den aus
dem Magazinschlitten 13 herausgegriffenen Target 18 auf einen Targethalter 29 überführen
kann. Diese hier gestrichelt dargestellte Position des Targets ist die Bestrahlungsposition.
Durch den Kanal 4 gelangt der Behandlungsstrahl 30 in die Hochvakuumkammer und trifft
auf das Target. Durch die von der Art der Strahlung abhangige Ablenkvorrichtung
6 (Fig.1) ist der Behandlungsstrahl in Zeilen unC Kolonnen ablenkbar, so daß er
die Targetfläche zyklisch zu überstreichen vermag. Ein Targethalter, wie hier bei
29 dargestellt, ist indessen nicht betriebsnetwendig. In vielen Fällten ist es ausreichend,
wenn das Target bzw. der Rahmen durch den Schwenkarm 20 in der Bestrahlungsposition
gehalten wird. Zur Ausrichtung des Targets binsichtlich seiner Materialstruktur
in be£ug auf den Behandlungsstrahl kann es erforderlich sein, das Target zu schwenken.
Zu diesem Z':ck ist der Schwenkarm 20 zur der Schwenkwelle 21 in einem Stellkopf
31 um die Achse des Schwenkarmes drebbar gelagert. Das Drehen des Schwenkarmes um
seine Achse erfolgt mittels elektrischer, im Schwenkkopf 31 eingebrachter Stellglieder.
Auch hier erfolgt dle Stromzufuhr zur Betätigung der Stellglieder über auf der Stellwelle
angeordneter Schleifkontakte, wie bei 28 angedeutet. Vielfach ist es jedoch erforderlich,
insbesondere dann, wenn die Lage der Gitterachsen des Targetmaterials nicht bekannt
sind und erst in der Bestrahlungsposition durch eine fortlaufende Messung des Reflexstrables
ermittelt erden müssen, das Target um seine Flächennermale zu drehen und zu kippen,
derart, daß der Behandlungsstrahl in Richtung der Hauptgitterachse in das Target
einfällt. Zu diesem Zweck ist der Targethalter als Goniometer ausgebildet.
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Figur 4 zeigt ein, den das Target aufnehmenden Rahmen 44 in der Bestrahltungsposition
haltendes Goniometer. Das Goniometer ist isoliert auf Keramikstützen 32 gegenüber
dem Boden bzw. der Bühne 33 der Hochvakuumkammer 5 gelagert. Es besteht hier aus
einem kastenförmigen Sockel 34, In dem ein Stellmotor 75 zum Drehen des Targets
um die X-Achse gelagert ist. Bei einer Betätigung
des Stellmotors
35 dreht sich der Stellbügel 36, der einen weiteren Stellmotor 37 zum Schwenken
des Targets um die Y-Achse trägt. Mit der Stellwelle 37' ist der Targethalter 29
verbunden, der vorzugsweise taschenförmig gebildet ist und einen Schlitz 38 zum
Hindurchführen des hier gestrichelt dargestellten Greifers 19 aufweist. Die Rückwand
39 des Targethalters ist bebeiz- und/oder kühlbar. In den durch den Schlitz gebildeten
Laschen 40 und 40' des Targethalters sind Sonden 41 eingebracht, welche zur Intensitätsmessung
des Behandlungsatrahles dienen. Entsprechende Meßsonden 41' befinden sich auch in
der Rückwand 39.
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Zum Zwecke der Sekundärelektronenunterdrückung sind in einer bevorzugten
Ausführungsform des Targethalters 29 und der Greiforgane 19, 20, 21 diese mittels
einfacher externer Serienschaltung, vorzugsweise eines Ohmschen Widerstandes oder
einer Spannungaquelle in die hier nicht dargestellte Dosismeßleitung - die zum Zweck
der Messung einer Strablungsmenge, d.h. zur Dosisbestimmung gegenüber der Strablungskammer
dient - der Targethalter und die Greiforgane auf ein genügend positives elektrisches
Potential in bezug auf die Hoebvakuumkammer gelegt. Dadurch erübrigt sich eine Hilfselektrode
zur Unterdrückung der Sekundärelektroden. Der Goniometer ist auf einem mittels Stellschrauben
54 ausrichtbaren Goniometertisch in einer Schlittenführung 55 t gelagert. Der Sockel
34 besitzt Führungsleisten 56 sowie einen Fübrungsstein, in dem eine Gewinde spindel
58 eingreift. Der Antrieb der Gewindespindel erfolgt über einen, hier nicht dargestellten,
Stellmotor. Die Einstellung des Goniometers erfolgt durch Drehen der Gewindespindel
in Richtung der Z-Achse und parallel zur Zentralachse des Behandlungsstrahles 30.
Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, das Goniometer auf einem Kreuztisch
anzuordnen, so daß eine weitere Einstellung des Goniometers in Richtung der Y-Achse
erfolgen kann.
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Wie insbesondere noch aus der Figur 3 zu ersehen ist, befindet sich
innerhalb der Hochvakuumkammer 5 eine Strahlenmeßsonde 42, welche dazu dient, den
bei der Ausrichtung des Targets hinsichtlich
seiner Material struktur
günstigen Einschußwinkel für den Behandlungsstrahl zu ermitteln. Je nach der Orientierung
der Gitterstruktur des Targets und in Abhangigkeit von seiner tage auf dem Goniometer
(Fig.4) bzw. dem Targethalter 29 wird der Reflexstrahl 43 eine mehr oder weniger
große Intensität aufweisen. Das Goniometer wird in Abhngigkeit von dieser gemessenen
Intensität ausgerichtet und eingestellt. Zur Ermittlung des günstigsten Einschußwinkels
in Abhängigkeit von der Jaterialstruktur des Targets wird der BehandIungsstrahl
30 auf eine ausgewählte Stelle 43' des Targets gerichtet, wobei diese Stelle nicht
die Strahlenbehandlungsstelle für das Target ist.
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In den Figuren 5 bis 7 sind zwei verschiedene, mit Vorzug zur Anwendung
kommende Rahmen 44 zur Aufnahme für Targets dargestellt.
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Die Figuren 5 und 6 zeigen einen kreisförmigen Rahmen zur Aufnahme
für ein Target; Figur 5 zeigt den Rahmen in der Ansicht auf die Einlagefläche für
das Target und Figur 6 den gleichen Rahmen in der Draufsicht, teilweise geschnitten.
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Der Rahmen 44 besteht aus Leichtmetall, vorzugsweise aus Aluminium.
Zentrisch besitzt er eine Luanehmung 45 zum Einlegen eines Targets 18. Die Randzone
des Rahmens ist mit Schrägen 46 versehen, welche zum leichten Einlegen des Targets
in das Magazin 14 bzw. in die Tasche des Targethalters 29 dienen. Im vorliegenden
Beispiel besitzt der Rahmen einen aus Weicheisen od. dgl. gebildeten Ankerring 47,
der als Anker für den elektromagnetisch arbeitenden Greifer 19 (Fig. 2) dient.
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Die Befestigung des Targets 18 in die Ausnehmung kann in bekannter
Weise, z.B. durch Kleben, aber auch durch einen elastischen Klemmring od. dgl. erfolgen.
Wie in Figur 5 bei 48 gestrichelt dargestellt, genügt es auch, lediglich eine Ankerplatte
48 im Rahmen anzuordnen. In diesem Falle ist es indessen erforderlich, den Rahmen
im Magazin derart auszurichten, daß der Anker 48 vom Greifer faßbar ist.
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Der in Figur 7 dargestellte Rahmen 44 ist sechseckig ausgebildet;
er entspricht jedoch ansonsten der Ausbildung des Rahmens gemäß den Figuren 5 und
6. Diese sechseckige Form hat den Vorzug, daß die Rahmen in bezug auf das Target
18, z.B. seiner Struktur nach, im Magazin ausgerichtet einordbar sind. Einer derartigen
Form wird man sich dann bedienen, wenn die Lage des Targets während der Strahlbehandlung
vorbekannt bzw. durch die IConfiguration des Targets sich ist. Auch hier können
ein oder mehrere Ankersegmente 48' auf dem Umfang der Trägerplatte verteilt sein.
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Figur 8 zeigt in einer schaubildlichen Ansicht einen Aus schnitt aus
einem die Rahmen nilt ihren Targets haltenden Magazin 14. Das Magazin ruht hier
auf dem Schlitten 13, dessen Führungakufen 49 in die Schlittenführung 12 einer Bühne
51 eingreifern. Die Transportstange 15 wird über ein Ritzel 16 (Fig. 2) angetrieben,
wobei der Antrieb für dieses Ritzel (entsprechend dem Anrieb der Schwenkwelle 21)
über eine Magnetfeldkupplung erfolgt. Der Antriebsmotor zum Betrieb des Ritzels
und somit des Schlittens 1 3 ist außerhalb der Hochvakuumkammer gelegc:n.
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Im Schlitten sind Schuten 52 zur Aufnahme der Rahmen 44 filr die Target
eingeformt; das Magazin 14 besitzt einen Zapfen 53 mittels dem es verdrehungssicher
auf dem Schlitten 13 festgelegt ist.
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Im Beispiel dient als Greifer 19 ein Magnethaltor. Indessen kann es
erwünscht sein, z.B. um störende Magnetfelder innerhalb des Hochvakuumbehälters
zu vermeiden, die Rahmen 44 oder Targets 18 mittels mechanischer Greiforgane aus
dem Magazin 14 zu greifen und in die Behandlungsstation zu überführen bzw. zurückzustellen.
Derartige Greiforgane sind in mannigfachen Ausführungen bekannt, sie können im Bedarfsfalle
anstelle des Magnetgreifers am Schwenkarm 20 angeordnet sein.
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Im Hochvakuumbehälter 5 (Fig. 3) sind vorteilhaft mehrere Strahlenmeßsonden
42 und 55 angeordnet, die entweder jeweils (wie bei 42) oder in Gruppen (wie bei
55) von einem Faradaykäfig 54
abgeschirmt sind. Diese Meßsonden
befinden sich außerhalb der Bestrahlungaposition 29' für das Target 18; Die Aufgabe
der Meßsonden - z B. 55 - ist von der Strahlenbehandlungsart der Targets abhängig.
Sie können z.B. dazu dienen, vor der Strahlenbehandlung der Targets die Strahlungsintensität
des Behandlungsstrahles zu indessen und auf einen Pegel einzustellen, aber auch
dazu, den bei der Behandlung des targets durch letzteren gefilterten oder reflektierten
Strahlungsanteil nach Größe und Richtung zu messen. Hier ist es erforderlich, die
Meßsonden durch Faradaykäfige gegen eine Streu- oder Sekundärstrahlbeeinflussung
abzuschirmen.
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12 Patentansprüche 8 Figuren