DE2533345C3 - Röntgenstrahlenbiindelabflacher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Röntgenstrahlenbündelabflacher zur Erzielung eines Röntgenbremsstrahlungsbündels hoher Energie (mehr als 1 MeV) mit abgeflachter Intensitätsverteilung, der als entsprechend geformter Körper konzentrisch derart in den Strahlengang einer Strahlungsquelle eingebracht ist, daß die Strahlungsintensität mit zunehmendem Winkel gegenüber der Mittelachse abnehmend gedämpt wird, wobei der Körper aus einem Material geringer Atomordnungszahl besteht und auf der Strahlenaustrittsseite mit einer Schicht aus einem Material hoher Atomordnungszahl versehen ist

Die von einem Target als Bündel um die Vorwärtsrichtung abgegebene Bremsstrahlung weist gewöhnlich in der Vorwärtsrichtung eine ausgeprägte Intensitätsspitze auf. Insbesondere für therapeutische Zwecke und industrielle Anwendungen ist es jedoch erwünscht, ein Strahlungsbündel mit einer im Querschnitt gleichförmigen Intensitätsverteilung zur Verfügung zu haben. Nach dem Stand der Technik ist es bekannt, eine derartige gleichmäßige Intensitätsverteilung über den Querschnitt des Bündels dadurch zu erzielen, daß die Strahlung ausgehend von der Bündelachse, also der Vorwärtsrichtung mit zunehmenden Winkel in abnehmendem Maße abgeschwächt wird. Dazu wird ein Röntgenstrahlenbündelabflacher verwendet, der einen etwa konusförmigen Körper aufweist, welcher symmetrisch um die Bündelachse zwischen die Strahlungsquelle und das zu bestrahlende Objekt eingefügt wird.

Ein Röntgenstrahlenbündelabflacher der eingangs genannten Gattung ist bereits in der DE-AS S 36 511 VIIIc/21 g beschrieben. Der Filterkörper dieses Abflachers besteht wenigstens auf der Strahlenaustrittsseite aus einem Material hoher Ordnungszahl (größer als 30), um den Austritt von durch die Röntgenstrahlung ausgelösten Sekundärelektronen zu verhindern. Als bevorzugtes Material hoher Ordnungszahl ist dabei Blei angegeben.

Auf diese Weise läßt sich zwar ein Bündelabflacher mit geringen Abmessungen herstellen, da Blei mit seiner hohen Ordnungszahl schon bei geringer Schichtdicke eine starke Absorption zeigt, die am stärksten im

Bereich von etwa 4 MeV ausgeprägt ist

Beim Obergang zu höheren Strahlungsenergien, wie es neuerdings in vielen Fällen angestrebt wird, ergeben sich jedoch hierbei Probleme. Wenn nämlich die Strahlungsenergie beispielsweise auf etwa 25 MeV erhöht wird, dann wird auch die erforderliche Abflachung des Bündels erhöht, da mit zunehmender Energie die Spitze in der Bündelachse stärker ausgeprägt wird. Bei Verwendung von Blei oder ähnlichen Stoffen mit hoher Ordnungszahl läßt sich zwar die erforderliche Abflachung auch hierbei gut erzielen, doch erweist es sich nunmehr als sehr nachteilig, daß Stoffe wie Blei mit hoher Ordnungszahl mit zunehmender Strahlungsenergie auch eine stark zunehmende Absorptionsfähigkeit für die hochenergetischen Photonen aufweisen. Aus diesem Grunde nimmt die Durchlässigkeit des Abflachers mit zunehmender Energie im Spektrum des Röntgenstrahlenbündels stark ab, so daß gerade der Erhöhung der mittleren Photonenenergie des Spektrums des Röntgenstrahlenbündels entgegengewirkt wird.

Zur Vermeidung dieses unerwünschten Effektes ist es bereits bekannt (American Journal of Roentgenology, Band 61, Nr. 5 (Mai 1949), Seiten 604 und 605), als Material für den Bündelabflacher Elemente mit geringer Ordnungszahl, wie Aluminium und Kupfer zu verwenden, da diese Materialien nicht den unerwünschten Anstieg der Absorptionsfähigkeit mit zunehmender Photonenenergie zeigen. Bündelabflacher aus derartigen Materialien sind allerdings wegen der benötigten Absorptionswirkung sehr voluminös, insbesondere lang, und bereiten daher Schwierigkeiten beim Einbau in das Gerät Zum anderen erzeugen diese Bündelabflacher aus Materialien kleiner Ordnungszahl in unerwünschtem Maße Sekundärelektronen, die durch aufwendige Magnetfelder abgelenkt werden müssen.

Es wurde auch bereits ein Röntgenstrahlenbündelabflacher aus Kupfer zur Verwendung bei Strahlung mit 70 MeV beschrieben (The Review of Scientific Instruments, Band 27, Nr. 8 (August 1956), Seite 584), der wegen der nötigen präzisen zentrischen Ausrichtung auf die stark ausgeprägte Bündelspitze mittels einer mechanischen Nachführeinrichtung in seiner genauen Position gehalten wird.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, einen Röntgenstrahlenbündelabflacher der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß bei kurzer Bauweise die mittlere Energie des durchgelassenen Strahlungsbündels zu höheren Werten hin verschoben und dabei die Strahlung niedriger Energie (kleiner als 1 MeV) stark abgeschwächt wird.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Material des Körpers aus einer der Verbindungen AI₂O₃, BeO, BeAl₂O₄ oder SiC besteht, und daß das Material der Schicht eine Atomordnungszahl von Z > 58 aufweist, wobei die Schichtdicke bis zu 0,06 g/m² beträgt

Eine bevorzugte Ausführung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Schicht Wolfram oder Gold ist.

Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung wird einerseits die gewünschte Härtung der Strahlung erreicht, wobei die gewählten Materialien wegen ihrer verhältnismäßig hohen Dichte zu einer kurzen Bauform des Körpers führen, und andererseits sichergestellt, daß die unerwünschte Strahlung geringer Energie wirksam durch die dünne Schicht hoher Ordnungszahl absorbiert wird.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; es zeigt

Fig. 1 eine grafische Darstellung der Strahlungsintensität eines Röntgenstrahlenbündels über dem Winkel von der Mittelachse aus,

F i g. 2 einen Strahlabflacher mit einer ersten Form,

F i g. 3 einen Strahlabflacher mit einer zweiten Form und

F i g. 4 einen Strahlenabflacher gemäß der Erfindung.

In der F i g. 1 ist die Intensität einer Vcrwärtssirahlung einer typischen Röntgenstrahlenquelle durch die gestrichelte Linie 1 dargestellt Die erwünschte Intensität der Vorwärtsstrahlung ist durch die durchgezogene Linie 2 dargestellt Die gewünschte Vorwärtsstrahlung kann durch Aluminium- oder Blei-Abflacher erreicht werden, welche gewöhnlich die in den F i g. 2 und 3 dargestellten Formen aufweisen.

In der Fig.2 ist der Abflacher 20 konusförmig ausgebildet und konzentrisch in bezug auf die Achse 21 der durch die Quelle 22 erzeugten Röntgenstrahlen angeordnet Der Scheitel des Abflachers ist dichter an der Quelle 22 gelegen. In der F i g. 3 ist der Abflacher 30 glockenförmig ausgebildet und auf der Achse 31 der durch die Quelle 32 erzeugten Röntgenstrahlen angeordnet. Die Basis des Abflachers liegt am nächsten bei der Quelle 32

Der Strahlenabflacher bzw. Bündelabflacher gemäß der Erfindung kann eine beliebige derselben allgemeinen Formen haben, welche bei bekannten Strahlabflachern verwendet werden, wie sie in den F i g. 2 und 3 dargestellt sind, er besteht jedoch aus einem Material hoher Dichte und geringer Ordnungszahl bzw. Atomzahl, d. h, aus einem Material, welches eine Ordnungszahl bzw. Atomzahl Z > 25 aufweist Da Z des Materials klein ist, führt dies zu einer größeren Dämpfung von Photonen geringer Energie als von Photonen hoher Energie. Dadurch wird das Strahlungsspektrum härter. Die Eigenschaft hoher Dichte gestattet die Herstellung von kurzen und dennoch wirksamen Strahlabflachern bzw. Bündelabflachern, weil die hohe Dichte des Materials die Qualität des Röntgenstrahlenbündels nicht verringert. Bestimmte Verbindungen wie

Aluminiumoxid (Al₂Oj), Berylüumoxid (BeO), Beryllium-

aluminat (BeAl₂O₄), Borcarbid (B₄C) und Siliziumcarbid (SiC) sind ideal geeignet, um gemäß der Erfindung in

Abflachern angeordnet zu werden, da ihr Z gering ist

■ und sie eine hohe Dichte aufweisen und außerdem gegen Strahlung beständig und leicht zu bearbeiten sind.

Beispielsweise bewirkt ein gerader Kreiskonusabfla-

cher aus A1₂O3 mit einer Länge von etwa 20 cm eine

Abflachung eines Bündels von 25 MeV für eine

ίο kreisförmige Fläche mit 40 cm Durchmesser, und zwar auf einem Abstand von 100 cm von der Strahlungsquelle entfernt

In einer weiteren Verbesserung gemäß F i g. 4 kann ein Bündelabflacher 40 aus einem konusförmigen "> Material 43 mit geringem Zund hoher Dichte bestehen, weiches symmetrisch in bezug auf die Achse 41 eines Röntgenstrahlenbündels angeordnet ist, welches durch die Quelle 42 erzeugt wird, wobei der Scheitel des Konus am nächsten bei der Quelle liegt Die

.•ο Grundfläche des konusförmigen Materials, welche dem bestrahlten Objekt zugewandt ist, ist mit einer dünnen Schicht 44 eines Materials mit hohem Züberzogen, d. h. mit einem Material, welches eine Atomzahl bzw. Ordnungszahl Z > 58 hat beispielsweise mit Wolfram

2^ri oder Gold. Die Schicht 44 absorbiert weiterhin Photonen geringer Energie in der Weise, daß die Eintrittsstriihlungsdosis bei dem bestrahlten Objekt aufgrund der Photonen geringer Energie, d. h. > 1 MeV, nicht größer ist als diejenige von den Photonen hoher

ι« Energie, d. h. > 1 MeV. Diese Schicht würde etwa 0,06 g/cm₂ dick sein.

Die dünne Schicht aus Material mit großem Z kann bei Strahlabflachern bzw. Bündelabflachern gemäß der Erfindung verwendet werden, welche andere Formen

i> aufweisen als die in der Fig.4 dargestellte Form, die Schicht ist jedoch stets zwischen dem Ende des Strahlabflachers bzw. Bündelabflachers und dem bestrahlten Objekt angeordnet Zusätzlich ist vorzugsweise die dünne Schicht auf das Material in dem

in Strahlabflacher bzw. Bündelabflacher mit hoher Dichte und kleinem Zaufgebracht

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1 Patentansprüche:

1. Röntgenstrahlenbündelabflacher zur Erzielung eines Röntgenbremsstrahlungsbündels hoher Energie (mehr als 1 MeV) mit abgeflachter Intensitätsverteilung, der als entsprechend geformter Körper konzentrisch derart in den Strahlengang einer Strahlungsquelle eingebracht ist, daß die Strahlungsintensität mit zunehmendem Winkel gegenüber der Mittelachse abnehmend gedämpft wird, wobei der Körper aus einem Material geringer Atomordnungszahl besteilt und auf der Strahlenaustrittsseite mit einer Schicht aus einem Material hoher Atomordnungszahl versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Körpers (43) aus einer der Verbindungen AI2O3, BeO, BeAl₂O₄ oder SiC besteht, und daß das Material der Schicht (44) eine Atomordnungszahl von Z > 58 aufweist, wobei die Schichtdicke bis zu 0,06 g/m² beträgt

2. Röntgenstrahlenbündelabflacher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Schicht (44) Wolfram oder Gold ist