DE2604672C2 - Device for checking the homogeneity of the radial intensity distribution of an ionizing radiation beam - Google Patents

Device for checking the homogeneity of the radial intensity distribution of an ionizing radiation beam

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DE2604672C2 DE19762604672 DE2604672A DE2604672C2 DE 2604672 C2 DE2604672 C2 DE 2604672C2 DE 19762604672 DE19762604672 DE 19762604672 DE 2604672 A DE2604672 A DE 2604672A DE 2604672 C2 DE2604672 C2 DE 2604672C2
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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kontrolle der Homogenität der radialen Intensitätsverteilung eines ionisierenden Strahlungsbündels, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.The invention relates to a device for controlling the homogeneity of the radial intensity distribution of a ionizing radiation beam, according to the preamble of the claim.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE-OS 2402 898 bekannt. Bei dieser bekannten Vorrichtung enthält eine erste Ionisationskammer eine kreisförmige, für das Strahlungsbündel durchlässige Elektrode, deren Fläche im wesentlichen gleich dem Querschnitt des Strahlungsbündels ist. In Richtung der Ausbreitung des Strahlungsbündels hinter der ersten Ionisationskammer ist eine zweite Ionisationskammer angeordnet, deren kreisförmige, für das Strahlungsbündel durchlässige Elektrode einen geringeren Durchmesser als die Elektrode der ersten Ionisationskammer aufweist. Diese Elektrode der zweiten. Ionisationskammer ist von einer in derselben Ebene angeordneten, ringförmigen Elektrode umgeben.Such a device is from DE-OS 2402 898 known. In this known device, a first ionization chamber contains a circular one for the Radiation beam permeable electrode, the area of which is essentially the same as the cross section of the radiation beam. In the direction of the propagation of the radiation beam behind the first ionization chamber is a arranged second ionization chamber, the circular electrode permeable to the radiation beam has a smaller diameter than the electrode of the first ionization chamber. This electrode the second. The ionization chamber is surrounded by an annular electrode arranged in the same plane.

. die in geringem radialen Abstand von der kreisförmigen Elektrode angeordnet ist. Der Außendurchmesser der ringförmigen Elektrode entspricht dem Durchmesser der kreisförmigen Elektrode der ersten Ionisationskammer. Im Betrieb werden die Elektroden der Ionisationskammern von der ionisierenden Strahlung durchsetzt, wodurch in ihnen Elektronen freigesetzt werden, die in einer an die Elektroden angeschlossenen Belastung einen Strom erzeugen, der proportional zur Intensität der einfallenden ionisierenden Strahlung ist. Die kreisförmige, konzentrisch angeordnete Elektrode der zweiten Ionisationskammer ist an jeweils einen Eingang einer Summierschaltung und einer Subtrahierschaltung angeschlossen. Die ringförmige Elektrode der zweiten Ionisationskammer ist an den jeweils anderen Eingang der Summierschaltung und der Subtrahierschaltung angeschlossen. Die Subtrahierschaltung erzeugt ein Ausgangssignal.. those at a small radial distance from the circular Electrode is arranged. The outer diameter of the ring-shaped electrode corresponds to the diameter of the circular electrode of the first ionization chamber. In operation, the electrodes of the ionization chambers penetrated by the ionizing radiation, as a result of which electrons are released in them, which in a Load connected to the electrodes generate a current proportional to the intensity of the incident ionizing radiation is. The circular, concentrically arranged electrode of the second ionization chamber is connected to one input each of a summing circuit and a subtracting circuit. The ring-shaped electrode of the second ionization chamber is connected to the other input of the summing circuit and connected to the subtracting circuit. The subtracting circuit produces an output signal.

dessen Wert ein Maß für die radiale Homogenität des Strahlungsbündels ist: Die Homogenitätsbedingung ist nach der DE-OS 2402898 erfüllt, wenn das Verhältnis des von der ringförmigen Elektrode abgeleiteten Signais zum Flächeninhalt dieser Elektrode denselben Wert hat wie das entsprechende Verhältnis bei der kreisförmigen Elektrode. Es wird also die Strahlungsintensität im mittleren Bereich des Bündels, welcher der kreisförmigen Elektrode der zweiten Ionisationskammer entspricht, unter Berücksichtigung des Verhältnisses der Rächen mit der Strahlungsintensität im Umfangsbereich des Strahlungsbündels verglichen, welcher der ringförmigen Elektrode der zweiten Ionisationskammer entspricht.whose value is a measure of the radial homogeneity of the radiation beam: The homogeneity condition is according to DE-OS 2402898 met when the ratio of the signal derived from the annular electrode to the surface area of this electrode has the same value as the corresponding ratio for the circular one Electrode. So it is the radiation intensity in the central area of the beam, which is the circular Electrode of the second ionization chamber, taking into account the ratio of the avenges with the radiation intensity in the circumferential area of the radiation beam compared that of the annular electrode corresponds to the second ionization chamber.

Bei der bekannten Vorrichtung ist die kreisförmige Elektrode der zweiten Ionisationskammer von der ringförmigen Elektrode umgeben, jedoch muß die elektrische Zuleitung zu der kreisförmigen, zentralen Elektrode radial durch die ringförmige Elektrode hilldurchgeführt werden. Zu diesem Zweck weist die ringförmige Elektrode eine radial verlaufende Aussparung auf. Da im Betrieb der Vorrichtung relativ hohe Spannungen an den Elektroden auftreten können, muß fisr eine gute Isolierung gesorgt werden. Folglich muß die elektrische Zuführung zu der kreisförmigen Elektrode mit ausreichendem Sicherheitsabstand zwischen den Rändern der Aussparung und der ringförmigen Elektrode hindurchgeführt werden. Ferner muß zwischen der zentralen, kreisförmigen Elektrode und der sie umgebenden ringförmigen Elektrode ein ausreichender radialer Abstand belassen werden. Die Elektrodenstrukturen der zweiten Ionisationskammer stnd somit relativ kompliziert und führen zu beträchtlichen fertigungstechnischen Schwierigkeiten. Andererseits aber wird auch die Meßgenauigkeit dadurch eingeschränkt, daß ein beträchtlicher Teil des Querschnitts des Strahlungsbündels nicht erfaßt wird, welcher nämlich zum einen dem radialen Abstand zwischen der kreisförmigen Elektrode und der ringförmigen Elektrode und zum anderen dem Sicherheitsabstand zwischen der in Radialrichtung verlaufenden Aussparung der ringförmigen Elektrode und der elektrischen Zulei-In the known device, the circular electrode of the second ionization chamber is different from the ring-shaped one Surrounding electrode, however, the electrical lead to the circular, central electrode must be carried out radially through the annular electrode hill will. For this purpose, the ring-shaped electrode has a radially extending recess. Since in operation the device, relatively high voltages can occur at the electrodes, must for a good insulation to be taken care of. Consequently, the electrical supply to the circular electrode must be sufficient Safety distance passed between the edges of the recess and the annular electrode will. Furthermore, between the central, circular electrode and the ring-shaped surrounding it A sufficient radial distance must be left for the electrode. The electrode structures of the second Ionization chambers are therefore relatively complicated and lead to considerable difficulties in terms of manufacturing technology. On the other hand, however, the measurement accuracy is also limited by the fact that a considerable part of the cross section of the radiation beam is not detected, namely on the one hand the radial distance between the circular electrode and the ring-shaped electrode and on the other hand the safety distance between the radial recess of the ring-shaped electrode and the electrical supply

W) tung zu der kreisförmigen Elektrode entspricht. Ferner wird die Zuleitung selbst als Beitrag zum Signal der zentralen Elektrode ausgewertet, obwohl diese Zuleitung durch den Umfangsbereich verläuft. Hierdurch wird die Meßgenauigkeit weiter beeinträchtigt.W) direction corresponds to the circular electrode. Furthermore, the lead itself is used as a contribution to the signal of the central electrode evaluated, although this lead runs through the circumferential area. This will make the Measurement accuracy further impaired.

Det Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß die Elektrodengestaltung für die zweite Ionisationskammer wesentlich vereinfacht werden kannThe invention is based on the object of providing a device of the type mentioned at the beginning improve that the electrode design for the second ionization chamber can be significantly simplified

und dennoch die Homogenität der radialen Intensitätsverteilung des Strahllingsbündels mit wesentlich höherer Genauigkeit kontrolliert und die Festlegung der Abschaltkriterien vereinfacht werden kann. Diese Aufgabe wird durch die Lehre des Patentanspruchs gelöst.and yet the homogeneity of the radial intensity distribution of the beam with a significantly higher level Accuracy controlled and the definition of the switch-off criteria can be simplified. This task is solved by the teaching of the patent claim.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird auf eine ringförmige, die kreisförmige, zentrale Elektrode der zweiten Ionisationskammer umgebende Elektrode verzichtet. Das Signal der einzigen in der zweiten Ionisationskammer enthaltenen Elektrode, die einen geringeren Durchmesser aufweist als die Elektrode der ersten Ionisationskammer, wird mit dem durch einen Faktor gewichteten Signal der Elektrode der ersten Ionisationskammer verglichen. Der Wichtungsfaktor ist gleich dem Verhältnis des Flächeninhalts jrler Elektrode der zweiten Ionisationskammer zum Flächeninhalt der Elektrode der ersten Ionisationskammer. Auf diese Weise wird die beim Stand der Technik vorhandene ringförmige Elektrode als »virtuelle Elektrode« nachgebildet: falls sie vorhanden wäre, würde sie ein Signal liefern, das gleich der Differenz zwischen dem Signal der Elektrode der ersten Ionisationskammer und dem Signal der kreisförmigen Elektrode kleinen Durchmessers dei zweiten Ionisationskammer wäre. Da aber die erste Ionisationskammer und die zweite Ionisationskammer im axialen Abstand voneinander angeordnet sind, entfallen die beim Stand der Technik zur Isolation erforderlichen Sicherheitsabstände zwischen der zentralen kreisförmigen und der diese umgebenden ringförmigen Elektrode und zwischen der radial verlaufenden Zuführung zu der kreisförmigen Elektrode und den Rändern der in Radialrichtung verlaufenden Aussparung der ringförmigen Elektrode. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtungentfallen daherdiedureh derartige Sicherheitsabstände verursachten Meßfehler.In the device according to the invention, an annular electrode surrounding the circular, central electrode of the second ionization chamber is dispensed with. The signal of the only electrode contained in the second ionization chamber, which has a smaller diameter than the electrode of the first ionization chamber, is compared with the signal of the electrode of the first ionization chamber, weighted by a factor. The weighting factor is equal to the ratio of the area of each electrode of the second ionization chamber to the area of the electrode of the first ionization chamber. In this way, existing in the prior art annular electrode is modeled as a "virtual electrode": if it were present, they would provide a signal that small equal to the difference between the signal electrode th e first ionization chamber and the signal of the circular electrode The diameter of the second ionization chamber would be. However, since the first ionization chamber and the second ionization chamber are arranged at an axial distance from one another, the safety clearances required in the prior art for insulation between the central circular and the ring-shaped electrode surrounding it and between the radially extending feed to the circular electrode and the edges of the in the radial direction extending recess of the annular electrode. In the device according to the invention, there are therefore no measurement errors caused by such safety distances.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:An embodiment of the invention will now be explained in more detail with reference to the drawing. In the drawing show:

Fig. 1 eine mit zwei Ionisationskammern versehene Kontrollvorrichtung;1 shows a control device provided with two ionization chambers;

Fig. 2 schematisch zwei Elektroden, wie sie in diesen beiden Ionisationskammern verwendet werden;Fig. 2 schematically shows two electrodes as they are in this both ionization chambers are used;

Fig. 3 zwei Beispiele für die Verteilung der Strahlungsintensität über einer diametralen Achse xx dieser Elektroden;3 shows two examples of the distribution of the radiation intensity over a diametrical axis xx of this Electrodes;

Fig. 4 schematisch eine diesen Elektroden zugeordnete Vergleichsschaltung.4 schematically shows a comparison circuit assigned to these electrodes.

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel von zwei in einer Kontrollvorrichtung verwendeten Ionisationskammern. Diese Ionisationskammern 1 und 2 enthalten zwei kreisförmige Elektroden E0, bzw. E0,. welche, wie schematisch in Fig. 2 dargestellt, beispielsweise aus einem Rahmen C bestehen, dereine Folie aus Polyäthylenterephthalat trägt, auf die durch Aufdampfen im Vakuum eine dünne Metallschicht aufgebracht worden ist. die für das ionisierende Bündel durchlässig ist. Die Elektrode E01 hat einen Durchmesser clx , der im wesentlichen gleich dem Durchmesser des ionisierenden Bündels ist. während die Elektrode E02 einen Durchmesser <·/, hait. der kleiner als der Durchmesser c/, ist. Für ihre Flächen S0, bzw. S0, gilt: wiFig. 1 shows a first embodiment of two ionization chambers used in a control device. These ionization chambers 1 and 2 contain two circular electrodes E 0 and E 0 , respectively. which, as shown schematically in Fig. 2, consist, for example, of a frame C carrying a film of polyethylene terephthalate to which a thin metal layer has been applied by vacuum vapor deposition. which is permeable to the ionizing beam. The electrode E 01 has a diameter cl x which is essentially equal to the diameter of the ionizing beam. while the electrode E 02 has a diameter of <· 1. which is smaller than the diameter c / i. For their areas S 0 and S 0 , the following applies: wi

Φΐ ~ ~ö— *^2 Φΐ ~ ~ ö— * ^ 2

und entsprechendand accordingly

erfüllt.Fulfills.

Die Kurve (a) in Fig. 1 zeigt die Änderung des Stroms /0I (des Flusses φοι) über einer zu der Elektrode E01 diametralen Achse xx für ein Strahlungsbündel, das homogen und gut zentriert ist. während die Kurve (b) in Fig. 3 die Änderung des Stroms I01 über dieser Elektrode E01 zeigt, wenn das Strahlungsbündel inhomogen ist (das Bündel ist in der Mitte dichter als an der Peripherie). Die Ströme /0, und I02 sind dann nicht mehr proportional zu den Flächen S01 und S01 der Elektroden E01 und E0, und die Gleichung (2) ist ersetzt durch:The curve (a) in FIG. 1 shows the change in the current / OI (the flow φ οι ) over an axis xx diametrically opposite to the electrode E 01 for a radiation beam that is homogeneous and well centered. while curve (b) in FIG. 3 shows the change in the current I 01 across this electrode E 01 when the radiation beam is inhomogeneous (the beam is closer in the center than at the periphery). The currents / 0 and I 02 are then no longer proportional to the areas S 01 and S 01 of the electrodes E 01 and E 0 , and equation (2) is replaced by:

Eine Schaltung (Fig. 4), weiche zwei Komparatoren Cp01 und CP02 enthält, gestattet, die den auf den Elektroden E01 und E01 gewonnenen Strömen I01 und /0, entsprechenden Spannungen miteinander zu vergleichen. Die Vergleichsschaltung nach Fig. 4 enthält einen resistiven Spannungsteiler mit drei Widerständen R01. R01 und Λο3. an den das von der Elektrode E01 abgeleitete Signal herangeführt ist. Zwischen den Widerständen Λ0Ι und R02 einerseits sowie R02 und Λο3 andererseits werden Teilsignale unterschiedlicher Höhe abgegriffen. Diese Teilsignale und das von der Elektrode E0, abgeleitete Signal werden an die Eingänge der beiden Operationsverstärker CP01 und CP02 angelegt.A circuit (FIG. 4) containing two comparators Cp 01 and C P02 allows the voltages corresponding to the currents I 01 and / 0 obtained on the electrodes E 01 and E 01 to be compared with one another. The comparison circuit according to FIG. 4 contains a resistive voltage divider with three resistors R 01 . R 01 and Λ ο3 . to which the signal derived from the electrode E 01 is brought. Partial signals of different levels are tapped between the resistors Λ 0Ι and R 02 on the one hand and R 02 and Λ ο3 on the other hand. These partial signals and the signal derived from the electrode E 0 are applied to the inputs of the two operational amplifiers C P01 and C P02 .

Da die Fläche der Elektrode E01 größer ist als die Fläche der Elektrode E02. ist die entsprechende Spannung vm größer als die entsprechende Spannung V02. Die Widerstände Λ0Ι. R02 und Λ0Λ werden so gewählt, daß die Spannung K0, foleende doppelte Ungleichlina erfüllt: "Because the area of the electrode E 01 is larger than the area of the electrode E 02 . the corresponding voltage v m is greater than the corresponding voltage V 02 . The resistances Λ 0Ι . R 02 and Λ 0Λ are chosen so that the voltage K 0 , foleende fulfills double inequality lines: "

"03"03 yy

Hn, 4· Zvn, 4- Zvn, H n , 4 Zv n , 4- Zv n ,

°1<RmTR~+'R~i ° 1 < R m TR ~ + 'R ~ i

Wenn diese doppelte Ungleichung nicht erfüllt ist. liefert der Operationsverstärker CP01 oder CP(), (je mich so der erhaltenen Ungleichung) eine positive Äusgangsspannung. die das Sicherheitssystem S, oder ein Signal auslöst.When this double inequality is not satisfied. the operational amplifier C P01 or C P () , depending on the inequality obtained, delivers a positive output voltage. which triggers the safety system S, or a signal.

Hierzu Γ Blatt ZeichnungenFor this purpose Γ sheet of drawings

Im Betrieb sind die ionisierenden Flüsse </>, und r/>:. weiche die Elektroden c„, bzw. E0, durchqueren, proportional zu den Strömen /„, und /„,. die von den Elektroden E0, und E02 erfaßt werden. Wenn der Fluß homogen ist. ist die GleichungIn operation, the ionizing flows are </>, and r /> :. which the electrodes c ", or E 0 , traverse, proportional to the currents /", and / ",. which are detected by the electrodes E 0 and E 02. When the flow is homogeneous. is the equation

Claims (1)

Patentanspruch:Claim: Vorrichtung zur Kontrolle der Homogenität der radialen Intensitätsverteilung eines ionisierenden Strahlungsbündels, mit wenigstens einer ersten, eine erste kreisförmige, tür das Strahlungsbündel durchlässige Elektrode enthaltenden Ionisationskammer und einer zweiten, eine zweite, zur ersten konzentrische kreisförmige, für das Strahlungsbündel durchlässige Elektrode enthaltenden, Ionisationskammer, wobei diesen Elektroden Verarbeitungsschaltungen für die von ihnen erfaßten elektrischen Signale zugeordnet sind, welche Vergleichsschaltungen aufweisen, die von den einzelnen Elektroden gelieferte elektrische Signale vergleichen, sowie mit einem durch die Verarbeitungsschaltungen gesteuerten Sicherheitssystem zur Steuerung der Quelle des Strahlungsbündels, wobei ferner die Fläche der ersten Elektrode im wesentlichen gleich dem Querschnitt des Strahlungsbündels ist, und die Elektrode der zweiten Ionisationskammer einen Durchmesser aufweist, der kleiner als der !Durchmesser der Elektrode der ersten Kammer ist. dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (E2. E4, E7) der zweiten Ionisationskammer nur aus der metallisierten Fläche des kleineren Durchmessers besteht, daß die Vergleichsschaltungen das von der Elektrode (E2, E4, /I7) der zweiten Ionisationskammer abgenommene Signal mit dem durch einen konstanten Faktor gewichteten. von der Elektrode (E1. E3. E5) der ersten Ionisationskammer abgenommenen Signal vergleichen, wobei der konstante Faktor i.wa gleich dem Verhältnis des Flächeninhalts der Elektrode (E,, E4, E1) der zweiten Ionisationskammer zum Flächeninhalt der Elektrode (E1, E3. E5) der ersten Ionisationskammer ist, und daß die Vergleichsschaltungen umfassen:Device for controlling the homogeneity of the radial intensity distribution of an ionizing radiation beam, with at least one first, a first circular ionization chamber containing the radiation beam permeable electrode and a second ionization chamber containing a second, concentric circular electrode permeable to the radiation beam, wherein these electrodes are assigned processing circuits for the electrical signals detected by them, which have comparison circuits which compare electrical signals supplied by the individual electrodes, as well as with a safety system controlled by the processing circuits for controlling the source of the radiation beam, the area of the first electrode in the is essentially the same as the cross section of the radiation beam, and the electrode of the second ionization chamber has a diameter which is smaller than the diameter of the electrode of the e rst chamber is. characterized in that the electrode (E 2, E 4 , E 7 ) of the second ionization chamber consists only of the metallized surface of the smaller diameter, that the comparison circuits that of the electrode (E 2 , E 4 , / I 7 ) of the second ionization chamber picked up signal with the weighted by a constant factor. Compare the signal taken from the electrode (E 1. E 3. E 5 ) of the first ionization chamber, the constant factor i.wa being equal to the ratio of the area of the electrode (E ,, E 4 , E 1 ) of the second ionization chamber to the area of the Electrode (E 1 , E 3, E 5 ) of the first ionization chamber, and that the comparison circuits comprise: einen resistiven Spannungsteiler aus drei Widerständen (R01. R01. R0I'· ^i · Ri- R3)- an den das von der ersten Ionisationskammer abgeleitete Signal herangeführt ist und von dem zwei Teilsignalc unterschiedlicher Höhe abgegriffen werden, unda resistive voltage divider consisting of three resistors (R 01. R 01. R 0 I '· ^ i · Ri- R3) - to which the signal derived from the first ionization chamber is fed and from which two partial signals of different levels are tapped, and zwei Operationsverstärker (Cp01, CP02; CPl, CP1), an deren Eingänge diese Teilsignale und das von der zweiten Ionisationskammer abgeleitete Signal angelegt sind und deren Ausgänge ein Auslösesignal abgeben.two operational amplifiers (Cp 01 , C P02 ; C Pl , C P1 ), to whose inputs these partial signals and the signal derived from the second ionization chamber are applied and whose outputs emit a trigger signal.
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