DE2727161A1

DE2727161A1 - Anordnung zur aufstreuung von elektronen

Info

Publication number: DE2727161A1
Application number: DE19772727161
Authority: DE
Inventors: Leonhard Dipl Phys Taumann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-03-18
Filing date: 1977-06-16
Publication date: 1978-09-21
Also published as: JPS53117199A; DE2727161C2; CA1075834A; JPS6147400B2; FR2384417A1; FR2384417B1; US4095114A; GB1582720A

Description

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SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT ^ Unser Zeichen

Berlin und München VPA 76 P 5901 BRD

Anordnung; zur Aufstreuuns; von Elektronen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Aufstreuung von Elektronen, vorzugsweise für Elektronenbeschleuniger mit veränderbarer Beschleunigungsenergie, mit zwei im Abstand voneinander angeordneten Htreufolien, von denen die in Strahlenrichtung erste Streufolie eine konstante und die zweite Streufolie eina von ihren Zentrum su ihren Flandern hin abnehmende Ducke aufweist.

Bei Elektronenbeschleunigern, mit denen mehrere Kubikdezimeter große Volumen mit gleichbleibender Intensität bestrahlt werden müssen, ist es bekannt, für die Aufstreuung der Elektronen zwei verschiedene, im Abstand voneinander angeordnete Streufolien zu verwenden (= DT-PS 959 937). Dabei dient die in Strahlenrichtung erste Streufolie dazu, den Elektronenstrahl aufzustreuen. Die zweite Streufolie hat die Aufgabe, die Intensität des aufgestreuten Elektronenstrahls auszugleichen. Da die Dicke der ersten Streufolie wegen der Energieverluste nicht zu groß gewählt werden kann, und daher nur eine ungenügende Homogenität der Intensitätsverteilung im von ihr aufgestreuten Strahlenkegel erreicht werden kann, muß die zweite Streufolie eine von ihrem Zentrum zu ihrem Rand hin abnehmende Dicke haben, um die Intensität im zentralen Bereich stärker als im Randbereich des Strahlenkegels zu reduzieren.

Die Aufstreueigenschaften einer solchen Anordnung sind aber außer von den Eigenschaften der beiden Streufolien auch noch von ihrer gegenseitigen Abstimmung, der Zentrierung der zweiten Streufolie

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zum Zentralstrahl und von der Energie der zu streuenden Elektronen abhängig. Für jede Beschleunigingsenergie ist daher eine andere Anordnung erforderlich. Dies wird als äußerst nachteilg empfunden, weil insbesondere die zweite Streufolie umständlich herstellbar und daher teuer ist. Ihre exakte Zentrierung zum Elektronenstrahlkegel muß darüber hinaus jedesmal mit größter Genauigkeit erfolgen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg zu weisen, wie die Elektronen bei einem mit veränderlicher Beschleunigungsenergie arbeitenden Elektronenbeschleuniger in ökonomisch sinnvoller Weise aufgestreut werden können, um ein größeres Volumen mit gleichbleibender Intensität je Volumenelement bestrahlen zu können.

Bei einer Anordnung der eingangs genannten Art ist daher erfindungsgemäß zur Anpassung der Aufstreueigenschaften an die gewählte Beschleunigungsenergie jeweils eine erste Streufolie mit umso geringerer Streukapazität in den Strahlenweg einbringbar, je niedriger die Beschieunigungsenergie ist und bleibt die zweite Streufolie unverändert im Strahlenkegel. Dadurch wird erreicht, daß die hinsichtlich Herstellung und Zentrierung aufwendigere zweite Streufolie fest im Strahlerkopf eingebaut bleiben kann und nur in einem einzigen Exemplar benötigt wird.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann die zweite Streufolie aus mehreren, zentrisch übereinander befestigten, kreisscheibenförmigen Folien unterschiedlichen Durchmessers und Dicke aufgebaut sein. Hierdurch wird es möglich, handelsübliche Folien zu verwenden. Damit ist eine bedeutende Kostenersparnis verbunden.

Eine Verbesserung der Streueigenschaften der zweiten Streufolie läßt sich erreichen, wenn die Ränder der einzelnen kreisscheibenförmigen Folien in Weiterbildung der Erfindung abgeschrägt sind.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigen:

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Fig. 1 eine schematische Darstellung der Anordnung der

Streufolien im Strahlerkopf eines Elektronenbeschleunigers ,

Fig. 2 einen Schnitt durch die zweite Streufolie,

Fig. 3 eine Aufsicht auf die Streufolie der Figur 2, und

Fig. 4 die Intensitätsverteilung im Elektronenstrahl in Abhängigkeit vom Abstand vom Zentralstrahl und von der

erfolgten Aufstreuung.

In der Figur 1 erkennt man in dem teilweise aufgebrochenen Strahlerkopf 1 eines Elektronenbeschleunigers einen Teil des Strahlführungsgefäßes 2 mit dem Austrittsfenster 3 für die Elektronen. In Strahlenrichtung hinter dem Austrittsfenster 3 für die Elektronen befindet sich ein auf einer Tragplatte 4 längsverschiebbarer Schlitten 5. Der Schlitten 5 ist mit vier in einer Reihe angeordneten Bohrungen 6, 7, 8, 9 versehen. In jeder Bohrung ist eine Streufolie 10, 11, 12, 13 vorgegebener Massenbelegung eingesetzt. Sie bestehen aus einem Material möglichst hoher Ordnungszahl, vorzugsweise aus Blei oder Wolfram. Die Bleifolien sind von einem Stahlmantel umgeben. Die Streufolien sind jede für sich von gleichmäßiger Stärke (3-15 inch Stahl und 3-8 inch Blei). Dem

Schlitten 5 ist ein motorisch angetriebener Stelltrieb 14 zugeordnet. In Strahlenrichtung hinter dem Schlitten 5 befindet sich der Träger 15 für die zweite Streufolie 16. Er hat eine Durchlaßöffnung 17 für den aufgestreuten Elektronenstrahlenkegel 18. Die in der Durchlaßöffnung 17 des Trägers 15 eingesetzte Streufolie 16 weist eine von ihrem Zentrum zu ihren Rändern hin abnehmende Massenbelegung auf. In Strahlenrichtung hinter dem Träger 15 für die zweite Streufolie 16 ist eine Ionisationskammer 19 zur Messung und Überwachung des aus der zweiten Streufolie austretenden Elektronenstrahlenkegel s angeordnet.

Die Figuren 2 und 3 zeigen die mit unterschiedlicher Massenbelegung ausgestattete zweite Streufolie 16 in vergrößerter Darstellung. Die einzelnen Folien 20, 21, 22 haben einen unterschiedlichen Durchmesser und eine unterschiedliche Dicke. Sie

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sind nach Art einer Pyramide aufeinander geschichtet. Ihre Kanten sind abgeschrägt bzw. abgeschliffen, um einen möglichst stufenlosen Übergang zu bekommen. Die Figuren 1 und 2 zeigen die Stufen etwas überhöht. Sie bestehen aus einem Material niedriger Ordnungszahl, vorzugsweise aus Aluminium. Es sind aber auch Folien aus einem organischen Material, wie z.B. Polystyrol, verwendbar. Die Folien 20, 21, 22 werden zwischen zwei möglichst dünnen Trägerfolien 23, 24 aus organischem Material festgehalten, die ihrerseits wiederum zwischen zwei außerhalb des Strahlenkegels 18 angeordneten Ringen 25, 26 eingespannt gehalten sind. Die beiden Ringe sind untereinander und am Träger 15 für die zweite Streufolie 16 festgeschraubt.

In der Figur 4 ist der Verlauf der Strahlenintensität I in Abhängigkeit vom Abstand R vom Zentralstrahl 27 aufgetragen. Die Kurve 28 zeigt dabei den Intensitätsverlauf vor der jeweils ersten Streufolie. Nach dem Passieren dieser ersten Streufolie ist das Intensitätsmaxirnum, wie die Kurve 29 deutlich zeigt, verbreitert. Durch die vergrößerte Massenbelegung im Zentrum der zweiten Streufolie wird aus dem zentralen Teil dieses Strahlenkegels verstärkt Strahlung herausgestreut und absorbiert. Die Intensität nimmt daher in diesem Bereich infolge der zweiten Streufolie 16 verstärkt ab. Hinter der zweiten Streufolie 16 hat daher die Intensität den Verlauf der Kurve 30. Die Dosisleistung ist im zentralen Bereich des Strahlenkegels völlig ausgeglichen. Dieser Bereich des Strahlenkegels kann für die Bestrahlung, beispielsweise eines Krankheitsherdes, genutzt werden. Wird jedoch die Beschleunigungsenergie der Elektronen reduziert, so werden letztere von der ersten Streufolie stärker absorbiert und aufgestreut. Die erste Streufolie würde einen in der Figur 4, mit der gestrichelten Kurve 31 angedeuteten, besser ausgeglichenen Intensitätsverlauf vor der zweiten Streufolie 16 erzeugen. Dies hatte jedoch die Wirkung, daß der Intensitätsverlauf nach anschließender, weiterer Aufstreuung und Absorption durch die zweite Streufolie, die bei der reduzierten Elektronenenergie ebenfalls verstärkt ist, den unerwünschten punktierten Verlauf der Kurve 32 annehmen würde. Um dies zu vermeiden, müßte die zweite Streufolie gegen eine solche, mit radial weniger stark abnehmender Massenbelegung, ausgewechselt werden. Dies erfordert eine Viel-

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zahl von teueren, unterschiedlich geschichteten Streufolien. Sie müßten bei jeder Änderung der Beschleunigungsenergie ausgewechselt werden. Die jeweils neu eingesetzte geschichtete Streufolie müßte jedesmal erneut zum Zentralstrahl, der selber nicht immer zur Symmetrieachse des Austrittsfensters 3 justiert ist, zentriert werden.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung der Streufolien wird bei der Umschaltung des Elektronenbeschleunigers auf eine andere Beschleunigungsenergie zugleich auch der Stelltrieb 14 eingeschaltet. Dieser verschiebt den Schlitten 5 mit den Streufolien 10, 11, 12, 13 so lange, bis sich die Bohrung 6, 7, 8, 9 mit der zu der gewählten Beschleunigungsenergie passenden ersten Streufolie 10, 11, 12, 13 unmittelbar vor dem Austrittsfenster 3 des Strahlführungsgefäßes befindet. Eine besondere Justierung zum Zentralstrahl ist dabei nicht erforderlich, weil die erste Streufolie nicht strukturiert ist.

Die im Schlitten eingelassenen sog. ersten Streufolien sind so den am Elektronenbeschleuniger einstellbaren Beschleunigungsenergien zugeordnet, daß erste Streufolien mit um so geringerer Stärke bzw. Streukapazität in den Elektronenstrahl eingeschoben werden, je niedriger die gewählte Beschleunigungsenergie ist. Dadurch wird der auf der zweiten Streufolie 16 einfallende Intensitätsverlauf für jede Beschleunigungsenergie auf einen Wert gebracht, der unter Berücksichtigung der bei dieser Elektronenenergie auch für die zweite Streufolie 16 veränderten Streu- und Absorptionseigenschaften den in der Figur 4 mit 29 bezeichneten Verlauf hat. Dieser Verlauf ist für jede Beschleunigungsenergie etwas verschoben und daher hier nur qualitativ angegeben. Die zweite Streufolie braucht nun nicht mehr ausgewechselt zu werden. Sie ist daher je Anlage nur einmal erforderlich und kann seitens des Herstellers werkseitig zentriert werden.

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Claims

76 P 5901 BRD Patentansprüche

1. Anordnung zur Aufstreuung von Elektronen, vorzugsweise für Elektronenbeschleuniger mit veränderbarer Beschleunigungsenergie, mit zwei im Abstand voneinander angeordneten Streufolien, von denen die in Strahlenrichtung erste Streufolie eine

konstante und die zweite Streufolie eine von ihrem Zentrum zu
ihren Rändern hin abnehmende Dicke aufweist, dadurch
gekennzeichnet , daß zur Anpassung der Aufstreueigenschaften an die gewählte Beschleunigungsenargie jeweils
eine erste Streufolie (10, 11, 12, 13) mit umso geringerer Streukapazität in den Strahlengang einbringbar ist, je niedriger die Beschleunigur.g39nergie ist und die zweite Streufolie (16) unverändert im Strahlenkegel (18) verbleibt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Streufolie (16) aus mehreren, zentrisch übereinander befestigten, krelsschaibenförraigen Folien (20, 21, 22) unterschiedlichen Durchmessers und Dicke aufgebaut ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ränder der einzelnen Folien (20, 21, 22) abgeschrägt sind.

4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die, die zweite Streufolie (16) bildenden, übereinander befestigten Folien (20, 21, 22) zwischen zwei, zwischen Klemmringen (25,

26) eingespannten Trägerfolien (23, 24) aus organischem Material, vorzugsweise aus Polystyrol, gehalten sind.

5· Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Streufolie (10, 11, 12, 13) aus einem Material hoher Ordnungszahl, vorzugsweise aus Blei, besteht.

6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Streufolie (16) aus einem Material niedriger Ordnungszahl, vorzugsweise aus Aluminium, besteht.
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