DE2727161C2

DE2727161C2 - Anordnung zur Aufstreuung von Elektronen für Elektronenbeschleuniger mit veränderbarer Beschleunigungsenergie

Info

Publication number: DE2727161C2
Application number: DE2727161A
Authority: DE
Inventors: Leonhard Dipl.-Phys. Lafayette Calif. Taumann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-03-18
Filing date: 1977-06-16
Publication date: 1983-02-10
Also published as: DE2727161A1; CA1075834A; FR2384417A1; FR2384417B1; GB1582720A; US4095114A; JPS6147400B2; JPS53117199A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Aufstreuung von Elektronen für Elektronenbeschleuniger mit veränderbarer Beschleunigungsenergie, mit zwei im Abstand voneinander angeordneten Streufolien, von denen die in Strahlenrichtung erste Streufolie ^M eine konstante und die in Strahlenrichtung zweite Streufolie eine von ihrem Zentrum zu ihren Rändern hin abnehmende Dicke aufweist

Bei Elektronenbeschleunigern, mit denen mehrere Kubikdezimeter große Volumen mit gleichbleibender ^ss Intensität bestrahlt werden müssen, ist es bekannt, für die Aufstreuung der Elektronen zwei verschiedene, im Abstand voneinander angeordnete Streufolien zu verwenden (DE-PS 9 59 937). Dabei dient die in Strahlenrichtung erste Streufolie dazu, den Elektronen- ^M strahl 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 /weite Slreufolie 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 zum Zentralstrahl und von der Energie der zu streuenden Elektronen abhängig. Für jede Beschleunigungsenergie ist daher eine andere Anordnung erforderlich·. Dies wird als äußerst nachteilig empfunden, weil insbesondere die zweite Streufoiie umständlich herstellbar und daher teuer ist Ihre exakte Zentrierung zum Elektronenstrahlkegel muß darüber hinaus jedesmal mit größter Genauigkeit erfolgen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine y-.nordnung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Bestrahlung eines größeren Volumens mit gleichbleibender Intensität je Volumenelement des mit veränderlicher Beschleunigungsenergie arbeitenden Elektronenbeschleunigers in ökonomisch sinnvoller Weise erreicht werden kann.

Zur Lesung dieser Aufgabe ist eine Anordnung der eingangs genannten Art daher erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß mehrere erste Streufolien vorgesehen sind, die eine umso geringere Streukapazität aufweisen, je niedriger die Beschleunigungsenergie ist daß eine Vorrichtung zum Einbringen jeweils einer dieser ersten Streufofien in den Strahlengang vorgesehen ist und daß die zweite Streufoüe unverändert im durch die erste Streufolie erzeugten Strahlenkegel verbleibt

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, handelst buche 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 Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.

Ein Ausführungjbeispiel der Erfindung wird anhand der Figuren erläutert.Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung der Anordnung der Streufolien im Strahlenkopf eines Elektronenbeschleunigers,

F i g. 2 einen Schnitt durch die zweite Streufolie, F i g. 3 eine Aufsicht auf die Streufolie der F i g. 2, und

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

In der Fig. 1 erkennt man in dem teilweise aufgebrochenen Strahlerkopf 1 eines Elektronenbeschleunigers einer Teil des Strahiführungsgefäßes 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 Massenije'cgung eingesetzt, Sie bestehen aus einem Material möglichst hoher Ordnungszahl, vorzugsweise aus Blei oder Wolfram, Die Bleifolien sind von einem Stablmantel umgeben. Die Streufolien sind jede für sich von gleichmäßiger Stärke (76—381 μνη Stahl und 76-203 μηι 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 DurchlaDöffnung 17 für den aufgestreuten Elektronenstrahlkegel 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 Elektronenstrahlkegels angeordnet

Die Fig.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 sind nach Art einer Pyramide aufeinander geschichtet Ihre Kanten sind abgeschrägt bzw. abgeschliffen, um einen möglichst stufenlosen Obergang zu bekommen. Die F i g. 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 F i g. 4 ist der Verlauf der Strahlenintensität /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 Intensitätsmaximum, 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 dsher in diesem Bereich infolge der zv/eiten 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 Strohlenkegels völlig ausgeglichen. Dieser Bereich des Strahlenkegeis 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 Fig.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 Vielzahl 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 zeiuj iert werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel der erfinduagsgemäßen Anordnung wird bei der Umschaltung des Elektronenbeschleunigers auf eine andere Beschleunigungsenergie zugleich auch der Stelltrieb 14 eingeschaltet. Dieser verschieb; 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 F i g. 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

U Anordnung zur Aufstreuung von Elektronen für Elektronenbeschleuniger mit veränderbarer Beschleunigungsenergie, mit zwei im Abstand vonein- ander angeordneten Streufolien, von denen die in Strahlenrichtung erste Streufolie eine konstante und die in Strahlenrichtung zweite Streufolie eine von ihrem Zentrum zu ihren Rändern hin abnehmende Dicke aufweist, dadurch gekennzeichnet, Ό daß mehrere erste Streufolien (10, 11, 12, 13) vorgesehen sind, die eine umso geringere Streukapazität aufweisen, je niedriger die Beschleunigungsenergie ist, daß eine Vorrichtung zum Einbringen jeweils einer dieser ersten Streufolien (10,11,12,13) in den Strahlengang vorgesehen ist und daß die zweite Streufolie (16) unverändert im durch die erste Streufolie (10, 11, 12, 13) erzeugten Strahlenkegel (18) verbleibt

Z Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Streufolie (16) aus mehreren, eeatrisch übereinander befestigten, kreisscheibenförmigen 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 Anspruc*¹1, dadurch gekennzeichnet, daU die ersten Streufolien (10, 11, 12, 13) aus einem Material hoher Ordnungszahl, vorzugsweise aus Blei, bestehen.

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