DE2727275B2

DE2727275B2 - Elektronenbeschleuniger mit einem dem Elektronenstrahl ausgesetzten Target

Info

Publication number: DE2727275B2
Application number: DE2727275A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dr.Rer.Nat. 8520 Erlangen Schittenhelm; Leonhard Dipl.- Phys. Lafayette Calif. Taumann (V.St.A.)
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-04-13
Filing date: 1977-06-16
Publication date: 1980-05-22
Also published as: CA1088222A; JPS53128000A; FR2387566A1; JPS6019480B2; US4121109A; FR2387566B1; DE2727275A1; GB1585020A; DE2727275C3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Elektronenbeschleuniger mit einem dem Elektronenstrahl ausgesetzten Target zur Erzeugung von Röntgenbremsstrahlung, mit einem in Strahlenrichtung hinter dem Target angeordneten Primärkollimator mit einer invariablen, dem maximal ausblendbaren Strahlenkegel angepaßten Durchlaßöffnung, mit dem Primärkollimator nachgeschalteten, verstellbaren Blendenplatten, mit einem dem Target nachgeschalteten Ausgleichskörper für den Ausgleich der Dosisleistung im Strahlenkegel und mit einem dem Target in Strahlenrichtung nachgeschalteten sog. Elektronenabsorber.

Zur Erzeugung von Röntgenstrahlung wird bei Elektronenbeschleunigern ein Target, d. h. eine mehrere Millimeter starke Platte aus einem Schwermetall, vorzugsweise Wolfram, in den Elektronenstrahl gebracht. Die Dicke des Targets stellt einen Kompromiß dar. Wird das Target zu dünn gewählt, so werden zu wenig Röntgenquanten erzeugt. Wird das Target zu dick gewählt, so wird zu viel Röntgenstrahlung im Target selbst absorbiert. Außerdem wird dann das Maximum des Energiespektrums mehr zum langweiligen Bereich hin verschoben.

Durch die deutsche, beksnntgemachte Patentanmeldung S 36 511 VIIIc/21g ist es bereits bekannt, einen kegelförmigen Ausgleichskörper in den Strahlenkegel einzusetzen, um die Röntgendosisleistung über den erfaßten Raumwinkelbereich auszugleichen. Die ent-

K) sprechend einer Gauß'schen Verteilung im Zentrum mit höherer Dosisleistung einfallende Röntgenstrahlung wird im Zentrum des Strahlenkegels wegen der dort größeren Materialstärke des Ausgleichskörpers stärker geschwächt als im Randbereich des Strahlenkegels und

'"' dadurch ausgeglichen. Der Ausgleichskörper ist aus einem Material mit einer Ordnungszahl größer als 30 gefertigt, um als Filter die durch die Röntgenstrahlen im Volumen erzeugten Sekundärelektronen besser absorbieren zu können. Es ist aber eine Eigenart dieser Anordnung, daß die das Target passierenden überzähligen primären Elektronen im Ausgleichskörper afokale Röntgenstrahlen erzeugen, die die Strahlenbelastung des Patienten in unerwünschter Weise erhöhen. Ähnliches gilt auch für den im American Journal of

-'j Roentgenology, Vol.61 (1949) No.5, S.604 und 605, offenbarten Ausgleichskörper, der ebenfalls von primären, das Target passierende Elektronen getroffen wird. Infolge dir über den Strahlenquerschnitt hinweg unterschiedlichen Materialstärke ist es beiden Ausgleichskörpern gemeinsam, daß ihre Absorptionswirkung für primäre Elektronen über den Querschnitt hinweg ungleichmäßig stark ist. Einen deutlichen Fortschritt brachte demgegenüber ein Elektronenbeschleuniger, bei dem ein sog. Elektronenabsorber aus

i' Kupfer unmittelbar hinter dem Target in der das Target aufnehmenden Bohrung des Targetschlittens eingebaut ist. Dieser über den gesamten Strahlenquerschnitt gleichmäßig starke Elektronenabsorber soll den Ausgleichskörper vor den primären Elektronen, die das

■»<· Target durchdrungen haben, abschirmen, die im Target erzeugte Röntgenstrahlung jedoch so wenig wie möglich schwächen. Deshalb wuiden hierfür bisher Absorptionskörper aus Kupfer und versuchsweise auch aus einem anderen Material etwas höherer Kernla-

4^r> dungszahl verwendet. Es ist aber eine Eigenart dieser Elektronenabsorber, daß von den primären Elektronen in dem Material des Elektronenabsorbers zusätzliche Röntgenquanten erzeugt werden. Diese Röntgenquanten haben einen anderen Ursprungsort als die im Target

v) erzeugten Röntgenquanten und verstärken daher den Halbschattenbereich. Sie sind niederenergetisch und wegen der Hautbelastur.g unerwünscht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Erzeugung von Röntgenquanten im Elektronenabsor-

π ber zu vermeiden, ohne dabei jedoch seine Eigenschaft, die überzähligen Elektronen zu absorbieren, zu beeinträchtigen.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Elektronenbeschleuniger erfindungsgemäß dadurch ge-

wi löst, daß der Elektronenabsorber aus einem Material mit einer niedrigeren Ordnungszahl als Kupfer gefertigt ist. Der Wirkungsquerschnitt für die Erzeugung von Röntgenbremsstrahlung nimmt mit der Ordnungszahl zu. Die Elektronenabsorption ist proportional der

h^ri Dichte. Daher kann der Anteil an zusätzlichen Röntgenquanten, die bei der Absorption der überzähligen Elektronen entstehen, stark reduziert werden, wenn die Ordnungszahl des Elektronenabsorbermaterials

reduziert und zugleich wegen der damit verbundenen verringerten spezifischen Elektronenabsorption die Stärke des Elektronenabsorbers in Strahlenrichtung entsprechend erhöht wird.

Günstigere geometrische Abmessungen des Strahlerkopfes lassen sich dabei erreichen, vßnn in Weiterbildung der Erfindung ein zusätzlicher, in seinen äußeren Abmessungen den inneren Abmessungen der Durchlaßöffnung des Primärkollimators angepaßter Klektronenabsorber in den Primärkollimator eingesetzt ist. Dadurch lsi. es trotz der verringerten Ordnungszahl des Materials des Elektronenabsorbers und der erforderlichen größeren Stärke des Elektronenabsorbers möglich, ohne Verzögerung der Höhe des Target-Schlittens auszukommen.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand zweier in den Figuren dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine teilweise aufgebrochene Darstellung des Strahlerkopfes eines Elektronenbeschleuniger mit einer üblichen Anordnung des Eiektronenabsorbers,

Fig.2 eine teilweise aufgebrochene Darstellung des Strahlerkopfes eines Elektronenbeschleunigers mit einem erfindungsgemäßen Elektronenabsorber und

F i g. 3 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit bei »/WderFig. 2.

Die Fig. 1 läßt in vereinfachter Darstellung den Aufbau eines vorbekannten Strahlerkopfes t eines Elektronenbeschleunigers erkennen. Unmittelbar hinter dem Austrittsfenster 2 des evakuierten Strahlführungsgefäßes 3 erkennt man im Durchbruch 4 des Strahlerkopfes 1 einen Target-Schlitten 5. In dem Target-Schlitten sind mehrere Bohrungen 6, 7 eingelassen. In einer dieser Bohrungen 61 ist eine Schwermetallplatte, das Target 8, zur Erzeugung von Röntgenbremsstrahlung eingelassen. In den anderen Bohrungen 7 des Target-Schlittens 5 sind Streufolien 9 zur Aufstreuung der Elektronen beim Einsatz des Elektronenbeschleunigers als Elektronenstrahlquelle befestigt. In Strahlerrichtung hinter dem Target-Schlitten 5 befindet sich der Primärkollimator 10. Er hat eine Durchlaßöffnung 11 für die im Target 8 erzeugte Röntgenbremsstrahlung, sowie eine weitere Durchlaßöffnung 12 für die, bei entsprechend verstellten Target-Schlitten 5 in einer Streufolie 9 aufgestreuten Elektronen. In diesem Fall ist der Primärkollimator 10 so zu verschieben, daß diese weitere Durchlaßöffnung 12 zum Elektronenstrahl 13 zentriert ist. Die Durchlaßöffnung 11 für die Röntgenstrahlung ist konisch ausgeführt. Zwischen den verstellbaren Blendenplatten 14,15,16 und dem Primärkollimator 10 ist eine Ionisationskammer 18 zur Überwachung der aus dem Beschleuniger austretenden Strahlung vorgesehen. Im Innern der Durchlaßöffnung 11 des Primärkollimators 10 befindet sich ein Ausgleiehskörper 19 für die Röntgenstrahlung. Im Target-Schlitten 5 ist in der das Target 8 enthaltenden Bohrung 6, unmittelbar hinter dem Target 8, ein Elektronenabsorber 20 aus Kupfer eingesetzt.

Der Elektronenabsorber 20 absorbiert die Elektronen hinter dem Target Dabei wird jedoch auch im Material des Elektronenabsorbers Röntgenbremsstrahlung erzeugt. Diese läßt sich wegen ihres örtlich vom Target abweichenden Entstehungsortes mit den verstellbaren Blendenplatten 14, 15, 16 nicht auf das exakt gleiche Feld begrenzen, wie die im Target selbst erzeugte Röntgenstrahlung, die im Elektronenabsorber 20 erzeugte Röntgenstrahlung trägt daher zur Bildung von Halbschattenbereichen bei.

Auch bei dem in der F i g. 2 dargestellten, erfindungsgemäß ausgeführten Strahlerkopf V sind in den Bohrungen 21, 22, des in Strahlenrichtung unmittelbar hinter dem Austrittsfenster 23 des Strahlführungsgefäßes 24 angeordneten Target-Schüttens 25, in gleicher Weise Streufolien 26 und ein Target 27 eingesetzt, wie beim Slrahlerkopf 1 der Fig. 1. Der unmittelbar hinter dem Target 27 im Target-Schlitten 25 eingesetzte Elektronenabsorber 28 besteht jedoch nicht aus Kupfer, sondern aus einem Material niederer Ordnungszahl. Im Fall des Auführungsbeispiels aus Graphit. Wegen des gegenüber einem Elektronenabsorber aus Kupfer verringerten Absorptionskoeffizienten ist ein weiterer zusätzlicher Elektronenabsorber 29 in der Durchlaßöffnung 30 des dem Target-Schlitten 25 in Strahlenrichtung nachgeschalteten Primärkollimators 31 eingesetzt. Dieser Elektronenabsorber besteht ebenfalls aus einem Material niederer Ordnungszahl. Im Ausführungsbeispiel ist wegen der erleichterten Bearbeitung Aluminium verwendet. Für diesen Elektronenabsorber 29 steht jener Teil der Durchlaßöffung30 des Primärkollimators 31 zur Verfugung, der nicht vom Ausgleiehskörper 32 eingenommen wird. Dieser Teil reicht aus, um ausreichend lange Absorptionswege zu erhalten, um mit der Ordnungszahl bis sechs herunterzugehen. Die Anordnung der übrigen Bausteine, wie Ionisationskammer 33, der verstellbaren Blendenplatten 34, 35, 36 und der weiteren Durchlaßöffnung 37 für Elektronenstrahl lung im Primärkollimator31, bleibt unverändert.

Die Fig. 3 zeigt in vergrößerter Darstellung die Befestigung des zusätzlichen Elektronenabsorbers 29 in der Durchlaßöffnung 30 des Primärkollimators 31. Hierzu ist die sich konisch zum Target 27 hin verjüngende Durchlaßöffnung des Primärkoilimatorsan ihrer engsten Stelle zylindrisch ausgedreht und mit einem umlaufenden, vorstehenden Rand versehen. Der einzusetzende zusätzliche Elektronenabsorber 29 ist mit seinen äußeren Abmessungen so den inneren Abmessungen der Durchlaßöffnung 30 des Primärkollimators 31 angepaßt, daß er in diesen eingeschoben werden kann, und im konischen Teil bis hin zum inneren Teil des vorstehenden Randwulstes des Primärkollimators an der inneren Wandung des Primärkollimators 31 satt anliegt. In seinem dem Target 27 zugewandten Teil ist der zusätzliche Elektronenabsorber 29 mit emer umlaufenden Ringnut 39 versehen, in die ein Sprengring 40 einsetzbar ist. Dieser stützt sich auf dem vorstehenden Randwulst 38 des Primärkollimators 31 ab und verankert so den zusätzlichen Elektronenabsorber 29 im Primärkollimator 31 formschlüssig.

Wird der Elektronenbeschleuniger zur Erzeugung von Röntgenbremsstrahlung mit im Elektronenstrahl 41 eingeschobenen Target 27 betrieben, so werden die Elektronen in dem im Target-Schlitten 25 in Strahlenrichtung hinter dem Target angeordneten Elektronenabsorber 28 wegen der niederen Ordnungszahl des für den Elektronenabsorber verwendeten Materials nicht mehr vollständig absorbiert, wenn die Stärke des Eiektronenabsorbers und damit des Strahlerkopfes Γ nicht beträchtlich vergrößert wird. Durch den Einbau eines weiteren Eiektronenabsorbers 29 in der Durchlaßöffnung 30 des Primärkollimators 31, noch vor dem Ausgleiehskörper 22, kann eine zur vollen Absorption der Elektronen ausreichende Wegstrecke im Material der beiden hintereinander geschalteten Elektronenabsorber 28, 29 erreicht werden, ohne die Ordnungszahl des Materials des Eiektronenabsorbers über den Wert von Aluminium erhöhen zu müssen. Infolge dieser

gegenüber bisherigen Verhältnissen bedeutend reduzierten Ordnungszahl wird keine zusätzliche Röntgenstrahlung mehr im Material des Elektronenabsorbers 28, 29 erzeugt. Infolgedessen ist die jeweilige mit den verstellbaren Blendenplatten 34„ 35, 36 erzielte Ausblendung schärfer, und ist das Maximum des Energiespektrums der Röntgenstrahlung etwas weniger in den langwelligeren Bereich verschoben.
Durch die Verlegung eines Teils des Elektronenabsor

bers in den Primärkollimator wird der Primärkollimator 31 an der Wärmeableitung aus dem Elektronenabsorber 29 mit beteiligt. Der Target-Schlitten 25 wird diesbezüglich entlastet. Überraschenderweise konnte durch die Einfügung eines zweiten Elektronenabsorbers in die Durchlaßöffnung des Primärkollimators die sonst übliche Dosisüberhöhung im Randbereich des maximal einstellbaren Strahlenfeldes deutlich vermindert werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektronenbeschleuniger mit einem dem Elektronenstrahl ausgesetzten Target zur Erzeugung von Röntgenbremsstrahlung, mit einem in Strahlenrichtung hinter dem Target angeordneten Primärkollimator mit einer invariablen, dem maximal ausblendbaren Strahlenkegel angepaßten Durchlaßöffnung, mit dem Primärkollimator nachgeschalteten, verstellbaren Blendenplatten, mit einem dem Target nachgeschalteten Ausgleichskörper für den Ausgleich der Dosisleistung im Strahlenkejel und mit einem dem Target in Strahlenrichtung .nachgeschalteten sog. Elektronenabsorber, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenabsorber (28, 29) aus einem Material mit niedrigerer Ordnungszahl als Kupfer gefertigt ist.

2. Elektronenbeschleuniger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Primärkollimator (31) ein zusätzlicher, in seinen äußeren Abmessungen den inneren Abmessungen der Durchiaßöffnung (30) des Primärkollimators angepaßter Elektronenabsorber (29) eingesetzt ist.

3. Elektronenbeschleuniger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die im wesentlichen konische Durchlaßöffnung (30) des Primärkollimators (31) auf ihrer dem Target (27) zugewandten Seite erweitert und zur Befestigung des zusätzlichen Elektronenabsorbers (29) mit einem nach innen vorstehenden, den maximal ausblendbaren Strahlenkegel jedoch nicht tangierenden Rand (38) versehen ist.

4. Elektronenbeschleuniger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Elektronenabsorber (29) in seinem in den erweiterten Teil der Durchlaßöffnung (30) eingreifenden Abschnitt einen Sprengring trägt, der mit dem vorstehenden Rand (38) in der Durchlaßöffnung (30) des Primärkollimators (31) in Eingriff bringbar ist.

5. Elektronenbeschleuniger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenabsorber (28,29) aus Aluminium gefertigt sind.

6. Elektronenbeschleuniger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenabsorber (28,29) aus Graphit bestehen.