DE2738918B2 - Ionisationskammer - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ionisationskammer mit zwei durch drei zueinander parallele Wände und zwei eingeschobene Abstandsringe gebildeten Meßkammern, von denen zwei der drei Wände je eine einzige, die dritte Wand jedoch mehrere gegeneinander isolierte, an äußere Kontaktzungen geführte Elektroden enthalten; vgl. US-PS 38 52 610.

Bei Teilchenbeschleunigern, die zur Bestrahlung eines Feldes, sei es mit Gammastrahlung, Elektronen oder geladenen Atomkernen, verwendet werden, ist es erforderlich, die aus dem Beschleuniger austretende Strahlung zu überwachen. Dabei interessiert nicht nur die gesamte austretende Strahlungsintensität, sondern auch deren gleichmäßige Verteilung innerhalb des aus dem Beschleunigerrohr und den diesem nachgeschalteten Bauelementen, wie z. B. Target, Elektronenabsorber, Ausgleichskörper, Umlenkmagnete usw., austretenden Strahlenkegels. Hierzu werden im allgemeinen Ionisa-Jede Ionisationskammer mittelt die in dem von ihr erfaßten Volumen abgegebene Dosisleistung. Um eine Aussage Ober die Intensitätsveiteilung innerhalb eines Strahlenkegels zu bekommen, wäre eine Matrix von punktförmigen Ionisationskammern erforderlich. Dies ist aber sowohl aus finanziellen Erwägungen nicht erwünscht als auch technisch kaum zu realisieren. Man ist daher bestrebt eine möglichst einfache Ionisationskammer zu verwenden, die dennoch eine Aussage über die Intensitätsveiteilung im Strahlenkegel ermöglicht

Durch die US-PS 38 52 610 ist es zu diesem Zweck bereits bekannt eine Ionisationskammer für die Verwendung in Teilchenbeschleunigern so aufzubauen, daß sich zwischen drei untereinander parallelen

is Wänden zwei scheibenförmige Meßkammern bilden. Dabei bestehen die beiden äußeren Wände der Meßkammern aus einer Folie, auf der eine einzige durchgehend leitende Schicht d. h. eine einzige Elektrode aufgebracht ist Für die mittlere Wand dieser Ionisationskammer ist eine Glimmerschicht verwandt auf der zwei konzentrische Elektrodenringe, deren leitende Schichten segmentartig in vier einzelne Elektroden unterteilt sind, an separate Anschlußklemmen herausgeführt sind. Das Zentrum dieser Wand und die Flächen zwischen und außerhalb der eigentlichen Elektroden sind als Hilfselektroder. ausgebildet und haben im wesentlichen dasselbe Potential wie die Elektroden der gleichen Meßkammerwand. Es ist eine Eigenart dieser Ionisationskammer, daß sie bei der offenbarten gleichen Unterteilung der Meßelektroden auf beiden Seiten der mittleren Wand nicht auf alle Arten von Inhomogenitäten der Dosisleistung im austretenden Strahlenkegel anspricht Darüber hinaus ist es eine weitere Eigenart dieser Konstruktion, daß die mittlere Wand eine isolierende Zwischenschicht sein muß, die beidseitig an unterschiedliche Anschlüsse herausgeführte Elektroden trägt Dadurch sind auch der weiteren Verminderung des Absorptionswertes dieser mittleren Wand Grenzen gesetzt Schließlich ist die Anzahl der verschiedenen, isoliert herauszuführenden Elektroden bei dieser Ionisationskammer beträchtlich.

Weitere Verbesserungen hinsichtlich des Informationsgehaltes über die Homogenität der Dosisleistung im Strahlenkegel hat man sich von einer in der US-PS 39 42 012 (- DE-OS 24 02 898) veröffentlichten Ionisationskammer versprochen. Diese Ionisationskammer, die aus einer Vielzahl von einzelnen Wandelementen aufgebaut ist, ist jedoch in ihrer Herstellung verhältnismäßig aufwendig und wegen der Vielzahl der absorbierenden Ebenen auch mit einem verhältnismäßig hohen Eigenabsorptionswert versehen. Letzteres ist

besonders bei der Verwendung zur Überwachung eines

Elektronenstrahles von erheblichem Nachteil. Ferner ist es zur Überwachung der Streuung der

Bremsstrahlung eines Elektronenbeschleunigers durch die DE-OS 21 30 088 bekannt die mittlere, die beiden Meßkammern trennende Wand einer Ionisationskammer zu beiden Seiten mit einer zentralen kreisscheibenförmigen Meßelektrode und zwei sie umgebenden halbringförmigen Meßelektroden zu versehen. Mit dieser Elektrodenkonfiguration können solche zum Zentralstrahl symmetrische Inhomogenitäten überwacht werden, die keine zirkulären Inhomogenitäten aufweisen. Letztere und die meisten zum Zentralstrahl unsymmetrischen Inhomogenitäten sind durch diese Ionisationskammer nicht erfaßbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ionisationskammer der eingangs genannten Art so zu

verbessern, daß die Herstellung einfacher und preiswerter wird und dennoch eine hinreichend genaue Aussage Ober die Homogenität des austretenden Strahlenkegels ermöglicht wird, insbesondere aber die Anzahl der herausführenden Elektroden vermindert werden kann.

Dieser Aufgabe lag die Erkenntnis zugrunde, daß den vorkommenden Inhomogenitäten eine Vielzahl bestimmter Ursachen zugrundeliegt und daß für das Erfassen solcher Inhomogenitäten bestimmte Meßstellen, die in bestimmten Strahlenbereichen vorzusehen sind, besonders prädestiniert sind.

Bei einer Ionisationskammer der eingangs genannten Art haben daher erfindungsgemäß beide Meßkammern eine gemeinsame, durchgehende Elektrode und ist die äußere Wand einer der beiden Meßkammern mit auf der Meßkammerseite der Wand gegeneinander isoliert .ingebrachten Elektroden versehen. Damit ist die Voraussetzung geschaffen, den Eigenab^orptionswert der mittleren Wand noch weiter abzusenken, da diese Wand nur eine einzige ungeteilte Elektrode zu tragen braucht Die Zahl der insgesamt herauszuführenden Elektroden ist so zugleich wesentlich vermindert.

Eine erhöhte Empfindlichkeit der Ionisationskammer sowohl gegenüber symmetrisch als auch unsymmetrisch zum Zentralstrahl verteilten Inhomogenitäten läßt sich erreichen, wenn die auf derselben Wandseite gegeneinander isoliert aufgebrachten Elektroden eine zentrale kreisscheibenförmige Meßelektrode, einen die zentrale Meßelektrode umgebenden Ring aus mehreren untereinander isolierten einzelnen Meßelektroden und eine die übrigen Elektroden umgebenden Hilfselektrode umfassen. Durch den Vergleich der Meßwerte der zentralen kreisscheibenförmigen Meßelektrode, mit den diese ringförmig umgebenden Meßelektroden, werden jene Bereiche des Strahlenkegels erfaßt, die bei symmetrischen Inhomogenitäten erfahrungsgemäß einen zum zentralen Bereich extrem entgegengesetzten Intensitätswert besitzen. Hierunter fallen z. B. alle diejenigen Störungen, die durch, im Verhältnis zur eingestellten Beschleunigungsenergie bzw. Strahlenart, to falsch gewählte Streufolien bzw. Ausgleichskörper erzeugt werden. Durch die gleichzeitige segmentartige Aufteilung des die zentrale Meßelektrode umgebenden Ringes von untereinander isolierten Meßelektroden bleibt auch die Empfindlichkeit gegenüber zum Zentralstrahl unsymmetrisch angeordneten Inhomogenitäten erhalte?!. Die umgebende Hilfselektrode vermeidet Feldverzerrungen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigt so

F i g. 1 einen Querschnitt durch eine Ionisationskammer für die Untersuchung eines Röntgenstrahlenkegels,

Fig.2 eine Aufsicht auf die nicht unterteilten Elektroden,

F i g. 3 eine Aufsicht auf die unterteilte Elektrode der in der F i g. 1 unteren Kammerwand, und

Fig.4 eine andere Ionisationskammer für die Untersuchung eines Elektronenstrahlenkegels.

Die F i g. 1 läßt den Aufbau der Ionisationskammer 1 aus drei Keramikscheiben 2,3,4, die unter Zwischenfügung von zwei Abstandsringen 5, 6 aus Keramikmaterial so aufeinander gesetzt sind, daß sich zwei Meßkammern 7, 8 ergeben, erkennen. Die mittlere und die eine äußere Keramikscheibe weisen je eine feine Bohrung 9, 10 (2 mm Durchmesser) auf. Die in der äußeren Keramikscheibe 2 eingelassene Bohrung 9 ist durch ein Quetschrohr 11 verschlossen. Die einander zugewandten Seiten der einzelnen Keramikscheiben sind mit leitenden Oberflächen, den Elektroden 12,13, 14,15,16,17,18,19 und 20 versehen.

Die F i g. 2 zeigt eine Aufsicht auf die nicht unterteilte Elektrode 12 auf der oberen Keramikscheibe 2 der Fig. 1. Man erkennt daraus, daß die Elektrode die gesamte Oberfläche der Keramikscheibe vollständig bedeckt Die Elektroden 12, 13 und 14 sehen genau gleich aus. Bei der zentralen Keramikscheibe 3 greift die leitende Oberfläche 13 auch durch die Innenwandung der Bohrung 10 hindurch auf die, auf der anderen Seite angeordnete, leitende Oberfläche 14 über.

Die F i g. 3 zeigt eine Aufsicht auf die Elektrodenanordnung der in der Fig. 1 unteren Keramikscheibe 4. Man erkennt in der Aufsicht sechs verschiedene Elektroden 15, 16, 17, 18, 19 und 20. Das sind im Zentrum der Keramikscheibe 4 eine kreisscheibenförmige Meßelektrode 19, deren vier Anschlußleitungen 21, 22, 23, 24 bis nahezu an den Rand der Keramikscheibe 4 geführt sind, ein in einigem Abstand vom Zentrum der Keramikscheibe entfernter Elektrodenring, der aus vier einzelnen Meßelektroden 15, 16, 17, 18 und deren Anschlußleitungen 25, 26, 27, 28 besteht und eine außerhalb dieser vier ringförmig angeordneten Meßelektroden 15,16,17,18 befindliche, diese und die einzelnen Anschlußleitungen umschließende, als Hilfselektrode 20 verwendete, leitende Oberfläche.

Der äußere Umfang der vier ringförmig angeordneten Elektroden entspricht knapp dem äußeren Umfang des Strahlenkegels am Ort der Ionisationskammer 1. Die Enden sämtlicher auf der Keramikscheibe 4 aufgebrachten Anschlußleitungen 21 bis 28 sind je zu einer kleinen durchbohrten Kreisscheibe erweitert Auf der anderen äußeren Seite der Keramikscheibe 4 sind jeweils unter diesen Enden der einzelnen Anschlußleitungen Kontaktzungen 29 bis 36 befestigt und durch diese Bohrungen hindurch mit den Anschlußleitungen 21 bis 28 kontaktiert Die Hilfselektrode 20 der äußeren Keramikscheibe 4 und die durchgehenden Elektroden 12, 13, 14 der beiden anderen Keramikscheiben 2, 3 liegen an Metallringen 37,38,39,40 an, die zwischen die Keramikscheiben 2, 3, 4 und die Abstandsringe 5, 6 eingelegt sind. Ihr vorstehender äußerer Umfang dient der Kontaktierung.

Beim Betrieb der Ionisationskammer 1 liegen die Elektroden 13, 14 auf beiden Seiten der mittleren Keramikscheibe 3 an Hochspannung. Dabei wird die Hochspannung nur an einem der beiden Metallringe 38, 39 angeschlossen. Infolge der leitenden Verbindung durch die Bohrung hindurch ist damit zugleich auch die jeweils andere Elektrode 13, 14 angeschlossen. Das Anliegen der Hochspannung kann über den jeweils anderen Metallring kontrolliert werden. Die Hilfselektrode 20 der mit den einzelnen, untereinander isolierten Meßelektroden 15 bis 19 versehenen Keramikscheibe 4 ist geerdet. Ihre Meßelektroden liegen annähernd auf Erdpotential. Dadurch ist das elektrische Feld im Bereich der unteren Meßkammer 8 in fünf verschiedene definierte Bereiche unterteilt. Das elektrische Feld der in der F i g. 1 oberen Meßkammer 7 mit den beiden einteiligen Elektroden 12, 13 ist nicht unterteilt Das Meßvolumen ist jedoch durch die Begrenzung des Kammervolumens durch die ringförmige Abstandsscheibe 5 exakt vorgegeben.

Durch die Strahlung werden im Gasvolumen der beiden Meßkammern 7,8 Ionen erzeugt. Diese werden durch die Potentialdifferenz zwischen den jeweiligen ivleßelekirodeii 12, 15 bis iS und der

den Elektroden 13, 14 entsprechend ihrer Polarität beschleunigt Der Strom zwischen den einzelnen einander gegenüberliegenden Elektroden ist bei richtiger Kammerspannung und mittlerer Dosisleistung exakt proportional der im Kammervolumen, im Bereich der jeweiligen Meßelektrode applizierten Dosisleistung. Bei einer völlig homogenen Dosisleistung im Strahlenkegel ist der Strom einer jeden Meßelektrode, bezogen auf das ihr zugeordnete Kammervolumen und somit bei den vorliegenden Verhältnissen, bezogen auf ihre Fläche, gleich groß. Ist der Strom durch die einzelnen, gleich großen, ringförmig angeordneten Meßelektroden unterschiedlich groß, so deutet das auf eine unsymmetrische Verteilung der Strahlungsintensität im Strahlenkege! hin. lsi dagegen der Strom durch die einzelnen ringförmig angeordneten Meßelektroden 15 bis 18, bezogen auf ihre Fläche, gleich groß, aber unterschiedlich zu dem auf die Fläche bezogenen Strom der zentralen kreisscheibenförmigen Meßelektrode, so deutet das auf eine Inhomogenität der Dosisleistung im Strahlenkegel hin, die zur Symmetrieachse der Ionisationskammer 1, d. h. zum Zentrum des Strahlenkegels, symmetrisch ist Dabei haben Versuche ergeben, daß die größte Empfindlichkeit gegen solche, zum Zentrum des Strahlenkegels symmetrische Inhomogenitäten dann erreicht wird, wenn das Zentrum des Strahlenkegels mit seinem Randbereich verglichen wird. In diesem Randbereich des Strahlenkegels sind die vier ringförmigen Meßelektroden 15 bis 18 angeordnet

Die F i g. 4 zeigt schließlich einen Querschnitt durch eine Ionisationskammer 41, die besonders zur Messung eines Elektronenstrahlenkegels geeignet ist. Bei dieser Ionisationskammer wurde, wegen der erforderlichen, besonders geringen Eigenabsorption, auf die Verwendung durchgehender Keramikscheiben zur Unterteilung der beiden Meßkammern 42,43 verzichtet. Stattdessen besteht die Ionisationskammer aus vier aufeinanderliegender! Metallringen 44,45,46,47, zwischen denen drei mit einer leitenden Beschichtung versehene Kunststofffolien 48, 49, 50 eingespannt sind. Die beiden äußeren Metallringe 44, 47 sind im Durchmesser etwas größer gehalten, als die inneren Metallringe 45, 46. Sie sind an ihrem Umfang mit Bohrungen 51,52 versehen, durch die sie hindurch untereinander verschraubt und zusammengespannt werden können. Die Kunststoffolien 48, 49 sind in der gleichen Weise, wie in der F i g. 2 dargestellt, jedoch ohne Bohrung 9, beschichtet. Die Kunststoffolie 50 ist in gleicher Weise wie die Keramikscheibe 4 (F i g. 3) beschichtet. Die beiden inneren Metallringe 45, 45 dienen zugleich a!s elektrische Anschlüsse für die unmittelbar an ihnen anliegenden leitenden Oberflächen zu beiden Seiten der mittleren Kunststoffolie 49. Auf der den beiden Kunststoffolien 48, 50 zugewandten Seite der beiden inneren Metallringe 45, 46 ist je eine ringförmige Isolierscheibe 54, 55 aufgelegt Zwischen dieser Isolierscheibe 54,55 und der jeweiligen äußeren Kunststoffolie ist je ein dünner Kontaktring 56, 57 eingelegt. An diesem Kontaktring liegt die der Innenseite der jeweiligen Meßkammer 42, 43 zugewandte leitende Oberfläche der Kunststoffolien 48, 50 an ihrem äußeren Umfang unmittelbar an. Der in der F i g. 4 untere Metallring 47 ist auf der inneren Seite mit einer Reihe von Bohrungen versehen, die parallel zur Symmetrieachse der Ionisationskammer ausgerichtet sind. In ihnen sind die einzelnen Anschlußleitungen zu den Elektrodenoberflächen der eingespannten Kunststoffolie 50, die entsprechend dem in der Fig.3 gezeigten Muster beschichtet ist durchgeführt Die Anschlußleitungen 58, 59, 60, 61, 62 sind aus dieser

Metallscheibe 47 isoliert herausgeführt Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

1 Patentansprüche:

1. Ionisationskammer mit zwei durch drei zueinander parallele Wände und zwei eingeschobene Abstandsringe gebildete Meßkammern, von denen zwei der drei Wände je eine einzige, die dritte jedoch mehrere gegeneinander isolierte, an äußere Kontaktzungen geführte Elektroden enthalten, dadurch gekennzeichnet, dsB die beiden Meßkammern (7, 8, 42, 43) eine gemeinsame, durchgehende Elektrode (13,14,49) haben und die äußere Wand (4,50) einer der beiden Meßkammern (8, 43) mit auf der Meßkammerseite der Wand gegeneinander isoliert angebrachten Elektroden (15 bis 20) versehen ist

Z Ionisationskammer nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die auf derselben Wandseite gegeneinander isoliert angebrachten Elektroden (15 bis 20) eine zentrale kreisscheibenförmige Meßelektrode (19), einen die zentrale Meßelektrode umgebenden lung aus mehreren untereinander isolierten einzelnen Meßelektroden (15 bis 18) und eine die übrigen Elektroden umgebende Hilfselektrode (20) umfassen.

3. Ionisationskammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrodenmaterial auf Keramikscheiben (2,3,4) aufgebracht ist

4. Ionisationskammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die beiden Meßkammern (7, 8) trennende Wand (3) mit mindestens einem kleinen Loch (10) versehen ist

5. Ionisationskammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die beiden Meßkammern trennende Wand aus einem feinen Drahtnetz besteht

6. Ionisationskammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die durchgehenden Elektroden zur Messung von Elektronenstrahlung aus einem auf einer Kunststoffolie aufgebrachten Nickelnetz bestehen.

7. Ionisationskammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Elektroden zur Messung von Elektronenstrahlung aus jeweils einer auf einer Kunststoffolie (48, 49, 50) aufgedampften Metallschicht bestehen.