DE2738918C3 - Ionisationskammer mit zwei Meßkammern - Google Patents

Description

60

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 durchgehende Elektrode und die dritte Wand mehrere gegeneinander isolierte, an äußere Kontaktzungen geführte Elektroden enthalten, wobei die gegeneinander isolierten Elektroden der dritten Wand eine zentrale Meßelektrodenanordnung und einen die zentrale Meßelektrodenanordnung umgebenden Ring aus mehreren untereinander isolierten einzelnen Meßelektroden umfassen; vgl. US-PS 38 52 610.

Bei Teilchenbeschleunigern, die zur Bestrahlung eines Feldes, sei es mit Gammastrahlung, Elektroden 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 Beschleunigungsrohr und den diesem nachgeschalteten Bauelementen, wie z.B. Target, Elektronenabsorber, Ausgleichskörper, Umlenkmagnete usw, austretenden Strahlenkegels. Hierzu werden im allgemeinen Ionisationskammern verwendet.

Eine Ionisationskammer mittelt die in dem von ihr erfaßten Volumen abgegebene Dosisleistung. Um eine Aussage über die Intensitätsverteilung 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 Intensitätsverteilung 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 Wänden zwei scheibenförmige Meßkammern bilden. Dabei bestehen die beiden äußeren Wände der Meßkammern aus einer einzigen durchgehend leitenden Schicht oder Folie, d. h. einer einzigen Elektrode. Für die mittlere Wand dieser Ionisationskammer ist eine Glas- oder Kunststoffschicht verwandt, auf deren einer Seite zwei konzentrische Elektrodenringe, deren leitende Schichten segmontartig in je vier einzelne Elektroden in Form von Kreisringteilen unterteilt sind, an separate Anschlußklemmen herausgeführt sind. Die andere Seite der Wand kann eine andere Anordnung von Meßelektroden aufweisen. Mit Hilfe der segmentartig ausgebildeten inneren Meßelektrodenanordnung und/oder der segmentartig ausgebildeten äußeren Elektroden ist es möglich, den aus dem Teilchenbeschleuniger austretenden Strahlenkegel auf Unsymmetrie zu untersuchen. Außerdem ist es bei der bekannten Ionisationskammer nicht möglich, die Gesamtintensität des vollen Strahlungsfeldes zu messen. Schließlich ist die Anzahl der verschiedenen, isoliert herauszuführenden Elektroden bei dieser Ionisationskammer beträchtlich, was Probleme hinsichtlich der Potentialtrennung aufwirft.

Weitere Verbesserungen hinsichtlich des Informationsgehaltes über die Homogenität der Dosisleistung im Strahlenkegel hat man sich von einer in der DE-OS 24 02 898 veröffentlichten Ionisationskammer versprochen. Diese Ionisationskammer, die nach F i g. 3 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 belastet. Letzteres ist besonders bei der Verwendung zur Überwachung eines Elektronenstrahles von erheblichem Nachteil. Die in F i g. 4 dieser Druckschrift gezeigte Ionisationskammer besitzt eine aus vier sektorförmigen Elementen bestehende erste

Elektrodenanordnung und eine parallel dazu ausgerichtete zweite Elektrodenanordnung, die aus einer zentralen kreisscheibenförmigen Meßelektrode und einem darum herum angeordneten Meßelektrodenring besteht Zwischen beiden Elektrodenanordnungen ist eine Hochspannungselektrode vorgesehen. Die erste Elektrodenanordnung dient zur Messung der Zentrierung und der Gesamtintensität, und die zweite Elektrodenanordnung dient zur Messung der Homogenität Bei dieser Ausführungsform wird die Gesamtdosis gemeinsam mit einer anderen Größe, nämlich der Zentrierung oder Symmetrie gemessen, d. h. es werden dieselben sektorförmigen Elektroden für zwei verschiedene Aufgaben benutzt

Aus »The Review of Scientific Instruments«, Band 43, Nr 3, März 1972, Seiten 447 bis 450, insbesondere Fig. 1 und 2, ist eine Ionisationskammer für Protonen bekannt, bei der beidseitig einer Hochspannungselektrode eine erste bzw. zweite Elektrodenanordnung angeordnet ist Jede Elektrodenanordnung besteht aus zwei halbkreisförmigen, dünnen Meßelektroden. Die Elektrodenanordnungen sind somit identisch, aber um 90° bezüglich der Zentralachse gegeneinander gedreht Es werden zwei Kammern gebildet mit denen nur gemeinsam die Symmetrie des untersuchten Protonenbündels untersucht werden kann.

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 Elektrodenfiguration können solche zum Zentralstrahl symmetrischen Inhomogenitäten überwacht werden, die keine zirkulären Inhomogenitäten aufweisen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ionisationskammer der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß die Herstellung einfacher und preiswerter wird, daß dennoch eine hinreichend genaue Aussage über die Homogenität und Symmetrie des austretenden Strahlenkegels ermöglicht wird, wobei auch getrennt von der Symmetrie- und Homogenitätsmessung eine Intensitätsmessung über das gesamte Nutzstrahlenfeld möglich sein soll, und daß insbesondere auch die Anzahl der herausführenden Elektroden vermindert wird.

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. Die Erfindung beruht weiter auf der Überlegung, daß die Messung der Gesamtdosis tunlichst elektrisch getrennt von der Messung der Symmetrie und/oder Homogenität vorgenommen werden sollte.

Bei einer Ionisationskammer der eingangs genannten Art wird die Aufgabe erfindungsgeniäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Eine erhöhte Empfindlichkeit der Ionisationskammer sowohl gegenüber symmetrisch als auch unsymmetrisch zum Zentralstrahl verteilten Inhomogenitäten läßt sich erreichen, wenn eine die zentrale kreisscheibenförmige Meßelektrode und den Ring ?.us mehreren untereinander isolierten Meßelektroden umgebende Hilfselektrode vorgesehen ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 3 bis 7 beschrieben.

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 stark unterschiedlichen Intensitätswert besitzen. Hierunter fallen z. B. aile diejenigen Störungen, die durch im Verhältnis zur eingestellten 3eschleunigungsenergie oder Strahlenart 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 erhalten. Die umgebende Hilfselektrode vermeidet Feldverzerrungen.

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

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

F i g. 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 F i g. 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 Meßelek-J5 trode 19, deren vier Anschiußleitungen 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, Io befindliche, diese und die einzelnen Anschlußleitungen umscnließende, 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 aufge-

brachten 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 Kera- is mikscheibe 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. Die Meßelektroden 15 bis 19 liegen annähernd auf Erdpotential. Dadurch ist das elektrische Feld im Bereich der up'sren 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 Meßelektroden 12, 15 bis 19 und der gegenüberliegenden 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 grofi, so deutet das auf eine unsymmetrisehe Verteilung der Strahlungsintensität im Strahlenkegel hin. Ist 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 seinen 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 Statt dessen besteht die Ionisationskammer aus vier aufeinanderliegenden Metallringen 44, 45, 46, 47, zwischen denen drei mit einer leitenden Beschichtung versehene Kunststoffolien 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 Kunststofffolien 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 45,46 dienen zugleich als elektrische Anschlüsse für die unmittelbar an ihnen anliegenden leitenden Oberflächen zu beiden Seiten der mittleren Kunststofffolie 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 Elektroderxiberflächen der eingespannten Kunststoffolie 50, die entsprechend dem in der F i g. 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)

Patentansprüche:

1. Ionisationskammer mit zwei durch drei zueinander parallele Wände und zwei eingeschobene Ab-Standsringe gebildeten Meßkammern, von denen zwei der drei Wände je eine einzige durchgehende Elektrode und die dritte Wand mehrere gegeneinander isolierte, an äußere Kontaktzungen geführte Elektroden enthalten, wobei die gegeneinander isolierten Elektroden der dritten Wand eine zentrale Meßelektrodenanordnung und einen die zentrale Meßelektrodenanordnung umgebenden Ring aus mehreren untereinander isolierten einzelnen Meßelektroden umfassen, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Meßelektrodenanordnung eine einzige zentral angeordnete kreisscheibenförmige Meßelektrode (19) ist, daß die eine (13, 14) der beiden durchgehenden Meßelektroden (12, 13,14) zwischen den beiden Meßkammern (7,8; 42, 43) angeordnet und für beide Meßkammern gemeinsam vorgesehen ist, daß die äußere Wand (4) einer der beiden Meßkammern (8; 43) als dritte Wand auf ihrer Meßkammerseite mit den gegeneinander isoliert angebrachten Elektroden (15 bis 20) versehen ist, und daß Mittel vorgesehen sind, um festzustellen, ob der Strom durch die einzelnen ringförmig angeordneten Meßelektroden (15 bis 18), bezogen auf ihre Fläche, unterschiedlich ist zu dem auf die Fläche bezogenen Strom der zentralen Meßelektrode (19).

2. Ionisationskammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf derselben Wandseite gegeneinander isoliert angebrachten Elektroden (15 bis 20) eine die zentrale kreisscheibenförmige Meßelektrode (19) und den Ring aus mehreren untereinander isolierten einzelnen Meßelektroden (15 bis 18) 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.