DE2926823A1 - ELECTRONIC ACCELERATOR - Google Patents
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Description
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München VPA 79 P 5906 BRDSIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Our reference Berlin and Munich VPA 79 P 5906 BRD
ElektronenbeschleunigerElectron accelerator
Die Erfindung bezieht sich auf einen Elektronenbeschleuniger zur ausschließlichen Erzeugung von Röntgenstrahlung, mit einer evakuierten Beschleunigerröhre, mit einem dem Elektronenstrahl ausgesetzten Target ..'nd mit einem dem Target nachgeschalteten Elektronenabsorber.The invention relates to an electron accelerator for the exclusive generation of X-rays, with an evacuated accelerator tube, with a target exposed to the electron beam .. 'nd with an electron absorber downstream of the target.
Durch die US-Patentschrift 41 21 109 ist ein für den Einsatz in der medizinischen Strahlentherapie bestimmter Elektronenbeschleuniger bekannt. Bei diesem Elektronenbeschleuniger ist die Beschleunigerröhre durch ein vakuumdichtes, für Elektronen durchlässiges Strahlenaustrittsfenster aus Edelstahl abgeschlossen. In Strahlenrichtung hinter dem Strahlenaustrittsfenster der Beschleunigerröhre befindet sich ein Target. Dieses wird stets aus einem Material hoher Ordnungszahl, wie z.B. Platin, Tantal, Gold oder Wolfram, gefertigt. In Strahlenrichtung hinter dem Target befindet sich ein Elektronenabsorber, in dem die übrig gebliebenen Elektronen aus dem Röntgenstrahlenkegel herausgefiltertBy the US Pat. No. 4,121,109 one is intended for use in medical radiation therapy Known electron accelerator. In this electron accelerator, the accelerator tube is through a vacuum-tight, electron-permeable radiation exit window made of stainless steel is closed off. In Beam direction Behind the beam exit window of the accelerator tube there is a target. This is always made of a material with a high atomic number, such as platinum, tantalum, gold or tungsten. In the direction of the beam behind the target there is an electron absorber in which the remaining electrons are located Electrons filtered out of the X-ray cone
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Bei einem Elektronenbeschleuniger der eingangs genannten Art grenzt daher erfindungsgemäß das Target unmit-In the case of an electron accelerator of the type mentioned at the outset, according to the invention, the target therefore immediately borders
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werden. In.Strahlenrichtung hinter dem Elektronenabsorber befindet sich ein Kollimator für die Ausblendung des Nutzstrahlenkegels und ein Ausgleichskörper, durch den die Intensität der Strahlung über die Breite des Strahlenkegels hinweg ausgeglichen wird. Bei einem solchen Elektronenbeschleuniger wird es als nachteilig empfunden, daß das Strahlenaustrittsfenster einen Teil der dem Target zuzuführenden Elektrcnenstrahlleistung absorbiert und zugleich aus thermischen Gründen die maximale Elektronenstrahlleistung begrenzt.will. In the direction of the radiation behind the electron absorber there is a collimator for masking the useful beam cone and a compensating body, by which the intensity of the radiation is balanced across the width of the beam cone. At a Such an electron accelerator is found to be disadvantageous that the beam exit window is a part of the electron beam power to be supplied to the target and at the same time, for thermal reasons, the maximum electron beam power limited.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Elektronen- U The invention is based on the object of electron U
beschleuniger, die zur Erzeugung von Röntgenstrahlen |accelerators used to generate x-rays |
verwandt werden, sicherer und preiswerter zu bauen. £jcan be used to build safer and cheaper. £ j
Darüber hinaus sollten die Leistungsabgabe und der Γ-In addition, the power output and the Γ-
Wirkungsgrad erhöht werden. !Efficiency can be increased. !
telbar an das Vakuum der Beschleunigerröhre auf deren ή Strahlenaustrittsseite an. Dies bringt den besonderen Vorteil mit sich, daß der Elektronenstrahl das Target unmittelbar und ungeschwächt trifft. Die Aufstreuung und Schwächung, die der Elektronenstrahl sonst üblicherweise beim Durchdringen des vakuumdichten und wegen der Druckbelastung entsprechend starken Strahlenaustrittsfensters, das bei hohen Strahlleistungen auch noch wassergekühlt sein muß, erleidet, entfällt auf diese Weise.directly to the vacuum of the accelerator tube on its ή beam exit side. This has the particular advantage that the electron beam hits the target directly and without being weakened. The scattering and weakening that the electron beam usually suffers when penetrating the vacuum-tight and, because of the pressure load, correspondingly strong radiation exit window, which must also be water-cooled at high beam powers, is eliminated in this way.
Die Standfestigkeit des Targets läßt sich bedeutend steigern, wenn es in zweckmäßiger Weiterbildung der Erfindung an ein Kühlsystem angeschlossen ist. Durch entsprechend intensive Kühlung kann verhindert werden, daß das Target am Auftreffpunkt des Elektronenstrahls aufschmilzt und dabei perforiert wird. Außerdem wirdThe stability of the target can be increased significantly if it is an appropriate development of the Invention is connected to a cooling system. Correspondingly intensive cooling can prevent that the target melts at the point of impact of the electron beam and is thereby perforated. Also will
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so verhindert, daß vom Target allzuviel Wärme auf die Beschleunigerröhre übertragen wird.this prevents too much heat from being transferred from the target to the accelerator tube.
In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann das Target auf eine Metallplatte hoher Wärmeleitfähigkeit aufgelötet werden, die die Beschleunigerröhre auf der Strahlenaustrittsseite gasdicht abschließt. Das hat zur Folge, daß die .im Target frei werdende Wärme unmittelbar an diese Metallplatte abgegeben wird, ohne daß das Target und seine Lötverbindung unmittelbar in Kontakt mit einem unter Strahleneinwirkung meist aggressiven Kühlmedium gelangt. Außerdem stellt die Metallplatte einen guten mechanischen Schutz für das Target dar. Schließlich kann durch den dichten Abschluß der Strahlenaustrittsseite der Beschleunigerröhre durch die das Target tragende Metallplatte das gleichermaßen empfindliche wie auch in der Herstellung aufwendige Strahlenaustrittsfenster eingespart werden.In a particularly advantageous development of the invention, the target can be placed higher on a metal plate Thermal conductivity are soldered, which seals the accelerator tube gas-tight on the beam exit side. As a result, the heat released in the target is transferred directly to this metal plate is without the target and its soldered connection in direct contact with a radiation exposure mostly aggressive coolant arrives. In addition, the metal plate provides a good mechanical Protection for the target. Finally, the tight seal on the radiation exit side of the accelerator tube through the metal plate carrying the target, the equally sensitive as well Elaborate radiation exit windows can be saved in production.
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Eine besonders effektive Kühlung der Metallplatte läßt sich erreichen, wenn in zweckmäßiger Ausgestaltung .der Erfindung in dieser mindestens ein Kanal für ein Kühlmedium eingelassen ist. Hierdurch wird ein besonders inniger und großflächiger Kontakt zwischen dem Kühlmedium und der Metallplatte erreicht.A particularly effective cooling of the metal plate can be achieved if, in an expedient embodiment, the Invention in this at least one channel for a cooling medium is let. This makes a special one achieved intimate and extensive contact between the cooling medium and the metal plate.
Die Fertigungskosten lassen sich senken, wenn der Kanal für das Kühlmedium in einer Ausgestaltung der Erfindung auf der der Beschleunigerröhre abgewandten Seite der Metallplatte eingefräst ist und diese Seite des Kanals durch eine dicht auf die Metallplatte aufgebrachte Abdeckung gebildet wird. Hierdurch läßt sich der Kanal für das Kühlmedium relativ einfach so verlegen, wie es für die gleichmäßige Kühlung der Metall-The production costs can be reduced if the channel for the cooling medium in one embodiment of the invention is milled on the side of the metal plate facing away from the accelerator tube and this side of the channel is formed by a cover applied tightly to the metal plate. This allows the duct for the cooling medium should be laid relatively easily in the same way as it would be for even cooling of the metal
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platte erforderlich ist. Durch die dicht aufgebrachte Abdeckung wird dieser Kanal dann zu einem rechteckigen Rohrsysten verschlossen.plate is required. The tightly applied cover then turns this channel into a rectangular one Closed pipe systems.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann der Kanal für das Kühlmedium in Strahlenrichtung hinter dem Target in einer über den gesamten Querschnitt des Targets hinweg leichten Tiefe ausgefräst sein. Das hat einerseits zur Folge, daß die Kühlflüssigkeit das Target über seine gesamte Fläche hinweg gleichmäßig kühlt. Außerdem sind so die Absorptionseigenschaften für die im Target erzeugte Röntgenstrahlung über die gesamte Fläche des Strahlenfeldes hinweg gleich. Letzteres wiederum ist eine unerläßliche Voraussetzung für den in der Strahlentherapie anschließend vorzunehmenden Ausgleich der Dosisleistung über de:a gesamten Querschnitt des Strahlenfeldes hinweg.In an advantageous development of the invention, the channel for the cooling medium in the direction of the rays behind the Target be milled out at a slight depth over the entire cross-section of the target. That has On the one hand, the result is that the cooling liquid cools the target evenly over its entire surface. In addition, so are the absorption properties for the X-ray radiation generated in the target over the whole The area of the radiation field is the same. The latter, in turn, is an indispensable requirement for the In radiation therapy, the dose rate must then be compensated for over the entire cross-section of the radiation field.
Besonders günstige Wärmeableitungseigenschaften lassen sich erreichen, wenn das Target die Austrittsöffnung auf der Strahlenaustrittsseite der Beschleunigerröhre gasdicht abschließt. In diesem Fall ist das Target unmittelbar vom Kühlmedium umströmt. Diese Lösung setzt jedoch die Verwendung eines auch unter Bestrahlungsbedingungen nicht aggressiven Kühlmittels voraus.Particularly favorable heat dissipation properties can be achieved if the target is the outlet opening seals gas-tight on the beam exit side of the accelerator tube. In this case the target is immediate the cooling medium flows around it. However, this solution presupposes the use of an even under irradiation conditions non-aggressive coolant.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand von zwei in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen
erläutert. Es zeigen:
30Further details of the invention are explained with reference to two exemplary embodiments shown in the figures. Show it:
30th
Fig. 1 einen Querschnitt durch die beiden letzten Hohlraumresonatoren einer Beschleunigerröhre,
das Target und den nachgeschalteten Primärkollimator,
351 shows a cross section through the last two cavity resonators of an accelerator tube, the target and the downstream primary collimator,
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Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II der Fig. 1 undFig. 2 is a section along the line II-II of Fig. 1 and
r'ig. 3 einen Querschnitt durch die beiden letzten Hohlraumresonatoren einer anderen Beschleur'ig. 3 shows a cross section through the last two cavity resonators of another accelerator
nigerröhre mit einem direkt aufgeschweißten Target und einem nachgeschalteten Primärkollimator. niger tube with a directly welded Target and a downstream primary collimator.
In der Fig. 1 sind die beiden letzten Hohlraumresonatoren 1, 2 der Beschleunigerröhre 3 eines Linearbeschleunigers längs ihrer Symmetrieachse 4 aufgeschnitten dargestellt. Die Symmetrieachse der Hohlraumresoviatoren fällt mit dem Elektronenstrahl 5 zusammen. Die Austrittsöffnung 6 des letzten Hohlraumresonators 2 ist durch eine Metallplatte 7 hoher Wärmeleitfähigkeit, im Ausführungsbeispiel eine 20 mm starke Kupferplatte, abgeschlossen. Diese Metallplatte ist auf dem letzten Hohlraumresonator 2 gasdicht aufgelötet. An der Stelle der Metallplatte, auf der der Elektronenstrahl auftreffen würde, ist die Metallplatte mit einer kleinen Einsenkung 8 versehen. In dieser Einsenkung ist, wie die aufgebrochene Stelle in der Fig. 1 zeigt, ein wenige 1/10 mm starkes Target 9 aufgelötet.In FIG. 1, the last two cavity resonators 1, 2 of the accelerator tube 3 of a linear accelerator shown cut along its axis of symmetry 4. The axis of symmetry of the cavity regenerators coincides with the electron beam 5. The outlet opening 6 of the last cavity resonator 2 is through a metal plate 7 of high thermal conductivity, in the embodiment a 20 mm thick copper plate, closed. This metal plate is soldered gas-tight to the last cavity resonator 2. At the point the metal plate on which the electron beam hits the metal plate is provided with a small indentation 8. In this depression is like that The broken point in FIG. 1 shows a target 9 a few 1/10 mm thick soldered on.
Wie die Schnittdarstellung der Fig. 2 im einzelnen erkennen läßt, ist die Metallplatte 7 mit einem Kühlmittelkanal 10 versehen. Dieser ist auf der der Beschleunigerröhre 3 abgewandten Seite der Metallplatte 7 eingefräst. Der Kanal 10 ist durch eine auf der der Beschleunigerröhre 3 abgewandten Seite auf die Metallplatte 7 aufgelötete Abdeckung 11 abgeschlossen. Die beiden Enden des Kanals münden in je eine in die Metallplatte eingelöteten Schlauchtülle 12, 13. Auf der Metallplatte 7 ist auf deren von der Beschleuniger-As can be seen in detail from the sectional view of FIG lets, is the metal plate 7 with a coolant channel 10 provided. This is milled into the side of the metal plate 7 facing away from the accelerator tube 3. The channel 10 is through a side facing away from the accelerator tube 3 on the metal plate 7 soldered cover 11 completed. The two ends of the channel open into one each in the metal plate soldered hose nozzle 12, 13. On the metal plate 7 is on the accelerator
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röhre 3 angewandten Seite eine 1,5 mm starke BIej folie 14 befestigt. Diese Bleifolie ist in einer auf der Metallplatte 7 aufgeschraubten Dose 15 geführt. Diese Dose fcer.teht aus einem Metallring 16 mit einer dünnen aufgelöteten Deckplatte i7. In Strahlenrichtung hinter der Bleifolie 14 befindet sich der Primärkollimator 18 mit dem in ihn hineinragenden Ausgleichskörper 19.tube 3 attached a 1.5 mm thick BIej foil 14 on the side facing it. This lead foil is in an up the metal plate 7 screwed can 15 out. This box fcer. Consists of a metal ring 16 with a thin soldered cover plate i7. In the direction of the beam behind the lead foil 14 is the primary collimator 18 with the compensating body protruding into it 19th
Die Fig. 2 zeigt im wesentlichen den Verlauf des Kühlmittelkanals 10 in der Metallplatte 7. Der Kanal ist in Strahlenrichtung unter dem Target 9 hindurch und um den gesamten Umfang der Metallplatte 7 geführt. Der Kanal ist so breit wie das Target 9 selbst. Er hat im Bereich des Targets eine über seine gesamte Breite hinweg gleiche Tiefe.FIG. 2 essentially shows the course of the coolant channel 10 in the metal plate 7. The channel is guided in the beam direction under the target 9 and around the entire circumference of the metal plate 7. Of the The channel is as wide as the target 9 itself. In the area of the target, it has a width across its entire width same depth.
Beim Betrieb des Elektronenbeschleuniger?; treffen die Elektronen auf das Target 9 auf und erzeugen im Target Röntgenbremsstrahlung. Jene Elektronen, die das Target durchdringen, werden hinter dem Target durch die Metallplatte 7 absorbiert. Dabei ist vor allem jener Teil der Metallplatte wirksam, der sich zwischen dem Target 9 und dem Kühlmittelkanal 10 befindet. Im vorliegenden Fall, bei der Verwendung von Kupfer und einer Elektronenenergie von 4 MeV, ist dieser Teil mindestens 2 mm stark. Bei der Verwendung eines anderen Materials bzw. einer anderen Elektronenenergie bzw. einer anderen Targetstärke wäre die Stärke dieses Wandabschnittes entsprechend an die Elektronenreicl·- weite in diesem Material anzupassen. Die im Target 9 erzeugte Röntgenstrahlung wird durch die Bleifolie 14 - es könnte auch ein anderes Metall hoher Ordnungszahl, wie Tantal, Gold, Wolfram oder Uran, sein - aufgehärtet. Die Verwendung eines für die Aufhärtung be-When operating the electron accelerator ?; meet the Electrons on the target 9 and generate X-ray braking radiation in the target. Those electrons that hit the target penetrate are absorbed by the metal plate 7 behind the target. Especially that one is there Part of the metal plate, which is located between the target 9 and the coolant channel 10, is effective. In the present Case, when using copper and an electron energy of 4 MeV, this part is at least 2 mm thick. When using a different material or a different electron energy or a different target thickness would be the thickness of this wall section corresponding to the electron range - width to adapt in this material. The X-ray radiation generated in the target 9 is transmitted through the lead foil 14 - it could also be another metal with a high atomic number, such as tantalum, gold, tungsten or uranium - hardened. The use of a
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sonders günstigen Metalls mit hoher Kernladungszahl ist hier nur dadurch möglich geworden, daß vorher alle hinter dem Target noch verbliebenen Elektronen durch die Metallplatte 7 aus der Röntgenstrahlung entfernt worden sind. Anderenfalls würde die Bleifolie als zweite konkurrierende Röntgenstrahlenquelle wirken. Der zentrale Ausschnitt dieser die Bleifolie 14 verlassenen Röntgenstrahlung wird durch die kegelförmige Austrittsöffnung des Primärkollimators 18 durchgelassen. Der im Primärkollimator eingebaute Ausgleichskörper 19 gleicht die Intensität dieses ausgeblendeten Röntgenstrahlenfeldes 20 über xhren gesamten Querschnitt hinweg aus.A particularly favorable metal with a high atomic number has only become possible here because all Electrons still remaining behind the target are removed from the X-ray radiation by the metal plate 7 have been. Otherwise, the lead foil would act as a second competing source of x-rays. The central section of this X-ray radiation which has left the lead foil 14 is created by the cone-shaped The exit opening of the primary collimator 18 is allowed through. The compensating body built into the primary collimator 19 is the same as the intensity of this masked out X-ray field 20 over the entire cross section away from.
Die durch die Energieumsetzung im Target 9 erzeugte Wärme wird an die mit dem Target verlötete Metallplatte 7 abgegeben und von dieser unmittelbar an das durch den -lühlmittelkanal 10 hindurchfließende Kühlmittel weitergegeben. Infolge der guten Wärmeleitfähigkeit des Kupfers und des verhältnismäßig kurzen Abstandes und großen Kupferquerschnittes zwischen dem Kühlmittelkanal und dem Target kann auf diese Weise viel Wärme abgeleitet werden. Hierdurch wird verhindert, daß das Target 9 durchschmelzen kann. Dadurch, daß die Metallplatte 7 die Kühlflüssigkeit vollständig vom TargetThe heat generated by the conversion of energy in the target 9 is transferred to the metal plate soldered to the target 7 released and from this directly to the coolant flowing through the coolant channel 10 passed on. Due to the good thermal conductivity of copper and the relatively short distance and a large copper cross-section between the coolant channel and the target can in this way generate a lot of heat be derived. This prevents the target 9 from melting through. In that the metal plate 7 completely removes the cooling liquid from the target
trennt, besteht auch keine Gefahr, daß die Lötverbindung des Targets mit der Metallplatte durch die in der Kühlflüssigkeit durch die Bestrahlung entstehenden aggressiven Bestandteile angegriffen wird. 30separates, there is also no risk that the soldered connection of the target with the metal plate through the Cooling liquid is attacked by the aggressive components produced by the irradiation. 30th
Die Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der das Target 21 unmittelbar auf dem Hohlraumresonator 22 aufgeschweißt ist. Das Target 21 selbst schließt dabei die Strahlenaustrittsöffnung 35' des letzten Hohlraumresonators 22 vakuumdicht ab. EsFig. 3 shows a further embodiment of the invention, in which the target 21 directly on the Cavity resonator 22 is welded on. The target 21 itself closes the beam exit opening 35 'of the last cavity resonator 22 vacuum-tight. It
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wird unmittelbar von der Kühlflüssigkeit 24 umspült. Zu diesem Zweck ist das Ende der Beschleunigerröhre 25 samt dem aufgeschweißten Target 21 durch eine flüssigkeitsdicht aufgesetzte Kalotte 26 abgeschlossen. Diese trägt zwei Schlauchtüllen 27, 28 für den Kühlmitteleinlaß und Kühlmittelauslaß. Der dem Target gegenüberliegende Boden 29 der Kalotte besteht im Ausführungsbeispiel aus 2 mm starkem Kupfer. Auf dem Boden der Kalotte ist eine 1,5 mm starke Bleifolie 30 befestigt, die wie im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 in einer Metalldose 31 gekapselt ist. Auch der Primärkcllimator 32 und der Ausgleichskörper 33 sind ebenso ausgeführt, wie im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 gezeigt ist.is immediately washed around by the cooling liquid 24. For this purpose, the end of the accelerator tube is 25 together with the welded-on target 21 is closed by a liquid-tight cap 26. These carries two hose nozzles 27, 28 for the coolant inlet and coolant outlet. The bottom 29 of the dome opposite the target consists in the exemplary embodiment made of 2 mm thick copper. A 1.5 mm thick lead foil 30 is attached to the bottom of the dome as in the embodiment of FIG. 1 in a metal can 31 is encapsulated. The primary air conditioner 32 and the compensating body 33 are also designed, as shown in the embodiment of FIG.
Beim Betrieb eines Elektronenbeschleunigers, wie er in der Fig. 3 gezeigt ist, treffen die beschleunigten Elektronen ebenfalls, durch kein Austrittsfenster geschwächt, unmittelbar auf das Target 21 auf. Die im Target erzeugte Wärme wird hier besonders gut von der das Target auf allen seinen Seiten, mit Ausnahme jener, die dem Elektronenstrahl 35 zugewandt ist, umströmenden Kühlflüssigkeit 24 abgeführt. Der 2 mm starke Boden 29 'ler Kalotte 26 absorbiert die das Target 21 passierenden Elektronen. Die Bleifolie 21 härtet ebenso wie im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 den Röntgenstrahl enkegel 34 auf. Die Ausblendung des Röntgenstrahlenfeldes durch den Primärkollimator 32 und der Ausgleich der Dosisleistung über dem Querschnitt des maximal nutzbaren Strahlenfeldes hinweg durch den Ausgleichskörper 33 unterscheiden sich nicht von derjenigen im Ausführungsbeispiel der Fig. 1. Der besondere Vorteil dieser Bauweise gegenüber der in der Fig. 1 gezeigten Bauweise ist in der wesentlich besseren Kühlung des Tprgets und der damit verbundenen höheren Strahlenbelastbarkeit des Targets 21 zu sehen. Diesem VorteilWhen an electron accelerator is operated, as shown in FIG. 3, the accelerated Electrons likewise, not weakened by any exit window, directly onto target 21. The in The heat generated by the target is particularly good here from the target on all of its sides, with the exception of those facing the electron beam 35, the cooling liquid 24 flowing around it is removed. The 2 mm thick base 29 'ler dome 26 absorbs the target 21 passing electrons. As in the exemplary embodiment in FIG. 2, the lead foil 21 hardens the X-ray beam cone 34 on. The masking of the X-ray field by the primary collimator 32 and the Compensation of the dose rate over the cross-section of the maximum usable radiation field away through the compensation body 33 do not differ from that in the embodiment of FIG. 1. The particular advantage of this design over that shown in FIG Construction is in the much better cooling of the Tprget and the associated higher radiation exposure of the target 21 to be seen. That advantage
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steht der höhere Aufwand für das vakuumdichte Anschweißen des Targets am letzten Hohlraumresonator gegenüber.stands for the higher effort for the vacuum-tight welding of the target on the last cavity resonator opposite to.
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| CN109496051A (en) * | 2018-12-21 | 2019-03-19 | 北京中百源国际科技创新研究有限公司 | It is a kind of for increasing the slowing down device of low number of neutrons |
| DE202022104696U1 (en) | 2021-09-29 | 2022-09-26 | Siemens Healthcare Gmbh | Target structure for generating X-rays |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5614200A (en) | 1981-02-10 |
| EP0022948A1 (en) | 1981-01-28 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |