DE962822C

DE962822C - Strahlentransformator zur Erzeugung eines im Raume schwenkbaren Roentgenstrahlenbuendels

Info

Publication number: DE962822C
Application number: DEA13778A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Rolf Wideroee
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1951-07-25
Filing date: 1951-07-28
Publication date: 1957-04-25

Description

Es ist bekannt, daß die in Strahlentransformatoren durch das Auftreffen von energiereichen Elektronen auf eine Antikathode erzeugten harten Röntgenstrahlen stark gebündelt austreten. So beträgt beispielsweise die Halbwertsöffnung des Röntgenstrahlenbündels eines 30-MeV-Strahlentransformators etwa 7°. Für viele Anwendungszwecke ist dieser Öffnungswinkel zu klein. Ein Bündel mit über einen gewissen Raumwinkel einigermaßen gleichmäßiger Intensität kann beispielsweise dadurch erhalten werden, daß ein Absorbens mit über den Raumwinkel passend veränderlicher Absorption in das Bündel gebracht wird. Es ist evident, daß durch diese Methode sehr große Intensitätsverluste verursacht werden und daß eine unerwünschte Zunahme der Streustrahlung und der Sekundärelektronendichte auftritt.

Für viele Anwendungen ist es nun keinesfalls notwendig, daß das in dem gewünschten Raumwinkel wirksame Röntgenstrahlenbündel in jedem Moment eine über diesen Raumwinkel annähernd gleichmäßige Intensitätsverteilung aufweist. Es genügt vielmehr, wenn die über die Behandlungszeit erstreckten Integrale der Intensität in allen Raumwinkelelementen ungefähr denselben Wert besitzen. Dies kann dadurch erreicht werden, daß

die Achse des Röntgenstrahlenbündels während der Behandlungszeit innerhalb des zu bestrahlenden Raumwinkels bewegt wird.

An dieser Stelle sei daran erinnert, daß bei Auftreffen energiereicher Elektronen auf eine Antikathode die Richtung des erzeugten Röntgenstrahlenbündels dieselbe ist wie diejenige der auftreffenden. Elektronen.. Die genannte Bewegung der Strahlenachse könnte durch eine Bewegung des ίο ganzen Strahlentransformators erzielt werden, doch verbietet sich diese Methode besonders bei größeren Geräten meist aus konstruktiven Gründen.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Strahlentransformator zur Erzeugung von Röntgenstrahlen durch Beschießen einer in einer ringförmigen Beschleunigungsröhre befindlichen verhältnismäßig kleinen Antikathode mit von einer Elektronenquelle gelieferten und anschließend auf mehrfach durchlaufener geschlossener Bahn beschleunigten Elektronen. Ein erfindungsgemäßer Strahlentransformator ist gekennzeichnet durch Wicklungen zur Erzeugung von Magnetfeldern, welche die Auftreffrichtung der Elektronen auf die Antikathode und damit die Richtung des Maximums der erzeugten Röntgenstrahlen während der Bestrahlungszeit willkürlich in zwei aufeinander senkrecht stehenden Ebenen zu verändern gestatten, wobei die Magnetfelder auf den beiden Seiten des durch die Antikathode gelegten Durchmessers der Beschleunigungsröhre mit Bezug auf die Bahn stets entgegengesetzte Richtungen besitzen.

Es sei hier eingefügt, daß entsprechende Wirkungen sich auch mit elektrischen Feldern an Stelle der erfindungsgemäß vorgesehenen magnetischen Felder erzielen lassen, auf deren anspruchsgemäße Verwendung sich der Patentschutz allein erstrecken soll. Eine gewisse technische Schwierigkeit liegt aber in der Größe der in Betracht kommenden Feldstärken. So ist beispielsweise die Anwendung eines elektrischen Feldes mit der Feldstärke i,5 MV/cm notwendig, um auf Elektronen, die sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegen, dieselbe Wirkung auszuüben wie ein technisch leicht beherrschbares magnetisches Feld mit der FeIdstärke von 5000 Gauß.

Ausführungsbeispiele der Erfindung seien an Hand der Fig. 1 bis 5 erläutert.

In Fig. ι stellt A die Beschleunigungsröhre dar, welche die Antikathode B enthält. Um die Beschleunigungsröhre ist in der aus der Zeichnung ersichtlichen Art eine Spulenanordnung F gelegt. Die Wirkungsweise dieser Anordnung läßt sich an Hand der Fig. 2 erklären. B ist die Antikathode, β der von den unbeeinflußten Elektronen durchlaufene Weg und R die Richtung des erzeugten Röntgenstrahleubündels. Wird die Spulenanordnung am Ende der Beschleunigungsperiode von einem Gleichstromimpuls durchflossen, so erzeugt sie in der Beschleunigungsröhre magnetische FeI-So der, welche senkrecht zur Ebene der Beschleunigungsröhre stehen und welche auf den beiden Seiten des durch die Antikathode gelegten Durchmessers verschiedene Richtungen besitzen. Die durch diese Felder auf die bewegten Elektronen ausgeübten Kräfte sind nach Größe und Richtung aus der Breite und Lage der schraffierten Flächen der Fig. 2 ersichtlich. Es werden auf die Elektronen also radiale Kräfte ausgeübt, welche bewirken, daß die Elektronenbahn in der Ebene der Beschleunigungsröhre zur Gestalt ß' deformiert wird. Die Antikathode wird dann aus einer anderen Richtung beschossen, und das erzeugte Röntgenstrahlenbündel mit normaler Austrittsrichtung R hat sein Maximum nunmehr in der Richtung R'.

Die eben beschriebene Methode gestattet nicht die Verwirklichung von. großen Ablenkwinkeln, ψ, weil sonst infolge der Deformierung der Elektronenbahn die Elektronen an den Stellen G und H sich allzu weit vom Gleichgewichtskreis entfernen müßten oder evtl. die Wände der Beschleunigungsröhre berühren könnten. Die Fig. 3 zeigt eine etwas veränderte Anordnung zur Schwenkung des Elektronenstrahles in der Ebene der Beschleunigungsröhre. Diese Anordnung gestattet das Erreichen größerer Ablenkwinkel. A ist wieder die Beschleunigungsröhre, B die Antikathode, F eine Spulenanordnung, welche nahe der Antikathode die beiden Schleifen K und L aufweist. Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist aus .der Fig. 4 ersichtlich. Es geht daraus hervor, daß die Schleifen K und L in unmittelbarer Nähe der Antikathode stärkere magnetische Felder erzeugen, welche eine Deformation der Elektronenbahn in der Weise bewirken, daß die Elektronen unter stark verändertem Winkel auf die Antikathode B auftreffen (Bahn/f an Stelle der unbeeinflußten Bahn ß), womit auch die Schwenkung des Röntgenstrahlmaximums um den beträchtlich größeren Winkel φ ermöglicht wird.

Die Fig. 5 zeigt eine Anordnung zur Schwenkung des Strahlenbündels in einer zur Ebene der Beschleimigungsröhre senkrechten Ebene. Die Beschleunigungsröhre ist in der Figur nicht dargestellt, sondern nur deren Achse β und die Antikathode B. Es ist eine Spulenanordnung M vorgesehen, welche aus demselben Grunde, wie oben beschrieben, zwei Schleifen"N und P nahe der Antikathode B aufweist. Diese Spulenanordnung erzeugt, wenn sie von Gleichstrom durchflossen ist, in der Beschleunigungsröhre auf der einen Seite des durch die Antikathode gelegten Durchmessers ein gegen diesen Durchmesser hin gerichtetes, auf der anderen Seite ein von diesem Durchmesser weg gerichtetes magnetisches Feld. Sind die Schleifen A^T und P vorgesehen, so ist die magnetische Feldtärke nahe der Antikathode größer als in dem übrigen Teil der Röhre.

Die Wirkungsweise ist nach dem weiter oben gesagten ohne weiteres klar; die Spulenanordnung bewirkt eine Deformation der Elektronenbahn in der durch ß' gezeigten Art, und die Röntgenstrahlen treten unter dem Winkel ψ gegenüber der Ebene der Beschleunigungsröhre aus.

Die durch alle gezeigten Wicklungen erzeugten Magnetfelder weisen auf den beiden Seiten des durch die Antikathode gelegten Durchmessers der

Beschleunigungsröhre mit Bezug auf die Bahn der Elektronen stets entgegengesetzte Richtungen auf. Die Felder üben also auf die Elektronen Kräfte aus, welche auf den beiden Bahnhälften nach außen bzw. nach innen (in dem Beispiel gemäß Fig. ι und 3) oder nach oben bzw. nach unten gerichtet sind (im Beispiel gemäß Fig. S).

Die in den obigen Ausführungsbeispielen besprochenen, auf die Elektronen einwirkenden Wicklungen werden mit Vorteil jeweils am Schluß einer Beschleunigungsperiode kurzzeitig eingeschaltet, wobei die Stärke ihrer Einwirkung auf die Elektronenbahn während der Bestrahlungszeit verändert wird.

Wenn auch im vorstehenden .nur von der Verwendung von Mitteln zur Veränderung der Röntgenstrahlenrichtung beim Strahlentransformator die Rede war, so ist es dennoch möglich, dieselben oder ähnliche Mittel auch an anderen Einrichtungen, welche Elektronen auf kreisförmigen Bahnen beschleunigen, anzuwenden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

ι. Strahlentransformator zur Erzeugung von Röntgenstrahlen durch Beschießen einer in einer ringförmigen Beschleunigungsröhre befindlichen verhältnismäßig kleinen Antikathode mit von einer Elektronenquelle gelieferten und anschließend auf mehrfach durchlaufener geschlossener Bahn beschleunigten Elektronen, gekennzeichnet durch Wicklungen zur Erzeugung von Magnetfeldern, welche die Auftreffrichtung der Elektronen auf die Antikathode und damit die Richtung des Maximums der erzeugten Röntgenstrahlen während der Bestrahlungszeit willkürlich in zwei aufeinander senkrecht stehenden Ebenen zu verändern gestatten, wobei die Magnetfelder auf den beiden Seiten des durch die Antikathode gelegten Durchmessers der Beschleunigungsröhre mit Bezug auf die Bahn stets entgegengesetzte Richtungen besitzen.
2. Strahlentransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtungsveränderung in der Ebene der Beschleunigungsröhre durch stromdurchflossene Spulen bewirkt wird, die in der Beschleunigungsröhre magnetische Felder erzeugen, welche senkrecht zur Ebene der Beschleunigungsröhre stehen und welche auf den beiden Seiten des durch die AntikathodegelegtenDurchmessers des Strahlentransformators verschiedene Richtungen besitzen.
3. Strahlentransformator nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Spulenanordnung, welche in unmittelbarer Nähe der Antikathode stärkere magnetische Felder erzeugt als im übrigen Teil der Beschleunigungsröhre.
4. Strahlentransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtungsveränderung in der Ebene senkrecht zur Ebene der Beschleunigungsröhre durch stromdurchflossene Spulen bewirkt wird, welche in der Beschleunigungsföhre auf der einen Seite des durch die Antikathode gelegtenDurchmessers des Strahlentransformators ein gegen diesen Durchmesser hin gerichtetes, auf der anderen Seite ein von diesem Durchmesser weg gerichtetes magnetisches Feld erzeugen.
5. Strahlentransformator nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Spulenanordnung, welche in unmittelbarer Nähe der Antikathode stärkere magnetische Felder erzeugt als im übrigen Teil der Beschleunigungsröhre.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 739 309;
schweizerische Patentschrift Nr. 170 586;
französische Patentschrift Nr. 812 792;
britische Patentschrift Nr. 536 941;
USA.-Patentschrift Nr. 2 499 545;
SRW-Nachrichten SRW 160 i, April 1950.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

609 864 4.57