EP0021442A1 - Electron accelerator - Google Patents

Electron accelerator Download PDF

Info

Publication number
EP0021442A1
EP0021442A1 EP80103662A EP80103662A EP0021442A1 EP 0021442 A1 EP0021442 A1 EP 0021442A1 EP 80103662 A EP80103662 A EP 80103662A EP 80103662 A EP80103662 A EP 80103662A EP 0021442 A1 EP0021442 A1 EP 0021442A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
target
collimator
electron
section
processes
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP80103662A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP0021442B1 (en
Inventor
Leonhard Dipl.-Phys. Taumann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP0021442A1 publication Critical patent/EP0021442A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP0021442B1 publication Critical patent/EP0021442B1/en
Expired legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21K—TECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K1/00—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating
    • G21K1/02—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating using diaphragms, collimators

Definitions

  • the invention relates to an electron accelerator with a target exposed to the electron beam emerging from the acceleration tube, with an electron absorber downstream of the target in the beam direction, with a collimator for masking an X-ray cone and with a compensating body centered for the masking aperture of the collimator.
  • the invention has for its object to limit the radiation exposure of the patient as a whole to what is therapeutically necessary and in particular to reduce the radiation exposure to neutrons.
  • the edge zone of the collimator facing the target is therefore made of a material with a small cross section for ( ⁇ , n) processes in order to reduce neutron generation.
  • This solution is based on the surprising finding that the neutrons are only generated to a very small extent in the parts built into the useful beam cone, ie the target, the electron absorber or the compensating body. The majority of the neutrons are generated on the side of the collimator facing the radiation source. The neutrons generated there penetrate the collimator and lead to the observed diffuse radiation of the surroundings.
  • the edge zone made of material with a small cross section for ( ⁇ , n) processes can have an extent radially to the target that corresponds approximately to the half-depth of the X-rays in this material.
  • This relation gives a good guide for the optimization of the collimator. Because in the deeper layers of the collimator, i.e. after passing through the half-depth for the X-rays, only a comparatively low X-ray quantum density and therefore a lower generation rate for the neutrons can be expected both because of the absorption of the X-rays and because of the quadratic distance law. Those parts can therefore be made without too large Influence on neutron production from a heavy metal, such as tungsten or lead, which shields the X-ray quanta well.
  • a further optimization of the collimator can be achieved in that the edge zone made of material with a small cross section for ( ⁇ , n) processes extends transversely to the direction of the axis of symmetry of the blanking opening up to a distance from the target that is approximately 1.5 times the Distance between the target and the edge of the collimator blanking opening closest to the target is.
  • the zones of the primary collimator that are further away from the target are anyway exposed to a lower X-ray quantum density due to the quadratic distance law, so that less in this area too Neutrons are generated by ( ⁇ , n) processes. Lining them with a material with a smaller cross section for (yv, n) processes would therefore not result in such a great reduction in neutron production that a deterioration in X-ray absorption should be accepted.
  • the figure shows a schematic representation of an electron accelerator with a target for generating X-ray brake radiation and with a collimator according to the invention for masking an X-ray cone.
  • the end of the acceleration tube 3 of an electron accelerator which is cut open in the plane of the axis of symmetry 1 of the last cavity resonator 2, can be seen.
  • the target 6 is mounted in a bore 7 of a carrier plate 8.
  • a first electron absorber 9 in the bore 7 of the carrier plate 8. It consists of a 20 mm thick copper disc.
  • a collimator 10 for the X-rays is arranged behind this electron absorber in the beam direction.
  • the collimator 10 is provided with a conical blanking opening 11 for the passage of the maximum useful beam cone 12.
  • the front section of this conical blanking opening 11 facing the target is drilled out cylindrically for receiving a further electron absorber 13 made of aluminum.
  • a compensating body 14 is attached to the collimator 10, protruding into its conical blanking opening 11:
  • the edge zone of the conical blanking opening 11 of the collimator 10 facing the target 6 is cylindrical.
  • the volume element removed is with an annular body 15 which is adapted in terms of its external dimensions and is made of a material with a small cross section for (C, n) processes replaced.
  • the strength of this ring-shaped body is expediently chosen to be approximately as large in the beam direction as the half-value depth for X-ray quanta in this material.
  • the extension of this annular body 15 transversely to the axis of symmetry 1 of the conical blanking opening 11 of the collimator 10 extends up to a distance from the target 6 that is 1.5 times the distance of the target 6 from the edge portion of the blanking opening 11 closest to it Collimator 10 including the annular body 15.
  • the accelerated electrons which have penetrated the window 5 of the acceleration tube 3 strike the target 6 and generate X-ray brake radiation there.
  • the x-ray quanta generated in this way also generate neutrons in the target 6 on the basis of ( ⁇ , n) processes. This cannot be avoided because those elements of a higher atomic number which have a good efficiency in the generation of X-ray quanta also have a low energy threshold and at the same time a relatively high cross section for ( ⁇ , n) processes. Nevertheless, the total number of neutrons generated in the target 6 is negligible because of the relatively small volume of the target, in the present case an approximately 0.3 mm thick lead foil.
  • the other elements in the useful beam cone 12, such as electron absorbers 9, 13 and compensating bodies 14, are made of copper, iron or aluminum and therefore already have a significantly lower cross section for ( ⁇ , n) processes. They therefore hardly contribute to the generation of neutrons.
  • the situation is different with the collimator 10 delimiting the x-ray cone. Because of the required high absorption coefficient for X-rays, it consists of a material with a high atomic number, preferably tungsten, tantalum or lead. Its radiated volume is also relatively large. In general, 80% of all neutrons generated in such systems are generated in it. In particular, the areas of the collimator in which the x-ray dose rate is particularly high contribute to neutron generation. These are, in particular, the areas of the collimator 10 closest to the target 6. The production rate of neutrons decreases in direct proportion to the X-ray quantum density in the material of the collimator.
  • the neutron production is reduced relatively strongly with minimal material exchange.
  • the density of the X-ray quanta has dropped so far behind this annular body 15 in the beam direction that a replacement of this area with a material with a small cross section does not seem to make much sense for ( ⁇ , n) processes. Because an additional slight reduction in neutron production would be bought by a more significant reduction in the shielding of the X-rays.
  • the wall thickness of the collimator would have to be increased.
  • the lateral extent of the annular body transverse to the axis of symmetry of the conical blanking opening 11 of the collimator 10 is to be limited to a distance from the target which corresponds approximately to 1.5 times the distance of the target from the closest edge section of the blanking opening of the collimator.
  • Carbon, aluminum, beryllium, calcium, iron and possibly copper are to be mentioned as materials with a small cross section for ( ⁇ , n) processes. While carbon and aluminum have particularly smaller cross sections for ( ⁇ , n) processes, a smaller range of X-ray quanta can be expected for iron and copper, which has the disadvantage of a somewhat larger cross section for ( ⁇ , n) processes, based on the dimension of the selected shield, again compensate something.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Particle Accelerators (AREA)
  • Radiation-Therapy Devices (AREA)

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Elektronenbeschleuniger mit einem dem Elektronenstrahl (4) ausgesetzten Target (6), mit einem dem Target in Strahlenrichtung nachgeschalteten Elektronenabsorber (9, 13) und mit einem Kollimator (10) zur Begrenzung des Röntgenstrahlenkegels. Bei solchen Elektronenbeschleunigern wird die Strahlenbelastung des Patienten zusätzlich zu den therapeutisch erwünschten Röntgenquanten auch noch in höchst unerwünschter Weise durch Neutronen erhöht. Zur Reduzierung des Neutronenpegels sieht die Erfindung vor, daß dic dem Target zugewandten Randzonge des Kollimators aus einem Material mit geringem Wirkungsquerschnitt für (γ, n)-Prozesse gefertigt ist. Zur Dimensionierung dieser aus einem Material mit geringem Wirkungsquerschnitt für (γ, n)-Prozesse gefertigten Randzone sieht die Erfindung vor, daß diese radial zum Target eine Ausdehnung aufweist, die etwa der Halbwertstiefe der Röntgenstrahlung in diesem Material entspricht.The invention relates to an electron accelerator with a target (6) exposed to the electron beam (4), with an electron absorber (9, 13) downstream of the target in the beam direction and with a collimator (10) for limiting the X-ray cone. With such electron accelerators, the radiation exposure of the patient is increased in addition to the therapeutically desired X-ray quanta in a highly undesirable manner by neutrons. To reduce the neutron level, the invention provides that the edge zone of the collimator facing the target is made of a material with a small cross section for (γ, n) processes. In order to dimension this edge zone, which is made of a material with a small cross section for (γ, n) processes, the invention provides that it extends radially to the target, which corresponds approximately to the half-depth of the X-rays in this material.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Elektronenbeschleuniger mit einem dem aus der Beschleunigungsröhre austretenden Elektronenstrahl ausgesetzten Target, mit einem dem Target in Strahlenrichtung nachgeschalteten Elektronenabsorber, mit einem Kollimator zur Ausblendung eines Röntgenstrahlenkegels und mit einem zur Ausblendöffnung des Kollimators zentrierten Ausgleichskörper.The invention relates to an electron accelerator with a target exposed to the electron beam emerging from the acceleration tube, with an electron absorber downstream of the target in the beam direction, with a collimator for masking an X-ray cone and with a compensating body centered for the masking aperture of the collimator.

Durch die US-PS 41 21 109 ist ein für den Einsatz in der Strahlentherapie bestimmter Elektronenbeschleuniger bekannt. Zur Erzeugung von Röntgenstrahlung wird bei diesem Elektronenbeschleuniger ein Target dem aus der Beschleunigungsröhre austretenden Elektronenstrahl ausgesetzt. In Strahlenrichtung hinter dem Target sind ein Elektronenabsorber, in dem die übriggebliebenen Elektronen aus der Röntgenstrahlung herausgefiltert werden und ein Kollimator mit einer Durchlaßöffnung für die Ausblendung des maximalen, zur Anwendung kommenden, meist kegelförmigen Röntgenstrahlenfeldes angeordnet. In der Durchlaßöffnung des Kollimators ist ein Ausgleichskörper eingebaut, durch den die Dosisleistung der austretenden Röntgenstrahlung über ihren gesamten Querschnitt hinweg ausgeglichen wird. Bei solchen Elektronenbeschleunigern wird es jedoch als nachteilig empfunden, daß zusätzlich zu den therapeutisch erwünschten Röntgenquanten auch noch Neutronen erzeugt werden, die die Strahlenbelastung des Patienten in höchst unerwünschter Weise erhöhen.From US-PS 41 21 109 is known for the use in radiation therapy certain electron accelerators. To generate X-rays, a target is exposed to the electron beam emerging from the acceleration tube in this electron accelerator. In the beam direction behind the target are an electron absorber, in which the remaining electrons are filtered out of the X-rays and a collimator with a passage opening for the suppression of the maximum, mostly conical x-ray field arranged. A compensation body is installed in the passage opening of the collimator, by means of which the dose rate of the emerging X-radiation is compensated for over its entire cross-section. In the case of such electron accelerators, however, it is felt to be disadvantageous that, in addition to the therapeutically desired x-ray quanta, neutrons are also generated which increase the radiation exposure of the patient in a highly undesirable manner.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Strahlenbelastung des Patienten insgesamt auf das therapeutisch Notwendige zu beschränken und insbesondere die Strahlenbelastung durch Neutronen zu veringern.The invention has for its object to limit the radiation exposure of the patient as a whole to what is therapeutically necessary and in particular to reduce the radiation exposure to neutrons.

Bei einem Elektronenbeschleuniger der eingangs genannten Art ist daher erfindungsgemäß die dem Target zugewandte Randzone des Kollimators zur Reduzierung der Neutronenerzeugung aus einem Material mit geringem Wirkungsquerschnitt für ( γ, n)-Prozesse gefertigt. Dieser Lösung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß die Neutronen nur zu einem sehr geringen Teil in den im Nutzstrahlenkegel eingebauten Teilen, d.h. dem Target, dem Elektronenabsorber oder dem Ausgleichskörper, erzeugt werden. Der überwiegende Teil der Neutronen wird auf der der Strahlenquelle zugewandten Seite des Kollimators erzeugt. Die dort erzeugten Neutronen durchdringen den Kollimator und führen zu der beobachteten diffusen Bestrahlung der Umgebung. Die Verwendung eines Materials mit geringem Wirkungsquerschnitt für ( r , n)-Prozesse für die dem Target zugewandte Randzone des Kollimators führt zu einer ganz entscheidenden Herabsetzung der Zahl der je Zeiteinheit insgesamt erzeugten Neutronen. Da Isotope mit geringem Wirkungsquerschnitt für ( γ, n)-Prozesse durchweg unter den Elementen mit geringer Ordnungszahl zu finden sind, eignen sie sich nicht für Röntgenstrahlenkollimatoren. Anders ausgedrückt, werden gerade bei Kollimatoren, wegen der besseren Röntgenstrahlenabsorption, üblicherweise gerade solche Materialien verwandt, die eine höhere Ordnungszahl und damit auch einen sehr viel höheren Wirkungsquerschnitt für ( 6, n)-Prozesse aufweisen. Durch die Beschränkung der Verwendung von Material mit geringem Wirkungsquerschnitt für (γ, n)-Prozesse auf jene dem Target zugewandten Bereiche des Kollimators werden einerseits die spezifischen Absorptionseigenschaften des Kollimators für Röntgenstrahlen nur in geringem, durch Vergrößerung der Wandstärke noch kompensierbarem Maße verschlechtert und wird zugleich die Erzeugung von Neutronen gerade in jenen Bereichen mit größerer Röntgenstrahlendichte reduziert oder je nach Art des verwendeten Materials und der maximal benutzten Quantenenergie ganz unterbunden.In the case of an electron accelerator of the type mentioned in the introduction, the edge zone of the collimator facing the target is therefore made of a material with a small cross section for (γ, n) processes in order to reduce neutron generation. This solution is based on the surprising finding that the neutrons are only generated to a very small extent in the parts built into the useful beam cone, ie the target, the electron absorber or the compensating body. The majority of the neutrons are generated on the side of the collimator facing the radiation source. The neutrons generated there penetrate the collimator and lead to the observed diffuse radiation of the surroundings. The use of a material with a small cross section for (r, n) processes for the edge zone of the collimator facing the target leads to a very decisive reduction in the number of total neutrons generated per unit of time. Because isotopes with a small cross section for (γ, n) processes are consistently found among elements with a low atomic number, they are not suitable for X-ray collimators. In other words, precisely with collimators, because of the better X-ray absorption, materials are usually used that have a higher atomic number and thus a much higher cross section for (6, n) processes. By restricting the use of material with a small cross section for (γ, n) processes to those areas of the collimator facing the target, on the one hand the specific absorption properties of the collimator for X-rays only deteriorate to a small extent, which can be compensated for by increasing the wall thickness, and at the same time is deteriorated the generation of neutrons is reduced, especially in those areas with a higher X-ray density, or is completely prevented depending on the type of material used and the maximum quantum energy used.

In zweckmäßiger Weiterbildung der Erfindung kann die aus Material mit geringem Wirkungsquerschnitt für (γ, n)-Prozesse gefertigte Randzone radial zum Target eine Ausdehnung aufweisen, die etwa der Halbwertstiefe der Röntgenstrahlung in diesem Material entspricht. Diese Relation gibt einen guten Anhaltspunkt für die Optimierung des Kollimators. Denn in den tieferen Schichten des Kollimators, d.h. nach Durchlaufen der Halbwertstiefe für die Röntgenstrahlung, ist sowohl wegen der Absorption der Röntgenstrahlung als auch wegen des quadratischen Abstandsgesetzes nur noch mit einer vergleichsweisen geringen Röntgenquantendichte und somit geringeren Erzeugungsrate für die Neutronen zu rechnen. Jene Teile können daher ohne allzugroßen Einfluß auf die Neutronenproduktion aus einem die Röntgenquanten gut abschirmenden Schwermetall, wie z.B. Wolfram oder Blei, gefertigt werden.In an expedient development of the invention, the edge zone made of material with a small cross section for (γ, n) processes can have an extent radially to the target that corresponds approximately to the half-depth of the X-rays in this material. This relation gives a good guide for the optimization of the collimator. Because in the deeper layers of the collimator, i.e. after passing through the half-depth for the X-rays, only a comparatively low X-ray quantum density and therefore a lower generation rate for the neutrons can be expected both because of the absorption of the X-rays and because of the quadratic distance law. Those parts can therefore be made without too large Influence on neutron production from a heavy metal, such as tungsten or lead, which shields the X-ray quanta well.

Eine weitere Optimierung des Kollimators läßt sich dadurch erreichen, daß die aus Material mit geringem Wirkungsquerschnitt für (γ, n)-Prozesse gefertigte Randzone sich quer zur Richtung der Symmetrieachse der Ausblendöffnung bis in einen Abstand vom Target erstreckt, der etwa das 1,5fache des Abstandes zwischen dem Target und dem dem Target nächstliegenden Rand der Ausblendöffnung des Kollimators beträgt. Das führt dazu, daß nur ein verhältnismäßig kleiner Teil des Kollimators aus einem Röntgenstrahlen weniger gut absorbierenden Material gefertigt werden muß.Die vom Target weiter entfernten Zonen des Primärkollimators werden wegen des quadratischen Abstandsgesetzes ohnehin mit einer geringeren Röntgenquantendichte beaufschlagt, so daß auch in diesem Bereich weniger Neutronen durch ( γ, n)-Prozesse erzeugt werden. Ihre Auskleidung mit einem Material mit geringerem Wirkungsquerschnitt für ( yv, n)-Prozesse ergäbe daher keine so große Reduzierung der Neutronenproduktion, daß man dafür eine Verschlechterung der Röntgenstrahlenabsorption in Kauf nehmen sollte.A further optimization of the collimator can be achieved in that the edge zone made of material with a small cross section for (γ, n) processes extends transversely to the direction of the axis of symmetry of the blanking opening up to a distance from the target that is approximately 1.5 times the Distance between the target and the edge of the collimator blanking opening closest to the target is. This means that only a relatively small part of the collimator has to be made from an X-ray less absorbent material. The zones of the primary collimator that are further away from the target are anyway exposed to a lower X-ray quantum density due to the quadratic distance law, so that less in this area too Neutrons are generated by (γ, n) processes. Lining them with a material with a smaller cross section for (yv, n) processes would therefore not result in such a great reduction in neutron production that a deterioration in X-ray absorption should be accepted.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in der Figur gezeigten Ausführungsbeispiels näher erläutert.Further details of the invention are explained in more detail using the exemplary embodiment shown in the figure.

Die Figur zeigt eine schematische Darstellung eines Elektronenbeschleunigers mit einem Target für die Erzeugung von Röntgenbremsstrahlung und mit einem erfindungsgemäßen Kollimator zur Ausblendung eines Röntgenstrahlenkegels.The figure shows a schematic representation of an electron accelerator with a target for generating X-ray brake radiation and with a collimator according to the invention for masking an X-ray cone.

In der Figur erkennt man das strahlenaustrittsseitige, in der Ebene der Symmetrieachse 1 des letzten Hohlraumresonators 2 aufgeschnittene Ende der Beschleunigungsröhre 3 eines Elektronenbeschleunigers. In der Schnittebene erkennt man die zylindersymmetrische Form des letzten Hohlraumresonators 2 mit dem längs der Symmetrieachse beschleunigten Elektronenstrahl 4 und die Anordnung des die Beschleunigungsröhre austrittsseitig vakuumdicht abschließenden, für Elektronen durchlässigen Fenster 5. In Strahlenrichtung hinter dem Fenster 5 ist eine Bleifolie als Target 6 angeordnet. Das Target 6 ist in einer Bohrung 7 einer Trägerplatte 8 gelagert. Unmittelbar hinter dem Target befindet sich noch in der Bohrung 7 der Trägerplatte 8 ein erster Elektronenabsorber 9. Er besteht aus einer etwas 20 mm starken Kupferscheibe. In Strahlenrichtung hinter diesem Elektronenabsorber ist ein Kollimator 10 für die Röntgenstrahlung angeordnet. Der Kollimator 10 ist mit einer kegelförmigen Ausblendöffnung 11 für den Durchtritt des maximalen Nutzstrahlenkegels 12 versehen. Der dem Target zugewandte vordere Abschnitt dieser kegelförmigen Ausblendöffnung 11 ist zur Aufnahme eines weiteren, aus Aluminium gefertigten Elektronenabsorbers 13 zylindrisch aufgebohrt. Hinter diesem weiteren Elektronenabsorber 13 ist ein Ausgleichskörper 14 am Kollimator 10,in dessen kegelförmige Ausblendöffnung 11 hineinragend, befestigt:In the figure, the end of the acceleration tube 3 of an electron accelerator, which is cut open in the plane of the axis of symmetry 1 of the last cavity resonator 2, can be seen. In the sectional plane one can see the cylindrically symmetrical shape of the last cavity resonator 2 with the electron beam 4 accelerated along the axis of symmetry and the arrangement of the electronically permeable window 5, which closes the exit of the accelerator tube on the exit side. The target 6 is mounted in a bore 7 of a carrier plate 8. Immediately behind the target there is still a first electron absorber 9 in the bore 7 of the carrier plate 8. It consists of a 20 mm thick copper disc. A collimator 10 for the X-rays is arranged behind this electron absorber in the beam direction. The collimator 10 is provided with a conical blanking opening 11 for the passage of the maximum useful beam cone 12. The front section of this conical blanking opening 11 facing the target is drilled out cylindrically for receiving a further electron absorber 13 made of aluminum. Behind this further electron absorber 13, a compensating body 14 is attached to the collimator 10, protruding into its conical blanking opening 11:

Die dem Target 6 zugewandte Randzone der kegelförmigen Ausblendöffnung 11 des Kollimators 10 ist zylinderförmig ausgenommen. Das herausgenommene Volumenelement ist mit einem in seinen äußeren Abmessungen angepaßten ringförmigen Körper 15 aus einem Material mit geringem Wirkungsquerschnitt für ( C, n)-Prozesse ersetzt. Die Stärke dieses ringförmigen Körpers wird in Strahlenrichtung zweckmäßigerweise etwa so groß gewählt wie die Halbwertstiefe für Röntgenquanten in diesem Material. Die Ausdehnung dieses ringförmigen Körpers 15 quer zur Symmetrieachse 1 der kegelförmigen Ausblendöffnung 11 des Kollimators 10 erstreckt sich bis zu einem Abstand vom Target 6, der 1,5 mal so groß ist wie der Abstand des Targets 6 von dem ihm nächstliegenden Randabschnitt der Ausblendöffnung 11 des Kollimators 10 einschließlich des ringförmigen Körpers 15.The edge zone of the conical blanking opening 11 of the collimator 10 facing the target 6 is cylindrical. The volume element removed is with an annular body 15 which is adapted in terms of its external dimensions and is made of a material with a small cross section for (C, n) processes replaced. The strength of this ring-shaped body is expediently chosen to be approximately as large in the beam direction as the half-value depth for X-ray quanta in this material. The extension of this annular body 15 transversely to the axis of symmetry 1 of the conical blanking opening 11 of the collimator 10 extends up to a distance from the target 6 that is 1.5 times the distance of the target 6 from the edge portion of the blanking opening 11 closest to it Collimator 10 including the annular body 15.

Bei der Inbetriebnahme des Elektronenbeschleunigers treffen die beschleunigten Elektronen, die das Fenster 5 der Beschleunigungsröhre 3 durchdrungen haben, auf das Target 6 auf und erzeugen dort Röntgenbremsstrahlung. Die so erzeugten Röntgenquanten erzeugen im Target 6 aufgrund von (γ, n)-Prozessen auch Neutronen. Dies läßt sich nicht vermeiden, weil jene Elemente höherer Ordnungszahl, die einen guten Wirkungsgrad bei der Erzeugung von Röntgenquanten aufweisen, auch eine niedrige Energieschwelle und zugleich einen verhältnismäßig hohen Wirkungsquerschnitt für ( γ, n)-Prozesse aufweisen. Dennoch ist die Zahl der insgesamt im Target 6 erzeugten Neutronen wegen des verhältnismäßig kleinen Volumens des Targets, im vorliegenden Fall eine ca. 0,3 mm starke Bleifolie, vernachlässigbar gering. Die übrigen, im Nutzstrahlenkegel 12 befindlichen Elemente, wie Elektronenabsorber 9, 13 und Ausgleichskörper 14, bestehen aus Kupfer, Eisen oder Aluminium und haben daher schon von Haus aus einen deutlich niedrigeren Wirkungsquerschnitt für ( γ, n)-Prozesse. Sie tragen daher auch kaum zur Erzeugung von Neutronen bei.When the electron accelerator is started up, the accelerated electrons which have penetrated the window 5 of the acceleration tube 3 strike the target 6 and generate X-ray brake radiation there. The x-ray quanta generated in this way also generate neutrons in the target 6 on the basis of (γ, n) processes. This cannot be avoided because those elements of a higher atomic number which have a good efficiency in the generation of X-ray quanta also have a low energy threshold and at the same time a relatively high cross section for (γ, n) processes. Nevertheless, the total number of neutrons generated in the target 6 is negligible because of the relatively small volume of the target, in the present case an approximately 0.3 mm thick lead foil. The other elements in the useful beam cone 12, such as electron absorbers 9, 13 and compensating bodies 14, are made of copper, iron or aluminum and therefore already have a significantly lower cross section for (γ, n) processes. They therefore hardly contribute to the generation of neutrons.

Anders sieht es mit dem dem Röntgenstrahlenkegel begrenzenden Kollimator 10 aus. Er besteht wegen des geforderten hohen Absorptionskoeffizienten für Röntgenstrahlung aus einem Material hoher Ordnungszahl, vorzugsweise aus Wolfram, Tantal oder Blei. Auch ist sein durchstrahltes Volumen verhältnismäßig groß. Im allgemeinen werden 80 % aller bei solchen Anlagen erzeugten Neutronen in ihm erzeugt. Und zwar tragen dabei insbesondere die Bereiche des Kollimators zur Neutronenerzeugung bei, in denen die Röntgendosisleistung besonders hoch ist. Das sind insbesondere die dem Target 6 nächstliegenden Bereiche des Kollimators 10. Die Produktionsrate von Neutronen nimmt direkt proportional mit der Röntgenquantendichte im Material des Kollimators ab.The situation is different with the collimator 10 delimiting the x-ray cone. Because of the required high absorption coefficient for X-rays, it consists of a material with a high atomic number, preferably tungsten, tantalum or lead. Its radiated volume is also relatively large. In general, 80% of all neutrons generated in such systems are generated in it. In particular, the areas of the collimator in which the x-ray dose rate is particularly high contribute to neutron generation. These are, in particular, the areas of the collimator 10 closest to the target 6. The production rate of neutrons decreases in direct proportion to the X-ray quantum density in the material of the collimator.

Wird das Material des Kollimators 10 bis in einer Tiefe, die der Halbwertstiefe für Röntgenstrählen entspricht, durch ein Material mit geringem Wirkungsquerschnitt für (γ, n)-Prozesse ersetzt, so wird die Neutronenproduktion bei minimalem Materialaustausch relativ-stark reduziert. In diesem Fall ist in Strahlenrichtung hinter diesem ringförmigen Körper 15 die Dichte der Röntgenquanten so stark abgesunken, daß ein Ersatz auch dieses Bereiches durch ein Material mit geringem Wirkungsquerschnitt für ( Ö , n)-Prozesse wenig sinnvoll erscheint. Denn eine zusätzliche geringfügige Verringerung der Neutronenproduktion würde durch eine stärker ins Gewicht fallende Verringerung der Abschirmung der Röntgenstrahlung erkauft werden. Anderes würde nur gelten, wenn infolge einer Vergrösserung der gesamten Wandstärke des Kollimators die Vergrößerung der Schichtdicke der aus Material mit geringem Wirkungsquerschnitt für (γ, n)-Prozesse bestehenden Abschnitte nicht auf Kosten der Stärke der aus einem Material mit hoher Ordnungszahl bestehenden Wandabschnitte erfolgen würde. In diesem Fall müßte die Wandstärke des Kollimators vergrößert werden. Aus dem gleichen Grunde ist auch die seitliche Ausdehnung des ringförmigen Körpers quer zur Symmetrieachse der kegelförmigen Ausblendöffnung 11 des Kollimators 10 auf einen Abstand vom Target zu begrenzen, der etwa dem 1,5fachen des Abstandes des Targets vom nächstliegenden Randabschnitt der Ausblendöffnung des Kollimators entspricht. Auch in diesem Fall würde eine weitere Vergrößerung des aus einem Material mit geringem Wirkungsquerschnitt für (γ, n)-Prozesse bestehenden ringförmigen Körpers quer zur Symmetrieachse der Ausblendöffnung nur noch eine relativ geringe Herabsetzung der Neutronenproduktion bewirken. Eine fertigungstechnisch etwas aufwendigere, aber besonders rationelle Ausnutzung des Materials mit geringem Querschnitt für ( r , n)-Prozesse ergibt sich daher, wenn der ringförmige Körper 15 zum Kollimator 10 hin die Form einer Kugelkalotte 16 erhält.If the material of the collimator 10 is replaced by a material with a small cross section for (γ, n) processes up to a depth corresponding to the half-depth for X-rays, the neutron production is reduced relatively strongly with minimal material exchange. In this case, the density of the X-ray quanta has dropped so far behind this annular body 15 in the beam direction that a replacement of this area with a material with a small cross section does not seem to make much sense for (Ö, n) processes. Because an additional slight reduction in neutron production would be bought by a more significant reduction in the shielding of the X-rays. Otherwise, would only apply if, due to an increase in the total wall thickness of the collimator, the increase in the layer thickness of the sections consisting of material with a small effective cross section for (γ, n) processes does not come at the expense of the thickness of the would be made of a material with a high atomic number of wall sections. In this case, the wall thickness of the collimator would have to be increased. For the same reason, the lateral extent of the annular body transverse to the axis of symmetry of the conical blanking opening 11 of the collimator 10 is to be limited to a distance from the target which corresponds approximately to 1.5 times the distance of the target from the closest edge section of the blanking opening of the collimator. In this case too, a further enlargement of the annular body made of a material with a small cross section for (γ, n) processes would only result in a relatively small reduction in neutron production transverse to the axis of symmetry of the blanking opening. A somewhat more complex, but particularly efficient, use of the material with a small cross-section for (r, n) processes is obtained when the ring-shaped body 15 receives the shape of a spherical cap 16 toward the collimator 10.

Als Material mit geringem Wirkungsquerschnitt für ( γ, n)-Prozesse sind Kohlenstoff, Aluminium, Beryllium, Calcium, Eisen und allenfalls noch Kupfer zu nennen. Während Kohlenstoff und Aluminium besonders geringere Wirkungsquerschnitte für (γ, n)-Prozesse aufweisen, ist dafür bei Eisen und Kupfer mit einer geringeren Reichweite der Röntgenquanten zu rechnen, die den Nachteil des etwas größeren Wirkungsquerschnittes für (γ, n)-Prozesse, bezogen auf die Abmessung der gewählten Abschirmung, wieder etwas kompensieren.Carbon, aluminum, beryllium, calcium, iron and possibly copper are to be mentioned as materials with a small cross section for (γ, n) processes. While carbon and aluminum have particularly smaller cross sections for (γ, n) processes, a smaller range of X-ray quanta can be expected for iron and copper, which has the disadvantage of a somewhat larger cross section for (γ, n) processes, based on the dimension of the selected shield, again compensate something.

Claims (6)

1. Elektronenbeschleuniger mit einem dem aus der Beschleunigungsröhre austretenden Elektronenstrahl ausgesetzten Target, mit einem dem Target in Strahlenrichtung nachgeschalteten Elektronenabsorber, mit einem Kollimator zur Ausblendung eines Röntgenstrahlenkegels und mit einem zur Ausblendöffnung des Kollimators zentrierten Ausgleichskörper, dadurch gekennzeichnet , daß die dem Target (6) zugewandte Randzone (15) des Kollimators (10) zur Reduzierung der Neutronenerzeugung aus einem Material mit geringem Wirkungsquerschnitt für ( γ, n)-Prozesse gefertigt ist.1. Electron accelerator with a target exposed to the electron beam emerging from the acceleration tube, with an electron absorber downstream of the target in the beam direction, with a collimator for masking an X-ray cone and with a compensating body centered for the masking aperture of the collimator, characterized in that the target (6) facing edge zone (15) of the collimator (10) for reducing the neutron generation is made of a material with a small cross section for (γ, n) processes. 2. Elektronenbeschleuniger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die aus Material mit geringem Wirkungsquerschnitt für (&" , n)-Prozesse gefertigte Randzone (15) radial zum Target (6) eine Ausdehnung aufweist, die etwa der Halbwertstiefe der Röntgenstrahlung in diesem Material entspricht.2. Electron accelerator according to claim 1, characterized in that the edge zone (15) made of material with a small cross section for (& ", n) processes has an extent radially to the target (6) which is approximately the half-depth of the X-rays in this material corresponds. 3. Elektronenbeschleuniger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die aus Material mit geringem Wirkungsquerschnitt für ( γ, n)-Prozesse gefertigte Randzone (15) sich quer zur Richtung der Symmetrieachse der Ausblendöffnung bis in einem Abstand vom Target (6) erstreckt, der etwa das 1,5fache des Abstandes zwischen dem Target und dem dem Target nächstliegenden Rand der Ausblendöffnung (6) des Kollimators (10) beträgt.3. Electron accelerator according to claim 1, characterized in that the edge zone (15) made of material with a low cross section for (γ, n) processes extends transversely to the direction of the axis of symmetry of the blanking opening up to a distance from the target (6) is approximately 1.5 times the distance between the target and the edge of the blanking opening (6) of the collimator (10) closest to the target. 4. Elektronenbeschleuniger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Randzone (15) die Form eines Ringes mit rechteckigem Querschnitt hat.4. Electron accelerator according to claim 1, characterized in that the edge zone (15) has the shape of a ring with a rectangular cross section. 5. Elektronenbeschleuniger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Randzonge (15) die Form einer Kugelkalotte (16) mit zentraler Bohrung hat.5. Electron accelerator according to claim 1, characterized in that the peripheral tongue (15) has the shape of a spherical cap (16) with a central bore. 6. Elektronenbeschleuniger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß sich der Kugelmittelpunkt mit dem Target deckt.6. Electron accelerator according to claim 5, characterized in that the center of the sphere coincides with the target.
EP80103662A 1979-07-03 1980-06-27 Electron accelerator Expired EP0021442B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2926841A DE2926841A1 (en) 1979-07-03 1979-07-03 ELECTRONIC ACCELERATOR
DE2926841 1979-07-03

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP0021442A1 true EP0021442A1 (en) 1981-01-07
EP0021442B1 EP0021442B1 (en) 1982-12-29

Family

ID=6074813

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP80103662A Expired EP0021442B1 (en) 1979-07-03 1980-06-27 Electron accelerator

Country Status (5)

Country Link
US (1) US4327293A (en)
EP (1) EP0021442B1 (en)
JP (1) JPS5614198A (en)
CA (1) CA1145863A (en)
DE (2) DE2926841A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2630515A1 (en) * 1988-04-21 1989-10-27 Hutchinson DOUBLE STRIPE BELT AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME
WO2016023950A1 (en) * 2014-08-13 2016-02-18 Nikon Metrology Nv X-ray beam collimator

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4827491A (en) * 1986-10-30 1989-05-02 New York University Radiosurgical collimator knife
US5033074A (en) * 1989-12-04 1991-07-16 Gte Laboratories Incorporated X-ray colllimator for eliminating the secondary radiation and shadow anomaly from microfocus projection radiographs
GB2367993B (en) * 2000-10-11 2005-04-20 Elekta Ab Radiotherapy apparatus
WO2006130630A2 (en) * 2005-05-31 2006-12-07 The University Of North Carolina At Chapel Hill X-ray pixel beam array systems and methods for electronically shaping radiation fields and modulating radiation field intensity patterns for radiotherapy
CN101340771B (en) * 2007-06-21 2011-03-30 清华大学 Optical neutron converting target
DE102008030590A1 (en) 2007-06-29 2009-01-08 Carl Zeiss Surgical Gmbh Radiotherapy device applicator for treating tumor in spinal column of patient, has base plate with base area, and guiding area connected to base plate, where diameter of guiding area is smaller or equal to diameter of base area
US7692154B1 (en) 2008-11-17 2010-04-06 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Lightweight quartic-shaped collimator for collecting high energy gamma rays
DE102009058581A1 (en) * 2009-12-17 2011-06-22 Carl Zeiss Surgical GmbH, 73447 Applicator device for radiotherapy, fastening device and radiotherapy device
EP3389055A1 (en) * 2017-04-11 2018-10-17 Siemens Healthcare GmbH X-ray device for generating high-energy x-ray radiation

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2406889A1 (en) * 1977-10-21 1979-05-18 Siemens Ag ELECTRON ACCELERATOR

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4121109A (en) * 1977-04-13 1978-10-17 Applied Radiation Corporation Electron accelerator with a target exposed to the electron beam

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2406889A1 (en) * 1977-10-21 1979-05-18 Siemens Ag ELECTRON ACCELERATOR

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2630515A1 (en) * 1988-04-21 1989-10-27 Hutchinson DOUBLE STRIPE BELT AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME
WO2016023950A1 (en) * 2014-08-13 2016-02-18 Nikon Metrology Nv X-ray beam collimator
US10283228B2 (en) 2014-08-13 2019-05-07 Nikon Metrology Nv X-ray beam collimator

Also Published As

Publication number Publication date
JPS6327679B2 (en) 1988-06-03
DE2926841A1 (en) 1981-01-22
US4327293A (en) 1982-04-27
EP0021442B1 (en) 1982-12-29
DE3061500D1 (en) 1983-02-03
JPS5614198A (en) 1981-02-10
CA1145863A (en) 1983-05-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2727275C3 (en) Electron accelerator with a target exposed to the electron beam
DE2758975C3 (en) Electron accelerator with a target exposed to the electron beam
EP0021442B1 (en) Electron accelerator
DE19544203A1 (en) X-ray tube, in particular microfocus X-ray tube
DE2533348B2 (en) Target for converting an electron beam with high kinetic energy into X-ray bremsstrahlung
EP0021441B1 (en) Electron accelerator for x-ray therapy
EP3348243B1 (en) Spectacles for holding at least one radiation protection material
DE3018914A1 (en) METHOD AND DEVICE FOR IRRADIATING A LIMITED MATERIAL VOLUME WITH A HIGH-ENERGY PARTICLE RAY
EP0459567A2 (en) Source for quasi-monochromatic X-ray beam
DE102016013747B4 (en) Aperture for an X-ray tube and X-ray tube with such a diaphragm
DE2533345C3 (en) X-ray bundle flattener
DE3017745A1 (en) X-RAY FILTER
EP3599619A1 (en) Target for producing x-ray radiation, x-ray emitter and method for producing x-ray radiation
DE2311533A1 (en) NEUTRON BEAM COLLIMATOR
DE102012221638B4 (en) X-ray
DE102005029511A1 (en) Device used in medical X-ray devices comprises screen consisting of at least two materials for absorbing X-ray radiation
DE102011005450B4 (en) Aperture for an applicator and applicator to be used in electron beam radiation therapy
DE473930C (en) Roentgen tubes with a diaphragm body arranged close to the focal point
DE3909450A1 (en) Method for the production of fluorescent screens, amplification films or storage films for X-ray diagnostics
DE4137242A1 (en) Spiral formed collimator for screening or X=ray radiation - having easy construction and giving improved spatial and angular resolution
DE10110196A1 (en) Seed for brachytherapy in various medical applications
DE1623050B2 (en) METHOD OF LIQUID SCINTILLATION SPECTROMETRY AND ARRANGEMENT FOR ITS PERFORMANCE
DE2817912C2 (en) Arrangement for determining the absorption of penetrating radiation in a flat examination area
DE967662C (en) Absorption filter for high-energy X-ray radiation
DE668092C (en) X-ray umbrellas

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

AK Designated contracting states

Designated state(s): DE FR GB SE

17P Request for examination filed

Effective date: 19801124

GRAA (expected) grant

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

AK Designated contracting states

Designated state(s): DE FR GB SE

REF Corresponds to:

Ref document number: 3061500

Country of ref document: DE

Date of ref document: 19830203

ET Fr: translation filed
PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GB

Payment date: 19890531

Year of fee payment: 10

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: SE

Payment date: 19890620

Year of fee payment: 10

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: FR

Payment date: 19890622

Year of fee payment: 10

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GB

Effective date: 19900627

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: SE

Effective date: 19900628

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: DE

Payment date: 19900827

Year of fee payment: 11

GBPC Gb: european patent ceased through non-payment of renewal fee
PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: FR

Effective date: 19910228

REG Reference to a national code

Ref country code: FR

Ref legal event code: ST

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: DE

Effective date: 19920401

EUG Se: european patent has lapsed

Ref document number: 80103662.5

Effective date: 19910206

PLBE No opposition filed within time limit

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: NO OPPOSITION FILED WITHIN TIME LIMIT