EP2652746A1 - Chromatic energy filter - Google Patents

Chromatic energy filter

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Publication number
EP2652746A1
EP2652746A1 EP11804662.2A EP11804662A EP2652746A1 EP 2652746 A1 EP2652746 A1 EP 2652746A1 EP 11804662 A EP11804662 A EP 11804662A EP 2652746 A1 EP2652746 A1 EP 2652746A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
radiation
energy
partially
energy filter
focusing
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11804662.2A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Ingo Hofmann
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.)
GSI Helmholtzzentrum fuer Schwerionenforschung GmbH
Original Assignee
GSI Helmholtzzentrum fuer Schwerionenforschung GmbH
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 GSI Helmholtzzentrum fuer Schwerionenforschung GmbH filed Critical GSI Helmholtzzentrum fuer Schwerionenforschung GmbH
Publication of EP2652746A1 publication Critical patent/EP2652746A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21KTECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K1/00Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating
    • G21K1/08Deviation, concentration or focusing of the beam by electric or magnetic means
    • G21K1/093Deviation, concentration or focusing of the beam by electric or magnetic means by magnetic means
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21KTECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K1/00Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating
    • G21K1/10Scattering devices; Absorbing devices; Ionising radiation filters

Definitions

  • the invention relates to an energy filter device for radiation, in particular an energy filter device for particle radiation of preferably charged particles, which has at least one focusing device and at least one radiation separation device. Furthermore, the invention relates to a particle radiation source, in particular a particle radiation source for the provision of particle radiation with specific energies, which has at least one target device, in particular at least one laser target device, and at least one energy filter device. Furthermore, the invention relates to a method for the energy-dependent filtering of radiation, in particular particle radiation of preferably charged particles. Moreover, the invention relates to the use of an energy-dependent focusing device for the energy-dependent filtering of radiation, in particular of particle radiation. In many fields, there is sometimes a need in the art to pass only certain portions of the signal through one signal, but to separate other portions of the signal from the signal. Such devices are commonly referred to as filters.
  • Frequency filters are also mentioned in part, whereby the energy of radiation can be converted into a frequency by means of the so-called De Broglie relationship, and vice versa. This not only applies to photon radiation but also to particulate radiation (also called corpuscular radiation) ).
  • the particle accelerator technique it proves to be necessary on a regular basis to pass certain energy ranges through an energy filter while other energy ranges are to be filtered out by the filter.
  • the particle accelerator technique has evolved from pure (basic) research and is now routinely used in some areas. Purely by way of example, electron welding methods, but in particular also the medical application of particle radiation, such as in cancer therapy, are mentioned.
  • ions especially heavy ions (for example carbon ions, oxygen ions, neon ions, nitrogen ions) have NEN and the like) proved to be extremely advantageous, since such heavy ions have a pronounced Bragg peak, and it is thus possible to introduce a specific radiation dose focused not only in an xy direction, but the dose entry to a certain depth range (z-direction) to limit.
  • heavy ions for example carbon ions, oxygen ions, neon ions, nitrogen ions
  • particle beams ie, in particular heavy ion particle beams
  • linear accelerators particle cyclotrons and / or particle synchotrons
  • the apparatus required of such particle synchotrons is relatively large, so that efforts are underway to reduce the effort.
  • particle beams generated by linear accelerators, cyclotrons and synchotrons, respectively have certain physical disadvantages.
  • accelerators are very large in relation to the amount of particles produced and are less energy-efficient, which results in correspondingly high installation and operating costs.
  • a proposal for an alternative generation possibility of particle beams, in particular heavy ion particle beams, consists in the generation of the particle beams by means of laser.
  • a high-energy laser is directed onto a thin foil.
  • the actual acceleration process of the ions takes place immediately behind the thin film which is irradiated on the front side by the laser light with extremely high power density (typically in the range of 10 21 watt / cm 2 ).
  • the thermal energy deposited thereby in the film causes the acceleration of the ions by thermal motion effects.
  • ions which, unlike the properties of particle synchotrons or linear accelerators, occur, are liberated from an essentially punctiform starting position in the shape of a bündel to the outside.
  • a very wide range of different particle energies occurs. It is therefore desirable to focus the angularly fanned out radiation bundle and also to filter out the usable energies. It would also be particularly preferred in particular if the filtering were variable in order to be able to realize a depth modulation in the irradiation of material (for example tissue of a patient) in a simple manner.
  • an energy filter device for radiation in particular an energy filter device for particle radiation of preferably charged particles, which is improved over known energy filter devices.
  • Another object of the invention is to propose a particle radiation source, in particular a particle radiation source for the provision of particle radiation with specific energies, which is improved over known particle radiation sources.
  • a further object of the invention is to propose a method, which is improved over known methods, for the energy-dependent filtering of radiation, in particular of particle radiation, preferably of charged particles.
  • the energy filter device for radiation may in particular be an energy filter device for particle radiation. your.
  • the particle radiation may preferably be charged particles.
  • the particles may in particular be charged and / or uncharged particles, such as charged / uncharged leptons and / or charged / uncharged hadrons.
  • electrons, protons, mesons, pions, neutrinos, antiprotons, ions and / or molecules, for example ions of hydrogen, helium, nitrogen, oxygen, carbon, neon, are to be mentioned at this point.
  • the energy filter device can perform a filter function in any way.
  • only ions are transmitted in a certain energy interval.
  • the energy interval may be closed on two sides, but may also be closed only on one side (that is, for example, such that only particles up to a certain energy or conversely particles above a certain energy are transmitted).
  • the filtering does not have to be limited to a single area, but several pass-through windows and / or blocking windows can also be provided.
  • the filter curves may have a substantially arbitrary "shape.”
  • these may be, for example, rectangular filter curves which may be “flattened” on one side and / or two sides and / or “smeared”
  • it may also be a Gauss-shaped filter curve with a "flat top"("Fiat-Top”)
  • mixed forms of different filter curves are of course also conceivable underneath a focusing device any devices which are at least temporarily and / or at least in some areas allow a certain merger (in particular in the sense of a converging lens).
  • the focusing devices can make it possible to convert at least one specific part of a radiation consisting in particular of ions originating from a point source into a "parallel beam” and / or a "parallel beam” to a focal point (or to a plurality of points) Focus points).
  • this also includes the possibility that the radiation emanating from a point source is diffracted such that it is focused onto another focal point (or to several focal points).
  • this bundling effect does not necessarily have to be “complete”, but can in particular be limited to specific energy ranges, to certain local areas of the focusing device and the like ) for different energies and / or for different spatial areas, and / or that no focusing effect is possible in certain spatial areas and / or at certain energies
  • This may be a "split operation", the way in which the two (or more) portions are directed in different directions.
  • the two (or more) different subregions are attenuated to different degrees (attenuated) (including the possibility that subregions are virtually not attenuated, while other subregions are weakened almost completely or to a negligible level ).
  • An energy-dependent focusing device is to be understood in particular as meaning that the focusing for different energy sources
  • the radiation is done in different ways. This can - in the sense of the above explanations - be understood to the effect that, for example, a focus for different energies at different locations (possibly also at several locations) takes place. It is also possible that, in particular for certain energy ranges, no focusing takes place, whereas for other energy ranges such a focusing takes place or can take place.
  • laser-target particle accelerator call in which on the one hand, a focus of the radiant emitted from a point source particle radiation is required, in particular to realize an effective yield of the radiation generated by the laser target particle accelerator (and thus an acceptable)
  • an energy filtering since with such laser-target accelerators functionally due to an extremely wide energy dispersion is available. It is proposed to form the energy filter device with exactly one and / or with exactly two beam separation devices.
  • At least one variable radiation separation device and / or at least one displaceably arranged radiation separation device be / is provided in the energy filter device.
  • a displaceability of the radiation separation device may in particular be a displacement in the direction of the "optical axis" of the energy filter device, which is particularly advantageous because different "focusing points" can be approached by such a longitudinal displacement, and thus different energies or energies Energy ranges can be selected.
  • the energy filter device also comparatively fast and uncomplicated energy variation is possible.
  • Such an energy variation is, for example, Herten scanning process in material processing and / or in medical application (for example in tumor therapy) required.
  • the longitudinal adjustment is used to that, for example, variations in the control of the focusing device (for example, power fluctuations) can be at least partially compensated. This too can prove advantageous.
  • the length and / or the diameter of the radiation separation device (in particular if it has a radiation separation effect due to "mechanical shaping") can be advantageously changed, for example by enlarging the aperture (diameter) of a radiation separation device
  • Such a structure can also predefine the flexibility and applicability of the energy filter increase significantly.
  • At least one focusing device is at least temporarily and / or at least partially formed as a magnetic field generating device, and in particular at least one preferably a plurality of magnetic dipole devices and / or at least one, preferably a plurality of magnetic quadrupole devices, more preferably a Diplett and / or a triplet and / or a quadruple and / or a multiplet of quadrupole devices and / or at least one, preferably a plurality of solenoid devices and / or at least one, preferably a plurality of Helmholtz coil devices and / or at least one, preferably a plurality to superconducting magnetic field generating devices and / or at least one, preferably a plurality of normal-conducting magnetic field generating devices.
  • magnetic fields have proven to be particularly advantageous for the deflection of specially charged particles. Accordingly, the use of magnetic field generating devices proves to be advantageous.
  • the explicitly mentioned devices have moreover proved to be suitable and, as a rule, also advantageous for the deflection of, in particular, charged particles.
  • the use of quadrupole devices in particular a plurality of quadrupole devices) advantageous if relatively small angular ranges are to be focused.
  • Solenoid devices have proved to be particularly advantageous, in particular, when comparatively large angular ranges are to be focused.
  • solenoid devices are typically elongate coil devices, often in the form of a type of air coil, which are "shot through” in the coil longitudinal direction by the particle beam
  • energy-dependent focussing devices can be formed using magnetic field generating devices, in particular using the magnetic field generating devices mentioned, in a particularly simple manner.
  • the use of superconducting coils can prove to be particularly advantageous if comparatively strong magnetic fields are to be generated, which in particular compares should be constant.
  • normally conducting magnetic field generating devices are particularly advantageous if the magnetic fields to be generated are to vary over a particularly wide range.
  • a combination of superconducting and normal conducting magnetic field generating devices should also be considered, particularly such that a strong magnetic field (which is typically generated by the superconducting magnetic field generating device) is superimposed by a smaller, time varying magnetic field (typically generated by a normal conducting magnetic field generating device) and thereby "modulated".
  • a plurality of focusing devices and / or a plurality of magnetic field generating devices are provided in the energy filter device, wherein the Focusing devices and / or the magnetic field generating devices act at least partially and / or at least partially focusing in different directions. If a plurality of focusing devices or magnetic field generating devices is used, it may be possible to make a single focusing device / magnetic field generating device smaller or weaker and still achieve the desired overall effect in combination with other focusing devices / magnetic field generating devices. Moreover, by using a plurality of focusing devices and / or magnetic field generating devices, it is possible (in particular when using quadrupole devices) to effect a deflection in different directions, which in particular can also be focusing.
  • the entire xy plane can be focused on a point (possibly also on a straight line or the like), so that the overall acceptance of the device (or the total emittance of the finally generated beam having particles, preferably ions) can be significantly increased.
  • the focusing must - as already mentioned - not necessarily be symmetrical (in particular rotationally symmetric).
  • the energy dependence is expressed at least temporarily and / or at least partially and / or at least partially as a shift of the focal point, in particular as a shift of the focal point in the longitudinal direction.
  • a displacement of the focal point is particularly advantageous when using radiation separation devices, since these are comparatively simple Way "spatial resolution" (or “location-dependent") can be formed.
  • the total cost of the energy filter device can then be particularly simple.
  • the radiation separation device it is possible, for example, for the radiation separation device to be designed as a simple boundary wall with a boundary edge. This is correspondingly easy.
  • At least one radiation separation device is formed at least partially and / or at least partially as a section-wise absorber device.
  • the energy ranges to be separated by the energy filter device are generally meaningless to use "on the spot.” Accordingly, absorption ("elimination") of the corresponding energy ranges is particularly expedient, and moreover usually very easy to carry out (for example by simply providing a compact, radiopaque material). Such absorption may prove to be advantageous in particular in connection with a controlled change in the number of particles transmitted through the energy filter device.
  • the at least one radiation separation device is formed at least partially and / or at least partially as an aperture device and / or at least partially and / or at least partially as an axial absorber, wherein the at least one aperture device and or the at least one axial absorber device is at least partially and / or at least partially provided with obliquely-truncated surfaces and / or has at least partially and / or at least partially a frusto-conical and / or a double-cone-stump-like surface.
  • An aperture device may in the simplest case be a type of hole formed in a compact material.
  • An axial absorber device can be designed in particular in the form of a type of rod, which is arranged in particular in the middle of the optical axis.
  • the rod may have a frusto-conical shape.
  • the (truncated cone shaped) rod can be used in particular to provide an (additional) attenuation for too high and / or too low energy ranges. Often, however, it can prove quite sufficient to provide a single aperture device to pass a particular energy slice and to attenuate the rest.
  • orientation-beam-optimized surface is to be understood in particular as meaning a surface which is arranged at an angle and / or in a position such that a just-permissible particle beam (in particular maximum value and / or minimum value of particle energy) in one Type "parallel incidence” at least partially along the corresponding surface runs.
  • This has the advantage that - if the particle beam exceeds the permissible limit value - it has to pass through a material over a particularly long distance, and accordingly is greatly attenuated. With such a training so a particularly sharp separation is usually possible.
  • the energy filter device has at least one radiation separation device, which is designed as a direction-dependent radiation separation device, in particular as an angle-direction-dependent radiation separation device. That is, a different energy firing width can be separated and / or transmitted (or attenuated) in different directions by the radiation separation device.
  • the radiation separation device is designed as a diaphragm device, such a directional dependence can be formed in the form of a hole with a plurality of additional recesses pointing radially outwards. For example, one, two, three, four, five, six, seven, eight, nine, ten or more, preferably radially outwardly extending additional recesses to think.
  • a particularly preferred energy distribution in this context is a Gaussian energy distribution, although other forms are conceivable and may also be advantageous.
  • a gaussian superimposition usually has the advantage, in particular in medical applications, that such a superimposition of several gaussian curves within the framework of a scanning process (which in particular includes a depth scan) and the radiation entries superimposed here prove to be advantageous.
  • the energy filter device comprises at least one upstream radiation separation device, which in particular effects a radiation separation with respect to the solid angle region of the radiation entering the energy filter device.
  • a radiation separation device for example, a (usually unwanted) "bombardment" of parts of the focussing device (for example a solenoid) and the like can be effectively avoided, whereby secondary particles such as electrons, neutrons and the like can be avoided also damage to the corresponding, otherwise "bombarded" components avoidable.
  • the energy filter device has at least one radiation scattering device, in particular for outgoing radiation, which is preferably designed as a scattering film device and / or if the energy filter device is provided with at least one downstream focusing device, in particular for the radiation emerging from the energy filter device.
  • a scattering foil device If a scattering foil device is used, unwanted spatial distributions (which are in particular non-symmetric or non-rotationally symmetrical) and / or undesired "energy edges" may be smeared, depending on the design (in particular with regard to material and / or material thickness) of the scattering foil
  • Such a scattering film device can be provided in particular behind the last aperture of the energy filter device and / or at a sufficient distance (typically several centimeters) before the last aperture of the energy filter device possible that the exiting radiation is parallelized, which is usually particularly advantageous, especially especially if it has to be transported over a longer distance.
  • a particle radiation source which has at least one target device and an energy filter device of the aforementioned construction.
  • the particle radiation source can be a particle radiation source for providing particle radiation with specific energies.
  • the target device in this case, for example, may be a target foil or the like
  • the resulting particle radiation source can then have the previously mentioned features, properties and advantages in at least an analogous manner. A development of the particle radiation source in the sense described above is of course possible.
  • a method for the energy-dependent filtering of radiation in which the radiation is split using at least one energy-dependent focusing device and then separated by means of at least one radiation separation device radiation with a desired energy.
  • the radiation may in particular be particle radiation, wherein the particles may be particularly preferably charged particles.
  • the method has the advantages, properties and features already mentioned above in connection with the energy filter device, at least in analogy.
  • the method can also be modified in the sense of the previous description.
  • the use of an energy-dependent focusing device for the energy-dependent filtering of radiation in particular that of particle radiation of preferably charged particles, wherein the radiation is split using the energy-dependent focussing device and then radiation with a desired energy is separated by means of at least one radiation separation device. Due to the proposed use, the properties, features and advantages already described above can be achieved, at least in analogy. Also, the proposed use in terms of the previous description, at least by analogy, be extended or modified.
  • Fig. 1 a first embodiment of a particle beam source in a schematic view
  • FIG. 2 shows a second embodiment of a particle beam source in a schematic view
  • FIG. 3 shows a typical transmission curve for the one shown in FIG.
  • Fig. 4 a modified particle aperture for use in a
  • Fig. 5 a typical energy distribution curve using the in
  • Fig. 4 shown particle aperture
  • a particle beam source 2 is shown in a schematic plan view from the side.
  • the particle beam source 2 serves to generate a (heavy) ion particle beam (output beam 16, for example Carbon ions), which is useful for use in a medical device for the irradiation of tumors.
  • output beam 16 for example Carbon ions
  • the particles 3 of the starting steel 16 released by the particle beam source 2 must satisfy comparatively high requirements.
  • the released particle beam 16 must be substantially parallel, ie form a so-called "pencil beam” (pencil-thin particle beam 16).
  • the particles 3 contained in the particle beam 16 must lie in a comparatively narrow energy range.
  • the "classical" and currently most commonly used method of producing such a medical particle beam is to use linear accelerators, usually in combination with particle synchotrons, but such systems are relatively expensive, expensive, have high power consumption, and have In addition, a large volume, in particular a large volume, which must be shielded from the environment radiation technology to avoid pollution of the environment by particle radiation (especially neutrons and / or radioactive radiation).
  • the particle beam source 2 is based on another principle of acceleration, namely the so-called laser-induced particle acceleration.
  • the actual accelerator stage 4 (to the left in FIG. 1) has a very powerful high-power pulsed laser 5, which typically has a power density of approximately 10 21 watt / cm 2 .
  • the laser beam 5 generated by the laser 5 is directed onto a target film 7.
  • the laser beam 6 strikes the target film 7 in a small, substantially punctiform area (impact area 8).
  • the actual acceleration zone 9, which is also essentially punctiform, lies on the side of the target foil 7 opposite the impact area 8, namely immediately adjacent to the target foil 7. Due to the laser bombardment, brought amount of energy, there is an extreme heating in the accelerator region 9, so that a divergent beam 10 is released from substantially point-shaped accelerator region 9.
  • the diverging beam 10 is presently represented by four, symmetrically to the central axis 1 1 drawn line.
  • the diverging beam has a substantially continuous intensity distribution, which decreases with increasing angle from the central axis 1 1.
  • the released particles 3 located in the radiation beam 10 have a large energy variation.
  • particle energies in the interval between 0 MeV and 250 to 300 MeV are to be expected for protons.
  • the divergent beam 10 is focused by a solenoid coil 12.
  • the solenoid 12 used is similar to a high intensity chromatic lens in terms of its deflection characteristics This means that particles 3 of different energy are focused at a different distance from the solenoid 12 (or from the target foil 7) to a focal point 13, 14.
  • FIG For illustration purposes, two foci 13 of particles having a "false” energy (more precisely, too low an energy) are shown, as well as a focal point 14 for particles having the "correct" energy.
  • the particles 3 running together in a "false" focal point coincide in a focal point 13 which lies on (or in) the axially arranged, rod-shaped absorber 15. Accordingly, the corresponding low-energy Particles 3 attenuated by the rod-shaped absorber 15 and thus A more advantageous embodiment results if the rod-shaped absorber 15 has a conical shape and thus has an obliquely-beam-optimized shape Furthermore, a pinhole 17 is provided with a centrally arranged round hole 18. Particles 3, the desired energy are focused by the solenoid 12 at a focal point 14 centered in the circular hole 18 of the aperture 17.
  • the corresponding particles 3 (after having passed the rod-shaped absorber 15) can be substantially attenuated through the circular hole 18
  • particles 3 which have a slightly different energy from the target energy, since the round hole 18 has a certain size, but particles which are above the upper limit energy meet for the most part to a range of Pinhole 17 on the outside de s edge hole 18 is located. Accordingly, such high-energy particles 3 are attenuated by the pinhole 17.
  • the particles 3 (ie particles with a "correct" energy) passing through the pinhole 17 are directed behind the pinhole 17 onto a scattering foil 19.
  • the scattering foil 19 also causes a certain, typically relatively small angular spread of the individual particle partial beams 3. Since the particles 3 leaving the scattering foil 19 have a certain (albeit comparatively small) spread, the filter curve is smeared. Having angular dispersion, the energy filter 1 is followed by yet another solenoid 20, which forms a thin, parallel particle beam 16 from the slightly divergent particle beam 3. In addition, a displacement of the pinhole 17th provided along the central axis 1 1 of the energy filter 1 (this can be realized for example by a linear motor or a stepper motor using a rack).
  • the displaceability of the pinhole 17 is indicated by a displacement arrow 21.
  • the energy of the passing through the energy filter 1 passing particles 3 can be changed. Accordingly, the energy of the particle beam 6 leaving the energy filter 1 can be varied.
  • Such a change in particle energy is required, for example, in order to be able to vary a depth variation of the Bragg peak in a target material (for example in a tissue).
  • a target material for example in a tissue
  • the scattering foil 19 can not only be provided essentially at the "end" of the energy filter 1 (as shown in FIG. 1), but also in front of the perforated plate 17. It is advisable to place between the pinhole 17 and an upstream scattering foil 19 a certain distance (typically several centimeters) so that the scattering caused by the scattering film 19 actually has a smoothing effect on the energy selection.
  • size change arrows 22 are shown in FIG. These symbolize that the size of the round hole 18 in the perforated plate 17 is variable. This can be realized, for example, in the manner of an iris diaphragm or the like.
  • a second pinhole in particular in a lying between the target film 7 and the rod-shaped absorber 15 area.
  • a second pinhole adjacent to and / or behind or within the solenoid coil 12 may be provided.
  • a simultaneous variation in the size of both pinhole diaphragms allows a variation of the particle fraction passed through the energy filter 1, and thus an intensity variation of the particles 3 leaving the energy filter 1 (without substantially changing the energy range filtered out by the energy filter 1).
  • the output particle beam 16 generated and released by the particle beam source 2 can then be supplied in a manner known per se to a treatment room, in particular a patient (not shown) located in the treatment room.
  • FIG. 2 shows a modified version of a particle beam source 24 compared to FIG. The difference consists essentially in the different structure of the energy filter 23.
  • the laser beam 6 generated by a laser 5 is directed onto a target film 7, so that a diverging particle beam 10 with particles 3 of very different energies and output angles is produced.
  • the diverging particle beam 10 is first fed to a stopper block 25.
  • This is a block of a good energy-absorbing material (for example, lead), which is centered on the midline never 1 1 has a frusto-conical recess 26.
  • the recess is shaped so that an impact of particle radiation 3 on the surfaces of the (switched-on) solenoid assembly 27 is avoided.
  • the solenoid assembly 27 is spared, on the other hand the generation of secondary radiation (gamma radiation, electron radiation, neutron radiation and the like) is prevented.
  • the frusto-conical recess 26 is shaped such that the cone tip would lie in the punctiform accelerator region 9.
  • the surface of the recess 26 extends parallel to the particle beams 3 immediately adjacent to the surface of the recess 26.
  • the recess 26 is slanted beam optimized.
  • Particle beams 3 with a slightly smaller angle than the angle of the recess 26 pass through the stopper block 25 unhindered.
  • particle beams 3 with a slightly larger angle completely pass through the thickness of the stopper block 25 and are therefore sufficiently attenuated.
  • the solenoid assembly 27 in the present embodiment of the particulate filter 23 consists of a superconducting coil 28 and a normal-conducting coil 29.
  • the two coils 28, 29 of the Solenoidanord- tion 27 are arranged concentrically to each other.
  • the superconducting solenoid 28 causes a strong, but constant magnetic field.
  • an additional, in particular temporally variable magnetic field can be superimposed on this magnetic field.
  • a diaphragm block 30 is provided.
  • the diaphragm block 30 has a double truncated cone-like recess 31 in its interior.
  • the recess 31 is shaped so that they each run parallel to particles 3 with the highest, still permissible (not weakened) energy or the lowest, still permissible (not weakened) energy.
  • the surface of the recess 31 of the diaphragm block 30 is designed obliquelystraight-optimized. Again, the effect is - as already explained above - that either no attenuation takes place or a weakening over the entire length of the diaphragm block 30 takes place away.
  • the diaphragm block 30 can be moved parallel to the central axis 1 1 in the embodiment of the energy filter 23 shown here.
  • a variability of the recess 31 in particular in terms of size and / / shape) to think.
  • the particles 3 leaving the diaphragm block 30 are fed to a scattering foil 19 (analogous to the energy filter 1 shown in FIG. 1), where they are easily processed and smeared with respect to their energy ranges. Subsequently, the particles 3 are "parallelized" in a downstream solenoid 20 to form a parallel beam 16.
  • FIG. 3 shows a typical energy spectrum of an output particle beam 16.
  • the filter curve 34 has flattened lateral flanks 35 (in particular due to the permeability of the round hole 18 and the influence of the scattering foil 19) and a flat plateau 36.
  • the flat plateau 36 of the filter curve 34 is undesirable.
  • the filter curve has a Gaussian profile.
  • a diaphragm block 30 with a substantially circular recess 31 it is possible, instead of a diaphragm block 30 with a substantially circular recess 31, to use a diaphragm block 37 which has a suitably formed passage cross-section 38 4.
  • a possible embodiment for a diaphragm block 37 with a suitable recess 38 is shown in Fig. 4.
  • the diaphragm block 37 is shown in a schematic cross-section The cross-sectional plane is perpendicular to the central axis 1 1 of the energy filter Block 37 may be used instead of the shutter block 30 of the energy filter 23 shown in FIG.
  • the recess 38 has a central hole 39 in the middle. At the outer edge of this central hole 39 - in the present case four - club-like extensions 40 of the recess 38 can be seen. Of course, it is possible that a different number of club-like extensions 40 is used. In the present case, the club-like extensions 40 are each formed identically; However, it is quite conceivable that the club-like extensions 40 are each formed differently. Due to the special shaping of the club-like extensions 40, it is possible that with respect to the energy no sharp section edge occurs, but different energies with different percentages can pass through the aperture block 37.
  • the recess shown in Fig. 4 is designed so that ultimately an approximately gaussian configuration of the filter curve 41 (see FIG. 5) results.
  • the recess 38 is shaped such that again results in a schrägstrahloptimATOR surface of the recess 38.
  • the recess 38 is correspondingly larger or smaller.
  • FIG. 6 briefly shows a method 42 for the energy-dependent filtering of particle radiation 3 of charged particles.
  • a first method step 43 the electrically charged particles 3 produced, for example, by a high-energy laser 5 in conjunction with a target 7 are directed to a suitable focal point 14 by a suitable device (for example one or more solenoids 12, 27, 28, 29) focused.
  • a suitable device for example one or more solenoids 12, 27, 28, 29
  • the particles 3 focused on the focal point 14 are separated from the other particles 3 (the other particles 3 preferably being attenuated).
  • a focused particle beam 16 is obtained with particles 3 of suitable energy.
  • Particle beam source 24 Particle beam source

Abstract

The invention relates to an energy filter device (1, 23) for particle beams (3) of charged particles (3), comprising at least one focusing device (12, 20, 27, 28, 29) and at least one radiation separation device (15, 17, 25, 30, 37). The at least one focusing device (12, 20, 27, 28, 29) is thereby implemented as an energy-dependent focusing device (12, 20, 27, 28, 29).

Description

Chromatisches Energiefilter  Chromatic energy filter
Die Erfindung betrifft eine Energiefiltervorrichtung für Strahlung, insbesondere eine Energiefiltervorrichtung für Teilchenstrahlung bevorzugt geladener Teilchen, die zumindest eine Fokussierungseinrichtung sowie zumindest eine Strahlungsseparationsvorrichtung aufweist. Weiterhin betrifft die Erfin- dung eine Teilchenstrahlungsquelle, insbesondere eine Teilchenstrahlungsquelle zur Bereitstellung von Teilchenstrahlung mit bestimmten Energien, die zumindest eine Targeteinrichtung, insbesondere zumindest eine Laser- Targeteinrichtung, sowie zumindest eine Energiefiltervorrichtung aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur energieabhängigen Filte- rung von Strahlung, insbesondere von Teilchenstrahlung bevorzugt geladener Teilchen. Darüber hinaus betrifft die Erfindung die Verwendung einer energieabhängigen Fokussierungseinrichtung zur energieabhängigen Filterung von Strahlung insbesondere von Teilchenstrahlung. In der Technik tritt in vielen Gebieten manchmal die Notwendigkeit auf, bei einem Signal lediglich bestimmte Teile des Signals hindurch zu lassen, andere Teile des Signals jedoch vom Signal abzuspalten. Derartige Vorrichtungen werden gemeinhin als Filter bezeichnet. The invention relates to an energy filter device for radiation, in particular an energy filter device for particle radiation of preferably charged particles, which has at least one focusing device and at least one radiation separation device. Furthermore, the invention relates to a particle radiation source, in particular a particle radiation source for the provision of particle radiation with specific energies, which has at least one target device, in particular at least one laser target device, and at least one energy filter device. Furthermore, the invention relates to a method for the energy-dependent filtering of radiation, in particular particle radiation of preferably charged particles. Moreover, the invention relates to the use of an energy-dependent focusing device for the energy-dependent filtering of radiation, in particular of particle radiation. In many fields, there is sometimes a need in the art to pass only certain portions of the signal through one signal, but to separate other portions of the signal from the signal. Such devices are commonly referred to as filters.
Beispielsweise ist es manchmal erforderlich, von einer Eingangsstrahlung, welche ein breites Energiespektrum aufweist, lediglich einen bestimmten Energiebereich durch das Filter hindurch zu lassen, andere Energiebereiche der zu bearbeitenden (zu„filternden") Strahlung jedoch abzuspalten. Eine derartige Filtereinrichtung für Strahlung wird typischerweise als Energiefilter bezeichnet. Zum Teil ist auch von Frequenzfiltern die Rede, wobei sich über die sogenannte De Broglie-Beziehung die Energie von Strahlung in eine Frequenz umrechnen lässt, und umgekehrt. Dies betrifft nicht nur Photonenstrahlung, sondern insbesondere auch Teilchenstrahlung (auch Korpusku- larstrahlung genannt). For example, it is sometimes necessary to allow only a certain energy range through the filter to pass through from an input radiation having a broad energy spectrum, but to split off other energy regions of the radiation to be processed (such as "radiation") Frequency filters are also mentioned in part, whereby the energy of radiation can be converted into a frequency by means of the so-called De Broglie relationship, and vice versa.This not only applies to photon radiation but also to particulate radiation (also called corpuscular radiation) ).
Insbesondere in der Teilchenbeschleunigertechnik erweist es sich regelmäßig als erforderlich, bestimmte Energiebereiche durch einen Energiefilter hindurch zu lassen, während andere Energiebereiche durch das Filter aus- gefiltert werden sollen. Dies betrifft nicht nur ungeladene Teilchen, sondern vor allem auch geladene Teilchen (beispielsweise Elektronen, Protonen und Schwerionen, bzw. ganz allgemein geladene und/oder ungeladene Leptonen und/oder Hadronen). Die Teilchenbeschleunigertechnik hat sich zwischenzeitlich von der reinen (Grundlagen-)Forschung fortentwickelt und wird zwi- schenzeitlich in manchen Gebieten routinemäßig verwendet. Rein beispielhaft sollen hier Elektronenschweißverfahren, insbesondere aber auch die medizinische Anwendung von Teilchenstrahlung, wie beispielsweise in der Krebstherapie, genannt werden. Insbesondere in der Krebstherapie haben sich Ionen, speziell Schwerionen (beispielsweise Kohlenstoffionen, Sauerstoff ionen, Neonionen, Stickstoffio- nen und dergleichen) als überaus vorteilhaft erwiesen, da derartige Schwerionen einen ausgeprägten Bragg-Peak aufweisen, und es somit möglich ist, eine bestimmte Strahlungsdosis nicht nur in einer x-y-Richtung fokussiert einzubringen, sondern den Dosiseintrag auf einen bestimmten Tiefenbereich (z-Richtung) zu begrenzen. Particularly in the particle accelerator technique, it proves to be necessary on a regular basis to pass certain energy ranges through an energy filter while other energy ranges are to be filtered out by the filter. This applies not only to uncharged particles, but above all to charged particles (for example, electrons, protons and heavy ions, or more generally charged and / or uncharged leptons and / or hadrons). In the meantime, the particle accelerator technique has evolved from pure (basic) research and is now routinely used in some areas. Purely by way of example, electron welding methods, but in particular also the medical application of particle radiation, such as in cancer therapy, are mentioned. Particularly in cancer therapy, ions, especially heavy ions (for example carbon ions, oxygen ions, neon ions, nitrogen ions) have NEN and the like) proved to be extremely advantageous, since such heavy ions have a pronounced Bragg peak, and it is thus possible to introduce a specific radiation dose focused not only in an xy direction, but the dose entry to a certain depth range (z-direction) to limit.
Bislang werden derartige Teilchenstrahlen (also insbesondere Schwerionen- Teilchenstrahlen) zur Anwendung typischerweise unter Verwendung von Linearbeschleunigern, Teilchenzyklotrons und/oder Teilchensynchotrons er- zeugt. Der apparative Aufwand derartiger Teilchensynchotrons ist jedoch relativ groß, sodass Bestrebungen im Gange sind, den Aufwand zu verkleinern. Darüber hinaus weisen Teilchenstrahlen, die von Linearbeschleunigern, Zyklotrons bzw. Synchotrons erzeugt werden, gewisse physikalische Nachteile auf. Weiterhin sind derartige Beschleuniger im Verhältnis zur er- zeugten Teilchenmenge sehr groß und wenig energieeffizient, was entsprechend hohe Installation- und Betriebskosten zur Folge hat. So far, such particle beams (ie, in particular heavy ion particle beams) are typically produced for use using linear accelerators, particle cyclotrons and / or particle synchotrons. However, the apparatus required of such particle synchotrons is relatively large, so that efforts are underway to reduce the effort. In addition, particle beams generated by linear accelerators, cyclotrons and synchotrons, respectively, have certain physical disadvantages. Furthermore, such accelerators are very large in relation to the amount of particles produced and are less energy-efficient, which results in correspondingly high installation and operating costs.
Ein Vorschlag für eine alternative Erzeugungsmöglichkeit von Teilchenstrahlen, insbesondere Schwerionen-Teilchenstrahlen, besteht in der Erzeugung der Teilchenstrahlen mittels Laser. Dabei wird ein hochenergetischer Laser auf eine dünne Folie geleitet. Der eigentliche Beschleunigungsvorgang der Ionen findet unmittelbar hinter der dünnen Folie statt, die auf der Vorderseite von dem Laserlicht mit extrem hoher Leistungsdichte (typischerweise im Bereich von 1021 Watt/cm2) bestrahlt wird. Die dadurch in der Folie deponierte Wärmeenergie bewirkt die Beschleunigung der Ionen durch thermische Bewegungseffekte. A proposal for an alternative generation possibility of particle beams, in particular heavy ion particle beams, consists in the generation of the particle beams by means of laser. A high-energy laser is directed onto a thin foil. The actual acceleration process of the ions takes place immediately behind the thin film which is irradiated on the front side by the laser light with extremely high power density (typically in the range of 10 21 watt / cm 2 ). The thermal energy deposited thereby in the film causes the acceleration of the ions by thermal motion effects.
Insbesondere bei diesem vorgeschlagenen Beschleunigerkonzept treten - unterschiedlich von den Eigenschaften bei Teilchensynchotrons bzw. Linear- beschleunigern - Ionen auf, die von einer im Wesentlichen punktförmigen Ausgangsposition bündeiförmig nach außen frei gesetzt werden. Darüber hinaus tritt ein überaus breites Spektrum unterschiedlichster Teilchenenergien auf. Es ist also wünschenswert, das winkelförmig aufgefächerte Strahlungsbündel zu fokussieren und darüber hinaus die nutzbaren Energien aus- zufiltern. Besonders bevorzugt wäre es insbesondere auch, wenn die Filte- rung variabel wäre, um so eine Tiefenmodulation bei der Bestrahlung von Material (beispielsweise Gewebe eines Patienten) auf einfache Weise realisieren zu können. Particularly in the case of this proposed accelerator concept, ions which, unlike the properties of particle synchotrons or linear accelerators, occur, are liberated from an essentially punctiform starting position in the shape of a bündel to the outside. About that In addition, a very wide range of different particle energies occurs. It is therefore desirable to focus the angularly fanned out radiation bundle and also to filter out the usable energies. It would also be particularly preferred in particular if the filtering were variable in order to be able to realize a depth modulation in the irradiation of material (for example tissue of a patient) in a simple manner.
Es hat sich gezeigt, dass bisherige Konzepte zur Energiefilterung von Strah- lung von Teilchenstrahlung in der Regel größere Defizite aufweisen, insbesondere dann, wenn diese zusammen mit Laser-Targetfolien- Teilchenbeschleunigern verwendet werden. It has been found that previous concepts for energy filtering radiation of particle radiation typically have greater deficiencies, especially when used in conjunction with laser target-film particle accelerators.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Energiefiltervorrichtung für Strahlung, insbesondere eine Energiefiltervorrichtung für Teilchenstrahlung bevorzugt geladener Teilchen vorzuschlagen, welche gegenüber bekannten Energiefiltervorrichtungen verbessert ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Teilchenstrahlungsquelle, insbesondere eine Teilchenstrahlungsquelle zur Bereitstellung von Teilchenstrahlung mit bestimmten Energien vorzuschlagen, welche gegenüber bekannten Teilchenstrahlungsquellen verbessert ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein gegenüber bekannten Verfahren verbessertes Verfahren zur energieabhängigen Filterung von Strahlung, insbesondere von Teilchenstrahlung bevorzugt von geladenen Teilchen vorzuschlagen. It is therefore the object of the invention to propose an energy filter device for radiation, in particular an energy filter device for particle radiation of preferably charged particles, which is improved over known energy filter devices. Another object of the invention is to propose a particle radiation source, in particular a particle radiation source for the provision of particle radiation with specific energies, which is improved over known particle radiation sources. A further object of the invention is to propose a method, which is improved over known methods, for the energy-dependent filtering of radiation, in particular of particle radiation, preferably of charged particles.
Es wird vorgeschlagen, eine Energiefiltervorrichtung für Strahlung, die zumindest eine Fokussierungseinrichtung sowie zumindest eine Strahlungsse- parationsvorrichtung aufweist, derart auszubilden, dass die zumindest eine Fokussierungseinrichtung als energieabhängige Fokussierungseinrichtung ausgebildet ist. Bei der Energiefiltervorrichtung für Strahlung kann es sich insbesondere um eine Energiefiltervorrichtung für Teilchenstrahlung han- dein. Bei der Teilchenstrahlung kann es sich bevorzugt um geladene Teilchen handeln. Bei den Teilchen kann es sich insbesondere um geladene und/oder ungeladene Teilchen, wie beispielsweise um geladene/ungeladene Leptonen und/oder um geladene/ungeladene Hadronen handeln. Rein bei- spielhaft sollen an dieser Stelle Elektronen, Protonen, Mesonen, Pionen, Neutrinos, Antiprotonen, Ionen und/oder Moleküle, beispielsweise Ionen von Wasserstoff, Helium, Stickstoff, Sauerstoff, Kohlenstoff, Neon, genannt sein. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass ein Gemisch von unterschiedlichen Ionen und/oder sonstigen Teilchen, insbesondere der vorgenannten Teilchen, genutzt wird. Die Energiefiltervorrichtung kann dabei in beliebiger Weise eine Filterfunktion durchführen. Insbesondere ist es denkbar, dass lediglich Ionen in einem bestimmten Energieintervall durchgelassen werden. Das Energieintervall kann dabei zweiseitig geschlossen sein, aber auch nur einseitig geschlossen sein (also beispielsweise derart, dass lediglich Teil- chen bis zu einer bestimmten Energie oder umgekehrt Teilchen oberhalb einer bestimmten Energie durchgelassen werden). Auch ist es möglich, dass nicht nur Ionen in einem bestimmten Energiebereich durchgelassen werden, sondern umgekehrt Ionen in einem bestimmten Energiebereich ausgefiltert werden, während Ionen in allen anderen Teilchenenergien hindurch gelas- sen werden. Selbstverständlich muss sich die Filterung nicht nur auf einen einzelnen Bereich beschränken, sondern es können auch mehrere Durch- lass-Fenster und/oder Sperr-Fenster vorgesehen werden. Weiterhin können die Filterkurven eine im Wesentlichen beliebige„Formgebung" aufweisen. Es kann sich also beispielsweise um Rechteck-Filterkurven handeln, die gege- benenfalls einseitig und/oder zweiseitig„abgeflacht" und/oder„verschmiert" sind. Auch kann es sich beispielsweise um eine gauss-artige Filterkurve handeln. Insbesondere kann es sich auch um eine gauss-förmige Filterkurve mit einem„flachen Mittelstück" („Fiat-Top") handeln. Auch Mischformen unterschiedlicher Filterkurven sind selbstverständlich denkbar. Unter einer Fo- kussierungseinrichtung können insbesondere im Wesentlichen beliebige Einrichtungen verstanden werden, welche zumindest zeitweise und/oder zumin- dest bereichsweise eine gewisse Zusammenführung (insbesondere im Sinne einer Sammellinse) ermöglichen. Insbesondere können es die Fokussie- rungseinrichtungen ermöglichen, zumindest einen bestimmten Teil einer insbesondere aus Ionen bestehenden Strahlung, der von einer punktförmigen Quelle ausgeht,„in ein paralleles Strahlenbündel" zu überführen und/oder ein„paralleles Strahlenbündel" auf einen Fokuspunkt (oder auf mehrere Fokuspunkte) zu konzentrieren. Dies umfasst insbesondere auch die Möglichkeit, dass die von einer punktförmigen Quelle ausgehende Strahlung derart gebeugt wird, dass sie auf einen anderen Fokuspunkt (bzw. auf mehrere Fo- kuspunkte) gebündelt wird. Wie bereits erwähnt muss diese Bündelungswirkung nicht notwendigerweise„vollständig" sein, sondern sie kann sich insbesondere auf bestimmte Energiebereiche, auf bestimmte örtliche Bereiche der Fokussierungseinrichtung und dergleichen beschränken. Dieses„Beschränken" umfasst einerseits die Möglichkeit, dass beispielsweise der Fokuspunkt (bzw. mehrere Fokuspunkte) für unterschiedliche Energien und/oder für unterschiedliche räumliche Bereiche„wandern" und/oder dass in bestimmten räumlichen Bereichen und/oder bei bestimmten Energien keine Fokussie- rungswirkung möglich ist. Unter einer Strahlungsseparationsvorrichtung kann an sich eine beliebige Vorrichtung verstanden werden, welche die Strahlung auf eine bestimmte Weise separiert. Hierbei kann es sich um einen„Teilungsvorgang" handeln, der Art, dass die beiden (bzw. mehrere) Teilbereiche in unterschiedliche Richtungen gelenkt werden. Ebenso ist es auch denkbar, dass die beiden (bzw. mehrere) unterschiedlichen Teilbereiche unterschiedlich stark abgeschwächt (gedämpft; absorbiert) werden (einschließlich der Möglichkeit, dass Teilbereiche quasi nicht abgeschwächt werden, während andere Teilbereiche quasi vollständig bzw. auf ein vernachlässigbares Niveau abgeschwächt werden). Selbstverständlich ist auch an eine anderweitige Behandlung zu denken, wie beispielsweise das Leiten eines bestimmten Frequenzbereichs in einen Frequenzvervielfacherbereich hinein oder der- gleichen. Unter einer energieabhängigen Fokussierungseinrichtung ist insbesondere zu verstehen, dass die Fokussierung für unterschiedliche Ener- gien der Strahlung auf unterschiedliche Weise erfolgt. Dies kann - im Sinne der obigen Erläuterungen - dahingehend zu verstehen sein, dass beispielsweise eine Fokussierung für unterschiedliche Energien an unterschiedlichen Orten (gegebenenfalls auch an mehreren Orten) erfolgt. Auch ist es möglich, dass insbesondere für bestimmte Energiebereiche keine Fokussierung erfolgt, wohingegen für andere Energiebereiche eine derartige Fokussierung erfolgt bzw. erfolgen kann. Durch die vorgeschlagene„Kombinationswirkung" von Fokussierung einerseits und energieabhängiger Fokussierung andererseits ist es möglich unter Rückgriff auf die gleichen Komponenten (bzw. un- ter Rückgriff auf manche - gegebenenfalls gemeinsam ausgebildete - Teilkomponenten) sowohl eine Fokussierung der Strahlung als auch einen Filtervorgang durchzuführen. Dadurch kann einerseits der Gesamtaufwand für die Energiefiltervorrichtung verringert werden. Andererseits kann durch die geringere Anzahl an Komponenten sowohl Energie gespart werden, als auch typischerweise (unerwünschte) Abbildungsfehler verringert werden. Weiterhin kann in der Regel die Gesamtgröße der Vorrichtung gegebenenfalls auch deutlich verringert werden. Die energieabhängige Fokussierungswirkung der energieabhängigen Fokussierungseinrichtung kann gegebenenfalls - als Analogon zur Optik - mit dem Begriff „chromatische Fokussierung" bzw. „chromatische Aberration" bezeichnet werden. Die bereits erwähnte„Kombinationswirkung" erweist sich insbesondere im Zusammenhang mit Komponenten, bei denen beide„Effekte" genutzt werden müssen, als besonders vorteilhaft. Rein beispielsweise sind hier Laser-Target-Teilchenbeschleuniger zu nennen, bei denen einerseits eine Fokussierung der strahlenförmig von einer punktförmigen Quelle ausgehenden Teilchenstrahlung erforderlich ist, insbesondere um eine effektive Ausbeute der vom Laser-Target- Teilchenbeschleuniger erzeugten Strahlung zu realisieren (und um damit eine akzeptabel hohe Emittanz der Anlage realisieren zu können), andererseits auch eine Energiefilterung durchzuführen, da bei solchen Laser-Target- Beschleunigern funktionsbedingt eine extrem breite Energiestreuung vorhanden ist. Es wird vorgeschlagen, die Energiefiltervorrichtung mit genau einer und/oder mit genau zwei Strahlenseparationseinrichtungen auszubilden. Erste Rechnungen haben ergeben, dass erstaunlicherweise sowohl für ein Filter, wel- ches lediglich Energien oberhalb bzw. unterhalb einer bestimmten Grenzenergie (wobei der Übergang an der Grenzenergie „fließend" sein kann) durchlässt, als auch für Energiefiltervorrichtungen, die einen bzw. mehrere Energiebereiche hindurch lassen (bzw. blockieren) bereits eine einzelne, gegebenenfalls auch zwei Strahlungsseparationsvorrichtungen vollauf für die durchzuführende Aufgabe ausreichend sind. Durch die geringe Anzahl an Strahlungsseparationsvorrichtungen können die Komplexität, die Größe und die Kosten für die Energiefiltervorrichtung reduziert werden. Darüber hinaus verhält es sich in der Regel auch so, dass eine geringere Anzahl von Komponenten (insbesondere von Strahlungsseparationsvorrichtungen) typi- scherweise zu einer verbesserten Ausgangsqualität der gefilterten Strahlung führt, da typischerweise weniger Fehlergrößen in die „Aufarbeitung" der Strahlung einfließen. Dementsprechend kann sich ein derartiger Aufbau als besonders vorteilhaft erweisen. Weiterhin wird vorgeschlagen, dass bei der Energiefiltervorrichtung zumindest eine veränderliche Strahlungsseparationsvorrichtung und/oder zumindest eine verschiebbar angeordnete Strahlungsseparationsvorrichtung vorgesehen werden/wird. Bei einer Verschiebbarkeit der Strahlungsseparati- onsvorrichtung kann es sich dabei insbesondere um eine Verschiebbarkeit in Richtung der„optischen Achse" der Energiefiltervorrichtung handeln. Dies ist insbesondere deshalb vorteilhaft, da durch eine derartige Längsverschiebung unterschiedliche„Fokussierungspunkte" angefahren werden können, und hierdurch unterschiedliche Energien bzw. Energiebereiche ausgewählt werden können. Dadurch ist es möglich, dass mit der Energiefiltervorrichtung auch vergleichsweise schnell und unkompliziert eine Energievariation möglich wird. Eine derartige Energievariation ist beispielsweise bei tiefenmodu- Herten Scanverfahren bei der Materialbearbeitung und/oder bei der medizinischen Anwendung (beispielsweise bei der Tumortherapie) erforderlich. Möglich ist es aber auch, dass die Längsverstellung dazu genutzt wird, dass beispielsweise Variationen bei der Ansteuerung der Fokussierungseinrichtung (zum Beispiel Stromschwankungen) zumindest teilweise ausgeglichen werden können. Auch dies kann sich als vorteilhaft erweisen. Zusätzlich oder alternativ ist selbstverständlich auch eine Bewegung der Strahlungsseparati- onsvorrichtung in andere Richtungen möglich (also insbesondere in x- Richtung bzw. in y-Richtung), wobei auch gegebenenfalls Rotationen der Strahlungsseparationsvorrichtung von Vorteil sein können. Bei einer veränderlichen Strahlungsseparationsvorrichtung kann vorteilhafter Weise die Länge und/oder der Durchmesser der Strahlungsseparationsvorrichtung (insbesondere, wenn diese aufgrund von„mechanischer Formgebung" eine Strahlungsseparationswirkung hat) geändert werden. Beispielsweise kann durch eine Vergrößerung der Apertur (des Durchmessers) einer Strahlungs- separationsvorrichtung der Energiebereich, der durch die Energiefiltervorrichtung durchgelassen wird vergrößert bzw. verkleinert werden. Zusätzlich oder alternativ ist es aber auch denkbar, dass sich eine derartige Vergrößerung bzw. Verkleinerung der Apertur (bzw. durch eine sonstige Veränderung) der Strahlungsseparationsvorrichtung eine Verschiebung der Strahlungssepara- tionsvorrichtung und/oder eine Veränderung einer sonstigen Komponente wie insbesondere der Fokussierungseinrichtung, zumindest zum Teil ausgeglichen wird. Auch ein solcher Aufbau kann die Flexibilität und Anwendbarkeit der Energiefiltervorrichtung deutlich erhöhen. Insbesondere dann, wenn eine Mehrzahl an veränderlichen und/oder verschiebbar angeordneten Strahlungsseparationsvorrichtungen vorgesehen ist, ist es auch möglich, durch eine aufeinander angepasste Veränderung zumindest zweier Strah- lungsseparationsvorrichtungen eine Veränderung des durch die Energiefil- tervorrichtung hindurchgelassenen Strahlungsanteils (Teilchenanzahl) zu re- alisieren. Dies ist insbesondere möglich, ohne dass dabei die Energieselektion notwendigerweise (wesentlich) geändert wird. Üblicherweise wird bei- spielsweise eine gleichzeitige, aufeinander angepasste Verengung zweier Strahlungsseparationsvorrichtungen (beispielsweise Lochblenden und/oder sonstige Aperturen) eine Verringerung der durchgelassenen Teilchenanzahl bewirken. Möglich ist es dabei, dass auch eine Veränderung der Ausgangs- divergenz (insbesondere durch Reduktion der Anfangsdivergenz) und/oder eine Veränderung der Strahlfleckgröße am Ausgang der Energiefiltervorrichtung (und damit gegebenenfalls am eigentlichen Zielvolumen eines zu bestrahlenden Körpers) auftreten kann. Derartigen Effekten kann jedoch gegebenenfalls durch Hinzufügen und/oder Anpassung sonstiger Komponenten (wie beispielsweise einer Streufolie) entgegengewirkt werden. It is proposed to design an energy filter device for radiation, which has at least one focusing device and at least one radiation separating device, in such a way that the at least one focusing device is designed as an energy-dependent focusing device. The energy filter device for radiation may in particular be an energy filter device for particle radiation. your. The particle radiation may preferably be charged particles. The particles may in particular be charged and / or uncharged particles, such as charged / uncharged leptons and / or charged / uncharged hadrons. By way of example, electrons, protons, mesons, pions, neutrinos, antiprotons, ions and / or molecules, for example ions of hydrogen, helium, nitrogen, oxygen, carbon, neon, are to be mentioned at this point. Of course, it is also possible that a mixture of different ions and / or other particles, in particular the aforementioned particles, is used. The energy filter device can perform a filter function in any way. In particular, it is conceivable that only ions are transmitted in a certain energy interval. The energy interval may be closed on two sides, but may also be closed only on one side (that is, for example, such that only particles up to a certain energy or conversely particles above a certain energy are transmitted). It is also possible that not only ions in a specific energy range are transmitted, but conversely ions in a certain energy range are filtered out, while ions in all other particle energies are allowed to pass through. Of course, the filtering does not have to be limited to a single area, but several pass-through windows and / or blocking windows can also be provided. Furthermore, the filter curves may have a substantially arbitrary "shape." For example, these may be, for example, rectangular filter curves which may be "flattened" on one side and / or two sides and / or "smeared" In particular, it may also be a Gauss-shaped filter curve with a "flat top"("Fiat-Top"), mixed forms of different filter curves are of course also conceivable underneath a focusing device any devices which are at least temporarily and / or at least in some areas allow a certain merger (in particular in the sense of a converging lens). In particular, the focusing devices can make it possible to convert at least one specific part of a radiation consisting in particular of ions originating from a point source into a "parallel beam" and / or a "parallel beam" to a focal point (or to a plurality of points) Focus points). In particular, this also includes the possibility that the radiation emanating from a point source is diffracted such that it is focused onto another focal point (or to several focal points). As already mentioned, this bundling effect does not necessarily have to be "complete", but can in particular be limited to specific energy ranges, to certain local areas of the focusing device and the like ) for different energies and / or for different spatial areas, and / or that no focusing effect is possible in certain spatial areas and / or at certain energies This may be a "split operation", the way in which the two (or more) portions are directed in different directions. Likewise, it is also conceivable that the two (or more) different subregions are attenuated to different degrees (attenuated) (including the possibility that subregions are virtually not attenuated, while other subregions are weakened almost completely or to a negligible level ). Of course, another treatment is to be considered, such as the conduction of a specific frequency range in a Frequenzvervielfacherbereich or der- same. An energy-dependent focusing device is to be understood in particular as meaning that the focusing for different energy sources The radiation is done in different ways. This can - in the sense of the above explanations - be understood to the effect that, for example, a focus for different energies at different locations (possibly also at several locations) takes place. It is also possible that, in particular for certain energy ranges, no focusing takes place, whereas for other energy ranges such a focusing takes place or can take place. By means of the proposed "combination effect" of focusing on the one hand and energy-dependent focussing on the other hand, it is possible to focus both the radiation and a filtering process by resorting to the same components (or by resorting to some - possibly jointly formed - subcomponents) On the other hand, the lower number of components both energy can be saved, and typically (unwanted) aberrations can be reduced.Furthermore, as a rule, the overall size of the device can also be significantly reduced The focusing effect of the energy-dependent focusing device can optionally be termed - as an analogue to the optics - by the term "chromatic focusing" or "chromatic aberration." The already mentioned "Ko Combination effect "proves particularly in connection with components in which both" effects "must be used as particularly advantageous. Purely example, here are laser-target particle accelerator call, in which on the one hand, a focus of the radiant emitted from a point source particle radiation is required, in particular to realize an effective yield of the radiation generated by the laser target particle accelerator (and thus an acceptable On the other hand, to carry out an energy filtering, since with such laser-target accelerators functionally due to an extremely wide energy dispersion is available. It is proposed to form the energy filter device with exactly one and / or with exactly two beam separation devices. Initial calculations have surprisingly shown that for both a filter that passes only energies above or below a certain limit energy (where the transition at the boundary energy can be "fluent") and energy filter devices that have one or more energy ranges By means of the small number of radiation separation devices, the complexity, the size and the costs for the energy filter device can be reduced, and in addition, a single, possibly also two radiation separation devices are sufficient for the task to be performed As a rule, a smaller number of components (in particular of radiation separation devices) typically leads to an improved output quality of the filtered radiation, since typically fewer defect quantities are included in the "processing" of the radiation n. Accordingly, such a structure may prove to be particularly advantageous. Furthermore, it is proposed that at least one variable radiation separation device and / or at least one displaceably arranged radiation separation device be / is provided in the energy filter device. A displaceability of the radiation separation device may in particular be a displacement in the direction of the "optical axis" of the energy filter device, which is particularly advantageous because different "focusing points" can be approached by such a longitudinal displacement, and thus different energies or energies Energy ranges can be selected. As a result, it is possible that with the energy filter device also comparatively fast and uncomplicated energy variation is possible. Such an energy variation is, for example, Herten scanning process in material processing and / or in medical application (for example in tumor therapy) required. But it is also possible that the longitudinal adjustment is used to that, for example, variations in the control of the focusing device (for example, power fluctuations) can be at least partially compensated. This too can prove advantageous. Additionally or alternatively, it is of course also possible to move the radiation separation device in other directions (that is to say in particular in the x-direction or in the y-direction), whereby optionally also rotations of the radiation separation device may be advantageous. In a variable radiation separation device, the length and / or the diameter of the radiation separation device (in particular if it has a radiation separation effect due to "mechanical shaping") can be advantageously changed, for example by enlarging the aperture (diameter) of a radiation separation device In addition or as an alternative, however, it is also conceivable that such an enlargement or reduction of the aperture (or due to some other change) of the radiation separation device results in a displacement of the radiation separation device and / or a change of another component, such as, in particular, the focusing device, is at least partially compensated for. Such a structure can also predefine the flexibility and applicability of the energy filter increase significantly. In particular when a plurality of variable and / or displaceably arranged radiation separation devices are provided, it is also possible to realize a change of the radiation fraction (number of particles) transmitted through the energy filter device by a mutually adapted change of at least two radiation separation devices. This is possible in particular without the energy selection necessarily being changed substantially. Usually, For example, a simultaneous, matched constriction of two radiation separation devices (for example, pinhole and / or other apertures) cause a reduction in the number of transmitted particles. It is possible that a change in the initial divergence (in particular by reduction of the initial divergence) and / or a change in the beam spot size at the output of the energy filter device (and thus possibly the actual target volume of a body to be irradiated) may occur. However, such effects may be counteracted if necessary by adding and / or adapting other components (such as a scattering film).
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass bei der Energiefiltervorrichtung zumindest eine Fokussierungsvorrichtung zumindest zeitweise und/oder zumindest bereichsweise als Magnetfelderzeugungsvorrichtung ausgebildet ist, und insbesondere zumindest eine vorzugsweise eine Mehrzahl von magnetischen Dipoleinrichtungen und/oder zumindest eine, vorzugsweise eine Mehrzahl von magnetischen Quadrupoleinrichtungen, besonders bevorzugt ein Diplett und/oder ein Triplett und/oder ein Quadruplen und/oder ein Mul- tiplett an Quadrupoleinrichtungen und/oder zumindest eine, vorzugsweise eine Mehrzahl von Solenoideinrichtungen und/oder zumindest eine, vorzugsweise eine Mehrzahl von Helmholtzspuleneinrichtungen und/oder zumindest eine, vorzugsweise eine Mehrzahl an supraleitenden Magnetfelderzeugungsvorrichtungen und/oder zumindest eine, vorzugsweise eine Mehrzahl an normalleitenden Magnetfelderzeugungsvorrichtungen aufweist. Ins- besondere Magnetfelder haben sich zur Ablenkung von speziell geladenen Teilchen als besonders vorteilhaft erwiesen. Dementsprechend erweist sich die Verwendung von Magnetfelderzeugungsvorrichtungen als vorteilhaft. Die explizit genannten Einrichtungen haben sich darüber hinaus als für die Ablenkung von insbesondere geladenen Teilchen als geeignet und in der Regel auch als vorteilhaft erwiesen. Insbesondere ist die Verwendung von Quadrupoleinrichtungen (insbesondere eine Mehrzahl von Quadrupoleinrichtungen) von Vorteil, wenn relativ kleine Winkelbereiche fokussiert werden sollen. So- lenoideinrichtungen haben sich insbesondere dann als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn vergleichsweise große Winkelbereiche fokussiert werden sollen. Typischerweise handelt es sich bei Solenoideinrichtungen um typi- scherweise langgezogene Spuleneinrichtungen, oftmals in Form einer Art Luftspule, welche in Spulenlängsrichtung vom Teilchenstrahl„durchschossen" werden. In aller Regel weisen derartige Solenoide auch in Einzelstellung gute Fokussierungseigenschaften auf. Darüber hinaus ist die Wechselwirkung von insbesondere geladenen Teilchen mit Magnetfeldern in aller Regel energieabhängig, insbesondere dann, wenn die Teilchenflugrichtung und die Magnetfeldrichtung geeignet zueinander angeordnet sind. Auf diese Weise können unter Verwendung von Magnetfelderzeugungsvorrichtungen, insbesondere unter Verwendung der genannten Magnetfelderzeugungsvorrichtungen, auf besonders einfache Weise energieabhängige Fokussie- rungsvorrichtungen ausgebildet werden. Die Verwendung von supraleitenden Spulen kann sich insbesondere als vorteilhaft erweisen, wenn vergleichsweise starke Magnetfelder erzeugt werden sollen, welche insbesondere vergleichsweise konstant sein sollen. Normal leitende Magnetfelderzeugungsvorrichtungen sind dagegen besonders dann von Vorteil, wenn die zu erzeu- genden Magnetfelder über einen besonders großen Bereich schwanken sollen. Selbstverständlich ist auch an eine Kombination von supraleitenden und von normalleitenden Magnetfelderzeugungsvorrichtungen zu denken, insbesondere derart, dass ein starkes Magnetfeld (welches typischerweise von der supraleitenden Magnetfelderzeugungsvorrichtung erzeugt wird) durch ein kleineres, zeitlich veränderliches Magnetfeld (welches typischerweise von einer normalleitenden Magnetfelderzeugungsvorrichtung erzeugt wird) überlagert und dadurch„moduliert" wird. Furthermore, it is proposed that in the energy filter device at least one focusing device is at least temporarily and / or at least partially formed as a magnetic field generating device, and in particular at least one preferably a plurality of magnetic dipole devices and / or at least one, preferably a plurality of magnetic quadrupole devices, more preferably a Diplett and / or a triplet and / or a quadruple and / or a multiplet of quadrupole devices and / or at least one, preferably a plurality of solenoid devices and / or at least one, preferably a plurality of Helmholtz coil devices and / or at least one, preferably a plurality to superconducting magnetic field generating devices and / or at least one, preferably a plurality of normal-conducting magnetic field generating devices. In particular, magnetic fields have proven to be particularly advantageous for the deflection of specially charged particles. Accordingly, the use of magnetic field generating devices proves to be advantageous. The explicitly mentioned devices have moreover proved to be suitable and, as a rule, also advantageous for the deflection of, in particular, charged particles. In particular, the use of quadrupole devices (in particular a plurality of quadrupole devices) advantageous if relatively small angular ranges are to be focused. Solenoid devices have proved to be particularly advantageous, in particular, when comparatively large angular ranges are to be focused. Typically, solenoid devices are typically elongate coil devices, often in the form of a type of air coil, which are "shot through" in the coil longitudinal direction by the particle beam As a rule, energy-dependent focussing devices can be formed using magnetic field generating devices, in particular using the magnetic field generating devices mentioned, in a particularly simple manner. The use of superconducting coils can prove to be particularly advantageous if comparatively strong magnetic fields are to be generated, which in particular compares should be constant. On the other hand, normally conducting magnetic field generating devices are particularly advantageous if the magnetic fields to be generated are to vary over a particularly wide range. Of course, a combination of superconducting and normal conducting magnetic field generating devices should also be considered, particularly such that a strong magnetic field (which is typically generated by the superconducting magnetic field generating device) is superimposed by a smaller, time varying magnetic field (typically generated by a normal conducting magnetic field generating device) and thereby "modulated".
Weiterhin kann es sich als vorteilhaft erweisen, wenn bei der Energiefiltervor- richtung eine Mehrzahl an Fokussierungsvorrichtungen und/oder eine Mehrzahl an Magnetfelderzeugungsvorrichtungen vorgesehen werden, wobei die Fokussierungsvorrichtungen und/oder die Magnetfelderzeugungsvorrichtungen zumindest teilweise und/oder zumindest bereichsweise in unterschiedliche Richtungen fokussierend wirken. Bei Verwendung einer Mehrzahl an Fokussierungseinrichtungen bzw. Magnetfelderzeugungsvorrichtungen ist es gegebenenfalls möglich, eine einzelne Fokussierungseinrich- tung/Magnetfelderzeugungsvorrichtung kleiner bzw. schwächer auszubilden und in Kombination mit anderen Fokussierungseinrichtun- gen/Magnetfelderzeugungsvorrichtungen dennoch den gewünschten Gesamteffekt zu erzielen. Darüber hinaus ist es (insbesondere bei Verwendung von Quadrupoleinrichtungen) durch die Verwendung einer Mehrzahl von Fokussierungseinrichtungen und/oder Magnetfelderzeugungsvorrichtungen möglich, eine Ablenkung in unterschiedliche Richtungen zu bewirken, die insbesondere auch fokussierend sein kann. Auf diese Weise kann beispielsweise die gesamte x-y-Ebene auf einen Punkt (gegebenenfalls auch auf eine Gerade oder dergleichen) fokussiert werden, sodass die Gesamtakzeptanz der Vorrichtung (bzw. die Gesamtemittanz des schlussendlich erzeugten Strahls aufweisend Teilchen, bevorzugt Ionen) deutlich erhöht werden kann. Die Fokussierung muss dabei - wie bereits erwähnt - nicht notwendigerweise symmetrisch (insbesondere rotationssymmetrisch) sein. Im Gegenteil kann beispielsweise an eine n-zählige Symmetrie gedacht werden, insbesondere mit n = 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 und dergleichen. Grundsätzlich ist es aber auch möglich die Energiefiltervorrichtung so auszubilden, dass diese lediglich in einer einzelnen Richtung fokussierend wird. Weiterhin ist es bevorzugt, wenn bei der Energiefiltervorrichtung sich bei zumindest einer Fokussierungseinrichtung die Energieabhängigkeit zumindest zeitweise und/oder zumindest teilweise und/oder zumindest bereichsweise als Verschiebung des Brennpunkts äußert, insbesondere als Verschiebung des Brennpunkts in Längsrichtung äußert. Eine derartige Ver- Schiebung des Brennpunkts ist speziell bei der Verwendung von Strahlungs- separationsvorrichtungen von Vorteil, da diese auf vergleichsweise einfache Weise„ortsauflösend" (bzw.„ortsabhängig") ausgebildet werden können. Der Gesamtaufwand der Energiefiltervorrichtung kann dann besonders einfach sein. Insbesondere ist es beispielsweise möglich, dass die Strahlungssepa- rationsvorrichtung als einfache Begrenzungswand mit einer Begrenzungs- kante ausgebildet werden kann. Dies ist entsprechend einfach. Furthermore, it may prove advantageous if a plurality of focusing devices and / or a plurality of magnetic field generating devices are provided in the energy filter device, wherein the Focusing devices and / or the magnetic field generating devices act at least partially and / or at least partially focusing in different directions. If a plurality of focusing devices or magnetic field generating devices is used, it may be possible to make a single focusing device / magnetic field generating device smaller or weaker and still achieve the desired overall effect in combination with other focusing devices / magnetic field generating devices. Moreover, by using a plurality of focusing devices and / or magnetic field generating devices, it is possible (in particular when using quadrupole devices) to effect a deflection in different directions, which in particular can also be focusing. In this way, for example, the entire xy plane can be focused on a point (possibly also on a straight line or the like), so that the overall acceptance of the device (or the total emittance of the finally generated beam having particles, preferably ions) can be significantly increased. The focusing must - as already mentioned - not necessarily be symmetrical (in particular rotationally symmetric). On the contrary, for example, an n-fold symmetry can be considered, in particular with n = 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 and the like. In principle, however, it is also possible to design the energy filter device in such a way that it only focuses in a single direction. Furthermore, it is preferred if, in the case of the energy filter device, the energy dependence is expressed at least temporarily and / or at least partially and / or at least partially as a shift of the focal point, in particular as a shift of the focal point in the longitudinal direction. Such a displacement of the focal point is particularly advantageous when using radiation separation devices, since these are comparatively simple Way "spatial resolution" (or "location-dependent") can be formed. The total cost of the energy filter device can then be particularly simple. In particular, it is possible, for example, for the radiation separation device to be designed as a simple boundary wall with a boundary edge. This is correspondingly easy.
Weiterhin kann es sich als vorteilhaft erweisen, wenn bei der Energiefiltervorrichtung zumindest eine Strahlungsseparationsvorrichtung zumindest bereichsweise und/oder zumindest teilweise als abschnittsweise Absorberein- richtung ausgebildet ist. Von der Erfahrung her sind die von der Energiefiltervorrichtung abzuscheidenden Energiebereiche in der Regel„vor Ort" nicht sinnvoll zu verwenden. Dementsprechend ist eine Absorption („Beseitigung") der entsprechenden Energiebereiche besonders sinnvoll, und darüber hinaus auch in der Regel besonders einfach durchführbar (beispielsweise durch einfaches Vorsehen eines kompakten, strahlenundurchlässigen Materials). Eine derartige Absorption kann sich insbesondere auch im Zusammenhang mit einer gesteuerten Veränderung der durch die Energiefiltervorrichtung hindurchgelassenen Teilchenanzahl als vorteilhaft erweisen. Weiterhin kann es sich als besonders vorteilhaft erweisen, wenn bei der Energiefiltervorrichtung die zumindest eine Strahlungsseparationsvorrichtung zumindest bereichsweise und/oder zumindest teilweise als Blendeneinrichtung und/oder zumindest bereichsweise und/oder zumindest teilweise als axiale Absorbereinrichtung ausgebildet ist, wobei die zumindest eine Blen- deneinrichtung und/oder die zumindest eine axiale Absorbereinrichtung zumindest teilweise und/oder zumindest bereichsweise mit schrägstrahlopti- mierten Oberflächen versehen ist und/oder zumindest teilweise und/oder zumindest bereichsweise eine kegelstumpfartige und/oder eine doppelkegel- stumpfartige Oberfläche aufweist. Bei einer Blendeneinrichtung kann es sich im einfachsten Fall um eine Art Loch handeln, die in einem kompakten Material ausgebildet ist. Es ist nicht notwendig, dass die Lochgröße variabel ist - jedoch ist es vorteilhaft, wenn dies insbesondere durch geeignete konstruktive Maßnahmen ermöglicht wird. Eine axiale Absorbereinrichtung kann insbesondere in Form einer Art Stange, die insbesondere in der Mitte der optischen Achse angeordnet wird, ausgebildet sein. Vorzugsweise kann die Stange eine kegelstumpfartige Formgebung aufweisen. Die (kegelstumpfar- tig geformte) Stange kann insbesondere dazu verwendet werden, eine (zusätzliche) Abschwächung für zu hohe und/oder zu niedrige Energiebereiche vorzusehen. Oftmals kann sich es jedoch als völlig ausreichend erweisen, dass eine einzelne Blendeneinrichtung vorgesehen wird, um einen bestimm- ten Energieausschnitt hindurch zu lassen, und den Rest abzuschwächen. Lediglich der Vollständigkeit halber ist darauf hinzuweisen, dass selbstverständlich auf völlig unterschiedliche Prinzipien und/oder Formgebungen zurückgegriffen werden kann. Unter dem Begriff einer„schrägstrahloptimierten Oberfläche" ist insbesondere eine Oberfläche zu verstehen, welche unter ei- nem Winkel und/oder in einer Position angeordnet ist, dass ein gerade noch zulässiger Teilchenstrahl (insbesondere maximaler Wert und/oder minimaler Wert der Teilchenenergie) in einer Art„paralleler Inzidenz" zumindest bereichsweise entlang der entsprechenden Oberfläche verläuft. Dies hat den Vorteil, dass - wenn der Teilchenstrahl den zulässigen Grenzwert über- schreitet - dieser über eine besonders lange Distanz hinweg durch ein Material hindurch laufen muss, und dementsprechend stark abgeschwächt wird. Mit einer derartigen Ausbildung ist also in aller Regel eine besonders scharfe Trennung möglich. Zusätzlich oder alternativ kann durch eine derartige Ausbildung aber auch eine besonders effektive Vermeidung von„Verunreinigun- gen" durch Sekundärpartikel (beispielsweise freigesetzte Photonen, Neutronen, Elektronen und dergleichen) vermieden werden. Dies ist entsprechend vorteilhaft. Als besonders geeignete schrägstrahloptimierte Oberflächen erweisen sich in der Regel kegelstumpfartige und/oder doppelkegelstumpfarti- ge Oberflächen. Diese können sowohl einen Festkörper nach außen begren- zen, als auch einen Hohlkörper in einem Materialblock begrenzen (gegebenenfalls auch eine Kombination hiervon). Weiterhin kann es vorteilhaft sein, wenn die Energiefiltervorrichtung zumindest eine Strahlungsseparationsvorrichtung aufweist, die als richtungsabhängige Strahlungsseparationsvorrichtung, insbesondere als winkelrich- tungsabhängige Strahlungsseparationsvorrichtung ausgebildet ist. Das heißt, dass durch die Strahlungsseparationsvorrichtung in unterschiedliche Richtungen eine unterschiedliche Energiebrandbreite abgetrennt und/oder hindurch gelassen (bzw. abgeschwächt) werden kann. Dies ist beispielsweise durch nichtrotationssymmetrisch wirkende bzw. nichtrotationssymmetrisch ausgebildete Strahlungsseparationsvorrichtungen möglich. Ist die Strah- lungsseparationsvorrichtung beispielsweise als Blendeneinrichtung ausgebildet, so kann eine derartige Richtungsabhängigkeit in Form eines Lochs mit mehreren radial nach außen weisenden zusätzlichen Ausnehmungen ausgebildet werden. Beispielsweise ist an einen, zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun, zehn oder auch mehr sich vorzugsweise radial nach außen erstreckende zusätzliche Ausnehmungen zu denken. Mit einer derartigen Richtungsabhängigkeit (welche in der Regel durch nachfolgende Komponenten, insbesondere durch eine oder mehrere nachgeschaltete Streufolien zum Teil auch wieder beseitigt werden kann) ist es insbesondere mög- lieh, dass nicht nur eine Richtungsabhängigkeit erzeugt wird, sondern (schlussendlich) zusätzlich oder alternativ eine zusätzliche Energieverschmierung realisiert werden kann, die auch insbesondere so ausgestaltet sein kann, dass sich eine gewünschte Energieverteilung ergibt. Als eine besonders bevorzugte Energieverteilung ist in diesem Zusammenhang eine gaussförmige Energieverteilung zu nennen, wobei jedoch auch andere Formen denkbar sind und gegebenenfalls auch vorteilhaft sein können. Eine gaussförmige Überlagerung hat jedoch insbesondere bei medizinischen Anwendungen in der Regel den Vorteil, dass solch eine Überlagerung mehrerer gaussförmiger Kurven im Rahmen eines Scan-Vorgangs (welcher insbeson- dere einen Tiefen-Scan mit umfasst) und der sich hierbei überlagernden Strahlungseinträge als vorteilhaft erweist. Weiterhin kann es sich als vorteilhaft erweisen, wenn die Energiefiltervorrichtung zumindest eine vorgeschaltete Strahlungsseparationsvorrichtung, welche insbesondere eine Strahlungsseparation hinsichtlich des Raumwinkelbe- reichs der in die Energiefiltervorrichtung eintretenden Strahlung bewirkt, um- fasst. Durch eine derartige Strahlungsseparationsvorrichtung ist beispielsweise ein (in der Regel unerwünschter)„Beschuss" von Teilen der Fokussie- rungseinrichtung (beispielsweise einem Solenoid) und dergleichen effektiv vermeidbar. Dadurch können beispielsweise Sekundärpartikel, wie Elektro- nen, Neutronen und dergleichen vermieden werden. Gegebenenfalls ist auch eine Beschädigung der entsprechenden, ansonsten„beschossenen" Komponenten vermeidbar. Furthermore, it can prove to be advantageous if, in the energy filter device, at least one radiation separation device is formed at least partially and / or at least partially as a section-wise absorber device. Experience has shown that the energy ranges to be separated by the energy filter device are generally meaningless to use "on the spot." Accordingly, absorption ("elimination") of the corresponding energy ranges is particularly expedient, and moreover usually very easy to carry out (for example by simply providing a compact, radiopaque material). Such absorption may prove to be advantageous in particular in connection with a controlled change in the number of particles transmitted through the energy filter device. Furthermore, it can prove to be particularly advantageous if, in the energy filter device, the at least one radiation separation device is formed at least partially and / or at least partially as an aperture device and / or at least partially and / or at least partially as an axial absorber, wherein the at least one aperture device and or the at least one axial absorber device is at least partially and / or at least partially provided with obliquely-truncated surfaces and / or has at least partially and / or at least partially a frusto-conical and / or a double-cone-stump-like surface. An aperture device may in the simplest case be a type of hole formed in a compact material. It is not necessary that the hole size is variable - However, it is advantageous if this is made possible in particular by suitable design measures. An axial absorber device can be designed in particular in the form of a type of rod, which is arranged in particular in the middle of the optical axis. Preferably, the rod may have a frusto-conical shape. The (truncated cone shaped) rod can be used in particular to provide an (additional) attenuation for too high and / or too low energy ranges. Often, however, it can prove quite sufficient to provide a single aperture device to pass a particular energy slice and to attenuate the rest. It is only for the sake of completeness that it should be pointed out that, of course, completely different principles and / or shapes can be used. The term "obliquely-beam-optimized surface" is to be understood in particular as meaning a surface which is arranged at an angle and / or in a position such that a just-permissible particle beam (in particular maximum value and / or minimum value of particle energy) in one Type "parallel incidence" at least partially along the corresponding surface runs. This has the advantage that - if the particle beam exceeds the permissible limit value - it has to pass through a material over a particularly long distance, and accordingly is greatly attenuated. With such a training so a particularly sharp separation is usually possible. In addition or as an alternative, a particularly effective avoidance of "impurities" by secondary particles (for example, released photons, neutrons, electrons and the like) can be avoided by such a design, which is correspondingly advantageous Generally frusto-conical and / or double frustoconical surfaces, which can both confine a solid to the outside and confine a hollow body in a block of material (possibly also a combination thereof). Furthermore, it may be advantageous if the energy filter device has at least one radiation separation device, which is designed as a direction-dependent radiation separation device, in particular as an angle-direction-dependent radiation separation device. That is, a different energy firing width can be separated and / or transmitted (or attenuated) in different directions by the radiation separation device. This is possible, for example, by non-rotationally symmetric or non-rotationally symmetrical radiation separation devices. If, for example, the radiation separation device is designed as a diaphragm device, such a directional dependence can be formed in the form of a hole with a plurality of additional recesses pointing radially outwards. For example, one, two, three, four, five, six, seven, eight, nine, ten or more, preferably radially outwardly extending additional recesses to think. With such a directional dependency (which can usually also be partially eliminated again by subsequent components, in particular by one or more downstream scattering films), it is possible, in particular, for not only directional dependence to be generated but (finally) additionally or alternatively An additional energy lubrication can be realized, which can also be designed in particular so that there is a desired energy distribution. A particularly preferred energy distribution in this context is a Gaussian energy distribution, although other forms are conceivable and may also be advantageous. However, a gaussian superimposition usually has the advantage, in particular in medical applications, that such a superimposition of several gaussian curves within the framework of a scanning process (which in particular includes a depth scan) and the radiation entries superimposed here prove to be advantageous. Furthermore, it can prove to be advantageous if the energy filter device comprises at least one upstream radiation separation device, which in particular effects a radiation separation with respect to the solid angle region of the radiation entering the energy filter device. By means of such a radiation separation device, for example, a (usually unwanted) "bombardment" of parts of the focussing device (for example a solenoid) and the like can be effectively avoided, whereby secondary particles such as electrons, neutrons and the like can be avoided also damage to the corresponding, otherwise "bombarded" components avoidable.
Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn die Energiefiltervorrichtung zumindest eine Strahlungsstreuungseinrichtung, insbesondere für ausgehende Strahlung aufweist, die vorzugsweise als Streufolienvorrichtung ausgebildet ist und/oder wenn die Energiefiltervorrichtung mit zumindest einer nachgeschalteten Fokussierungseinrichtung, insbesondere für die aus der Energiefiltervorrichtung austretende Strahlung, versehen ist. Bei Verwendung einer Streufolieneinrichtung können gegebenenfalls durch den Filtervorgang entstehende unerwünschte räumliche Verteilungen (welche insbesondere nichtsymmetrisch bzw. nicht-rotationssymmetrisch sind) und/oder unerwünschte „Energiekanten" verschmiert werden. Je nach Ausbildung (insbesondere hinsichtlich Material und/oder Materialstärke) der Streufolie kann diese Ver- Schmierung unterschiedlich stark ausgestaltet werden. Eine derartige Streufolieneinrichtung kann insbesondere hinter der letzten Apertur der Energiefiltervorrichtung und/oder in einem ausreichenden Abstand (typischerweise mehrere Zentimeter) vor der letzten Apertur der Energiefiltervorrichtung vorgesehen werden. Durch die Verwendung einer Ausgangs- Fokussierungseinrichtung ist es insbesondere möglich, dass die austretende Strahlung parallelisiert wird, was üblicherweise besonders vorteilhaft ist, ins- besondere, wenn diese über eine längere Wegstrecke hinweg transportiert werden muss. It is furthermore advantageous if the energy filter device has at least one radiation scattering device, in particular for outgoing radiation, which is preferably designed as a scattering film device and / or if the energy filter device is provided with at least one downstream focusing device, in particular for the radiation emerging from the energy filter device. If a scattering foil device is used, unwanted spatial distributions (which are in particular non-symmetric or non-rotationally symmetrical) and / or undesired "energy edges" may be smeared, depending on the design (in particular with regard to material and / or material thickness) of the scattering foil Such a scattering film device can be provided in particular behind the last aperture of the energy filter device and / or at a sufficient distance (typically several centimeters) before the last aperture of the energy filter device possible that the exiting radiation is parallelized, which is usually particularly advantageous, especially especially if it has to be transported over a longer distance.
Es wird weiterhin eine Teilchenstrahlungsquelle vorgeschlagen, welche zu- mindest eine Targeteinrichtung sowie eine Energiefiltervorrichtung vom vorab genannten Aufbau aufweist. Bei der Teilchenstrahlungsquelle kann es sich insbesondere um eine Teilchenstrahlungsquelle zur Bereitstellung von Teilchenstrahlung mit bestimmten Energien handeln. Bei der Targeteinrichtung (hierbei kann es sich beispielsweise um eine Target-Folie oder derglei- chen handeln) kann es sich insbesondere um eine Laser-Targeteinrichtung handeln, also um eine von einem typischerweise besonders starken Laser bestrahlte Targeteinrichtung. Die resultierende Teilchenstrahlungsquelle kann dann die bereits vorab genannten Merkmale, Eigenschaften und Vorteile in zumindest analoger Weise aufweisen. Auch eine Weiterbildung der Teilchenstrahlungsquelle im vorab beschriebenen Sinne ist selbstverständlich möglich. Furthermore, a particle radiation source is proposed which has at least one target device and an energy filter device of the aforementioned construction. In particular, the particle radiation source can be a particle radiation source for providing particle radiation with specific energies. The target device (in this case, for example, may be a target foil or the like) may in particular be a laser target device, that is to say a target device which is irradiated by a laser which is typically particularly strong. The resulting particle radiation source can then have the previously mentioned features, properties and advantages in at least an analogous manner. A development of the particle radiation source in the sense described above is of course possible.
Weiterhin wird ein Verfahren zur energieabhängigen Filterung von Strahlung vorgeschlagen, bei dem die Strahlung unter Verwendung zumindest einer energieabhängigen Fokussierungseinrichtung aufgespalten wird und anschließend mittels zumindest einer Strahlungsseparationsvorrichtung Strahlung mit einer erwünschten Energie separiert wird. Bei der Strahlung kann es sich insbesondere um Teilchenstrahlung handeln, wobei die Teilchen besonders bevorzugt geladene Teilchen sein können. Das Verfahren weist die bereits vorab im Zusammenhang mit der Energiefiltervorrichtung genannten Vorteile, Eigenschaften und Merkmale zumindest in Analogie auf. Darüber hinaus kann auch das Verfahren im Sinne der vorherigen Beschreibung modifiziert werden. Schließlich wird auch die Verwendung einer energieabhängigen Fokussierungseinrichtung zur energieabhängigen Filterung von Strahlung, insbeson- dere von Teilchenstrahlung bevorzugt geladener Teilchen, vorgeschlagen, wobei die Strahlung unter Verwendung der energieabhängigen Fokussie- rungseinrichtung aufgespalten wird und anschließend mittels zumindest einer Strahlungsseparationsvorrichtung Strahlung mit einer erwünschten Energie separiert wird. Durch die vorgeschlagene Verwendung lassen sich die bereits vorab beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile zumindest in Analogie erzielen. Auch kann die vorgeschlagene Verwendung im Sinne der vorherigen Beschreibung zumindest in Analogie erweitert werden bzw. modifiziert werden. Furthermore, a method for the energy-dependent filtering of radiation is proposed, in which the radiation is split using at least one energy-dependent focusing device and then separated by means of at least one radiation separation device radiation with a desired energy. The radiation may in particular be particle radiation, wherein the particles may be particularly preferably charged particles. The method has the advantages, properties and features already mentioned above in connection with the energy filter device, at least in analogy. In addition, the method can also be modified in the sense of the previous description. Finally, the use of an energy-dependent focusing device for the energy-dependent filtering of radiation, in particular that of particle radiation of preferably charged particles, wherein the radiation is split using the energy-dependent focussing device and then radiation with a desired energy is separated by means of at least one radiation separation device. Due to the proposed use, the properties, features and advantages already described above can be achieved, at least in analogy. Also, the proposed use in terms of the previous description, at least by analogy, be extended or modified.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand vorteilhafter Ausführungsbeispiele und unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Die Fig. zeigen: In the following the invention will be explained in more detail by means of advantageous embodiments and with reference to the accompanying drawings. The figures show:
Fig. 1 : ein erstes Ausführungsbeispiel für eine Teilchenstrahlquelle in schematischer Ansicht; Fig. 1: a first embodiment of a particle beam source in a schematic view;
Fig. 2: ein zweites Ausführungsbeispiel einer Teilchenstrahlquelle in einer schematischen Ansicht;  2 shows a second embodiment of a particle beam source in a schematic view;
Fig. 3: eine typische Transmissionskurve für die in Fig. 2 gezeigte  3 shows a typical transmission curve for the one shown in FIG
Teilchenstrahlquelle:  particle beam:
Fig. 4: eine modifizierte Teilchenblende zur Verwendung in einer  Fig. 4: a modified particle aperture for use in a
Teilchenstrahlquelle in einer schematischen Draufsicht von vorne;  Particle beam source in a schematic plan view from the front;
Fig. 5: eine typische Energieverteilungskurve bei Verwendung der in  Fig. 5: a typical energy distribution curve using the in
Fig. 4 dargestellten Teilchenblende;  Fig. 4 shown particle aperture;
Fig. 6: ein mögliches Ausführungsbeispiel zur Durchführung eines  6 shows a possible embodiment for carrying out a
Energieselektionsverfahrens.  Energy selection process.
In Fig. 1 ist in einer schematischen Draufsicht von der Seite eine Teilchenstrahlquelle 2 dargestellt. Die Teilchenstrahlquelle 2 dient der Erzeugung eines (Schwer-)lonen-Teilchenstrahls (Ausgangsstrahl 16; beispielsweise aus Kohlenstoff-Ionen), der zur Verwendung in einer medizinischen Einrichtung zur Bestrahlung von Tumoren verwendbar ist. Um den vergleichsweise hohen Anforderungen von medizinischen Anwendungen zu genügen, müssen die von der Teilchenstrahlquelle 2 frei gesetzten Teilchen 3 des Ausgangs- Stahls 16 vergleichsweise hohen Anforderungen genügen. Insbesondere muss der freigesetzte Teilchenstrahl 16 weitgehend parallel sein, also einen sogenannten„Pencil-Beam" (bleistiftdünner Teilchenstrahl 16) bilden. Darüber hinaus müssen die im Teilchenstrahl 16 enthaltenen Teilchen 3 in einem vergleichsweise eng begrenzten Energiebereich liegen. In Fig. 1, a particle beam source 2 is shown in a schematic plan view from the side. The particle beam source 2 serves to generate a (heavy) ion particle beam (output beam 16, for example Carbon ions), which is useful for use in a medical device for the irradiation of tumors. In order to meet the comparatively high requirements of medical applications, the particles 3 of the starting steel 16 released by the particle beam source 2 must satisfy comparatively high requirements. In particular, the released particle beam 16 must be substantially parallel, ie form a so-called "pencil beam" (pencil-thin particle beam 16). Moreover, the particles 3 contained in the particle beam 16 must lie in a comparatively narrow energy range.
Die„klassische" und derzeit am häufigsten verwendete Methode zur Erzeugung eines derartigen, für medizinische Zwecke geeigneten Teilchenstrahls besteht in der Verwendung von Linearbeschleunigern, meist in Kombination mit Teilchensynchotrons. Derartige Anlagen sind jedoch vergleichsweise aufwändig, teuer, weisen einen hohen Energieverbrauch auf, und haben darüber hinaus ein großes Volumen, insbesondere ein großes Volumen, welches von der Umgebung strahlungstechnisch abgeschirmt werden muss, um eine Belastung der Umwelt durch Teilchenstrahlung (insbesondere Neutronen und/oder radioaktive Strahlung) zu vermeiden. The "classical" and currently most commonly used method of producing such a medical particle beam is to use linear accelerators, usually in combination with particle synchotrons, but such systems are relatively expensive, expensive, have high power consumption, and have In addition, a large volume, in particular a large volume, which must be shielded from the environment radiation technology to avoid pollution of the environment by particle radiation (especially neutrons and / or radioactive radiation).
Demgegenüber basiert die Teilchenstrahlquelle 2 auf einem anderen Beschleunigungsprinzip, nämlich der sogenannten laserinduzierten Teilchenbeschleunigung. Die eigentliche Beschleunigerstufe 4 (in Fig. 1 links zu sehen) weist dazu einen sehr starken Hochleistungspulslaser 5 auf, der typischer- weise eine Leistungsdichte von ca. 1021 Watt/cm2 aufweist. Der vom Laser 5 erzeugte, dünne Laserstrahl 6 wird auf eine Target-Folie 7 gerichtet. Der Laserstrahl 6 trifft die Target-Folie 7 in einem kleinen, im Wesentlichen punktförmigen Bereich (Auftreffbereich 8). Der eigentliche, im Wesentliche ebenfalls punktförmige Beschleunigungsbereich 9 liegt auf der dem Auftreffbe- reich 8 entgegen gesetzten Seite der Target-Folie 7, und zwar unmittelbar benachbart zur Target-Folie 7. Aufgrund der durch den Laserbeschuss ein- gebrachten Energiemenge kommt es zu einer extremen Erhitzung im Beschleunigerbereich 9, sodass von im Wesentlichen punktförmigen Beschleunigerbereich 9 ein divergierendes Strahlenbündel 10 freigesetzt wird. Das divergierende Strahlenbündel 10 ist vorliegend durch vier, symmetrisch zur Mittelachse 1 1 eingezeichnete Linie dargestellt. Das divergierende Strahlenbündel weist eine im Wesentlichen kontinuierliche Intensitätsverteilung auf, die mit zunehmendem Winkel von der Mittelachse 1 1 abnimmt. Neben der Winkelverbreiterung des erzeugten Strahlenbündels 10 weisen die freigesetzten, im Strahlenbündel 10 befindlichen Teilchen 3 eine große Energieva- riation auf. Bei der genannten Laserleistung sind beispielsweise bei Protonen Teilchenenergien im Intervall zwischen 0 MeV und 250 bis 300 MeV zu erwarten. In contrast, the particle beam source 2 is based on another principle of acceleration, namely the so-called laser-induced particle acceleration. The actual accelerator stage 4 (to the left in FIG. 1) has a very powerful high-power pulsed laser 5, which typically has a power density of approximately 10 21 watt / cm 2 . The laser beam 5 generated by the laser 5 is directed onto a target film 7. The laser beam 6 strikes the target film 7 in a small, substantially punctiform area (impact area 8). The actual acceleration zone 9, which is also essentially punctiform, lies on the side of the target foil 7 opposite the impact area 8, namely immediately adjacent to the target foil 7. Due to the laser bombardment, brought amount of energy, there is an extreme heating in the accelerator region 9, so that a divergent beam 10 is released from substantially point-shaped accelerator region 9. The diverging beam 10 is presently represented by four, symmetrically to the central axis 1 1 drawn line. The diverging beam has a substantially continuous intensity distribution, which decreases with increasing angle from the central axis 1 1. In addition to the angle broadening of the generated radiation beam 10, the released particles 3 located in the radiation beam 10 have a large energy variation. In the case of the abovementioned laser power, for example, particle energies in the interval between 0 MeV and 250 to 300 MeV are to be expected for protons.
Um eine möglichst hohe Teilchenfluenz zu erzielen (mit anderen Worten, um möglichst wenige der erzeugten Teilchen zu„verlieren") wird das divergierende Strahlenbündel 10 durch eine Solenoidspule 12 fokussiert. Der verwendete Solenoid 12 ähnelt von seinen Ablenkungseigenschaften einer optischen Sammellinse, die einen starken chromatischen Abbildungsfehler (also eine starke chromatische Aberration) aufweist. Das heißt, dass Teilchen 3 unterschiedlicher Energie in einem unterschiedlichen Abstand vom Solenoid 12 (bzw. von der Target-Folie 7) auf einen Brennpunkt 13, 14 fokussiert werden. In Fig. 1 sind aus Veranschaulichungsgründen zwei Brennpunkte 13 von Teilchen mit einer„falschen" Energie (genauer: einer zu niedrigen Energie) dargestellt, sowie ein Brennpunkt 14 für Teilchen mit der„korrekten" Energie. In order to achieve the highest possible fluency (in other words, to "lose" as few particles as possible), the divergent beam 10 is focused by a solenoid coil 12. The solenoid 12 used is similar to a high intensity chromatic lens in terms of its deflection characteristics This means that particles 3 of different energy are focused at a different distance from the solenoid 12 (or from the target foil 7) to a focal point 13, 14. In FIG For illustration purposes, two foci 13 of particles having a "false" energy (more precisely, too low an energy) are shown, as well as a focal point 14 for particles having the "correct" energy.
Wie man Fig. 1 gut entnehmen kann, treffen die in einem„falschen" Brennpunkt zusammen laufenden Teilchen 3 in einem Brennpunkt 13 zusammen, der auf (bzw. im) axial angeordneten, stabförmigen Absorber 15 liegt. Dem- entsprechend werden die hierzu korrespondierenden niederenergetischen Teilchen 3 durch den stabförmigen Absorber 15 abgeschwächt und damit aus dem Ausgangsteilchenstrahl 16„herausgefiltert". Eine vorteilhaftere Ausführungsform ergibt sich, wenn der stabförmige Absorber 15 konusförmig ausgebildet ist, und damit eine schrägstrahloptimierte Formgebung aufweist. Weiterhin ist eine Lochblende 17 mit einem mittig angeordneten Rundloch 18 vorgesehen. Teilchen 3, die die erwünschte Sollenergie aufweisen, werden vom Solenoid 12 in einem Brennpunkt 14 fokussiert, der mittig im Rundloch 18 der Lochblende 17 liegt. Die entsprechenden Teilchen 3 können somit (nachdem sie am stabförmigen Absorber 15 vorbeigeflogen sind) im We- sentlichen ohne abgeschwächt zu werden durch das Rundloch 18 der Loch- blende17 hindurch treten. Entsprechendes gilt für Teilchen 3, die eine geringfügig von der Sollenergie abweichende Energie aufweisen, da das Rundloch 18 eine bestimmte Größe aufweist. Teilchen, die jedoch oberhalb der oberen Grenzenergie liegen, treffen zum größten Teil auf einen Bereich der Lochblende 17 auf, der außerhalb des Randlochs 18 liegt. Dementsprechend werden derartige, hochenergetische Teilchen 3 durch die Lochblende 17 abgeschwächt. Die die Lochblende 17 passierenden Teilchen 3 (also Teilchen mit einer „richtigen" Energie) werden hinter der Lochblende 17 auf eine Streufolie 19 gelenkt. Diese besteht typischerweise aus einem Kunststoffmaterial und hat eine Dicke von einem bis einigen wenigen Millimetern. Die Streufolie 19 bewirkt eine Verschmierung der Filterkurve, sodass die Kanten der Filterkurve weniger steil sind. Darüber hinaus bewirkt die Streufolie 19 auch eine gewisse, typischerweise relativ kleine Winkelaufstreuung der einzelnen Teilchen- Teilstrahlen 3. Da die die Streufolie 19 verlassenden Teilchen 3 eine gewisse (wenn auch vergleichsweise geringe) Winkelstreuung aufweisen, ist dem Energiefilter 1 noch ein weiteres Solenoid 20 nachgeschaltet, welches aus dem leicht divergierenden Teilchenstrahlbündel 3 einen dünnen, parallelen Teilchenstrahl 16 formt. Zusätzlich ist eine Verschiebung der Lochblende 17 entlang der Mittelachse 1 1 des Energiefilters 1 vorgesehen (dies kann beispielsweise durch einen Linearmotor oder einen Steppermotor unter Verwendung einer Zahnstange realisiert werden). Die Verschiebbarkeit der Lochblende 17 ist durch einen Verschiebepfeil 21 angedeutet. Durch die Verschiebung der Lochblende 17 ist es möglich, dass die Energie der durch den Energiefilter 1 hindurch tretenden Teilchen 3 verändert werden kann. Dementsprechend kann die Energie des das Energiefilter 1 verlassenden Teilchenstrahls 6 variiert werden. Eine derartige Veränderung der Teilchenenergie ist erforderlich, um beispielsweise eine Tiefenvariation des Bragg- Peaks in einem Zielmaterial (beispielsweise in einem Gewebe) variieren zu können. Zusätzlich oder alternativ ist es auch möglich, eine derartige Energievariation durch eine Veränderung der Stärke des Magnetfelds im Solenoid 12 zu realisieren. Die Streufolie 19 kann im Übrigen nicht nur im Wesentlichen am "Ende" des Energiefilters 1 vorgesehen werden (so wie dies in Fig. 1 eingezeichnet ist), sondern auch bereits vor der Lochblende 17. Sinnvollerweise sollte zwischen der Lochblende 17 und einer vorgeschalteten Streufolie 19 ein gewisser Abstand liegen (typischerweise mehrere Zentimeter) damit sich die durch die Streufolie 19 bewirkte Streuung auch tatsächlich glättend auf die Energieselektion auswirkt. 1, the particles 3 running together in a "false" focal point coincide in a focal point 13 which lies on (or in) the axially arranged, rod-shaped absorber 15. Accordingly, the corresponding low-energy Particles 3 attenuated by the rod-shaped absorber 15 and thus A more advantageous embodiment results if the rod-shaped absorber 15 has a conical shape and thus has an obliquely-beam-optimized shape Furthermore, a pinhole 17 is provided with a centrally arranged round hole 18. Particles 3, the desired energy are focused by the solenoid 12 at a focal point 14 centered in the circular hole 18 of the aperture 17. Thus, the corresponding particles 3 (after having passed the rod-shaped absorber 15) can be substantially attenuated through the circular hole 18 The same applies to particles 3, which have a slightly different energy from the target energy, since the round hole 18 has a certain size, but particles which are above the upper limit energy meet for the most part to a range of Pinhole 17 on the outside de s edge hole 18 is located. Accordingly, such high-energy particles 3 are attenuated by the pinhole 17. The particles 3 (ie particles with a "correct" energy) passing through the pinhole 17 are directed behind the pinhole 17 onto a scattering foil 19. This typically consists of a plastic material and has a thickness of one to a few millimeters In addition, the scattering foil 19 also causes a certain, typically relatively small angular spread of the individual particle partial beams 3. Since the particles 3 leaving the scattering foil 19 have a certain (albeit comparatively small) spread, the filter curve is smeared. Having angular dispersion, the energy filter 1 is followed by yet another solenoid 20, which forms a thin, parallel particle beam 16 from the slightly divergent particle beam 3. In addition, a displacement of the pinhole 17th provided along the central axis 1 1 of the energy filter 1 (this can be realized for example by a linear motor or a stepper motor using a rack). The displaceability of the pinhole 17 is indicated by a displacement arrow 21. By shifting the pinhole 17, it is possible that the energy of the passing through the energy filter 1 passing particles 3 can be changed. Accordingly, the energy of the particle beam 6 leaving the energy filter 1 can be varied. Such a change in particle energy is required, for example, in order to be able to vary a depth variation of the Bragg peak in a target material (for example in a tissue). Additionally or alternatively, it is also possible to realize such an energy variation by changing the strength of the magnetic field in the solenoid 12. Incidentally, the scattering foil 19 can not only be provided essentially at the "end" of the energy filter 1 (as shown in FIG. 1), but also in front of the perforated plate 17. It is advisable to place between the pinhole 17 and an upstream scattering foil 19 a certain distance (typically several centimeters) so that the scattering caused by the scattering film 19 actually has a smoothing effect on the energy selection.
Weiterhin sind in Fig. 1 Größenveränderungspfeile 22 eingezeichnet. Diese symbolisieren, dass die Größe des Rundlochs 18 in der Lochblende 17 ver- änderlich ausgeführt ist. Dies kann beispielsweise nach Art einer Irisblende oder dergleichen realisiert werden. Durch die Veränderung der Größe des Rundlochs 18 in der Lochblende 17 ist es möglich, die Breite der Filterkurve (und damit die Breite des Intervalls an durchgelassenen Energien) zu vergrößern bzw. zu verkleinern. Insbesondere ist es dadurch auch möglich, dass die relative Breite des Energieintervalls bei einer Veränderung der durchgelassenen Energiehöhe im Wesentlichen konstant gehalten werden kann. Eine derartige Verstellmöglichkeit ist typischerweise bei medizinischen Anlagen erwünscht. Furthermore, size change arrows 22 are shown in FIG. These symbolize that the size of the round hole 18 in the perforated plate 17 is variable. This can be realized, for example, in the manner of an iris diaphragm or the like. By changing the size of the round hole 18 in the pinhole 17, it is possible to increase or decrease the width of the filter curve (and thus the width of the interval of transmitted energies). In particular, it is thereby also possible for the relative width of the energy interval to be kept substantially constant in the event of a change in the transmitted energy level can. Such adjustment is typically desired in medical facilities.
Im Übrigen ist es auch möglich, eine zweite Lochblende vorzusehen, insbe- sondere in einem zwischen der Target-Folie 7 und dem stabförmigen Absorber 15 liegenden Bereich. Insbesondere kann eine zweite Lochblende benachbart vor und/oder hinter oder auch innerhalb der Solenoidspule 12 vorgesehen werden. Bei Vorhandensein zweier Lochblenden kann durch eine gleichzeitige Größenvariation beider Lochblenden eine Variation des durch den Energiefilter 1 hindurch gelassen Teilchenanteils, und damit eine Intensitätsvariation der den Energiefilter 1 verlassenden Teilchen 3 realisiert werden (ohne dass dabei der durch den Energiefilter 1 ausgefilterte Energiebereich wesentlich geändert wird). Der von der Teilchenstrahlquelle 2 erzeugte und freigegebene Ausgangsteilchenstrahl 16 kann anschließend in an sich bekannter Weise einem Behandlungsraum, insbesondere einem im Behandlungsraum befindlichen Patienten (nicht dargestellt) zugeführt werden. In Fig. 2 ist eine gegenüber Fig. 1 modifizierte Version einer Teilchenstrahlquelle 24 dargestellt. Der Unterschied besteht dabei im Wesentlichen im unterschiedlichen Aufbau des Energiefilters 23. Incidentally, it is also possible to provide a second pinhole, in particular in a lying between the target film 7 and the rod-shaped absorber 15 area. In particular, a second pinhole adjacent to and / or behind or within the solenoid coil 12 may be provided. In the presence of two pinhole diaphragms, a simultaneous variation in the size of both pinhole diaphragms allows a variation of the particle fraction passed through the energy filter 1, and thus an intensity variation of the particles 3 leaving the energy filter 1 (without substantially changing the energy range filtered out by the energy filter 1). , The output particle beam 16 generated and released by the particle beam source 2 can then be supplied in a manner known per se to a treatment room, in particular a patient (not shown) located in the treatment room. FIG. 2 shows a modified version of a particle beam source 24 compared to FIG. The difference consists essentially in the different structure of the energy filter 23.
Zunächst wird - analog zur in Fig. 1 gezeigten Teilchenstrahlquelle 2 - der von einem Laser 5 erzeugte Laserstrahl 6 auf eine Target-Folie 7 gelenkt, sodass ein divergierendes Teilchenstrahlbündel 10 mit Teilchen 3 unterschiedlichster Energien und Ausgangswinkel erzeugt wird. First, analogously to the particle beam source 2 shown in FIG. 1, the laser beam 6 generated by a laser 5 is directed onto a target film 7, so that a diverging particle beam 10 with particles 3 of very different energies and output angles is produced.
Das divergierende Teilchenstrahlbündel 10 wird zunächst einem Stopper- block 25 zugeführt. Hierbei handelt es sich um einen Klotz aus einem gut energieabsorbierenden Material (beispielsweise Blei), der mittig zur Mittelli- nie 1 1 eine kegelstumpfartige Ausnehmung 26 aufweist. Die Ausnehmung ist so geformt, dass ein Auftreffen von Teilchenstrahlung 3 auf die Oberflächen der (eingeschalteten) Solenoidanordnung 27 vermieden wird. Dadurch wird einerseits die Solenoidanordnung 27 geschont, andererseits wird die Erzeu- gung von Sekundärstrahlung (Gammastrahlung, Elektronenstrahlung, Neutronenstrahlung und dergleichen) verhindert. Die kegelstumpfartige Ausnehmung 26 ist so geformt, dass die Kegelspitze im punktförmigen Beschleunigerbereich 9 läge. Dementsprechend verläuft die Oberfläche der Ausnehmung 26 parallel zu den Teilchenstrahlen 3 unmittelbar benachbart zur Oberfläche der Ausnehmung 26. Mit anderen Worten ist die Ausnehmung 26 schrägstrahloptimiert. Teilchenstrahlen 3 mit einem geringfügig geringeren Winkel als dem Winkel der Ausnehmung 26 passieren den Stopperblock 25 ungehindert. Teilchenstrahlen 3 mit einem geringfügig größeren Winkel durchlaufen dagegen die Dicke des Stopperblocks 25 vollständig, und wer- den daher ausreichend stark abgeschwächt. The diverging particle beam 10 is first fed to a stopper block 25. This is a block of a good energy-absorbing material (for example, lead), which is centered on the midline never 1 1 has a frusto-conical recess 26. The recess is shaped so that an impact of particle radiation 3 on the surfaces of the (switched-on) solenoid assembly 27 is avoided. As a result, on the one hand the solenoid assembly 27 is spared, on the other hand the generation of secondary radiation (gamma radiation, electron radiation, neutron radiation and the like) is prevented. The frusto-conical recess 26 is shaped such that the cone tip would lie in the punctiform accelerator region 9. Accordingly, the surface of the recess 26 extends parallel to the particle beams 3 immediately adjacent to the surface of the recess 26. In other words, the recess 26 is slanted beam optimized. Particle beams 3 with a slightly smaller angle than the angle of the recess 26 pass through the stopper block 25 unhindered. By contrast, particle beams 3 with a slightly larger angle completely pass through the thickness of the stopper block 25 and are therefore sufficiently attenuated.
Die Solenoidanordnung 27 besteht im vorliegenden Ausführungsbeispiel des Teilchenfilters 23 aus einer supraleitenden Spule 28 und einer normalleitenden Spule 29. Vorliegend sind die beiden Spulen 28, 29 der Solenoidanord- nung 27 konzentrisch zueinander angeordnet. Denkbar wäre jedoch auch eine beispielsweise serielle Anordnung in Richtung der Mittelachse 1 1 des Energiefilters 23. Der supraleitende Solenoid 28 bewirkt ein starkes, jedoch konstantes Magnetfeld. Mit Hilfe des normalleitenden Solenoids 29 kann diesem Magnetfeld jedoch ein zusätzliches, insbesondere zeitlich variables Magnetfeld überlagert werden. Dadurch kann der (energieabhängige) Fokus von Teilchen 3 einer bestimmten Energie längs der Mittelachse 1 1 des Energiefilters 23 durch„elektrische Maßnahmen" verschoben werden. Insbesondere können hierdurch die Energiefiltereigenschaften des Energiefilters 23 variiert werden. Im vorliegend dargestellten Ausführungsbeispiel des Energiefilters 23 ist ein Blenden-Block 30 vorgesehen. Der Blenden-Block 30 weist in seinem Inneren eine doppelkegelstumpfartige Ausnehmung 31 auf. Die Ausnehmung 31 ist so geformt, dass sie jeweils parallel zu Teilchen 3 mit der höchsten, noch zulässigen (nicht abgeschwächten) Energie bzw. der niedrigsten, noch zulässigen (nicht abgeschwächten) Energie verlaufen. Dementsprechend ist die Oberfläche der Ausnehmung 31 des Blenden-Blocks 30 schrägstrahlop- timiert ausgeführt. Auch hier ist der Effekt - wie vorab bereits erläutert - dass entweder keine Abschwächung erfolgt oder eine Abschwächung über die gesamte Länge des Blenden-Blocks 30 hinweg erfolgt. The solenoid assembly 27 in the present embodiment of the particulate filter 23 consists of a superconducting coil 28 and a normal-conducting coil 29. In the present case, the two coils 28, 29 of the Solenoidanord- tion 27 are arranged concentrically to each other. However, it would also be conceivable, for example, a serial arrangement in the direction of the central axis 1 1 of the energy filter 23. The superconducting solenoid 28 causes a strong, but constant magnetic field. With the help of the normal-conducting solenoid 29, however, an additional, in particular temporally variable magnetic field can be superimposed on this magnetic field. As a result, the (energy-dependent) focus of particles 3 of a specific energy along the central axis 1 1 of the energy filter 23 can be shifted by "electrical measures." In particular, the energy-filtering properties of the energy filter 23 can be varied. In the illustrated embodiment of the energy filter 23, a diaphragm block 30 is provided. The diaphragm block 30 has a double truncated cone-like recess 31 in its interior. The recess 31 is shaped so that they each run parallel to particles 3 with the highest, still permissible (not weakened) energy or the lowest, still permissible (not weakened) energy. Accordingly, the surface of the recess 31 of the diaphragm block 30 is designed obliquelystraight-optimized. Again, the effect is - as already explained above - that either no attenuation takes place or a weakening over the entire length of the diaphragm block 30 takes place away.
Wie durch den Verschiebepfeil 21 angedeutet, kann auch beim vorliegend dargestellten Ausführungsbeispiel des Energiefilters 23 der Blenden-Block 30 parallel zur Mittelachse 1 1 verschoben werden. Gegebenenfalls ist auch an eine Veränderbarkeit der Ausnehmung 31 (insbesondere hinsichtlich Größe und/der Formgebung) zu denken. As indicated by the shift arrow 21, the diaphragm block 30 can be moved parallel to the central axis 1 1 in the embodiment of the energy filter 23 shown here. Optionally, a variability of the recess 31 (in particular in terms of size and / / shape) to think.
Die den Blenden-Block 30 verlassenden Teilchen 3 werden einer Streufolie 19 (analog zum in Fig. 1 dargestellten Energiefilter 1 ) zugeführt, wo diese leicht aufbereitet werden und hinsichtlich ihrer Energiebereiche verschmiert werden. Anschließend werden die Teilchen 3 in einem nachgeschalteten So- lenoid 20 zu einem parallelen Strahlenbündel 16„parallelisiert". The particles 3 leaving the diaphragm block 30 are fed to a scattering foil 19 (analogous to the energy filter 1 shown in FIG. 1), where they are easily processed and smeared with respect to their energy ranges. Subsequently, the particles 3 are "parallelized" in a downstream solenoid 20 to form a parallel beam 16.
In Fig. 3 ist ein typisches Energiespektrum eines Ausgangteilchenstrahls 16 dargestellt. Dabei ist längs der Abszisse 32 die Teilchenenergie im MeV und längs der Ordinate 33 die relative Transmission dargestellt. Wie man sieht weist die Filterkurve 34 abgeflachte seitliche Flanken 35 auf (insbesondere aufgrund der Durchlässigkeit des Rundlochs 18 sowie des Einflusses der Streufolie 19) sowie ein flaches Plateau 36 auf. Für manche Anwendungen ist das flache Plateau 36 der Filterkurve 34 unerwünscht. Gerade bei der Behandlung eines Tumors durch eine Raster- Scan-Applikation mit Hilfe eines bleistiftdünnen Teilchenstrahls ist es erwünscht, dass die Filterkurve ein gaussförmiges Profil aufweist. Denn eine Überlagerung unterschiedlicher gaussförmiger Profile resultiert erneut in einem gaussförmigen Profil, sodass die Berechnung der Bestrahlungsplanung - und damit die anschließende eigentliche Bestrahlung - genauer und einfacher erfolgen kann. Um die in Fig. 3 dargestellte Filterkurve 34„gauss-artig zu machen" ist es möglich, anstelle eines Blenden-Blocks 30 mit einer im Wesentlichen kreisförmigen Ausnehmung 31 einen Blenden-Block 37 zu verwenden, der einen geeignet ausgebildeten Durchgangsquerschnitt 38 aufweist. Ein mögliches Ausführungsbeispiel für einen Blenden-Block 37 mit einer geeigneten Ausnehmung 38 ist in Fig. 4 gezeigt. Hierbei ist der Blenden-Block 37 in einem schematischen Querschnitt dargestellt. Die Querschnittsebene steht dabei senkrecht auf der Mittelachse 1 1 des Energiefilters. Beispielsweise kann der Blenden-Block 37 anstelle des Blenden-Blocks 30 des in Fig. 2 dargestellten Energiefilters 23 verwendet werden. FIG. 3 shows a typical energy spectrum of an output particle beam 16. Here, along the abscissa 32, the particle energy in the MeV and along the ordinate 33, the relative transmission is shown. As can be seen, the filter curve 34 has flattened lateral flanks 35 (in particular due to the permeability of the round hole 18 and the influence of the scattering foil 19) and a flat plateau 36. For some applications, the flat plateau 36 of the filter curve 34 is undesirable. Especially in the treatment of a tumor by a raster scan application using a pencil-thin particle beam, it is desirable that the filter curve has a Gaussian profile. Because a superimposition of different Gaussian profiles again results in a gaussiform profile, so that the calculation of the treatment planning - and thus the subsequent actual irradiation - can be made more accurate and easier. In order to make the filter curve 34 "gauss-like" shown in FIG. 3, it is possible, instead of a diaphragm block 30 with a substantially circular recess 31, to use a diaphragm block 37 which has a suitably formed passage cross-section 38 4. A possible embodiment for a diaphragm block 37 with a suitable recess 38 is shown in Fig. 4. Here, the diaphragm block 37 is shown in a schematic cross-section The cross-sectional plane is perpendicular to the central axis 1 1 of the energy filter Block 37 may be used instead of the shutter block 30 of the energy filter 23 shown in FIG.
Wie man sieht, weist die Ausnehmung 38 in der Mitte ein zentrales Loch 39 auf. Am äußeren Rand dieses zentralen Lochs 39 sind - vorliegend vier - keulenartige Erweiterungen 40 der Ausnehmung 38 zu erkennen. Selbstver- ständlich ist es möglich, dass auch eine andere Anzahl an keulenartigen Erweiterungen 40 genutzt wird. Vorliegend sind die keulenartigen Erweiterungen 40 jeweils identisch geformt; es ist jedoch durchaus denkbar, dass die keulenartigen Erweiterungen 40 jeweils unterschiedlich ausgebildet sind. Durch die spezielle Formgebung der keulenartigen Erweiterungen 40 ist es möglich, dass bezüglich der Energie keine scharfe Abschnittskante auftritt, sondern unterschiedliche Energien mit unterschiedlichen prozentualen Anteilen durch den Blenden-Block 37 hindurch treten können. Die in Fig. 4 dargestellte Ausnehmung ist dabei so gestaltet, dass sich schlussendlich eine annähernd gaussförmige Ausgestaltung der Filterkurve 41 (siehe Fig. 5) ergibt. As you can see, the recess 38 has a central hole 39 in the middle. At the outer edge of this central hole 39 - in the present case four - club-like extensions 40 of the recess 38 can be seen. Of course, it is possible that a different number of club-like extensions 40 is used. In the present case, the club-like extensions 40 are each formed identically; However, it is quite conceivable that the club-like extensions 40 are each formed differently. Due to the special shaping of the club-like extensions 40, it is possible that with respect to the energy no sharp section edge occurs, but different energies with different percentages can pass through the aperture block 37. The recess shown in Fig. 4 is designed so that ultimately an approximately gaussian configuration of the filter curve 41 (see FIG. 5) results.
Bei der Formgebung der Ausnehmung 38 (insbesondere der keulenförmigen Erweiterungen 40) ist dabei darauf zu achten, dass die relative Transmission einer Teilchengruppe zur Energie mit zugehörigem Radius Rb die Beziehung T = F(RB) / (RB2 x π) gegeben ist, wobei FB = F(RB) die nicht durch Absor- bermaterial belegte Fläche innerhalb der Ausnehmung 38 ist. In the shaping of the recess 38 (in particular the club-shaped extensions 40), care must be taken that the relative transmission of a particle group to the energy with associated radius R b is T = F (R B ) / (RB 2 × π) where F B = F (R B ) is the area not occupied by absorber material within the recess 38.
Darüber hinaus ist die Ausnehmung 38 derart geformt, dass sich erneut eine schrägstrahloptimierte Oberfläche der Ausnehmung 38 ergibt. Für Querschnitte, die in Richtung der Mittelachse 1 1 vor oder hinter der in Fig. 4 dar- gestellten Querschnittsebene liegen, ist die Ausnehmung 38 dementsprechend größer bzw. kleiner auszuführen. In addition, the recess 38 is shaped such that again results in a schrägstrahloptimierte surface of the recess 38. For cross-sections that lie in front of or behind the cross-sectional plane shown in FIG. 4 in the direction of the central axis 11, the recess 38 is correspondingly larger or smaller.
Schließlich ist in Fig. 6 noch kurz ein Verfahren 42 zur energieabhängigen Filterung von Teilchenstrahlung 3 geladener Teilchen dargestellt. Dazu wer- den in einem ersten Verfahrensschritt 43 die beispielsweise von einem hochenergetischen Laser 5 im Zusammenhang mit einem Target 7 erzeugten elektrisch geladenen Teilchen 3 durch eine geeignete Vorrichtung (beispielsweise ein oder mehrere Solenoide 12, 27, 28, 29) auf einen geeigneten Brennpunkt 14 fokussiert. In einem zweiten Verfahrensschritt 44 werden die auf den Brennpunkt 14 fokussierten Teilchen 3 von den sonstigen Teilchen 3 abgetrennt (wobei bevorzugt die sonstigen Teilchen 3 abgeschwächt werden). Somit erhält man am Ende 45 des Verfahrens 42 (wobei das Verfahren 42 selbstverständlich noch modifiziert werden kann) einen fokussierten Teilchenstrahl 16 mit Teilchen 3 geeigneter Energie. Bezugszeichenliste: Finally, FIG. 6 briefly shows a method 42 for the energy-dependent filtering of particle radiation 3 of charged particles. For this purpose, in a first method step 43, the electrically charged particles 3 produced, for example, by a high-energy laser 5 in conjunction with a target 7 are directed to a suitable focal point 14 by a suitable device (for example one or more solenoids 12, 27, 28, 29) focused. In a second method step 44, the particles 3 focused on the focal point 14 are separated from the other particles 3 (the other particles 3 preferably being attenuated). Thus, at the end 45 of the process 42 (of course, the process 42 can still be modified), a focused particle beam 16 is obtained with particles 3 of suitable energy. LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 . Energiefilter 23. Energiefilter 1 . Energy filter 23. Energy filter
2. Teilchenstrahlquelle 24. Teilchenstrahlquelle  2. Particle beam source 24. Particle beam source
3. Teilchen 30 25. Stopperblock  3. Particles 30 25. Stopperblock
4. Beschleunigerstufe 26. Ausnehmung  4. accelerator stage 26. recess
5. Laser 27. Solenoidanordnung  5. Laser 27th solenoid assembly
6. Laserstrahl 28. Supraleitendes Solenoid 6. Laser beam 28. Superconducting solenoid
7. Target-Folie 29. Normalleitendes Solenoid7. Target foil 29. Normal conducting solenoid
8. Auftreffbereich 35 30. Blenden-Block 8. Impact area 35 30. Aperture block
9. Beschleunigerbereich 31. Ausnehmung  9. accelerator area 31. recess
10. Divergierendes Strahlen32. Abszisse  10. Divergent rays32. abscissa
bündel 33. Ordinate  bundle 33rd Ordinate
1 1. Mittelachse 34. Filterkurve  1 1. Center axis 34. Filter curve
12. Solenoidspule 40 35. Flanke  12. Solenoid Coil 40 35. Flank
13. Brennpunkt (falsche Ener36. Plateau  13th focal point (wrong Ener36th plateau
gie) 37. Blenden-Block  gie) 37. Aperture block
14. Brennpunkt (richtige Ener38. Ausnehmung  14th focal point (right Ener38 recess
gie) 39. zentrales Loch  gie) 39. central hole
15. Stabförmiger Absorber 45 40. Erweiterungen  15. Rod-shaped absorber 45 40. Extensions
16. Ausgangsteilchenstrahl 41. Filterkurve  16. Source particle beam 41. Filter curve
17. Lochblende 42. Verfahren zur Energie ab¬ 17. Aperture 42. Method of energy ab¬
18. Rundlich hängigen Filterung von18. Round-shaped filtering of
19. Streufolie Strahlung 19. Scattering film radiation
20. Solenoid 50 43. Fokussierung auf Brenn¬ 20. Solenoid 50 43. Focus on Brenn¬
21.Verschiebungspfeil punkt 21. Shift arrow point
22. Größenveränderungspfeil 44. Abtrennung von Teilchen  22. Size change arrow 44. Separation of particles

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e  P a n t a n s p r e c h e
Energiefiltervorrichtung (1 , 23) für Strahlung, insbesondere Energiefiltervorrichtung (1 , 23) für Teilchenstrahlung (3), bevorzugt Energiefiltervorrichtung (1 , 23) für Strahlung aus geladenen Teilchen (3), aufweisend zumindest eine Fokussierungseinrichtung (12, 20, 27, 28, 29), sowie zumindest eine Strahlungsseparationsvorrichtung (15, 17, 25, 30, 37), dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Fokussierungseinrichtung (12, 20, 27, 28, 29) als energieabhängige Fokussierungseinrichtung (12, 20, 27, 28, 29) ausgebildet ist. Energy filter device (1, 23) for radiation, in particular energy filter device (1, 23) for particle radiation (3), preferably energy filter device (1, 23) for radiation from charged particles (3), comprising at least one focusing device (12, 20, 27, 28 , 29), as well as at least one radiation separation device (15, 17, 25, 30, 37), characterized in that the at least one focusing device (12, 20, 27, 28, 29) as energy - dependent focusing device (12, 20, 27, 28 , 29) is formed.
Energiefiltervorrichtung (1 , 23) nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch genau eine und/oder durch genau zwei Strahlungsseparationsvorrich- tungen (15, 17, 25, 30, 37). Energy filter device (1, 23) according to claim 1, characterized by exactly one and / or by exactly two radiation separation devices (15, 17, 25, 30, 37).
Energiefiltervorrichtung (1 , 23) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch zumindest eine veränderliche Strahlungsseparationsvorrichtung (17, 30) und/oder durch zumindest eine verschiebbar angeordnete Strah- lungsseparationsvorrichtung (17, 30, 37). Energy filter device (1, 23) according to claim 1 or 2, characterized by at least one variable radiation separation device (17, 30) and / or by at least one displaceably arranged radiation separation device (17, 30, 37).
Energiefiltervorrichtung (1 , 23) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Fokussierungseinrichtung (12, 20, 27, 28, 29) zumindest zeitweise und/oder zumindest bereichsweise als Magnetfelderzeugungsvorrichtung (12, 20, 27, 28, 29) ausgebildet ist, und insbesondere zumindest eine, vorzugsweise eine Mehrzahl von magnetischen Dipoleinrichtungen und/oder zumindest ei- ne, vorzugsweise eine Mehrzahl von magnetischen Quadrupoleinrich- tungen, besonders bevorzugt ein Duplett und/oder ein Triplett und/oder ein Quadruplett und/oder ein Multiplett an Quadrupoleinrichtungen und/oder zumindest eine, vorzugsweise eine Mehrzahl von Solenoidein- richtungen (12, 20, 27, 28, 29) und/oder zumindest eine, vorzugsweise eine Mehrzahl von Helmholtzspuleneinrichtungen und/oder zumindest eine, vorzugsweise eine Mehrzahl an supraleitenden Magnetfelderzeugungsvorrichtungen (28) und/oder zumindest eine, vorzugsweise eine Mehrzahl an normalleitenden Magnetfelderzeugungsvorrichtungen (12, 20, 29) aufweist. Energy filter device (1, 23) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one focusing device (12, 20, 27, 28, 29) at least temporarily and / or at least partially as a magnetic field generating device (12, 20, 27, 28, 29) is formed, and in particular at least one, preferably a plurality of magnetic dipole devices and / or at least one ne, preferably a plurality of magnetic quadrupole devices, particularly preferably a doublet and / or a triplet and / or a quadruplet and / or a multiplet on quadrupole devices and / or at least one, preferably a plurality of solenoid devices (12, 20, 27, 28, 29) and / or at least one, preferably a plurality of Helmholtz coil devices and / or at least one, preferably a plurality of superconducting magnetic field generating devices (28) and / or at least one, preferably a plurality of normal conducting magnetic field generating devices (12, 20, 29 ) having.
Energiefiltervorrichtung (1 , 23) nach einem der vorangehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl an Fokussierungseinrichtungen (12, 20, 27, 28, 29) und/oder eine Mehrzahl an Magnetfelderzeugungsvorrichtungen (12, 20, 27, 28, 29), wobei die Fokussierungseinrichtungen (12, 20, 27, 28, 29) und/oder die Magnetfelderzeugungsvorrichtungen (12, 20, 27, 28, 29) zumindest teilweise und/oder zumindest bereichsweise in unterschiedliche Richtungen fokussierend wirken. Energy filter device (1, 23) according to one of the preceding claims, in particular according to claim 4, characterized by a plurality of focusing devices (12, 20, 27, 28, 29) and / or a plurality of magnetic field generating devices (12, 20, 27, 28, 29), wherein the focusing devices (12, 20, 27, 28, 29) and / or the magnetic field generating devices (12, 20, 27, 28, 29) at least partially and / or at least partially focusing in different directions.
Energiefiltervorrichtung (1 , 23) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich bei zumindest einer Fokussie- rungseinrichtung (12, 20, 27, 28, 29) die Energieabhängigkeit (13, 14) zumindest zeitweise und/oder zumindest teilweise und/oder zumindest bereichsweise als Verschiebung des Brennpunkts (13, 14) äußert, insbesondere als Verschiebung des Brennpunkts (13, 14) in Längsrichtung (11 ) äußert. Energy filter device (1, 23) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one focusing device (12, 20, 27, 28, 29) the energy dependence (13, 14) at least temporarily and / or at least partially and / or or at least partially expressed as a shift of the focal point (13, 14), in particular as a shift of the focal point (13, 14) in the longitudinal direction (11) expresses.
Energiefiltervorrichtung (1 , 23) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Strahlungsseparati- onsvorrichtung (15, 17, 25, 30, 37) zumindest bereichsweise und/oder zumindest teilweise als abschnittsweise Absorbereinrichtung (15, 17, 25, 30, 37) ausgebildet ist. Energy filter device (1, 23) according to any one of the preceding claims, characterized in that at least one radiation separation onsvorrichtung (15, 17, 25, 30, 37) at least partially and / or at least partially as a piece-wise absorber device (15, 17, 25, 30, 37) is formed.
8. Energiefiltervorrichtung (1 , 23) nach einem der vorangehenden Ansprü- che, insbesondere nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Strahlungsseparationsvorrichtung zumindest bereichsweise und/oder zumindest teilweise als Blendeneinrichtung (17, 25, 30, 37) und/oder zumindest bereichsweise und/oder zumindest teilweise als axiale Absorbereinrichtung (15) ausgebildet ist, wobei die zumindest eine Blendeneinrichtung (17, 25, 30, 37) und/oder die zumindest eine axiale8. Energy filter device (1, 23) according to one of the preceding claims, in particular according to claim 7, characterized in that the at least one radiation separation device at least partially and / or at least partially as a diaphragm device (17, 25, 30, 37) and / or at least partially and / or at least partially formed as an axial absorber device (15), wherein the at least one diaphragm device (17, 25, 30, 37) and / or the at least one axial
Absorbereinrichtung (15) zumindest teilweise und/oder zumindest bereichsweise mit schrägstrahloptimierten Oberflächen (26, 31 , 38) versehen ist und/oder zumindest teilweise und/oder zumindest bereichsweise eine kegelstumpfartige (26) und/oder eine doppelkegelstumpfartige Oberfläche (31 ) aufweist. Absorbing device (15) is at least partially and / or at least partially provided with schrägstrahoptimierten surfaces (26, 31, 38) and / or at least partially and / or at least partially a frusto-conical (26) and / or a double truncated cone-like surface (31).
9. Energiefiltervorrichtung (1 , 23) nach einem der vorangehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Strahlungsseparationsvorrichtung (15, 17, 25, 30, 37) als richtungsabhängige Strahlungsseparationsvorrichtung (25, 30,9. Energy filter device (1, 23) according to one of the preceding claims, in particular according to claim 7 or 8, characterized in that at least one radiation separation device (15, 17, 25, 30, 37) as a direction-dependent radiation separation device (25, 30,
37), insbesondere als winkelrichtungsabhängige Strahlungsseparations- vorrichtung (25, 30, 37) ausgebildet ist. 37), in particular as an angular direction-dependent radiation separation device (25, 30, 37) is formed.
10. Energiefiltervorrichtung (1 , 23) nach einem der vorangehenden Ansprü- che, gekennzeichnet durch zumindest eine vorgeschaltete Strahlungs- separationsvorrichtung (25), welche insbesondere eine Strahlungsseparation (25) hinsichtlich des Raumwinkelbereichs (10) der in die Energiefiltervorrichtung (1 , 23) eintretenden Strahlung (3) bewirkt. 1 1. Energiefiltervorrichtung (1 , 23) nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest eine Strahlungsstreuungseinrich- tung (4, 19), insbesondere für ausgehende Strahlung (3, 16), welche vorzugsweise als Streufolieneinrichtung (19) ausgebildet ist und/oder gekennzeichnet durch zumindest eine nachgeschaltete Fokussierungseinrichtung (20), insbesondere für die aus der Energiefiltervorrichtung (1 , 23) austretende Strahlung (3, 16). 10. Energy filter device (1, 23) according to one of the preceding claims, characterized by at least one upstream radiation separation device (25), which in particular a radiation separation (25) with respect to the solid angle range (10) in the energy filter device (1, 23). Incoming radiation (3) causes. 1 1. Energy filter device (1, 23) according to any one of the preceding claims, characterized by at least one Strahlungsstreuungseinrich- device (4, 19), in particular for outgoing radiation (3, 16), which is preferably formed as a scattering film device (19) and / or characterized by at least one downstream focusing device (20), in particular for the radiation from the energy filter device (1, 23) emerging radiation (3, 16).
12. Teilchenstrahlungsquelle (2, 24), insbesondere Teilchenstrahlungsquelle (2, 24) zur Bereitstellung von Teilchenstrahlung (3) mit bestimmten Energien, aufweisend zumindest eine Targeteinrichtung (7), insbesondere zumindest eine Laser-Targeteinrichtung (5, 7), sowie zumindest eine Energiefiltervorrichtung (1 , 23) nach einem der Ansprüche 1 bis 10. 12. Particle radiation source (2, 24), in particular particle radiation source (2, 24) for the provision of particle radiation (3) with certain energies, comprising at least one target device (7), in particular at least one laser target device (5, 7), and at least one Energy filter device (1, 23) according to one of claims 1 to 10.
13. Verfahren zur energieabhängigen Filterung von Strahlung (3), insbesondere von Teilchenstrahlung bevorzugt geladener Teilchen (3), bei dem die Strahlung (3) unter Verwendung zumindest einer energieabhängigen Fokussierungseinrichtung (12, 20, 27, 28, 29) aufgespaltet wird und anschließend mittels zumindest einer Strahlungsseparationsvorrichtung (15, 17, 25, 30, 37) Strahlung (3) mit einer erwünschten Energie separiert wird. 13. A method for energy-dependent filtering of radiation (3), in particular particle radiation of preferably charged particles (3), in which the radiation (3) using at least one energy-dependent focusing device (12, 20, 27, 28, 29) is split and then by means of at least one radiation separation device (15, 17, 25, 30, 37) radiation (3) is separated with a desired energy.
14. Verwendung einer energieabhängigen Fokussierungseinrichtung (15, 17, 25, 30, 37) zur energieabhängigen Filterung von Strahlung (3), insbesondere von Teilchenstrahlung (3) bevorzugt geladener Teilchen, wobei die Strahlung (3) unter Verwendung der energieabhängigen Fokussierungseinrichtung (12, 20, 27, 28, 29) aufgespaltet wird und anschließend mittels zumindest einer Strahlungsseparationsvorrichtung (15, 17, 25, 30, 37) Strahlung (3) mit einer erwünschten Energie separiert wird. 14. Use of an energy-dependent focusing device (15, 17, 25, 30, 37) for the energy-dependent filtering of radiation (3), in particular particle radiation (3) of preferably charged particles, wherein the radiation (3) using the energy-dependent focusing device (12, 20, 27, 28, 29) is split and then by means of at least one radiation separation device (15, 17, 25, 30, 37) radiation (3) is separated with a desired energy.
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