EP4298657A1 - Transmissionsionisationskammer für den ultrahochdosisbereich und zugehöriges verfahren zur herstellung sowie nutzung - Google Patents

Transmissionsionisationskammer für den ultrahochdosisbereich und zugehöriges verfahren zur herstellung sowie nutzung

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Publication number
EP4298657A1
EP4298657A1 EP22725357.2A EP22725357A EP4298657A1 EP 4298657 A1 EP4298657 A1 EP 4298657A1 EP 22725357 A EP22725357 A EP 22725357A EP 4298657 A1 EP4298657 A1 EP 4298657A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electrodes
foils
ionization chamber
ultra
shielding
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22725357.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Sebastian Gerke
Jens Heufelder
Timo Fanselow
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.)
Helmholtz Zentrum Berlin fuer Materialien und Energie GmbH
Original Assignee
Helmholtz Zentrum Berlin fuer Materialien und Energie GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Helmholtz Zentrum Berlin fuer Materialien und Energie GmbH filed Critical Helmholtz Zentrum Berlin fuer Materialien und Energie GmbH
Publication of EP4298657A1 publication Critical patent/EP4298657A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J47/00—Tubes for determining the presence, intensity, density or energy of radiation or particles
    • H01J47/02—Ionisation chambers
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N5/1048—Monitoring, verifying, controlling systems and methods
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/185—Measuring radiation intensity with ionisation chamber arrangements
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N2005/1085—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy characterised by the type of particles applied to the patient
    • A61N2005/1087—Ions; Protons
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N5/1048—Monitoring, verifying, controlling systems and methods
    • A61N5/1071—Monitoring, verifying, controlling systems and methods for verifying the dose delivered by the treatment plan

Definitions

  • the present invention relates to a transmission ionization chamber for the ultra-high dose range and its manufacture and use.
  • a transmission ionization chamber of the type according to the invention is used, for example, in the medical application of ionizing radiation such as proton beams, e.g. for cancer therapy, and there, for example, for determining the dose and dose rate in the tissue to be irradiated.
  • Transmission ionization chambers for ionizing radiation are known in the prior art. Such a generic transmission ionization chamber is disclosed in WO 00/49639 A1.
  • Transmission ionization chambers are used to detect various types of ionizing radiation and can therefore also be used to measure proton radiation.
  • the structure of the chambers can correspond to different geometries, but is basically always traceable back to a capacitor structure.
  • the flat transmission ionization chamber (parallel plate chamber) consists of two parallel capacitor plates that are poled accordingly via a voltage source. Both plates are separated from each other by a certain volume (chamber volume), which must be filled with a gas (filling gas).
  • ionization chambers are filled with air, but noble gases are also often used.
  • the gas molecules are split into negative and positive charge carriers (electrons and ions) through interaction with the radiation.
  • the resulting charged particles move between the anode (positively charged) and cathode (negatively charged) along the electric field, with the electrons causing a current to flow, which is registered by an electrometer.
  • Each measured electron represents a registered ionization.
  • the accumulation of charges depends on the electric field, since this is responsible for the transport speed of the charge carriers.
  • Parallel plate chambers come in a variety of designs.
  • the capacitor electrodes consist of radiolucent foils, which are thinly vapour-deposited with a conductive material such as aluminum or the like. In this type of construction, the direction of irradiation is perpendicular to the electrode plates or foils.
  • Transmission ionization chambers are used as monitor chambers in medical accelerators, as well as chambers for measuring the dose area product or for exposure control in radiological diagnostics.
  • Another design is the flat chamber, in which only one side of the capacitor is radiolucent (mostly foils coated with graphite), while the other electrode is connected to the chamber housing.
  • Flat chambers have a firmly defined, effective measuring point, which is located in the middle directly behind the beam entrance electrode. Depending on the measurement volume, they are also used, for example, for soft beam dosimetry, for dosimetry of beta radiation and for dosimetry of fast electron beams.
  • flash effect whereby the technique promises a lower biologically toxic effect on normal tissue without a collapse in the probability of tumor control.
  • this is achieved by reducing the exposure time to less than half a second.
  • the therapeutic dose rate must be increased by several powers of ten.
  • the range of this so-called ultra-high dose rate radiation therapy covers the range from 40 Gy/s upwards.
  • a radiation chamber or transmission ionization chamber is used as a monitor chamber for dose monitoring. These are constructed in such a way that they hardly change the therapy beam.
  • Conventionally used transmission ionization chambers show significant saturation effects in the ultra-high dose range ( ⁇ 40 Gy/s), which means that measurements can be subject to errors and the applied dose can deviate from the plan, as is the case, for example, in Article 2 by AC Kwamou Ngongang (Saturation effects at high dose rates at a T-REF chamber, bachelor thesis, Beuth Hochhoff fürtechnik, Berlin, 2020).
  • unconventional transmission ionization chambers which are specially designed for the ultra-high dose range and do not saturate, can currently only be produced at very high cost.
  • the object of the present invention is to specify a transmission ionization chamber which, under ultra-high dose conditions, has saturation effects of less than 1% up to a dose rate of the order of 380 Gy/s and can be produced more cost-effectively compared to the prior art.
  • the object is achieved by the features of a transmission ionization chamber for the ultra-high dose range according to claim 1. Furthermore, a method for the manufacture of a transmission ionization chamber for the ultra-high dose range according to claims 1 and 2 and its use is specified.
  • the transmission ionization chamber according to the invention for the ultra-high dose range comprises at least the components listed below.
  • the outer housing is advantageously made of aluminum or a material with similar shielding properties, such as non-ferrous metals such as copper, ferromagnetic materials and iron-nickel alloys such as the so-called "MuMetal".
  • An inner modular case made of a material with a resistivity ⁇ 10 7 D em.
  • the inner housing includes form-fitting Holders for two electrodes and, advantageously, outlets for leads.
  • the electrodes are made of metal-coated plastic foils.
  • the supports for the two electrodes are electrically separated and spaced apart by an isolating ring of electrically insulating material disposed between the electrodes and having a thickness in the range 0.5 mm to 1.5 mm.
  • a signal line and a voltage line for the electrodes and a ground line for the shielding foils or the outer housing which are advantageously routed to the outside through outlets provided for the lines from the inner and outer housing.
  • the electrodes and the shielding foils are clamped onto carrier rings.
  • the components for the inner housing are made of a material that has a specific resistance ⁇ 10 7 ⁇ •cm.
  • plastics or ceramics are suitable materials here.
  • the inner housing is made from a material with a corresponding resistance value that can also be used in additive manufacturing, as also corresponds to one embodiment.
  • Additive manufacturing ensures cost-effective and individually adaptable manufacturing. According to the invention, all methods in which material is applied layer by layer, independently of any method steps that take place after the printing, are to be regarded as additive manufacturing, also referred to as so-called 3D printing.
  • shielding foils are arranged in the windows provided in the outer housing for the passage of a proton beam.
  • the shielding foils form part of the shielding of the transmission ionization chamber against all influences of external electromagnetic fields. In particular, the entire shielding prevents image charge effects in the housing or the transmission ionization chamber that can be observed even without the shielding and impair the stability of the measurement with the transmission ionization chamber.
  • the screen foils are made of metal-coated foils, in particular plastic foils, and are clamped onto a frame (carrier ring).
  • the two electrodes to be arranged in the inner housing, which are arranged between the shielding foils, are also made of metal-coated foils, in particular plastic foils, and are clamped onto a frame (carrier ring).
  • a proton beam which passes through both screen foils and both electrodes during a passage through the transmission ionization chamber, experiences an energy loss through interaction with the metal-coated foils, in particular through the plastic of the foils.
  • this weakening must be taken into account and kept as low as possible.
  • the attenuation is described by the so-called water-equivalent thickness of all foils installed in the chamber and should not be more than 200 ⁇ m.
  • the shielding foils are contacted through the contact to the outer housing and are therefore grounded by contacting the outer housing with a ground cable to ground.
  • One of the electrodes is wired to the signal line and one to the power line. Only shielded cables with outer and inner conductors are to be used as cables, whereby the outer conductor is used for shielding and for grounding.
  • the transmission ionization chamber is shielded by the outer housing for shielding.
  • the outer housing is advantageously made of aluminum or a material with similar shielding properties, such as non-ferrous metals such as copper and aluminum, ferromagnetic materials and iron-nickel alloys such as the so-called "MuMetal".
  • the outer housing is connected to the ground wire together with the shielding foils! grounded, so that the housing and the foils together form a full shielding cage and thus the inner housing with the electrodes is shielded from unwanted, in particular high-frequency (HF) signals and charge influences from the outside.
  • HF high-frequency
  • the electrodes are spaced apart from one another by insulation formed from electrically insulating material (resistance ⁇ 10 7 ⁇ cm).
  • the insulating ring has a thickness in a range from 0.5 mm to 1.5 mm, in a particularly advantageous manner of 1 mm.
  • the spacing of the electrodes according to the invention takes place in order to withdraw the charge carriers from the measurement volume between the electrodes as quickly as possible, and thus to keep the recombination rate and thus saturation effects low.
  • the path that the electrons have to travel back from the ionization site to the electrode decreases. However, this also reduces the measurement volume and thus the measurement yield, which is more than compensated for by the increased dose rate in the ultra-high dose range.
  • Increasing the voltage applied to the electrodes ( ⁇ 300 V) also increases the acceleration of the electrons, leaving less time for recombination and minimizing saturation effects.
  • the design according to the invention also prevents voltage discharges (flashovers) occurring between the electrodes, even at an increased voltage of ⁇ 300 V.
  • the transmission ionization chamber according to the invention also has a larger linearity range between measurement current and dose rate, namely up to a dose rate of 380 Gy/s.
  • the range of linearity depends in particular on the spacing of the electrodes and the voltage used when using the transmission ionization chamber. If necessary, these values should be checked or optimized.
  • the measurement error at high dose rates is reduced by the very good linearity and dose rate fluctuations do not contribute to incorrect measurement of the applied dose. Due to the linearity, the gradient remains the same over the entire radiable power range, which means that fewer calibrations are required in the high dose rate range. This makes the system less error-prone and more robust overall.
  • the method according to the invention for producing transmission ionization chambers for the ultra-high dose range comprises at least the following steps.
  • an inner, modular plastic housing with two windows for the passage of rays is produced additively.
  • the inner housing includes holders for two electrodes.
  • the outer housing is made of aluminum and has two holders for the screen foils.
  • the holders for the electrodes are to be designed in such a way that they are form-fitting with the frame for the electrodes and the holder for the electrodes is designed to receive an insulating ring between the electrodes in a form-fitting manner.
  • the electrodes and shielding foils are manufactured from metal-coated foils.
  • the metal-coated foils are first pretensioned in a pretensioning frame and the foils are then covered with frames for the electrodes and shielding foils while maintaining the pretension. After the adhesive has hardened, the frames and foils are cut out of the pre-tensioned foils. If the foils protrude beyond the frame, this is advantageous for contacting the foils.
  • the method of stretching the foils proposed here guarantees, with the very small distance between the electrodes provided according to the invention, that the foils of the electrodes, but also of the shielding foils, are without unevenness (smooth) that could mean local changes in the distance between the electrodes. Local changes in distance, in particular reductions, between the electrodes are to be avoided in order to rule out flashovers between the electrodes.
  • the electrodes and shielding foils are contacted with electrical lines by providing e.g. clampable soldering lugs on the foil that protrudes beyond the clamping frame of the foils, with the clamp connections being reinforced by means of fasteners, e.g. electrically insulating adhesive tape, glue or other hardening materials.
  • the lines are designed as coaxial cables (see also above).
  • the components that form the inner and outer housing as well as the shielding foils, the electrodes and the insulation along with the contacts are ultimately assembled and fixed to one another mechanically, e.g. by screwing, or chemically, e.g. by gluing.
  • the method according to the invention enables the transmission ionization chamber according to the invention for the ultra-high-dose range to be manufactured in a cost-effective manner that can be assembled and is nevertheless individually adaptable.
  • Fig. 1 Schematic representation of an inventive
  • Transmission ionization chamber for the ultra-high dose range as an exploded drawing of individual components.
  • 1 shows a schematic representation of a transmission ionization chamber according to the invention for the ultra-high dose range as an exploded drawing of individual components.
  • the components are to be addressed as follows: 1a, 1b are the modular components which form the outer housing together with outlets for lines 4. These are made of aluminum in the exemplary embodiment. Also shown are the holders for the form-fitting accommodation of the electrodes 2a, 2b - the electrodes are not shown - which also serve to space the electrodes from the shielding foils (not shown). These form the outer boundary of the inner housing.
  • For the screen foils are in the housing halves 1a,
  • the electrodes are spaced apart by an insulating ring 3 placed between them.
  • the dimensions are designed so that the electrodes, the shielding foils and the insulating ring 3, form-fitting so in the housing with the Brackets 1c, 1d, 2a, 2b can be arranged such that contact is made between the components at possible contact points of the components.
  • the design of the inner housing as a kit with individual components 2a, 2b, 3 to be assembled, shown in FIG. 1, is designed as a geometric model using the 3D design software “Fusion 360” (Autodesk, San Rafael, USA).
  • Fusion 360 Autodesk, San Rafael, USA.
  • Electrodes 1 b provided with recesses as windows and a recess for a cable bushing 4 made of aluminum.
  • Two internal holders 2a, 2b are provided to hold the electrodes, which form the inner, modular housing, which at the same time also space the electrodes from the shielding foils, which are fitted into the two shells of the outer housing 1a, 1b.
  • An insulating ring 3 is inserted between the electrodes, which electrically insulates the electrodes from one another and also spaces them at a distance of 1 mm, corresponding to the thickness of the insulating ring 3 .
  • Rings with a thickness of 1 mm, an inner diameter of 50 mm and an outer diameter of 70 mm are constructed as carriers for the metal-coated foils, for the production of both the electrodes and the shielding foils, which also essentially determine the dimensions of the transmission ionization chamber in the exemplary embodiment. Together with the foils fixed on the rings, they are fitted into the recesses or holders provided in the housing.
  • the inner housing and the insulating ring 3 are made of PLA (polylactic acid). Depending on its composition, PLA has a specific resistance of up to 10 16 ⁇ m. All parts are made using additive manufacturing (3D printing). To manufacture the supported screen foils and electrodes, as components of the transmission ionization chamber according to the invention, the metal-coated foils are placed on support rings, also made additively from PLA.
  • the foil used has a thickness of 25 gm and consists of the plastic polyimide and is metallized with a 30 nm thick aluminum layer.
  • foils To tension or tighten the foils, they are stretched in a tensioning device made of three aluminum frames, which interlock through a clever arrangement of elevations and depressions in such a way that the foils are clamped tautly between the frames.
  • the aluminum frames are fixed with screws , so that the stretched film can then be edited.
  • the carrier rings also made of PLA and 3D printed, are placed on the foil and distributed evenly.
  • Foil and carrier rings should advantageously be thoroughly cleaned and degreased with isopropanol before gluing the rings to the foil.
  • the rings are then attached to the foil with a two-component adhesive. It is important that the carrier rings are glued to the plastic side of the foil in such a way that the metallised sides of the electrodes face each other after installation in the inner housing.
  • the adhesive is harden so that the tensioned state of the film is maintained after the tensioning device has been released.
  • a high voltage on the foils is essential so that a homogeneous distance over the entire surface between the electrodes is possible.
  • the film is released from the clamping device and the rings with the adhesive tape are cut out individually. When cutting out, some foil is left over the ring in order to be able to contact the cable lines here.
  • mechanical contacting by means of a clamped soldering lug, combined with soldering with soldering silver is used.
  • the contact is also reinforced with insulating tape.
  • the shielding foils are electrically contacted through direct contact with the outer aluminum housing.
  • the outer housing is also contacted with cables.
  • the cables contacted at the electrodes are led out of the inner housing through the cable guide 4 .
  • the electrodes are contacted laterally offset to each other. The different positions avoid short circuits under the contact points.
  • the inner line is shielded by a braided ground line. Cable shielding is essential to minimize the pick-up of interference signals from stray electronics or electrical fields.
  • a signal line and a voltage line are placed on the electrodes, using the cable core in each case, and a ground line is connected to the outer housing and thus also to the two shielding foils, using the outer conductor.
  • the outer conductors of all cables are grounded.
  • an aluminum housing is used as the outer housing 1a, 1b, which together with the shielding foils and the shielded cables forms a full-enclosing cage and serves to shield the entire system from unwanted high-frequency (HF) signals and external charge influences.
  • the transmission ionization chamber is filled with air.
  • a ventilation access to the measurement volume between the electrodes is also provided. It is therefore to be treated like an air-filled open transmission ionization chamber (corrected for temperature and air pressure).
  • Measured values of the transmission ionization chamber according to the invention are shown in FIG. 2, which reflect the response behavior.
  • the linearity range extends up to 10 nA proton current, which corresponds to a dose rate of approx. 380 Gy/s.
  • FIG. 2 shows the current values that were measured with the transmission ionization chamber and, in addition, a linear regression of the measured values up to 10 nA proton current in an extended representation.
  • the measurement signal of the transmission ionization chamber according to the invention (left scale) is calibrated to the dose (right scale) on the basis of comparative measurements with an already calibrated measuring device of the prior art that does not work in the transmission mode.
  • the transmission ionization chamber according to the invention has a linearity range, when used under an operating voltage of 300 V, up to a dose rate of 380 Gy/s with saturation effects below one percent.
  • the transmission ionization chamber according to the invention for the ultra-high dose range is therefore suitable for supplying valid measurement data in the ultra-high dose range of up to 380 Gy/s using high voltages and is also inexpensive

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Transmissionsionisationskammer für den Ultrahochdosisbereich, welche mindestens ein äußeres modulares Gehäuse (1a, 1b) zur Schirmung, ausgestattet mit Schirmfolien für die Passage der ionisierenden Strahlung und ein inneres modulares Gehäuse (2a, 2b) aus einem Material mit einem spezifischen Widerstand ≥ 107 Ω·cm umfasst. Das innere Gehäuse umfasst dabei formschlüssige Halterungen (2a, 2b) für zwei Elektroden. Die Elektroden sind aus metallbeschichteten Kunststofffolien gefertigt und durch einen zwischen den Elektroden angeordneten Isolierring (3) aus elektrisch isolierendem Material, der erfindungsgemäß eine Dicke in einem Bereich von 0,5 mm bis 1,5 mm aufweist, elektrisch getrennt und beabstandet angeordnet sind. Die Elektroden und Schirmfolien sind auf Trägerringen aufgespannt. Eine Signalleitung und eine Spannungsleitung für die Elektroden sowie eine Masseleitung für das äußere Gehäuse und die Schirmfolien sind weiterhin umfasst. Die Transmissionsionisationskammer wird zur Nutzung im Ultrahochdosisbereich bei einer Spannung von ≥ 300 V betrieben. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der Transmissionsionisationskammer für den Ultrahochdosisbereich ist durch die Vorspannung der Folien für die Elektroden und die Schirmfolien ausgezeichnet, welche hernach mit Trägerringen beklebt werden. Das innere Gehäuse ist zudem erfindungsgemäß additiv zu fertigen.

Description

Bezeichnung
Transmissionsionisationskammer für den Ultrahochdosisbereich und zugehöriges Verfahren zur Herstellung sowie Nutzung
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Transmissionsionisationskammer für den Ultrahochdosisbereich und deren Herstellung sowie Nutzung. Eine Transmissionsionisationskammer der erfindungsgemäßen Art wird z.B. in der medizinischen Anwendung von ionisierender Strahlung wie z.B. Protonenstrahlen, z.B. zur Krebstherapie, und dort z.B. zur Bestimmung von Dosis und Dosisleistung im zu bestrahlenden Gewebe, verwendet.
Stand der Technik
Transmissionsionisationskammern für ionisierende Strahlung sind im Stand der Technik bekannt. In der WO 00/49639 A1 ist eine solche, gattungsgemäße Transmissionsionisationskammer offenbart.
Transmissionsionisafionskammern werden zur Detektion verschiedener ionisierender Strahlungsarten eingesetzt und können damit auch zur Messung von Protonenstrahlung eingesetzt werden. Der Aufbau der Kammern kann unterschiedlichen Geometrien entsprechen, ist aber im Grunde immer auf einen Kondensatoraufbau zurückführbar. Bei der flachen Transmissions- ionisationskammer (Parallelplattenkammer) handelt es sich um zwei parallele Kondensatorplatten, die über eine Spannungsqueile entsprechend gepolt sind. Beide Platten sind durch ein bestimmtes Volumen (Kammervolumen) voneinander getrennt, weiches mit einem Gas gefüllt sein muss (Füilgas).
Dies wird durch die zu messende Strahlung ionisiert. In vielen Fällen werden Ionisationskammern mit Luft befüili jedoch kommen auch oft Edelgase zum Einsatz, Die Gasmoleküle werden durch Wechselwirkungen mit der Strahlung in negative und positive Ladungsträger (Elektronen und Ionen) aufgespalten. Die entstehenden geladenen Teilchen bewegen sich zwischen Anode (positiv geladen) und Kathode (negativ geladen) entlang des elektrischen Feldes, wobei die Elektronen für einen Stromfluss sorgen, welcher über ein Elektrometer registriert wird. Dabei steht jedes gemessene Elektron für eine registrierte Ionisation. Die Ladungssammlung ist dabei von dem elektrischen Feld abhängig, da dieses für die Transportgeschwindigkeit der Ladungsträger verantwortlich ist.
Parallelplattenkammern gibt es in verschiedenen Ausführungen. In den gattungsgemäßen Transmissionsionisationskammern bzw. Durchstrahl- kammern zur Dosismessung bestehen die Kondensatorelektroden aus strahlendurchlässigen Folien, welche mit einem leitenden Material wie Aluminium oder ähnlichem dünn bedampft sind. Die Einstrahlrichtung bei dieser Bauart ist senkrecht zu den Elektrodenplatten bzw. den Folien. Anwendungsbereiche von Transmissionsionisafionskammern sind der Einsatz als Monitorkammern bei medizinischen Beschleunigern, sowie Kammern zur Messung des Dosisflächenproduktes oder zur Belichtungssteuerung in der radioiogischen Diagnostik. Eine andere Bauform ist die Flachkammer, bei der nur eine Seite des Kondensators strahlendurchlässig ist (meist Folien mit Graphit beschichtet), während die andere Elektrode mit dem Kammergehäuse verbunden ist. Flachkammern haben einen fest definierten effektiven Messort, welcher sich mittig direkt hinter der Strahleintrittselektrode befindet. Je nach Messvolumen werden sie z.B. auch zur Weichstrahldosimetrie, zur Dosimetrie von Betastrahlung sowie zur Dosimetrie schneller Elektronenstrahlung eingesetzt.
In den letzten Jahren haben Forschungsstudien eine Technik zum Vorschein gebracht, die eine Strahlendosis noch einmal deutlich verträglicher für Normalgewebe in das Ziel einbringt. Das Schlüsselwort für diese Technik lautet „Flash-Effekt“, wobei die Technik eine geringere biologisch toxische Wirkung auf Normalgewebe ohne Einbruch der Tumorkontroll- wahrscheinlichkeit verspricht. Erreicht wird dieser Umstand zum einen durch das Herabsetzen der Expositionszeit auf unter eine halbe Sekunde oder weniger. Um in dieser Zeit die benötigte Dosis in das Ziel zu applizieren, muss die therapeutische Dosisleistung zum anderen um mehrere Zehnerpotenzen erhöht werden. Der Bereich dieser sogenannten Ultrahochdosisraten- Strahlentherapie (Flash-Bestrahlung) umfasst den Bereich ab 40 Gy/s aufwärts. In dem Aufsatz 1 von M. Durante et al. (Faster and safer? FLASH ultra-high dose rate in radiotherapy, The British journal of radiology, Jg. 91 ,
Nr. 1082, 2018, 20170628) ist die Uitrahochdosisraten („Flash“)-Bestrahlung näher erläutert. Eine Therapie in einem solchen Bereich setzt allerdings voraus, dass die Applikation voll kontrollierbar und möglichst fehlerfrei durchführbar sein kann. Nur wenige der bisher konventionell eingesetzten Ionisationsmesskammern sind für einen solch hohen Dosisieistungsbereich konstruiert und ausgelegt. Flachkammern wie bspw. die Advanced Markus®- Kammer von PTW-Freiburg kommen zwar in Frage, da sie auch bei sehr hohen Dosisraten nicht in Sättigung gehen, allerdings beeinflussen sie durch ihre Bauart den Therapiestrahl zu sehr und wirken daher nicht strahlerhaitend, weshalb sie während der Therapie nicht eingesetzt werden können. Daher verwendet man bei medizinischen Bestrahlern eine Durchstrahlkammer bzw. Transmissionsionisationskammer als Monitorkammer zur Dosisüberwachung. Diese sind so konstruiert, dass sie den Therapiestrahl kaum verändern. Konventionell eingesetzte Transmissionsionisationskammern weisen wiederum im Ultrahochdosisbereich (≥ 40 Gy/s) deutliche Sättigungseffekte auf, wodurch Messungen vermehrt fehierbehaftet sein können und damit die applizierte Dosis vom Plan abweichen kann, wie es z.B. in dem Aufsatz 2 von A. C. Kwamou Ngongang (Sättigungseffekte bei hoher Dosisleistung an einer T-REF Kammer, Bachelorarbeit, Beuth Hochschule für Technik, Berlin, 2020) dargestellt ist. Unkonventionelle Transmissionsionisationskammern, welche speziell für den Ultrahochdosisbereich konzipiert sind und nicht sättigen, sind zudem zurzeit nur sehr hochpreisig herstellbar.
Aufgabenstellung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Transmissions- ionisationskammer anzugeben, welche unter Ultrahochdosisbedingungen Sättigungseffekte von kleiner 1 % bis zu einer Dosisleistung in der Größe von 380 Gy/s aufweist und im Vergleich zum Stand der Technik kostengünstiger herstellbar ist.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale einer Transmissionsionisationskammer für den Ultrahochdosisbereich gemäß des Anspruchs 1 gelöst. Weiterhin wird ein Verfahren für die Fertigung einer Transmissionsionisationskammer für den Ultrahochdosisbereich gemäß der Ansprüche 1 und 2 angegeben und deren Nutzung.
Die erfindungsgemäße Transmissionsionisationskammer für den Ultrahochdosisbereich umfasst mindestens die im Folgenden aufgeführten Bauteile.
Ein äußeres modulares Gehäuse zur Schirmung, ausgestattet mit Schirmfolien für eine Transmission ionisierender Strahlung. Das äußere Gehäuse ist in vorteilhafterweise aus Aluminium oder einem Material mit ähnlichen Schirmungseigenschaften gefertigt, wie z.B. Nichteisenmetalle wie Kupfer, ferromagnetische Materialien und Eisen-Nickel-Legierungen wie z.B. das sogenannte „MuMetall“.
Ein inneres modulares Gehäuse aus einem Material mit einem spezifischen Widerstand ≥ 107 D em. Das innere Gehäuse umfasst dabei formschlüssige Halterungen für zwei Elektroden und in vorteilhafter Weise Ausgänge für Leitungen.
Die Elektroden sind aus metallbeschichteten Kunststofffolien gefertigt. Die Halterungen für die zwei Elektroden sind durch einen, zwischen den Elektroden angeordneten Isolierring aus elektrisch isolierendem Material, der eine Dicke in einem Bereich von 0,5 mm bis 1,5 mm aufweist, elektrisch getrennt angeordnet und beabstandet.
Des Weiteren umfasst sind eine Signalleitung und eine Spannungsleitung für die Elektroden sowie eine Masseleitung für die Schirmfolien bzw. das äußere Gehäuse, die in vorteilhafter Weise durch hierfür vorgesehene Ausgänge für die Leitungen aus dem inneren und äußeren Gehäuse nach außen geführt sind.
Die Elektroden und die Schirmfolien sind auf Trägerringen aufgespannt.
Die Bauteile für das innere Gehäuse sind aus einem Material gefertigt, dass einen spezifischen Widerstand ≥ 107 Ω •cm aufweist. Insbesondere sind hier Kunststoffe oder Keramiken geeignete Materialien. In besonders vorteilhafter Weise ist das innere Gehäuse aus einem Material mit entsprechendem Widerstandswert gefertigt, dass zugleich in einer additiven Fertigung verwendet werden kann, wie es auch einer Ausführungsform entspricht. Die additive Fertigung gewährleistet eine kostengünstige und individuell anpassbare Fertigung. Ais additive Fertigung, auch als sogenannter 3D-Druck anzusprechen, sind erfindungsgemäß alle Verfahren anzusehen, in denen Material Schicht um Schicht aufgetragen wird unabhängig von etwaigen nach dem Druck erfolgenden Verfahrensschritten.
Die Abmessungen des inneren und äußeren Gehäuses, bis auf den Abstand der Elektroden zueinander (siehe unten) sind dabei den Anforderungen der angedachten Verwendung der Transmissionsionisationskammer anzupassen. In den, in dem äußeren Gehäuse vorgesehenen Fenstern zum Durchtritt eines Protonenstrahls werden sogenannte Schirmfolien angeordnet. Die Schirmfolien bilden einen Teil der Abschirmung der Transmissions- ionisationskammer gegen sämtliche Einflüsse äußerer elektromagnetischer Felder. Die gesamte Schirmung verhindert insbesondere auch ohne die Schirmung zu beobachtende Bildladungseffekte in dem Gehäuse bzw. der Transmissionsionisafionskammer, die die Stabilität der Messung mit der Transmissionsionisationskammer beeinträchtigen. Die Schirmfolien sind aus metallbeschichteten Folien, insbesondere Kunststofffolien gebildet und auf einem Rahmen (Trägerring) aufgespannt
Die zwei in dem inneren Gehäuse anzuordnenden Elektroden, welche zwischen den Schirmfolien angeordnet sind, sind ebenfalls aus metallbeschichteten Folien, insbesondere Kunststofffolien gebildet und auf einem Rahmen (Trägerring) aufgespannt.
Ein Protonenstrahl, der bei einer Passage durch die Transmissions- ionisationskammer durch beide Schirmfolien und beide Elektroden durchtritt, erfährt durch Wechselwirkung mit den metallbeschichteten Folien einen Energieverlust, insbesondere durch den Kunststoff der Folien. Bei der Ausführung der metallbeschichteten Folien ist diese Abschwächung zu berücksichtigen und möglichst gering zu halten. Die Abschwächung wird durch die sogenannte wasseräquivalente Dicke aller in der Kammer verbauten Folien beschrieben und sollte nicht mehr als 200 μm betragen.
Die Schirmfolien sind durch den Kontakt zu dem äußeren Gehäuse kontaktiert und dadurch, durch die Kontaktierung des äußeren Gehäuses mit einem Massekabel zur Erdung, geerdet. Von den Elektroden ist eine zur Signalleifung und eine zur Spannungsleitung verkabelt. Als Kabel sind ausschließlich geschirmte Kabel mit Außen- und Innenleiter einzusetzen, wobei der Außenleiter zur Schirmung dient und zur Erdung verwendet wird. Die Schirmung der Transmissionsionisationskammer ist durch das äußere Gehäuse zur Schirmung gegeben. Das äußere Gehäuse ist in vorteiihafterweise aus Aluminium oder einem Material mit ähnlichen Schirmungseigenschaften gefertigt, wie z.B. Nichteisenmetalle wie Kupfer und Aluminium, ferromagnetische Materialien und Eisen-Nickel-Legierungen wie z.B. das sogenannte „MuMetall“. Das äußere Gehäuse ist zusammen mit den Schirmfolien über das Massekabe! geerdet, so dass das Gehäuse und die Folien zusammen einen vollumfassenden Käfig zur Abschirmung bilden und somit das innere Gehäuse mit den Elektroden vor unerwünschten, insbesondere hochfrequenten (HF-) Signalen und Ladungseinflüssen von außen abgeschirmt ist.
Die Elektroden sind über einen Isolierung, der aus elektrisch isolierendem Material (Widerstand ≥ 107 Ω •cm) gebildet ist voneinander beabstandet. Der isolierring weist dabei erfindungsgemäß eine Dicke in einem Bereich von 0,5 mm bis 1,5 mm auf, in besonders vorteilhafter Weise von 1 mm.
Die erfindungsgemäße Beabstandung der Elektroden erfolgt, um die Ladungsträger möglichst schnell aus dem Messvolumen zwischen den Elektroden abzuziehen, und so die Rekombinationsrate und damit Sättigungseffekte gering zu halten. Mit der Verringerung des Elektrodenabstands verringert sich der Weg, den die Elektronen vom lonisationsort bis zur Elektrode zurückiegen müssen. Allerdings verringern sich dadurch auch das Messvolumen und damit die Messausbeute, was aber durch die erhöhte Dosisrate im Ultrahochdosisbereich mehr als kompensiert wird. Durch eine Erhöhung einer an den Elektroden anliegenden Spannung (≥ 300 V), wird die Beschleunigung der Elektronen zudem erhöht, wodurch weniger Zeit zum Rekombinieren bleibt und Sättigungseffekte minimiert werden. Die erfindungsgemäße Ausführung verhindert dabei zudem, dass es zu Spannungsentladungen (Überschlägen) zwischen den Elektroden, auch bei erhöhter Spannung von ≥ 300 V kommt. Im Vergleich zu anderen Messgeräten, die Transmissionsionisationskammern zur Dosismessung verwenden, weist die erfindungsgemäße Transmissions- ionisationskammer zudem einen größeren Linearitätsbereich zwischen Messstrom und Dosisleistung auf, nämlich bis zu einer Dosisleistung von 380 Gy/s. Der Bereich der Linearität hängt dabei insbesondere von der Beabstandung der Elektroden und der bei der Nutzung der Transmissions- ionisationskammer verwendeten Spannung ab. Eine Überprüfung oder Optimierung dieser Werte ist gegebenenfalls vorzunehmen. Der Messfehler bei hohen Dosisraten ist durch die sehr gute Linearität reduziert und Dosisleistungsschwankungen tragen nicht zur Fehlmessung der applizierten Dosis bei. Durch die Linearität bleibt der Gradient über den gesamten abstrahlbaren Leistungsbereich gleich, wodurch weniger Kalibrierungen im hohen Dosisleistungsbereich erforderlich werden. Das System ist dadurch weniger fehleranfällig und insgesamt robuster.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung Transmissions- ionisationskammer für den Ultrahochdosisbereich umfasst mindestens die folgenden Schritte.
In einem 1. Schritt erfolgt eine additive Fertigung eines inneren, modular aufgebauten Gehäuses aus Kunststoff mit zwei Fenstern für die Passage von Strahlen. Das innere Gehäuse umfasst dabei Halterungen für zwei Elektroden. Das äußere Gehäuse ist aus Aluminium gefertigt und weist zwei Halterungen für die Schirmfolien auf. Die Halterungen für die Elektroden sind dabei so auszuführen, dass diese formschiüssig mit Rahmen für die Elektroden sind und dabei die Halterung für die Elektroden zur formschlüssigen Aufnahme eines Isoiierrings zwischen den Elektroden ausgeführt ist. Zudem sind in vorteilhafter Weise Ausgänge für Leitungen zur Kontaktierung der Elektroden als Aussparungen in den Bauteilen oder Öffnungen in den Bauteilen des inneren und äußeren Gehäuses vorzusehen. In einem weiteren Schritt erfolgt die Fertigung der Elektroden und Schirmfolien aus mit Metall bedampften Folien. Die metallbedampften Folien werden erfindungsgemäß in einem Vorspannrahmen zunächst vorgespannt und die Folien dann anschließend, unter behalt der Vorspannung, mit Rahmen für die Elektroden und Schirmfolien beklebt. Die Rahmen samt Folien werden nach Verfestigung des Klebers aus den vorgespannten Folien ausgeschnitten. Ein Überstand der Folien über die Rahmen ist dabei vorteilhaft zur Kontaktierung der Folien. Das hier vorgeschlagene Verfahren der Aufspannung der Folien garantiert, bei dem erfindungsgemäß vorgesehenen sehr geringen Abstand zwischen den Elektroden, dass die Folien der Elektroden, aber auch der Schirmfolien, ohne Unebenheiten (glatt), die lokale Abstandsveränderungen zwischen den Elektroden bedeuten könnten, sind. Lokale Abstands- veränderungen, insbesondere Verringerungen, zwischen den Elektroden sind zu vermeiden, um Überschläge zwischen den Elektroden auszuschließen.
Die Elektroden und Schirmfolien werden mit elektrischen Leitungen kontaktiert, in dem auf über die spannenden Rahmen der Folien hinaus überstehende Folie mit z.B. klemmbaren Lötösen versehen werden, wobei die Klemmverbindungen durch Festigungsmittel, z.B. elektrisch isolierendes Klebeband, Klebstoff oder andere härtende Materialien versteift werden. Die Leitungen sind als koaxiale Kabel (siehe auch oben) ausgeführt. Ein Isolierring zur Trennung der Elektroden und formschlüssigem Einfügen in das innere Gehäuse, in einer Dicke im Bereich von 0,5 mm bis 1,5 mm ist bereitzustellen. Die Bauteile, die das innere und äußere Gehäuse bilden sowie die Schirmfolien, die Elektroden und der Isolierung nebst Kontaktierungen werden letztendlich zusammengefügt und mechanisch, z.B. über Verschraubung oder chemisch, z.B. über Verklebung, aneinander fixiert.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine kostengünstige, konfektionierbare und dabei dennoch individuell anpassbare Herstellung der erfindungsgemäßen Transmissionsionisationskammer für den Uitrahochdosisbereich. Ausführunqsbeispiel
Die Erfindung soll in einem Ausführungsbeispiel und anhand von 2 Figuren näher erläutert werden.
Die Figuren zeigen:
Fig. 1: Schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Transmissionsionisationskammer für den Ultrahochdosisbereich als Explosionszeichnung einzelner Bauteile.
Fig. 2: Diagramm des Messstroms vs. Protonenstroms und der zugehörigen Dosisleistung der erfindungsgemäßen Transmissions- ionisationskammer für den Ultrahochdosisbereich.
Die Fig. 1 zeigt eine Schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Transmissionsionisationskammer für den Ultrahochdosisbereich als Explosionszeichnung einzelner Bauteile. Die Bauteile sind wie folgt anzusprechen: 1a, 1b sind die modularen Bauteile, die das äußere Gehäuse bilden, zusammen mit Ausgängen für Leitungen 4. Diese sind im Ausführungsbeispiel aus Aluminium gefertigt. Weiterhin gezeigt sind die Halterungen zur formschlüssigen Aufnahme für die Elektroden 2a, 2b, -die Elektroden sind nicht gezeigt- die auch zur Beabstandung der Elektroden zu den Schirmfolien (nicht gezeigt) dienen. Diese bilden die äußere Begrenzung des inneren Gehäuses. Für die Schirmfolien sind in den Gehäusehälften 1a,
1b ebenfalls Halterungen zur formschlüssigen Aufnahme vorgesehen 1c, 1 d, in der Figur nur für die untenliegende Hälfte sichtbar (1 c). Die Elektroden werden durch einen Isolierring 3 beabstandet, weicher zwischen ihnen angeordnet wird. Die Abmessungen sind so gestaltet, dass die Elektroden, die Schirmfolien und der Isolierring 3, formschlüssig so in den Gehäusen mit den Halterungen 1c, 1 d, 2a, 2b anordenbar sind, dass zwischen den Bauteilen an möglichen Berührungspunkten der Bauteile Kontakt hergestellt ist.
Die Ausführung des inneren Gehäuses als Bausatz mit einzelnen, zusammenzusetzenden Bauteilen 2a, 2b, 3, gezeigt in Fig.1 , wird mithilfe der 3D- Konstruktions-Software „Fusion 360“ (Autodesk, San Rafael, USA) als geometrisches Modell entworfen. Im Ausführungsbeispiel sind für die Wände des äußeren Gehäuses zwei, nach Zusammenbau außenliegende Hälften 1a,
1 b, mit Aussparungen als Fenster und einer Aussparung für eine Kabel- durchführung 4 aus Aluminium vorgesehen. Zur Halterung der Elektroden sind zwei innenliegende Halterungen 2a, 2b vorgesehen, die das innere, modular aufgebaute Gehäuse bilden, die zugleich auch die Elektroden von den Schirmfolien, welche in die beiden Schalen des äußeren Gehäuses 1a, 1b eingepasst werden, beabstanden. Zwischen die Elektroden wird ein Isolierring 3 eingefügt, der die Elektroden voneinander elektrisch isoliert und diese auch mit einem Abstand von 1 mm, entsprechend der Dicke des Isolierrings 3, beabstandet.
Als Träger für die metallbeschichteten Folien, zur Fertigung sowohl der Elektroden als auch der Schirmfolien, werden Ringe mit 1 mm Stärke, 50 mm Innendurchmesser und 70 mm Außendurchmesser konstruiert, wodurch auch im Wesentlichen die Abmessungen der Transmissionsionisationskammer im Ausführungsbeispiel bestimmt sind. Sie werden mitsamt der auf den Ringen fixierten Folien in die dafür vorgesehenen Aussparungen bzw. Halterungen im Gehäuse eingepasst.
Das innere Gehäuse und der Isolierring 3 sind im Ausführungsbeispiel aus PLA (von engl. polyactid acid, dt. Polymilchsäuren) gefertigt. PLA besitzt je nach Zusammensetzung einen spezifischen Widerstand von bis zu 1016 Ωm. Alle Teile werden in additiver Fertigung (als 3D-Druck) ausgeführt. Zur Fertigung der geträgerten Schirmfolien und Elektroden, als Bauteile der erfindungsgemäßen Transmissionsionisationskammer, werden die metallbeschichteten Folien auf Trägerringe, ebenfalls aus PLA additiv gefertigt, gebracht. Die verwendete Folie weist eine Dicke von 25 gm auf und besteht aus dem Kunststoff Polyimid und ist mit einer 30 nm dicken Aluminiumschicht metallisiert. Zur Spannung bzw. Straffung der Folien werden diese in einer Spannvorrichtung aus drei Aluminiumrahmen, welche durch eine geschickte Anordnung von Erhöhungen und Vertiefungen auf eine Art ineinandergreifen, so dass die Folien zwischen den Rahmen straff eingespannt wird, aufgespannt, Mithilfe von Schrauben werden die Aluminiumrahmen fixiert, sodass im Anschluss die gestraffte Folie bearbeitet werden kann.
Sobald die Folie gestrafft in der Spannvorrichtung fixiert ist, werden vier der ebenfalls aus PLA und im 3D-Druck gedruckten Trägerringe auf die Folie aufgelegt und gleichmäßig verteilt. Folie und Trägerringe sollten in vorteilhafter Weise vor dem Aufkleben der Ringe auf die Folie gründlich mit Isopropanol gereinigt und entfettet werden. Die Ringe werden anschließend mit einem Zwei-Komponenten-Klebstoff auf der Folie befestigt. Es ist wichtig, dass die Trägerringe auf die Kunststoffseite der Folie derart geklebt werden, so dass sich die metallbedampften Seiten der Elektroden nach dem Einbau in das innere Gehäuse gegenüberstehen.
Dem Aushärten des Klebers ist in vorteilhafter Weise genügend Zeit zu gegeben, so dass der gespannte Zustand der Folie nach Lösen der Spannvorrichtung aufrecht erhalten bleibt. Eine hohe Spannung auf den Folien ist essentiell, damit ein homogener Abstand über die gesamte Fläche zwischen den Elektroden möglich ist. Nach dem Aushärten des Klebers wird die Folie aus der Spannvorrichtung gelöst und die beklebten Ringe werden einzeln ausgeschnitten. Beim Ausschneiden wird etwas Folie über den Ring hinausstehen gelassen, um hier die Kabelleitungen kontaktieren zu können. Zur Kontaktierung der Elektroden mit Kabeln, wird eine mechanische Kontaktierung per angeklemmter Lötöse, kombiniert mit Löten mit Lötsilber verwendet. Die Kontaktierung wird zudem durch Isolierband verstärkt. Die Schirmfolien sind durch direkten Kontakt zum äußeren Gehäuse aus Aluminium elektrisch kontaktiert. Das äußere Gehäuse wiederum ist auch mit Kabeln kontaktiert.
Alle Foiienträger werden nacheinander in die Gehäuseteile eingesetzt und mit gegebenenfalls Drahtleitungen (Kabeln) kontaktiert, bis alle Komponenten verbaut sind.
Die an den Elektroden kontaktierten Kabel, ausgeführt als Koaxialkabel, werden durch die Kabelführung 4 aus dem inneren Gehäuse ausgeführt. Die Elektroden werden seitlich zueinander versetzt kontaktiert. Durch die unterschiedlichen Positionen werden Kurzschlüsse unter den Kontaktstellen vermieden. Es sind im Ausführungsbeispiel Koaxialkabel in einer Ausführung von einem Millimeter Durchmesser und handelsüblichen Steckverbindungen zum weiteren Anschluss zur Signalauslesung der Transmissions- ionisationskammer. Bei den verwendeten Kabeln ist die innere Leitung von einer geflochtenen Masseleitung abgeschirmt. Die Schirmung der Kabel ist essentiell, um die Aufnahme von Störsignalen streuender Elektronik oder elektrischer Felder zu minimieren. Eine Signalleitung und eine Spannungs- ieitung werden auf die Elektroden gelegt, wobei jeweils die Kabel-Seele verwendet wird, und eine Masseieitung wird mit dem äußeren Gehäuse und damit auch mit den beiden Schirmfolien verbunden, wobei der Außenleiter verwendet wird. Die Außenleiter aller Kabel werden auf Masse gelegt.
Als äußeres Gehäuse ist im Ausführungsbeispiel ein Aluminium-Gehäuse verwendet 1a, 1b, welches zusammen mit den Schirmfolien und den geschirmten Kabeln einen voilumfassenden Käfig bildet und zur Abschirmung des gesamten Systems vor unerwünschten hochfrequenten (HF-) Signalen und Ladungseinflüssen von außen dient. Im Ausführungsbeispiel ist die Transmissionsionisationskammer mit Luft gefüllt. Ein Belüftungszugang zum Messvolumen zwischen den Elektroden ist zusätzlich vorgesehen. Somit ist sie wie eine luftgefülite offene Transmissionsionisationskammer zu behandeln (Korrektur nach Temperatur und Luftdruck).
In der Fig. 2 sind Messwerte der erfindungsgemäßen Transmissions- ionisationskammer gezeigt, die das Ansprechverhalten wiedergeben. Der Linearitätsbereich erstreckt sich bis zu 10 nA Protonenstrom, was einer Dosisleistung von ca. 380 Gy/s entspricht. In der Fig. 2 gezeigt sind die Stromwerte, die mit der Transmissionsionisationskammer gemessen wurden und zusätzlich eine lineare Regression der Messwerte bis 10 nA Protonenstrom in verlängerter Darstellung. Anhand von Vergleichsmessungen mit einem bereits kalibrierten Messgerät des Standes der Technik, das nicht im Transmissionsmodus arbeitet, wird das Messsignal der erfindungs- gemäßen Transmissionsionisationskammer (linke Skala) auf die Dosis (rechte Skala) kalibriert.
Es ist festzustellen, dass die erfindungsgemäße Transmissions- ionisationskammer einen Linearitätsbereich, bei Nutzung unter 300 V Betriebsspannung, bis zu einer Dosisleistung von 380 Gy/s mit Sättigungseffekten unterhalb von einem Prozent aufweist.
Die erfindungsgemäße Transmissionsionisationskammer für den Ultrahochdosisbereich ist mithin geeignet im Ultrahochdosisbereich bis 380 Gy/s valide Messdaten unter Nutzung hoher Spannungen zu liefern und ist zudem kostengünstig

Claims

Patentansprüche
1. Transmissionsionisationskammer für den Ultrahochdosisbereich mindestens umfassend
- ein äußeres modulares Gehäuse (1a, 1b) zur Schirmung, ausgestattet mit Schirmfolien für eine Transmission ionisierender Strahlung und ein inneres modulares Gehäuse (2a, 2b) aus einem Material mit einem spezifischen Widerstand ≥ 107 Ω •cm, und wobei das innere Gehäuse formschlüssige Halterungen (2a, 2b) für zwei Elektroden umfasst und
- Elektroden aus metallbeschichteten Kunststofffolien, die durch einen zwischen den Elektroden angeordneten Isolierring (3) aus elektrisch isolierendem Material, der eine Dicke in einem Bereich von 0,5 mm bis 1,5 mm aufweist, elektrisch getrennt angeordnet sind und wobei die Elektroden und Schirmfolien auf Trägerringen aufgespannt sind und
- eine Signalleitung und eine Spannungsieitung für die Elektroden sowie eine Masseleitung für das äußere Gehäuse und die Schirmfolien.
2. Transmissionsionisationskammer für den Uitrahochdosisbereich nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Materialien des inneren Gehäuses für eine additive Fertigung geeignet sind.
3. Verfahren zur HTransmissionsionisationskammer für den Uitrahochdosisbereich mindestens umfassend die Schritte: a. Additive Fertigung eines inneren, modular aufgebauten Gehäuses (2a, 2b) aus Kunststoff mit zwei Fenstern für die Passage von Strahlung und wobei das innere Gehäuse Halterungen (2a, 2b) für zwei Elektroden und Halterungen für Schirmfolien in den Fenstern aufweist und wobei die Halterungen so ausgefübrf sind, dass diese formschlüssig mit Rahmen für die Schirmfolien und Elektroden sind und wobei die Halterung für die Elektroden (2a, 2b) zurformscbiüssigen Aufnahme eines Isolierrings (3) zwischen den Elektroden ausgeführt ist, b. Fertigung der Elektroden und Schirmfolien aus mit Metall bedampften Folien, wobei die Folien in einem Vorspannrahmen zunächst vorgespannt werden und die Folien anschließend unter Vorspannung mit Rahmen für die Elektroden und Schirmfolien beklebt werden und nach Verfestigung des Klebers aus den vorgespannten Folien ausgeschnitten werden, c. Kontaktierung der Elektroden und des äußeren Gehäuses, d. Zusammenfügen der Bauteile aus den Schritten a. - c. zu einem inneren Gehäuse und e. Einbringen des inneren Gehäuses in ein äußeres Gehäuse (1a,
1 b) zur Schirmung desselben.
4. Verfahren zur Herstellung einer Transmissionsionisationskammer für den Uitrahochdosisbereich nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierung mit elektrischen Leitungen durch geklemmte Lötösen erfolgen, wobei die Kontakte zusätzlich durch Festigungsmitte! verstärkt werden.
5. Nutzung Transmissionsionisationskammer für den Ultrahochdosisbereich gemäß einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei die Transmissionsionisationskammer im Ultrahochdosisbereich bei Spannung von ≥ 300 V betrieben wird.
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