JPH04359856A

JPH04359856A - 放射線モニタ

Info

Publication number: JPH04359856A
Application number: JP3133906A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kikuchi; 宏菊地
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1991-06-05
Filing date: 1991-06-05
Publication date: 1992-12-14
Anticipated expiration: 2013-03-18
Also published as: JP2728986B2; US5326976A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、放射線治療装置や非
破壊検査用放射線機器などの放射線発生装置から発生す
る放射線の量を周囲の気温や気圧に影響されることなく
実時間でモニタすることのできる放射線モニタに関する
。

【０００２】

【従来の技術】図６は医療用ライナックとして使用され
る放射線発生装置を示したものである。図において、符
号５１は固定架台、５２は回転架台で、回転架台５２は
固定架台５１に対してある仮想の回転軸を中心に回転す
るように設置され、符号５３はその回転軸である。また
、符号５４はアイソセンタと呼ばれる放射線治療の中心
点と考えられる仮想の点で、回転軸５３と後述する放射
線中心軸２１との交点である。

【０００３】回転架台５２の中には、放射線を発生させ
るための装置が内蔵されている。その詳細を説明すると
、符号５５は電子を発生する電子銃、５６は電子を高い
エネルギーに加速する加速管、５７は加速された電子を
通過させるための内側が真空のビ−ムダクト、５８は電
子を偏向させるための偏向電極石、５９はその電子の軌
跡、そして、符号６０は電子が衝突することによりＸ線
を発生する金属製のタ−ゲットである。なお、電子線治
療の場合、ターゲット６０の位置にはタ−ゲット６０の
代わりに電子を散乱させるスキャッタラが設置される。

【０００４】符号６１はターゲット６０で発生するＸ線
の広がりを制限するプライマリコリメ−タ、６２はタ−
ゲット６０で発生したＸ線の広がりに対する強度分布を
平坦にするための平坦化フィルタで、電子線治療のため
符合６０がスキャッタラの場合には、符号６２が二次ス
キッタラとなる。符号６３はＸ線または電子線の強度を
モニタするための放射線モニタで、本願発明の中心とな
るものである。

【０００５】符号６４および６５は、Ｘ線の広がりを治
療対象の患部の大きさに応じて制限するコリメートブロ
ックで、図示するようにコリメートブロック６４は、６
４ａ，６４ｂのように１対のブロックで構成され、コリ
メートブロック６５はコリメートブロック６４とは直角
方向に位置しており、図示されていないが、コリメート
ブロック６４と同様に１対のブロックから構成されてい
る。

【０００６】ターゲット６０から垂直方向に仮想の中心
軸を想定し、これを線束中心軸２１と呼び、プライマリ
コリメータ６１により制限された放射線の広がりが放射
線２０である。また、符号６６は患者用の治療台、６７
は患者が横臥する天板、６８は治療を受ける患者である
。

【０００７】また、図７は放射線モニタ６３の一例を示
す透過形平行平板チャンバであって、その断面図を示す
。図において、符号１は放射線によって気体が電離され
る電離空間、２は平行平板の一方を形成する電極で、薄
い金属あるいは金属を蒸着した薄いシ−トからなる高圧
電極、３は電離したイオン又は電子を収集する集電極で
、高電圧電極２と同様の材質からなる。また、符号４は
２つの電極２および３を支持し、かつ、絶縁するための
内側を円柱あるいは角柱形に打ち抜かれた枠体である。そして、この電極２，３と枠体４とから閉鎖された電離
空間１が構成されている。

【０００８】符号５は電極２および３を枠体４にそれぞ
れ固定するための固定金具、７はその固定用のビスであ
る。符合２８は電極２および３を保護するための薄い金
属カバーで通常ア−ス電極、６は金属カバ−２８と枠体
４で形成される空間を放射線モニタの外部の空間と気体
の出入りを遮断する場合に用いられるシ−ル材である。符合８は外部の回路から高電圧を供給するための高電圧
用コネクタ、９は集電極３に保護されたイオン又は電子
を電離電流として取り出すための集電極用コネクタであ
る。

【０００９】図８は、放射線モニタ６３の他の実施例を
示す透過形平行平板チャンバであるが、図７の実施例と
異なって枠体４は電極２および３の外側にもリジットな
板として構成され、外部の気温・気圧によらず、電離空
間１の体積は変化しない。また、電離空間１は外部の気
体とは遮断されている。

【００１０】図９は、放射線モニタ６３の外部回路との
関連を説明した概略図である。図において、符号７１は
高電圧電源、７２は電離電源を電圧に変換する電流電圧
コンバ−タ、７３は増幅器、７４は放射線量を示す表示
器、７５はモニタされた放射線量により医療用ライナッ
クの動作をフィ−ドバック制御するための制御系である
。

【００１１】次に動作について説明する。図６において
放射線治療の場合、患者６８はその患部がアイソセンタ
５４に位置するように治療台６６および天板６７によっ
て設定される。一方、治療用の放射線は、電子銃５５か
ら発した電子が加速管５６により所定のエネルギ−にま
で加速され、真空のビ−ムダクト５７を偏向電磁石５８
により軌跡５９のように偏向させられ、タ−ゲット６０
に入射する。

【００１２】その結果、タ−ゲット６０からＸ線が発生
するが、このＸ線はプライマリコリメ−タ６１により放
射線２０に制御される。この放射線２０は線束中心軸２
１に軸対称の強度分布を示しており、治療の都合上、放
射線２０の強度分布を一様にするため、平坦化フィルタ
６２によって平坦化される。治療計画上、電子線による
治療を行う場合には、タ−ゲット６０の位置に電子線散
乱用のスキャッタラを設置し、平坦化フィルタ６２の位
置に二次スキャッタラをおき、電子線の分布を放射線２
０の領域で一様にする。このようにして放射線２０は患
者６８の患部を照射するが、この際、患部の大きさによ
りコリメ−トブロック６４および６５の対のブロックに
より所定の領域に照射されるようにする。

【００１３】また、電子線治療の場合には、さらにコリ
メ−トブロック６５から患者側に電子線通過領域を制限
するアプリケ−タ（　図示せず）を用いることもある。放射線２０は患者６８の体軸の周囲から照射できるよう
に上記放射線発生機構を回転台５２に固定し、固定台５
１に対して回転軸５３の周囲を回転架台５２が回転する
ように構成されている。

【００１４】以上のようにして放射線治療が行われるの
であるが、このとき患部６８に対して放射線２０がどの
程度照射されているか、照射に実時間でモニタしていな
ければならない。この放射線２０の量を検出するのが放
射線モニタ６３である。

【００１５】図７は放射線モニタ６３の一実施例を示し
ており、図において、高圧電極２と集電極３が対向して
置かれる、いわゆる透過形平行板チャンバを形成し、こ
の両電極２，３を枠体４中を各々の電極８および９と接
続され、金属カバー２８は枠体４に固定金具５およびビ
ス７で固定され、電離空間１および金属カバー２８とシ
ール材６により機密な空間を形成する。

【００１６】放射線は気体中を通過する際気体を電離す
る。そこで、高圧電極２に電離したイオンおよび電子を
充分に電極に移動させるに足る高電圧を印加しておき、
集電極３は充分に小さいインピ−タンスを介してア−ス
に接続すれば、この両電極２，３間に電界が生じ、放射
線により電離されたイオンおよび電子は対極となる電極
に引き付けられる。集電極３はイオンまたは電子の何れ
かを保護し、電離電流として放射線量の値としてモニタ
することが可能となる。

【００１７】この経緯は図９に示され、高電圧電源７１
により高電圧用コネクタ８を介し、高圧電極２に高電圧
が印加される。集電極３は集電極用コネクタ９を介し、
電流電圧コンバ−タ７２の低い入力インピ−タンスによ
りア−スに接続されており、電離電流は電流電圧コンバ
−タ７２により電圧に変換され、増幅器７３で所定の値
に増幅され、表示器７４に放射線量を表示するとともに
制御系７５の入力信号となる。このとき、電離電流と放
射線量との間には次のような関係がある。

【００１８】

【数１】

【００１９】ここで、ｉは電離電流、ｋは比例定数、Ｄ
は放射線の強度、Ｐは電離空間の気圧、Ｔは電離空間の
温度で絶対温度で表した数値、Ｖは電離されている領域
の体積である。

【００２０】■式は電離電流が厳密に放射線強度を代表
しうるものであることを示しているが、同時に電離電流
は気圧や気温に影響されることを示している。そのため
、図７の如く気密の空間を構成することにより気圧・気
温の影響を少しでも避けようとしている。

【００２１】また、図８はさらに厳密に気圧・気温の影
響を避ける工夫がされ、枠体４はセラミックのような固
くて軽い材質で構成し、内部にできる空間を気密とし、
この空間内に高圧電極２と集電極３を透過形平行平板の
チャンバを構成する様に配置される。

【００２２】この場合、枠体４の外部の気圧・気温に関
わらず、内部の密封された空間の体積は変化しない。密
封された空間で体積の変化がない場合には、■式のＰ／
Ｔは一定となるので、事実上、この線量モニタは外部の
気圧・気温にかかわらず、電離電流は放射線量に比例し
た値となり得るのである。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の放
射線モニタでは、図７の場合、金属カバ−２８と枠体４
により構成される空間は気密であるが、電離空間１では
■式のＶが変化しないため、ＰＶ／Ｔ　　が一定になら
ず、したがって、外部の気圧・気温の影響を受け、また
、図８の場合には、セラミックなどの軽い物質に吸収さ
れる程度の低いＸ線の場合には、放射線モニタとして使
用可能であるが、電子線治療の場合には、放射線モニタ
自体での線量の吸収が無視できず、電子線治療ができな
いという課題があった。

【００２４】この発明は、かかる課題を解決するために
提案されたもので、周囲の圧力および温度に影響されな
い電離電流を取り出すことができる等の放射線モニタを
提供することを目的とする。

【００２５】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る放射線モニタは、放射線の発生により電離電流が発生
する電離空間が、絶縁材よりなる枠体と、対向する高圧
電極と、集電極とから放射線が通過する全域に等しい寸
法に構成したものである。また、請求項２に係る放射線
モニタは、放射線の発生により電離電流が発生する電離
空間が、絶縁材からなる枠体と、対向する２枚の高圧電
極と、この高圧電極間に位置する集電極とで構成したも
のである。また、請求項３に係る放射線モニタは、放射
線の発生により電離電流が発生する電離空間の集電極を
複数分割して構成したものである。また、請求項４に係
る放射線モニタは、放射線の発生により電離電流が発生
する電離空間内の圧力を陽圧若しくは負圧になるように
構成したものである。

【００２６】

【作用】請求項１に係る放射線モニタにおいては、電離
空間が絶縁材よりなる枠体と、対向する高圧電極と集電
極とから放射線が通過する全域に等しい寸法に構成され
ていることにより、電離空間内に略完全なボイルシャル
ルの法則が適用され、周囲の圧力および温度に影響され
ない電離電流を取り出すことができる。

【００２７】また、請求項２に係る放射線モニタにおい
ては、集電極の両側に電離空間を構成したので、２倍の
電離電流を取り出すことができ、これにともなって、放
射線量の検出感度も約２倍になり測定精度が向上する。

【００２８】また、請求項３に係る放射線モニタにおい
ては、集電極を複数分割形の集電極としたので、放射線
分布の異なった領域の電離電流を取り出すことができ、
放射線量の分布をより詳しくモニタすることができる。

【００２９】また、請求項４に係る放射線モニタにおい
ては、電離空間内の圧力が陽圧若しくは負圧になってい
るので、周囲の温度や気圧によってＸ線や電子などの線
量モニタが変化しにくい。

【００３０】

【実施例】図１ａはこの発明による放射線モニタの縦断
面図、図１ｂは放射線モニタの平面図である。図におい
て、１は電離空間、２は高圧電極、３は集電極、４は枠
体、５は電極を枠体４に固定する固定金具、６は電離空
間を気密にするためのシール材、７はその固定ビス、８
は高電圧電極用のコネクタ、９は集電極用のコネクタ、
１１は高電圧用リード線、１２は集電極用リード線、１
３は高圧電極２とアースの間の沿面距離を長くするため
の溝、１４は高圧電極２と集電極３との間の漏洩電流を
遮断するための保護用アース電極で、枠体４の外周に取
り付けられている。

【００３１】また、符合２０は線量モニタを通過する放
射線、２１は線束中心軸である。図３においては、図１
ａ，１ｂと同様の構成であるが、３ａ，３ｂは絶縁性の
シートの上に線束中心軸に軸対称に金属が蒸着され、そ
れぞれ集電極となっており、９ａ，９ｂはそれぞれ集電
極３ａ，３ｂにより捕獲された電離電流を取り出すため
のコネクタである。

【００３２】また、図５においては、２２，２３は上記
に示した放射線モニタを線束中心軸に沿って配置したも
ので、その組み合わせは目的により図１ａ，１ｂないし
図４のいずれの組み合わせでもよい。符合２４ないし２
７は高電圧電極用および集電極用のケーブルである。符
合２８は放射線モニタを外部から保護するための金属カ
バー、２９は線量モニタ２２，２３および保護カバー２
８の固定枠である。

【００３３】続いて、実施例の作用、動作について説明
する。図１ｂは放射線源からみた放射線モニタの平面図
であるが、高電圧電極２および集電極３は枠体４に固定
金具５を介して固定されており、シール材６により内部
の電離空間１は気密構造となっている。図１ｂの破線に
より示された内部がこの電離空間１である。これを図１
ａで見ると枠体４の内部の電離空間１を構成する部分は
、プライマリコリメータ６１により制限された放射線２
０の線錐に沿った構造としている。

【００３４】高圧電極２と集電極３および枠体４により
構成された電離空間１は放射線２０が発生すると電離空
間１内の全ての気体の分子が電離の対象となる。これを
図７と比較するとわかるように図７では、気密にされた
空間は電離空間１の他に放射線２０の通過領域内で金属
カバー２８と高圧電極２又は集電極３の間にある空間で
電離されても電離電流に寄与しない領域および放射線２
０の外側であって気密されている電離電流の生じない領
域の３つの領域がある。

【００３５】気密にされた内部の空間では、■式のうち
、■式の関係が成立する（　ボイルシャールの法則）　
。すなわち、前述の■式に対し、

【００３６】

【数２】

【００３７】である。

【００３８】図７の場合、Ｖは気密の空間であるので、
電離空間Ｖｉ、その他の空間をＶｅとすると■式は次の
ようになる。すなわち

【００３９】

【数３】

【００４０】一方、図７の気密空間内の電離空間１は気
密空間内の気圧・気温によらず一定である。すなわち、

【００４１】

【数４】

【００４２】の状態（気蜜空間内では、空間内の気体分
子・電離等は相互に平衡状態にあり偏圧を受けない）で
ある。したがって、■式を成立させるためにはＶｅがＰ
およびＴに応じて変化し■式を保つのである。この結果
のＶｉを■式にあてはめると

【００４３】

【数５】

【００４４】となり、これを■式に代入した場合の電離
電流は気圧・気温に依存する結果となる。

【００４５】図１ａよりこの電離空間１を鑑みると気蜜
空間がそのまま電離空間１に一致している。したがって
、この電離空間の体積をＶｓとすると■式は、

【００４
６】

【数６】

【００４７】となり、これを■式に代入すれば、電離電
流ｉは気圧・気温の影響を受けず、放射線量Ｄに比例し
た電離電流ｉを得ることができるのである。また、電離
空間内の気体の分子の総量を気圧・気温により変化させ
ないことがポイントである。この高圧電極２および集電
極３は、共に薄い金属又は金属を蒸着した絶縁シ−トに
より形成されているため、放射線がＸである場合には勿
論、電子線等の粒子線に対しても適用でき、図８で生じ
た問題点も合わせて解消することができるのである。

【００４８】ところで、電離空間１は外気に影響されな
いが、外側は外気の状態により影響を受ける。それは主
に、湿度である。湿度が高くなって来ると枠体４の外面
を電流が流れやすくなる状態が生じる、いわゆる沿面漏
洩電流である。高圧電極２と集電極３の間にこの漏洩電
流が流れると正しく放射線のモニタとならなくなる。そ
こで、両電極２及び３の間に保護用ア−ス電極１４を枠
体４に接触させて取り付けておく。

【００４９】これにより、高圧電極２からの沿面の電界
により生じる漏洩電流は、ア−スに流れ込み集電極３に
達しない構造とすることができる。さらに、枠体４に溝
１３を掘ることにより高電極からア−ス電極１４まで等
価的に沿面の距離を長くすることができるので、漏洩電
流を生じにくくすることができる。溝１３は一本でなく
複数本あってもよい。

【００５０】次に、図２について説明する。図２は図１
の応用例である。電離空間１を構成する２枚の電極は双
方ともに高圧電極２である。この気蜜空間内に集電極３
を保持させ、枠体４の内部をリ−ド線１２を通し、シ−
ル材６により気密を伴って集電極用コネクタ９に接続す
る。勿論、高圧電極用コネクタ８からリ−ド線１１によ
り２枚の高圧電極２に高電圧が供給される。

【００５１】このようにすると集電極３の両側に電離空
間が形成されることになるので、図１ａの場合よりも約
２倍の電離電流を得ることができる。したがって、放射
線量の検出感度が約２倍になり測定精度を向上させるこ
とができるのである。

【００５２】さらに、図３の場合は、集電極を絶縁シ−
ト上に金属を蒸着したものを用いたもので、図に示すよ
うに蒸着面パタ−ンを用意して３ａ，３ｂの２つの電極
を構成する。これにより放射線分布の異なった領域の電
離電流を独立にコネクタ９ａ，９ｂを介して取り出すこ
とができる。

【００５３】このそれぞれの電離電流を同時にモニタす
ることにより、放射線分布の均一化の程度がモニタする
ことができ、両者の差をフィ−ドバックして放射線発生
装置の動作状態を安定化制御するための信号として用い
ることができる。この分割電極間隔を十分小さくするこ
とにより、それぞれの電離空間に■式を近似的に成立さ
せることができるので、この場合にも気圧・気温の影響
を殆ど受けない放射線量の分布モニタとして使用するこ
とができる。

【００５４】図３では集電極を３ａ，３ｂに分割したが
、線束中心軸２に対して軸対称に４分割する（線束中心
軸周囲に９０°ずつ区切る）ことも可能であり、放射線
量の分布をより詳しくモニタすることができる。

【００５５】図４はさらに、電離空間１を構成する気密
空間の気圧を通常使用する装置の雰囲気の気圧に対して
陽圧にする事を実施した例である。この事により電離空
間を構成する２枚の電極２，３は張力をもって張った状
態にあり、外部の気圧・気温が変化しても常に内部が陽
圧状態にしておく。このようにすると電極の形状は、や
やおわん形をして電離空間１の内部の電位分布が安定し
、放射線量モニタ値も安定する。

【００５６】もし、気密空間の内外の気圧が通常使用状
態で略等しいと、気圧・気温の関係で気密空間の気圧の
外部の気圧に対する相対的圧力関係が陽圧になったり、
陰圧になったりするため、電極２，３がふくらんだり、
へこんだりする。このふくらみおよびへこみの境界状態
において、電極は完全に平面にならなくなるため、電離
空間内の電位分布が変形して安定な分布にならなくなり
、電離電流も不安定になる。したがって、図４のように
電離空間１を外部に対して陽圧にしておくと良いのであ
る。

【００５７】図４は陽圧にした場合であるが、同様の目
的のためには電離空間を陰圧にしておいてもよい。但し
、電離電流は電離空間１に存在する気体分子の数量に比
例するので、多少とも電離電流量を多くするためには、
陽圧にしたほうが有利であろう。

【００５８】図５は実際に放射線にモニタとして組み立
てた例を示す。放射線モニタ２２，２３を放射線２０の
方向に沿って２つ並べ、固定枠２９に固定し、さらに金
属カバ−２８で外側を、たとえば、放射線モニタ２２，
２３の外部からの損傷に対する防護ができ、また、高圧
電極に人体や他の構成物が誤って触れるのを防止するこ
とができる。

【００５９】図５では２個のモニタ２２，２３であるが
、これらは図１ａ，１ｂ〜図４に示すもののいずれの組
み合わせでもよく、また、２個に限定するのではなく３
個以上を並べてもよい。これらにより放射線モニタ６３
として医療用ライナックに用いることができる。

【００６０】上記の実施例では、Ｘ線及び電子線を中心
に説明したが、その他の放射線、即ち、γ線、α線、透
過粒子線等においても同様の効果がある。また、放射線
発生装置は医療ライナックを例として説明したが、非破
壊検査用ライナックやマイクロトン、ベ−タ−トロンＣ
ｏ　６０照射装置、電子ばかりでなくその他の粒子加速
装置等、その他の放射線発生装置においても同様に効果
があり、また、放射線エネルギ−が１ＭｅＶに満たさな
い放射線照射装置においても同様な効果を奏する。

【００６１】なお、シ−ル材６は一般には有機材料が多
いが、放射線による劣化が心配されるため、固定金具５
をフランジ構造にして気密を保つこともできる。

【００６２】

【発明の効果】この発明は、以上説明したように構成さ
れているので、以下に記載されるような効果を奏する。

【００６３】電離空間が絶縁材よりなる枠体と、対向す
る高圧電極と集電極とから放射線が通過する全域に等し
い寸法に構成されていることにより、電離空間内に略完
全なボイルシャルルの法則が適用され、周囲の圧力およ
び温度に影響されない電離電流を取り出すことができ、
気圧、気温の補正回路が不要となり、安価に製作される
という効果がある。

【００６４】また、集電極の両側に電離空間が構成され
ているので、２倍の電離電流を取り出すことができ、こ
れにともなって、放射線量の検出感度も約２倍になり測
定精度が向上するという効果がある。

【００６５】また、集電極が複数分割として構成されて
いるので、放射線分布の異なった領域の電離電流を取り
出すことができ、放射線量の分布をより詳しくモニタす
ることができる。

【００６６】また、電離空間内の圧力が陽圧若しくは負
圧になるように構成されているので、周囲の温度や気圧
の変化に対しても、電離空間の内部の電位分布が安定し
、放射線量モニタ値が安定するという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１に係る放射線モニタを示す図である。

【図２】請求項２に係る放射線モニタを示す断面図であ
る。

【図３】請求項３に係る放射線モニタを示す平面図であ
る。

【図４】請求項４に係る放射線モニタを示す断面図であ
る。

【図５】放射線モニタの実施例を示す断面図である。

【図６】放射線モニタを有する放射線発生装置の説明図
である。

【図７】従来の放射線モニタの一例を示す断面図である
。

【図８】従来の放射線モニタの他の例を示す断面図であ
る。

【図９】放射線量モニタの回路説明図である。

【符号の説明】

１　　　　電離空間２　　　　高圧電極３　　　　集電極４　　　　枠体２０　　　　放射線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　放射線を発生することができる放射線
発生装置の放射線モニタにおいて、放射線の発生により
電離電流が発生する電離空間を、絶縁材からなる枠体と
、対向する高圧電極および集電極とで放射線が通過する
全域に等しい寸法に構成したことを特徴とする放射線モ
ニタ。
【請求項２】　　放射線を発生することができる放射線
発生装置の放射線モニタにおいて、放射線の発生により
電離電流が発生する電離空間を、絶縁材からなる枠体と
、対向する２枚の高圧電極と、この高圧電極間に位置す
る集電極とで構成したことを特徴とする放射線モニタ。
【請求項３】　　放射線を発生することができる放射線
発生装置の放射線モニタにおいて、放射線の発生により
電離電流が発生する電離空間の集電極を複数分割として
構成してあることを特徴とする放射線モニタ。
【請求項４】　　放射線を発生することができる放射線
発生装置の放射線モニタにおいて、放射線の発生により
電離電流が発生する電離空間内の圧力を陽圧若しくは負
圧としてあることを特徴とする放射線モニタ。