KR20120052350A - 에너지 입자 빔 측정 장치 및 측정 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 소스로부터 나오는 에너지 입자 빔의 선량 측정 장치로서, 각각 콜렉터 전극 및 분극 전극을 포함하는 2 개의 이온화 챔버를 포함하고, 각각의 이온화 챔버의 전극은 유체를 포함하는 간극에 의해 분리되며, 상기 이온화 챔버는 동일한 소스로부터 나오는 에너지 입자 빔에 의해 통과되도록 구성되며, 상기 이온화 챔버들이 서로 다른 전하 수집 효율 인자(charge collection efficiency factors) 를 갖는 것을 특징으로 한다. 상기 빔에 의해 계산 알고리즘은 각각의 고려된 이온화 챔버 내의 출력 신호; 및 제 1 이온화 챔버에 대한 이득 인자(gain factor) 를 측정하고, 상기 이득 인자는 상기 이온화 챔버들의 본질적인 및/또는 비본질적인 파라미터에 기초하여 이론적으로 결정된다.
Description
본 발명은 에너지 입자 빔용 선량 측정 분야에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 이온화 챔버 내의 전하 수집 효율 인자를 측정할 수 있는 방법 및 복수개의 이온화 챔버를 포함하는 장치에 관한 것이다.
이온화 챔버는 방사선치료에서 사용되는 표준 선량 측정 검출기이다. 이온화 챔버는 모든 자연(공기를 포함)의 유동을 구성하는 간극 또는 공간에 의해 콜렉터 전극으로부터 분리된 분극 전극을 포함한다.
여러 종류의 이온화 챔버는 마주보게 되어져 있으며, 예를 들면, 평행 판을 포함하는 이온화 챔버 및 소위 원통형 이온화 챔버가 있다. 원통형 이온화 챔버는 매우 좁은 실린더의 형태 내에 중심 또는 축 전극을 포함하며, 중공 실린더의 형태 내에 제2 전극으로 분리되어지거나 또는 상기 중심 또는 축 전극 주위에 놓여지게 된다. 평행 판을 구성하는 이온화 챔버는 분극 전극으로부터 분리된 콜렉터 전극을 가지며, 상기 콜렉터 및 분극 전극들은 어느 다른 하나에 평면 및 평행하다.
선량 측정 내에 사용된 이온화 챔버의 분극 전극들 및 상기 콜렉터로부터 분리된 상기 간극 또는 공간 내에 구성되는 유체는 대부분 가스이다. 이온화 빔이 상기 이온화 챔버를 통해 통과될 때, 상기 전극들과 이온 전극 쌍들 사이에 구성된 상기 가스의 이온화가 생성되어진다. 전기장은 상기 이온화 챔버의 두 개 전극들 사이에서 응답하는 전위차에 의해 생성되어진다. 상기 전기장은 이러한 이온 전극 쌍들을 분리가능하게 만들며, 상기 전극들 상에서 상기 이온 전극 쌍이 이동하도록 하며, 상기 전극들에서 생성된 전류를 감지할 것이다.
도 1의 곡선은 상기 콜렉터 전극과 상기 분극 전극 사이에서 상기 전기적 전위차의 함수로서 상기 콜렉터 전극에 의해 수신된 전기적 펄스의 진폭의 변화의 일 예이다. 상기 곡선은 다른 가스 감지기 상태들을 커버링(covering)하는 6개 영역으로 분리되어 질 수 있다:
- Z1: 불포화 상태
- Z2 : 포화 상태
- Z3 : 비례적 상태
- Z4 : 제한적 비례 상태
- Z5 : 게이거-뮬러(Geiger-Muller) 상태
- Z6 : 연속적 방전 상태
불포화 상태 영역으로 불리는, Z1 영역에서, 상기 두개의 플레이트들 사이의 전기장이 존재하지 않을 때, 이온-전극 쌍들이 재결합된다. 상기 두 개의 전극들 사이에서 증가한 전기적 전위차를 수용함에 따라, 상기 결과적인 전기장은 상기 이온-전공 쌍으로 효과적으로 분리되며, 상기 재결합 현상은 약화된다. 상기 양 및 음의 전하들은 보다 빠르게 그것들 각각의 전극들 쪽으로 움직여지며, 상기 전기장의 밀도 함수처럼, 상기 가스 및 재결합의 수 내에서 상기 이온 중심 평형이 감소하게된다. 상기 이온화 챔버 내에서 측정된 전류는 상기 이온화 챔버 내에 생성된 상기 전기장과 함께 증가되며, 소실된 전하 양은 감소한다. 상기 두 개의 전극들 사이에서 생성된 전기장이 충분히 파워풀(powerful) 할때, 상기 재결합 영향들은 무시될 정도로 감소하게 되며, 상기 이온화 과정에 의해 생성된 모든 전하들은 전류 측정을 하도록 기여한다. 그 수준에서, 상기 전하 수집 효율은 최대화되며, 상기 두 개의 전극들 사이의 증가한 전위차는 상기 측정된 전류를 더이상 증가시키지 않게되며, 모든 생성된 전하들이 이미 수집되어졌기 때문에, 그것들의 형성 속도는 일정하다. 포화된 상태 영역이라 불리는 Z2 영역에서, 상기 이온화 챔버 내에 상기 선량 측정 수단들은 방사선 치료에서 일반적으로 수행된다. 이러한 조건들 하에서, 상기 측정된 전류는 상기 이온화 챔버의 부피(volume) 내에서 빔에 의해 증착된 선량의 좋은 지표이다.
여러 인자들은 이온화 챔버의 포화를 해롭게 할 수 있다. 여기서 가장 중요한 것은 재결합 현상이다. 이러한 현상은 이온화 챔버의 다른 파라미터들을 조절함에 따라 최소화 시킬 수 있으며, 예를 들면, 두 개의 전극들 사이의 상기 간극의 두께, 상기 가스의 성질 및/또는 압력은 간극 내에서 구성된다. 상기 재결합 영향들은 상기 빔의 크기 및/또는 모양에 의존할 수 있다. 상기 재결합 현상은 상기 빔의 전류 밀도 함수처럼 비례적으로 증가할 것이다. 상기 전류 손실 퍼센트는 상기 재결합에 기인하며, 전류의 에러 퍼센트는 전류 밀도와 함께 증가한 실제 포화 영역 아래에서 측정된다. 강도가 약한 빔에서, 상기 재결합 영향은 거의 영향이 없다. 높은 강도 빔을 측정하기 위해, 상기 전극들 사이의 높은 전위차는 포화 상태 하에서 측정되도록 요구된다.
매우 높은 강도 빔들의 전류용으로, 앞선 방사선치료 기술에서 접할 수 있는 것처럼, 전통적인 이온화 챔버의 기술적 사용은 한계에 이르렀다. 상기 재결합 현상은 매우 중요하게 되었으며, 신뢰가능한 측정 보정 방법은 결정적이다.
상기 재결합으로 인한 에러를 고려함에 따라 불포화 상태 영역 Z1이 포화 상태 영역에 가까워지는 것이 가능하게 될 것이다. 이러한 경우, 상기 빔 전류의 함수 처럼 상기 이온화 챔버의 포화 레벨을 알 필요가 있다. 상기 수집된 전류의 밀도 함수와 같은 상기 빔 전류의 밀도에 사용된 캘리브레이션 커브(curve)는 알려진 상기 빔 전류의 목적으로, 상기 빔 전류의 함수처럼 상기 이온화 전류를 측정하기 위해 사용될 수 있다. 여전히 유효한 캘리브레이션이 없다면, 지속적으로 보유되도록, 두 개의 전극들 사이에 응용된 전위차, 상기 간극, 상기 이온화 챔버 내측의 압력, 에너지, 상기 빔의 크기 및 모양과 같은 다양한 변수들이 필요하다. 이러한 방법 내의 다른 결점은 빔 전류로 인한 신호의 다양성과 이온화 챔버의 파라미터들 중 하나의 불규칙으로 인한 신호의 다양성 사이에서 구별 가능해 질 수 없다. 이러한 측정장치의 문제점을 오프셋하기 위해, 빔 전류들을 측정가능하도록 만들어진 새로운 선량 측정 장치들은 넓은 강도(intensity) 범위에서 필요하다.
본 발명의 목적은 상기 종래 기술의 장치 및 방법의 결점을 포함하지 않는 장치 및 방법을 제공하는 것이다. 보다 상세하게는, 상기 본 발명의 목적은 에너지 입자 빔을 수용하는 이온화 챔버 내의 전하 수집 효율 인자를 측정하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 이온화 챔버 내의 전하 수집 효율이 최대가 아닌 상황하에서 다양한 에너지 및/또는 강도 입자 빔에 의해 증착된 상기 선량 또는 선량률을 측정하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 폭 넓은 입자 빔 전류 세기 범위를 커버링 (covering) 하는 선량 측정 장치를 제공하는 것이다.
소스로부터 나오는 에너지 입자 빔 용 선량 측정 장치에 관련한 본 발명의 제1 양상은 각각 콜렉터 전극 및 분극 전극을 포함하는 적어도 2개의 이온화 챔버를 포함하며, 각각의 이온화 챔버의 전극은 유체를 포함하는 간극 또는 공간에 의해 분리되고, 상기 이온화 챔버는 동일한 소스로부터 나오는 에너지 입자 빔에 의해 통과되도록 구성되며, 상기 이온화 챔버들이 서로 다른 전하 수집 효율 인자를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 장치는 각각의 고려된 이온화 챔버 내의 출력 신호를 측정 및 방정식에 의해 주어진 제1 이온화 챔버에 관련된 "이득" 인자에 기반한 상기 입자 빔에 의해 증착된 선량률을 계산하기 위한 알고리즘을 수행하는 컴퓨터에 연결된 획득장치를 포함하며,
또한 상기 장치는,
- 각각의 고려된 이온화 챔버 내의 출력 신호; 및
- 식, 
에 의해 제 1 이온화 챔버에 대한 "이득" 인자(gain factor) 를 측정함으로써, 상기 입자 빔에 의해 증착되는 선량률(dose rate) 을 계산하는 알고리즘을 수행하기 위한 컴퓨터에 연결되는 획득 장치(acquisition device) 를 포함하는 것을 특징으로 하며,
상기 이론적인 출력 신호 값 (i1, i2) 및 f1 은 상기 고려된 챔버들 (IC1 및 IC2) 의 본질적인 및/또는 비본질적인 파라미터의 함수, 및 상기 입자 빔의 전류 세기 (current intensity) 값의 함수로서 계산되며, 상기 이득 인자는 상기 입자 빔의 값과는 독립적인 것을 특징으로 한다.
(여기서,
- G 는 제 1 이온화 챔버 (IC1) 에 대한 "이득" 인자이고,
- 
은 각각의 증폭 인자의 비 (R1/R2) 에 의해 정규화된 상기 2 개의 고려된 이온화 챔버 (IC1 및 IC2) 에 있어서의 출력 신호 (i1 및 i2) 의 이론값의 비로서, 각각의 증폭 인자는 상기 유체, 고려된 이온화 챔버에 대한 상기 유체 내의 입자 빔의 간극폭 및 침투력(penetration power) 에 따라 좌우되며,
- f1 은 제 1 이온화 챔버 (IC1) 내의 전하 수집 효율 인자의 이론값이다.)
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 상기 알고리즘은다음의 단계, 즉,
- 상기 2 개의 고려된 이온화 챔버 내의 출력 신호 (i1 및 i2) 를 측정하고, 상기 출력 신호 값들 (i1 및 i2) 사이의 정규비 (normalized ratio) 
를 설정하는 단계;
- 알고리즘의 상기 제 1 단계의 결과, 및 상기 고려된 이온화 챔버의 "이득" 인자 정보에 기초하여, 상기 전하 재결합률(charge recombination rate) (1-f) 을 계산하고 전하 수집 효율 인자 (f) 를 도출하는 단계;
- 상기 고려된 이온화 챔버 내의 전하 수집 효율 인자에 기초하여 상기 빔에 의해 적층되는 선량률을 계산하는 단계;를 수행한다.
상기 전하 수집 효율 인자는 다양한 함수의 입력신호와 같은 측정장치의 다양한 출력신호를 표현하는 파라미터로 정의될 수 있고 이온화 챔버의 민감도와 관련된다. 특히, 상기 출력 신호는 이온화 챔버의 아울렛(outlet)에서 측정된 전류이다.
이온화 챔버에서, 상기 민감도는:
- 상기 콜렉터 전극 및 상기 분극 전극을 분리한 상기 간극의 두께,
- 상기 두 전극들 사이의 전위차
- 상기 두 전극들 사이에 구성된 상기 유체의 성질
- 두 개의 전극들 사이에 포함된 유체의 압력 및/또는 온도
- 상기 이온화 챔버의 기하학적 구조
- 상기 에너지 빔 소스의 위치와 관련한 이온화 챔버의 위치
- 상기 이온화 챔버 및 상기 소스 사이에서 에너지 흡수체의 본질
상기 비본질적인 파라미터들을 정의하는 마지막 두 개의 인자들, 반면에 제1 인자들은 이온화 챔버의 본질적인 파라미터들을 정의한다.
"다르다"는 아마도 0.1 %, 바람직하게는 적어도 0.1%, 더욱 바람직하게는 적어도 0.05%의 매우 작은 다양성을 의미한다.
본 발명의 제1 실시 형태에서, 상기 이온화 챔버는 상기 콜렉터와 분극 전극 사이에 포함되는 간극 두께에 있어 차이를 갖는다.
본 발명의 제1 실시형태와 결합되거나 또는 결합되지 않는 제2 실시형태에서, 상기 이온화 챔버는 상기 콜렉터 전극 및 분극 전극들 사이에 생성된 전기장에 차이를 갖는다.
적어도 하나 이상의 이전 실시 형태들과 결합되는 본발명의 제3 실시 형태에서 상기 이온화 챔버는 상기 콜렉터 및 분극 전극들 사이에 포함된 간극 내에 존재하는 유체의 성질과 관련한 차이를 갖는다.
하나 또는 그 이상의 이전 실시 형태들과 결합되는 본 발명의 제4 실시 형태에서, 상기 이온화 챔버는 상기 콜렉터 및 분극 전극들 사이에 포함된 간극 내에 존재하는 유체의 압력 및 온도에 관한 차이를 갖는다.
하나 또는 그 이상의 이전 실시형태들과 결합하는 본 발명의 제5 실시형태에서, 상기 이온화 챔버는 상기 고려된 이온화 챔버는 소스의 위치에 대한 기하학적 구조 및/또는 국소 위치에 차이를 갖고, 이에 의해 상기 각각의 이온화 챔버로 들어가는 빔 필드(beam field) 가 이온화 챔버에 따라 달라진다.
하나 또는 그 이상의 이전 실시형태들과 결합되는 본 발명의 제6 실시 형태에서, 상기 이온화 챔버는 하나 이상의 에너지 흡수체에 의해 분리되고, 이에 의해 각각의 이온화 챔버로 들어가는 에너지 빔이 이온화 챔버에 따라 달라진다.
본 발명의 제2 측면은 위에서 언급한 상기 선량 측정 장치의 사용에 기반한 입자 빔에 의해 증착된 선량률을 측정하기 위한 방법과 관련한다.
본 발명의 방법에 따르면, 다음 단계들을 수행한다.
(i) 상기 이온화 챔버 각각의 본질적인 및/또는 비본질적인 파라미터를 선택하는 단계;
(ii) 식, 
에 의해 "이득" 인자를 설정하는 단계;
(iii) 상기 2 개의 고려된 이온화 챔버에 대해 출력 신호가 측정하는 단계;
(iv) 상기 이득 인자에 기초하여, 상기 제 1 챔버의 전하 수집 효율 인자를 결정하기 위한 알고리즘을 수행하는 컴퓨터를 사용하여 상기 신호를 처리한 후, 상기 빔에 의해 증착되는 선량률을 계산하는 단계;
아마도, 상기 입자 빔에 의해 증착된 상기 선량률의 계산은 다음 단계들을 사용하여 수행한다;
(i) 상기 2 개의 고려된 이온화 챔버 (IC1 및 IC2) 에서 측정된 출력 신호 (i1 및 i2) 의 정규비 
를 계산하는 단계;
(ii) 제 1 이온화 챔버에 대한 상기 이득 인자, 및 상기 2 개의 고려된 이온화 챔버 (IC1 및 IC2) 에서 측정된 출력 신호 (i1 및 i2) 의 정규비 
의 값에 기초하여, 제 1 이온화 챔버 내의 전하 수집 효율 인자 (f1) 을 계산하는 단계;
(iii) 상기 제 1 이온화 챔버 내의 전류 측정, 및 상기 제 1 이온화 챔버 (IC1) 에 대한 전하 수집 효율 인자에 기초하여 상기 빔에 의해 증착되는 선량률을 계산하는 단계;
본 발명의 제3 측면은 전류 세기가 1 nA 초과인 에너지 입자 빔의 선량률 측정 방법을 수행하기 위한 본 발명에 따른 측정 방법의 사용과 관련한다.
본 발명에 의하면, 상기 종래 기술의 장치 및 방법의 결점을 포함하지 않고도, 에너지 입자 빔을 수용하는 이온화 챔버 내의 전하 수집 효율 인자의 측정이 가능하다. 또한, 이온화 챔버 내의 전하 수집 효율이 최대가 아닌 상황하에서, 다양한 에너지 및/또는 강도 입자 빔에 의해 증착된 상기 선량 또는 선량률을 측정할 수 있으며, 또한 폭 넓은 입자 빔 전류 세기 범위를 커버링 (covering) 하는 선량 측정 장치의 제공이 가능하다.
도 1은 콜렉터 전극에 의해 수신된 전기 펄스의 진폭의 전개(evolution) 곡선의 예를, 가스 검출기의 콜렉터 전극(collector electrode)과 분극 전극(polarization electrode) 사이의 전위차의 함수로서 나타내는 도면이다.
도 2는 적어도 2개의 이온화 챔버를 포함하는 장치를 가지는 본 발명의 제 1 실시형태를 나타내는 도면이다.
도 3은 공유 전극(shared electrode)을 가지는 적어도 2개의 이온화 챔버를 포함하는 장치를 가지는 본 발명의 제 2 실시형태를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 장치의 2개의 이온화 챔버의 전하 수집 효율(charge collection efficiency)의 전개 및 2개의 이온화 챔버에서 측정된 전류비(ratio of the currents)의 전개를, 빔 전류(beam current)의 함수로서 나타내는 그래프이며, 상기 이온화 챔버는, 5mm에 해당하는 가우시안 반경(Gaussian radius) σ 및 200 MeV의 에너지를 가지는 동일한 양자 빔(proton beam)이 통과되고, 상기 장치는 다른 간극(different gap)을 가지는 2개의 이온화 챔버를 포함한다.
도 5는 본 발명에 따른 장치의 2개의 이온화 챔버의 전하 수집 효율의 전개를, 빔 전류의 함수로서 나타내는 그래프이며, 상기 이온화 챔버는, 하나의 이온화 챔버와 다른 챔버에서 생성된 전기장의 차이와 동일한(identical) 간극을 포함하며, 상기 이온화 챔버는, 5mm에 해당하는 가우시안 반경(Gaussian radius) σ 및 200 MeV의 에너지를 가지는 동일한 양자 빔(proton beam)이 통과된다. 도 5의 그래프는 또한, 2개의 이온화 챔버에서 측정된 전류의 비의 전개를 빔 전류의 함수로서 나타낸다.
도 6은 이온화 챔버 IC1에 대한 이득 인자(gain factor)의 변화를, 간극 dIC2/dIC1의 비의 함수 및 각 이온화 챔버의 전극들 사이의 전위차 V1/V2의 비의 함수로 나타내는 몇 가지 곡선을 도시한 그래프이다.
도 2는 적어도 2개의 이온화 챔버를 포함하는 장치를 가지는 본 발명의 제 1 실시형태를 나타내는 도면이다.
도 3은 공유 전극(shared electrode)을 가지는 적어도 2개의 이온화 챔버를 포함하는 장치를 가지는 본 발명의 제 2 실시형태를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 장치의 2개의 이온화 챔버의 전하 수집 효율(charge collection efficiency)의 전개 및 2개의 이온화 챔버에서 측정된 전류비(ratio of the currents)의 전개를, 빔 전류(beam current)의 함수로서 나타내는 그래프이며, 상기 이온화 챔버는, 5mm에 해당하는 가우시안 반경(Gaussian radius) σ 및 200 MeV의 에너지를 가지는 동일한 양자 빔(proton beam)이 통과되고, 상기 장치는 다른 간극(different gap)을 가지는 2개의 이온화 챔버를 포함한다.
도 5는 본 발명에 따른 장치의 2개의 이온화 챔버의 전하 수집 효율의 전개를, 빔 전류의 함수로서 나타내는 그래프이며, 상기 이온화 챔버는, 하나의 이온화 챔버와 다른 챔버에서 생성된 전기장의 차이와 동일한(identical) 간극을 포함하며, 상기 이온화 챔버는, 5mm에 해당하는 가우시안 반경(Gaussian radius) σ 및 200 MeV의 에너지를 가지는 동일한 양자 빔(proton beam)이 통과된다. 도 5의 그래프는 또한, 2개의 이온화 챔버에서 측정된 전류의 비의 전개를 빔 전류의 함수로서 나타낸다.
도 6은 이온화 챔버 IC1에 대한 이득 인자(gain factor)의 변화를, 간극 dIC2/dIC1의 비의 함수 및 각 이온화 챔버의 전극들 사이의 전위차 V1/V2의 비의 함수로 나타내는 몇 가지 곡선을 도시한 그래프이다.
본 발명은 이온화 챔버의 전하 수집 효율을 측정 가능하도록 하는, 양자 빔의 선량측정(dosimetry) 방법 및 장치를 제공하고자 하는 것이다. 상기 장치는 간극에 의해 분리된 콜렉터 전극 및 분극 전극을 각각 가지는 적어도 2개의 이온화 챔버를 포함한다.
이온화 챔버의 전하 수집 효율은, 이온화 챔버의 전하 수집 효율이 최대(maximal)가 아닐 때에도, 빔의 선량(dose)의 계산을 가능하게 한다. 빔에 의해 수집된 선량은, 이하의 [수학식 1]에 의해, Gy로 표현된다.
[수학식 1]
Gy/s로 표현된 빔에 의해 수집된 선량률은 이하의 [수학식 2] 또는 [수학식 3]으로 주어진다.
[수학식 2]
[수학식 3]
- K는 비례상수;
- Q는 단위시간당 집적된 전하;
- f는 %로 표시된 이온화 챔버의 전하 수집 효율 인자.
- Icoll은 이온화 챔버에 수집된 전류로, nA로 나타내고, 이하의 [수학식 4]로 주어진다.
[수학식 4]
- ifaics은 빔 전류의 강도(intensity);
- R, 이온화 챔버의 증폭인자(amplification factor)는 이하의 [수학식 5]로 주어진다:
[수학식 5]
여기서,
- ρ는 일반적으로 이온화 챔버에 포함되는 가스인, 유체의 밀도로, g/cm3로 나타냄;
- W는 형성된 이온쌍에 의해 에너지로, eV로 나타냄;
- d는 콜렉터 전극과 분극 전극을 분리하는 간극의 두께;
- S는 이온화 챔버에 포함되는 유체의 정지력(stopping power)으로, 빔의 ㅇ에너지 및 유체의 특성(nature)에 의존하며, S는 MeV cm2/g로 나타냄.
Boag의 이론(The dosimetry of ionizing radiation, vol. II, chap. 3, Academic Press, Inc.)에 따르면, 양지 빔이 통과되는 이온화 챔버의 전하 수집 효율 인자 f는 이하의 [수학식 6]으로 주어진다:
[수학식 6]
여기서, ξ2는 이하의 [수학식 7]로 주어진다:
[수학식 7]
여기서,
α는 이온화 챔버에 포함되는 가스의 재결합 계수 특성;
e는 전자의 전하(1.6x1019C);
k1 및 k2는 이온화 챔버에서 생성된 양이온 및 음이온 이동도(mobilities)이고, k1 및 k2는 m2s-1V-1로 표현된다(이하의 예에서, 근사값(approximation) k1 = k2 = k가 된다);
V는 콜렉터 전극과 분극 전극 사이에 인가된 전위차로, V로 나타내며;
Qmax는 이하의 [수학식 8]로 주어지는 이온화 밀도(volumetric ionization density)이다:
[수학식 8]
여기서,
Dmax는 이온화 챔버에서 빔에 의해 수신된 최대 선량으로, 이하의 [수학식 9]로 주어진다:
[수학식 9]
여기서,
Jmax는 이온화 챔버를 통과하는 가우시안 반경(Gaussian radius) σ를 가지는 입자 빔의 전류 밀도로, nA/cm2로 나타내고, 이하의 [수학식 10]으로 주어진다:
[수학식 10]
본 발명은 동일한 소스로부터 온 빔이 통과되는 적어도 2개의 이온화 챔버를 이용하는 것을 기초로 하는 것으로, 상기한 이온화 챔버는 다른 감도(sensitivities)를 가진다. 감도 차이는, 이하와 같은, 이온화 챔버 사이의 본질적(intrinsic) 또는 비본질적(extrinsic) 파라미터의 하나 이상의 차이에 기인한다.
- 이온화 챔버에 포함되는 간극의 두께의 차이;
- 이온화 챔버에 인가되는 전기장의 차이;
- 이온화 챔버의 간극에 포함되는 유체의 성질(nature)의 차이;
- 하나의 이온화 챔버에서 다른 챔버까지의 간극에 포함되는 유체의 압력차;
- 이온화 챔버에 입사되는 빔의 에너지 차이;
- 하나의 이온화 챔버에서 다른 챔버로 입사하는 빔의 사이즈(size) 또는 형태(shape)의 차이;
각각의 이온화 챔버 사이의 이러한 차이는, 빔이 각각의 이온화 챔버를 통과할 때 이온-전자쌍(ion-electron pairs)의 재결합(recombination)의 차이를 야기하며, 따라서 이온화 챔버 중 하나가, 전하의 재결합을 무시할 수 없는(non-negligible), 이른바 비포화 상태 구역(unsaturated state zone) Z1에서 동작할 때, 다르게 동작한다. 이온화 챔버 중 하나에서 전하의 재결합이 발생하기 시작하면, 본 발명에 따라, 그 이온화 챔버에서 측정된 전류값을, 본 단락에서 상술한 파라미터가 첫 번째 이온화 챔버와 적어도 하나가 다른 또 하나의 챔버에서 측정된 값과 비교함으로써, 그 이온화 챔버의 전하 수집 효율 인자를 알 수 있다.
도 2는 평판(plates)이 절연 또는 비절연 부재(insulating or non-insulating medium)(101)에 의해 분리되고, 바람직하게는, 일반적으로 빔의 축에 대하여 나란히 위치되는, 적어도 2개의 평면형 평행(planar parallel) 이온화 챔버(IC1 및 IC2)를 포함하는 본 발명의 가능한 실시형태를 나타내는 도면이다. 2개의 원통형 이온화 챔버를 포함하는 장치에 대하여 동일한 발명이 적용될 수 있다. 상기한 부재(101)가 갈륨 절연체(galvanic insulator)인 경우, 각 이온화 챔버의 콜렉터 전극과 분극 전극은 중요하지 않다. 상기한 부재(101)가 전기적으로 도체(conducting medium)인 경우, 제 1 이온화 챔버의 분극 전극은 제 2 이온화 챔버의 분극 전극과 대향하여 위치된다.
본 발명의 제 2 실시형태가 도 3에 나타나 있다. 이는, 이온화 챔버(IC2)의 전극 사이의 간극의 두께가 이온화 챔버(IC1)의 전극 사이의 간극의 두께의 80% 인, 평행판(201, 202, 203)을 포함하는 2개의 이온화 챔버(IC1 및 IC1)를 가지는 장치에 관한 것이다. 예를 들면, 상기한 이온화 챔버(IC1)는 5mm에 해당하는 두께를 가지는 간극(dIC1)을 가질 수 있고, 상기한 이온화 챔버(IC2)는 4mm에 해당하는 두께를 가지는 간극(dIC1)을 가질 수 있다. 2개의 이온화 챔버(IC1 및 IC2)는 공유(shared) 분극 전극(203)을 가지고, 200MeV의 에너지와 10mm의 가우시안 직경(Gaussian diameter)(σ = 5mm)을 가지는 양자 빔이 통과된다. 이온화 챔버(IC1 및 IC2)의 파라미터 차이는 이하의 표 1 및 표 2에 각각 나타내었다.
[표 1]
[표 2]
표 3은, 이온화 챔버(IC1)에 대하여, ifaisc 및 [수학식 4] 내지 [수학식 10]에 근거하여 계산된 Jmax, Dmax, Qmax, ξ2, f 및 icoll의 차이값(different values) 이다. 이하의 설명에서, 이온화 챔버(IC1)에 대하여, 파라미터 f 및 icoll은 각각 f1 및 i1으로 부른다.
[표 3]
표 4는, 이온화 챔버(IC2)에 대하여, ifaisc 및 [수학식 4] 내지 [수학식 10]에 근거하여 계산된 Jmax, Dmax, Qmax, ξ2, f 및 icoll의 차이값이다. 이하의 설명에서, 이온화 챔버(IC2)에 대하여, 파라미터 f 및 icoll은 각각 f2 및 i2로 부른다.
[표 4]
여기서, 본 발명의 제 1 실시형태의 경우, ifaisc의 함수와 같이, 이온화 챔버(IC1)는 이온화 챔버(IC2) 보다 더 높은 전하 재결합률을 가진다는 점에 유념해야 한다. 이러한 효과는 Boag의 이론을 이용하여, 두께 d를 가지는 간극을 가지며 두 개의 전극 사이에 전위차 V가 인가되는 이온화 챔버에서 전하 재결합의 확률이 주로 d4/V2 비의 비율인 것에 따라, 알 수 있다.
f1, f2, i1, i2의 이론값을 알고, 간극 두께 dIC1 및 dIC2가 설정되면, "이득" 인자라 불리는 인자 G는, 예를 들면, 이온화 챔버(IC1)에 대하여 적용되고(intriduced), 이하의 2개의 식 [수학식 11] 및 [수학식 12]로 주어진다:
[수학식 11]
여기서,
[수학식 12]
RIC1 및 RIC2를 통해, 이온화 챔버(IC1 및 IC2)의 증폭 인자(amplification factor)는 각각 [수학식 5]로 주어지고;
(1-f1)은, 이온화 챔버(IC1)의 전하 재결합률이다.
표 5는, 비율 i1/i2의 차이값에 대하여, 간극 두께의 비 dIC1/dIC2가 1.25인 2개의 이온화 챔버(IC1 및 IC2)를 포함하는 장치의 "이득" 인자 G의 이론값을 나타낸다. 측정된 전류비 i1/i2의 값에 상관없이 이득 인자는 일정하다(constant).
[표 5]
이온화 챔버의 전하 수집 효율 인자 f, 예를 들면, 이온화 챔버(IC1)의 인자 f1은, 이온화 챔버(IC1)에 대한 "이득" 인자의 값을 아는 것과, 이온화 챔버(IC1)의 콜렉터 전극(201)과 이온화 챔버(IC2)의 콜렉터 전극(202)으로부터 각각 측정된 전류 강도 i1 및 i2의 비의 측정에 의해, [수학식 11] 및 [수학식 12]를 고려하여 얻어질 수 있다. 예를 들면, 이러한 실시형태의 장치에 대하여, 분극 전극(203)의 전압이 1000V 이고, 측정된 i1/i2 비의 값이 1.20이면, 이온화 챔버(IC1)에 대한 전하 수집 효율 인자 f1은 [수학식 11] 및 [수학식 12]를 이용하여 계산될 수 있다:
측정된 전류 i1, 이온화 챔버(IC1)의 증폭 인자 R1 및 이온화 챔버(IC1)의 전하 수집 효율 인자를 알면, [수학식 4]에 근거하여, 빔 전류 ifaisc의 값을 계산할 수 있고, 따라서 빔에 의해 수집된 선량률은 [수학식 3]에 근거하여 알 수 있다:
이 경우, 이온화 챔버(IC1)에 대한 전하 수집 효율 인자를 고려한 빔 전류의 값은 20nA 이다.
이러한 내용은 서로 다른 곡선을 도시하고 있는 도 4의 그래프에 나타내 있다:
- 곡선 f1으로 나타낸 이온화 챔버(IC1)의 전하 수집 효율 인자,
- 곡선 f2로 나타낸 이온화 챔버(IC2)의 전하 수집 효율 인자,
- 측정된 전류의 비 i1/i2,
- 이온화 챔버(IC1)의 전하 재결합률(1-f1),
- 곡선 
- [수학식 11]로 주어지는 "이득" 인자 G.
각각의 이온화 챔버에 포함된 간극 두께에 관하여 차이만 가지는 2개의 이온화 챔버를 포함하는 디바이스를 사용하는 이점과 분극 전극이 2개의 이온화 챔버에 의해 나누어지는 이점은, "이득" 인자가 챔버의 기하학적 구조에만 의존하는 것이다. 예를 들면, 2개의 이온화 챔버에 의해 나누어진 분극 전극의 전위 중 하나를 변경하면, 측정된 전류값과 측정된 전류비(i1/i2)가 달라지지만, 이득 인자는 변함없이 유지되고 비(ratio)(i1/i2)의 변화는 각 이온화 챔버에서 전하 수집 효율 인자의 변화에 의해 균형을 맞춘다. 예를 들면, 분극 전극이, 20nA의 빔 전류에 대해, 2000V의 전위에 놓여지면, 비(i1/i2)의 측정된 비 값은 0.981과 동일한 전하 수집 인자(f1)로 1.236이 된다. 1462과 동일해지는 i1의 측정된 값, ifaisc 은 1462/(75?0.981)
20nA이고 빔에 의해 수집된 선량률은 제 1 실시예의 경우에서 
K.20이고, 분극 전극의 전압은 1000V였다. 동일한 논증은 다음 중 둘 모두의 이온화 챔버에서 동일한 변화를 적용한다:
- 각 이온화 챔버에 포함된 유체에서의 압력;
- 각 이온화 챔버에 포함된 유체의 성질;
- 빔 사이즈;
- 빔 에너지.
다시 말해서, 빔에 의해 수집된 선량률을 계산함으로써, 전기장의 변화, 압력, 유체의 성질, 또는 빔의 사이즈가, 각 이온화 챔버에서 동등하게 있으면, 이온화 챔버의 콜렉터 전극으로부터 측정된 전류비의 변화는 전하 수집 효율 인자의 변화에 의해 균형이 맞추어진다. 이들 변화가 이온화 챔버의 적절한 작동에 적용될 수 있도록 당업자에 의해 알려진다면, 본 발명에 따른 디바이스는 빔의 선량의 정확한 측정을 항상 제공한다.
다른 "이득" 인자들은 선택된 간극 두께에 따라 획득될 수 있다. 상기 기술된 실시예에서, 200 MeV의 빔으로, 5mm의 가우시안 분포로(1σ) 그리고 80%와 동일한 간극 두께(dIC2/dIC1)로, 하나는 59%의 "이득" 인자를 얻는다. 2개의 이온호 챔버 사이에 중요한 전류 차이를 얻고 이온화 챔버 중 어느 하나에 전하 수집 효율 인자를 정확히 평가하도록 높게 되는 이득 인자가 바람직하고, 따라서 빔에 의해 수집된 선량률을 얻을 수 있다. 이전에 기술된 바와 같이, 본 발명에 존재하는 실시형태에서, "이득" 인자는 간극들의 두께 사이의 비에만 의존한다.
도 6은, 2개의 이온화 챔버에서 전위차가 동일한(V1=V2) 2개의 이온화 챔버 내부를 포함하는 장치에 대해, 간극(dIC2/dIC1)의 두께 사이의 비의 함수로서, 이온화 챔버(IC1)에 관한 "이득" 인자의 변화를 보여주는 곡선을 도시한다. 이 비가 더 감소하면, 이득은 더 높아지고 100%쪽을 향하기 쉽다. 따라서, 다른 간극 두께를 가지는 적어도 2개의 이온화 챔버를 포함하는 장치로 작업하는 것이 유리해진다. 당업자는 너무 작은 간극을 가지는 이온화 챔버에 대해 전기 아크의 제조 위험이 존재한다는 것을 알고, 따라서 본 발명에 따른 장치에 포함된 이러한 이온화 챔버가 부적합하다는 것이 알려져 있다. 비슷하게, 너무 높은 간극은 전하 재결합의 위험을 증가시키는 결과로 된다.
표 6에 나타낸 바와 같이, 1nA보다 큰 빔 전류가 통과하여 지나간 2개의 챔버에 대해 0.05%보다 큰 전하 수집 효율 인자 차이에 대해 1과 100nA 사이에 포함된 빔 전류값 계층내에서, 0에 근접하는 빔 전류값에 대응하는 값에 관하여 변화하는 비(i1/i2)놈(norm)이 중요해진다(예를 들어 1% 초과).
[표 6]
본 발명의 다른 실시형태는 2개의 콜렉터와 분극 전극 사이에 간극의 두께 외의 파라미터가 하나의 이온화 챔버와 나머지가 다른 2개의 이온화 챔버를 포함하는 장치이다. 예를 들어, 각 이온화 챔버의 전극 사이에 다른 전위차를 적용할 수 있고, 이온화 챔버에 관한 전하 수집 효율 및 빔에 의해 수집된 선량률로의 억세스를 가지도록 상기 이온화 챔버 내에서 전류를 측정 및 비교할 수 있다.
이 실시형태에 따른 장치의 일 실시예는 동일한 간극을 가지는 2개의 이온화 챔버와, 제 2 이온화 챔버의 전극이 2000볼트의 전위차(V2)를 필요로 하는데 반하여 1600볼트의 전위차(V1)를 필요로 하는 제 1 이온화 챔버(IC1)의 전극을 포함한다. 예를 들어, 2개의 이온화 챔버는 5mm 두께의 간극을 가지고, 공유 전극을 가지거나 또는 가지지 않거나, 200MeV의 에너지, 10mm의 가우시안 직경(σ = 5mm)을 가진 양자 빔이 통과하여 지나간다. 전류 세기(i1)는 이온화 챔버(IC1)에서 측정되고 전류 세기(i2)는 이온화 챔버(IC2)에서 측정된다. 본 발명의 실시예에서, 빔 전류의 세기의 증가의 함수로서, 전하 재결합 현상을 가지도록 개시하는 제 1 챔버는 챔버(IC1)이다. 사실, 보그의 이론(Boag’s theory)에 따르면, 두께(d)의 간극을 가지고 전위(V)를 필요로 하는 이온화 챔버 내에서 전하 재결합 확률은 비(d4/V2)에 비례한다. 본 발명의 실시예의 경우에서 36%의 이온화 챔버(IC1)에 관한 “이득” 인자를 계산할 수 있고, 간극, 압력 및 간극이 하나의 이온화 챔버로부터 나머지에 변함없는 유체의 성질과 같은 다른 파라미터이므로, “이득” 인자는 각 이온화 챔버의 전극 사이의 전위차에만 의존한다. 이러한 환경을 도 5의 그래프에 나타낸다.
본 발명의 전술한 실시형태와 동일한 방식으로, 이온화 챔버와 관련하여 설정되는 이득 인자, 전류의 측정된 비(i1/i2)는 동일한 이온화 챔버 내 및 이온화 챔버로부터 전하 수집 효율 인자, 동일한 이온화 챔버 내에서 수집된 선량을 추론할 수 있게 한다.
본 발명의 현재 실시형태에서, 전술한 실시형태 경우에서 얻어진 것보다 "이득" 인자가 더 낮게 되고, 그 결과 측정된 전류의 비(i1/i2)가 작아지며, 빔에 의해 수집된 선량률의 측정의 민감도가 감소된다. 게다가, 여기에서의 "이득" 인자는 각 이온화 챔버에 적용된 전위차에만 의존되므로, 각 이온화 챔버에 적용된 전기장을 모니터링하는 수단이 필요하다.
본 발명의 다른 실시형태는 최적의 "이득" 인자를 얻기 위해, 고유의 간극 두께를 포함하고 전극 사이의 전위차가 다른 2개의 이온화 챔버를 포함하는 장치와 관련된다. 도 6의 그래프는 간극비(dIC2/dIC1)의 함수와 각 이온화 챔버(IC1 및 IC2)의 전극 사이의 전위차 비(V1/V2)의 함수로서 이온화 챔버(IC1)와 관련된 이득 인자의 변화를 나타내는 몇몇 곡선을 도시한다. 하나는, 비(dIC2/dIC1)가 1 보다 크고 동시에, 전극 사이의 전위차 비(V1/V2)가 1보다 작을 때, 이득 인자가 유리하게 보다 높은 것을 알 수 있다. 그럼에도 불구하고 당업자는, 빔 전류 측정에서 아크 현상 또는 정확성 문제가 발생하는 것을 넘어서, 각 이온화 챔버(IC1 및 IC2)의 전극 사이의 극단적인 전위차 값(V1 및 V2)에 더하여 극단적인 간극 값(dIC1 및 dIC2)을 인식한다. 또한, 비(i1/i2)가 비(R1/R2)보다 크고 "이득" 인자가 0에서 -∞으로 수용하는, 절대적으로, 전하 수직 효율의 측정과 빔에 의해 수집된 선량률의 정밀도에 관해 변하지 않는 경우에, 1보다 작은 비(dIC1 및 dIC2)와 1보다 큰 값(V1 및 V2)으로, 반대 조건 하에서 동작할 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태는, 동일하거나 또는 동일하지 않은, 간극을 각각 포함하고, 전극 사이의 전위차가 다르거나 또는 다르지 않으며, 하나의 이온화 챔버에서 다른 챔버에, 성질이 다른 유체를 각각 포함하는 적어도 2개의 이온화 챔버를 포함하는 장치에 관련되며, 예를 들면, 다음과 같다:
- 하나의 이온화 챔버 내의 가스 및 다른 이온화 챔버 내의 용액;
- 이온화 챔버 내의 제 1 가스 및 다른 이온화 챔버 내의 본질적으로 다른 제 2 가스;
- 압력에 다른 영향을 주는 유체.
[수학식 9]의 파라미터(S(유체의 동력을 중지), ρ(유체의 밀도) 및 W(형성된 이온쌍에 의해 소멸된 에너지)는 유체의 성질과 유체가 확인된 압력 둘 다에 의존한다. 앞서 기술된 환경과 유사하게, 각 이온화 챔버에 대한 파라미터(S, ρ 및 W)에 근거하여 이득 인자를 계산할 수 있다. 따라서, 하나는 파라미터(S1, ρ1 및 W1)를 가지는 압력(P1)으로 유체(M1)를 선택하고, 파라미터(S2, ρ2 및 W2)를 가지는 압력(P2)으로 유체(M2)를 선택할 수 있으며, M1은 M2와 다르거나 또는 같을 수 있고, P1은 P2와 다르거나 또는 같을 수 있으며, [수학식 3 내지 11]을 이용하여 이득 인자를 계산할 수 있다. 유체(M1 및 M2)는, 높은 "이득" 인자를 얻기 위해, 이온화 챔버 중 하나에 포함된다. 앞서 기술된 실시형태와 유사하게, "이득" 인자, 비(R1/R2)를 알고 각 이온화 챔버에서 전류의 측정된 비를 가짐으로써, 이온화 챔버에 관련한 전하 수집 효율 인자를 판정하고 [수학식 2]를 이용하여 빔에 의해 수집된 선량률을 추론한다. 간극 내에 존재하는 유체가 하나의 이온화 챔버와 다른 이온화 챔버에서 다른 압력이면, 압력을 모니터링 하는 수단이 필요하다.
본 발명의 다른 실시형태는, 하나의 이온화 챔버에서 다른 이온화 챔버로의 빔의 다른 에너지와, 그에 따른 측정된 다른 전류를 얻기 위해, 2개의 이온화 챔버와 2개의 이온화 챔버 사이에 놓여지는 정지 동력(S)이 알려진 에너지 흡수체를 포함하는 장치에 관련된다.
본 발명에 따른 다른 실시형태는, 각 이온화 챔버로 들어가는 다른 빔 사이즈 또는 형태와, 그에 따른 하나의 이온화 장치에서 다른 이온화 장치로의 전하 수집 효율에 더하여 측정된 전류 밀도에 관한 차이를 가지도록 적어도 2개의 이온화 챔버가 다른 이온화 장치와 떨어져 위치되는 장치와 관련된다. 이것은, 예를 들어 픽셀로 만들어진 이온화 챔버를 이용하여 이루어질 수 있는, 이득 인자를 계산하기 위해 동일한 시간에서 빔의 확장을 알도록 하는 것과 관련된다. 그럼에도 불구하고, 이 실시형태에서, 2개의 이온화 챔버 사이의 측정된 전류 차이는 전술한 실시형태보다 덜 중요하다.
앞서 기술된 실시형태에서 개시된 바와 같은 각 이온화 챔버 사이의 하나 이상의 차이, 또는 당업자에 의해 알려진 다른 차이를 조합하는 장치는, 최적의 이득 인자, 바람직하게는 가능한 한 높은 이득 인자 및 각 이온화 챔버 사이의 측정된 전류에서 중요한 차이를 얻도록 실행될 수 있고, 그것에 의해 이온화 챔버의 전하 수집 효율 인자를 알 수 있고, 바람직하게는 가능한 한 정확하게, 빔에 의해 수집된 선량률을 판정할 수 있다.
본 발명의 실시형태는 양자 빔 선량을 모니터링 하는 사용에 대해 설명되었지만, 본 발명은 이온화 빔의 다른 어떠한 형태에도 적용될 수 있다.
마지막으로, 본 발명에 따른 디바이스는, 알고리즘을 수행하는 시스템에 정보를 전송하는 취득 디바이스에 연결되고, 알고리즘의 수행은 다음의 단계와 같다:
- 디바이스의 2개의 이온화 챔버로 통합된 전류 또는 전류들에서 차이, 보다 구체적으로 측정된 전류비(i1/i2)를 비교하는 단계;
- 전하 재결합률(1-f)과 거기에서부터, 알고리즘의 제 1 단계의 결과와 고려된 이온화 챔버의 "이득" 인자로, 디바이스의 이온화 챔버의 고유의 파라미터(간극의 두께, 각 이온화 챔버의 전극 사이의 전위차, 이온화 챔버에 포함된 유체의 성질 및 압력)와 외적인 파라미터(이온화 챔버로 들어가는 빔의 사이즈)에 근거하여 설정되는 "이득" 인자에 근거한 고려된 이온화 챔버에서 전하 수집 효율 인자(f)를 계산하는 단계;
- 고려된 이온화 챔버에서 전하 수집 효율 인자에 근거한 빔에 의해 수집된 선량률을 계산하는 단계.
본 발명에 따른 디바이스는 이온화 챔버에서 전하 재결합률과 전하 수집 효율 인자를 평가할 수 있고, 따라서 빔의 강도는 전통의 이온화 챔버가 재결합 현상을 가지도록 되는 상태 하에서 빔에 의해 수집된 선량률을 알 수 있는 이점을 갖는다. 예를 들면, 기존의 이온화 챔버에서 측정할 수 없는 조건에서, 전하 수집 효율 인자에 직접 액세스를 가능하게 함으로써 에너지가 강한 빔에 의해 수집된 선량률의 정확한 모니터링을 가능하게 한다. 따라서, 본 발명에 따른 장치는 종래에 알려진 기술에 관하여 빔 전류의 매우 광범위한 범위에 걸쳐 이온화 챔버를 사용하는 것이 가능하다.
Claims (11)
- 소스로부터 나오는 에너지 입자 빔의 선량 측정 장치로서, 상기 장치는,
각각 콜렉터 전극 및 분극 전극을 포함하는 적어도 제 1 및 제 2 이온화 챔버 (IC1 및 IC2) 를 포함하고, 각각의 이온화 챔버의 전극은 유체를 포함하는 간극 또는 공간에 의해 분리되고, 상기 이온화 챔버는 동일한 소스로부터 나오는 에너지 입자 빔에 의해 통과되도록 구성되며,
상기 장치는, 상기 이온화 챔버들이 서로 다른 전하 수집 효율 인자(charge collection efficiency factors) 를 갖는 것을 특징으로 하고,
또한 상기 장치는,
- 각각의 고려된 이온화 챔버 내의 출력 신호; 및
- 식,에 의해 제 1 이온화 챔버에 대한 "이득" 인자(gain factor) 를 측정함으로써, 상기 입자 빔에 의해 증착되는 선량률(dose rate) 을 계산하는 알고리즘을 수행하기 위한 컴퓨터에 연결되는 획득 장치(acquisition device) 를 포함하는 것을 특징으로 하며,
상기 이론적인 출력 신호 값 (i1, i2) 및 f1 은 상기 고려된 챔버들 (IC1 및 IC2) 의 본질적인 및/또는 비본질적인 파라미터의 함수, 및 상기 입자 빔의 전류 세기 (current intensity) 값의 함수로서 계산되며, 상기 이득 인자는 상기 입자 빔의 값과는 독립적인 것을 특징으로 하는, 에너지 입자 빔의 선량 측정 장치.
(여기서,
- G 는 제 1 이온화 챔버 (IC1) 에 대한 "이득" 인자이고,
-은 각각의 증폭 인자의 비 (R1/R2) 에 의해 정규화된 상기 2 개의 고려된 이온화 챔버 (IC1 및 IC2) 에 있어서의 출력 신호 (i1 및 i2) 의 이론값의 비로서, 각각의 증폭 인자는 상기 유체, 고려된 이온화 챔버에 대한 상기 유체 내의 입자 빔의 간극폭 및 침투력(penetration power) 에 따라 좌우되며,
- f1 은 제 1 이온화 챔버 (IC1) 내의 전하 수집 효율 인자의 이론값이다.)
- 제 1 항에 있어서,
상기 계산 알고리즘은 다음의 단계, 즉,
- 상기 2 개의 고려된 이온화 챔버 내의 출력 신호 (i1 및 i2) 를 측정하고, 상기 출력 신호 값들 (i1 및 i2) 사이의 정규비 (normalized ratio)를 설정하는 단계;
- 알고리즘의 상기 제 1 단계의 결과, 및 상기 고려된 이온화 챔버의 "이득" 인자 정보에 기초하여, 상기 전하 재결합률(charge recombination rate) (1-f) 을 계산하고 전하 수집 효율 인자 (f) 를 도출하는 단계;
- 상기 고려된 이온화 챔버 내의 전하 수집 효율 인자에 기초하여 상기 빔에 의해 적층되는 선량률을 계산하는 단계;
를 수행하는 것을 특징으로 하는, 에너지 입자 빔의 선량 측정 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 고려된 이온화 챔버는 상기 콜렉터와 분극 전극 사이에 포함되는 간극 두께에 있어 차이를 갖고, 이 차이가 전하 수집 효율 인자의 차이를 부여하는 것을 특징으로 하는, 에너지 입자 빔의 선량 측정 장치.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고려된 이온화 챔버는 상기 콜렉터와 분극 전극 사이에 생성되는 전기장에 차이를 갖고, 이 차이가 전하 수집 효율 인자의 차이를 부여하는 것을 특징으로 하는, 에너지 입자 빔의 선량 측정 장치.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고려된 이온화 챔버는 상기 콜렉터와 분극 전극 사이에 포함된 간극 내에 존재하는 유체 특성에 차이를 갖고, 이 차이가 전하 수집 효율 인자의 차이를 부여하는 것을 특징으로 하는, 에너지 입자 빔의 선량 측정 장치.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고려된 이온화 챔버는 각각의 이온화 챔버에 대해 상기 콜렉터와 분극 전극 사이에 포함되는 간극 내에 존재하는 유체의 압력 및/또는 온도에 차이를 갖고, 이 차이가 전하 수집 효율 인자의 차이를 부여하는 것을 특징으로 하는, 에너지 입자 빔의 선량 측정 장치.
- 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고려된 이온화 챔버는 소스의 위치에 대한 기하학적 구조 및/또는 국소 위치에 차이를 갖고, 이에 의해 상기 각각의 이온화 챔버로 들어가는 빔 필드(beam field) 가 이온화 챔버에 따라 달라지며, 이 차이가 전하 수집 효율 인자의 차이를 부여하는 것을 특징으로 하는, 에너지 입자 빔의 선량 측정 장치.
- 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고려된 이온화 챔버는 하나 이상의 에너지 흡수체에 의해 분리되고, 이에 의해 각각의 이온화 챔버로 들어가는 에너지 빔이 이온화 챔버에 따라 달라지며, 이 차이가 전하 수집 효율 인자를 부여하는 것을 특징으로 하는, 에너지 입자 빔의 선량 측정 장치.
- 소스로부터 나오는 입자 빔에 의해 증착되는 선량률을 측정하는 방법으로서, 하기의 단계, 즉,
(i) 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 장치를 사용하여, 상기 고려된 이온화 챔버 각각의 본질적인 및/또는 비본질적인 파라미터를 선택하는 단계;
(ii) 식,에 의해 "이득" 인자를 설정하는 단계;
(iii) 상기 2 개의 고려된 이온화 챔버에 대해 출력 신호가 측정하는 단계;
(iv) 상기 이득 인자에 기초하여, 상기 제 1 챔버의 전하 수집 효율 인자를 결정하기 위한 알고리즘을 수행하는 컴퓨터를 사용하여 상기 신호를 처리한 후, 상기 빔에 의해 증착되는 선량률을 계산하는 단계;
를 수행하며,
상기 이론적인 출력 신호 값 (i1, i2) 및 f1 은 상기 고려된 챔버들 (IC1 및 IC2) 의 본질적인 및/또는 비본질적인 파라미터의 함수, 및 상기 입자 빔의 전류 세기 (current intensity) 값의 함수로서 계산되며, 상기 이득 인자는 상기 입자 빔의 값과는 독립적인 것을 특징으로 하는, 입자 빔에 의해 증착되는 선량률 측정 방법.
(여기서,
- G 는 제 1 이온화 챔버 (IC1) 에 대한 "이득" 인자이고,
-은 각각의 증폭 인자의 비 (R1/R2) 에 의해 정규화된 상기 2 개의 고려된 이온화 챔버 (IC1 및 IC2) 에 있어서의 출력 신호 (i1 및 i2) 의 이론값의 비로서, 각각의 증폭 인자는 상기 유체, 고려된 이온화 챔버에 대한 상기 유체 내의 입자 빔의 간극폭 및 침투력(penetration power) 에 따라 좌우되며,
- f1 은 제 1 이온화 챔버 (IC1) 내의 전하 수집 효율 인자의 이론값이다.)
- 제 9 항에 있어서,
상기 입자 빔에 의해 증착되는 선량률의 계산은 다음의 단계, 즉,
(i) 상기 2 개의 고려된 이온화 챔버 (IC1 및 IC2) 에서 측정된 출력 신호 (i1 및 i2) 의 정규비를 계산하는 단계;
(ii) 제 1 이온화 챔버에 대한 상기 이득 인자, 및 상기 2 개의 고려된 이온화 챔버 (IC1 및 IC2) 에서 측정된 출력 신호 (i1 및 i2) 의 정규비의 값에 기초하여, 제 1 이온화 챔버 내의 전하 수집 효율 인자 (f1) 을 계산하는 단계;
(iii) 상기 제 1 이온화 챔버 내의 전류 측정, 및 상기 제 1 이온화 챔버 (IC1) 에 대한 전하 수집 효율 인자에 기초하여 상기 빔에 의해 증착되는 선량률을 계산하는 단계;
에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는, 입자 빔에 의해 증착되는 선량률 측정 방법.
- 제 9 항 또는 제 10 항에 따른 측정 방법을 사용하여,
전류 세기가 1 nA 초과인 에너지 입자 빔의 선량률 측정을 수행하는 방법.
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