RU2730113C1

RU2730113C1 - Design of electrode system of ionisation chamber

Info

Publication number: RU2730113C1
Application number: RU2019128383A
Authority: RU
Inventors: Григорий Владимирович Полетов
Original assignee: Акционерное общество "Научно-исследовательский институт технической физики и автоматизации" (АО "НИИТФА")
Priority date: 2019-09-10
Filing date: 2019-09-10
Publication date: 2020-08-17

Abstract

FIELD: nuclear physics.SUBSTANCE: invention relates to atomic physics. Electrode system of the ionisation chamber comprises several collecting electrodes and a guard electrode, wherein the collecting electrode is multi-sectional in at least five sections with equal surface area and placed completely inside the security electrode, including contact pads of the collecting electrodes are also placed inside the security electrode.EFFECT: technical result is reduction of leakage current effect on measurement results of ionisation current.1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области атомной физики, к регистрации фотонного либо электронного излучения, в частности, в медицинской физике, а более конкретно, к конструкции электродной системы ионизационной камеры.The invention relates to the field of atomic physics, to the registration of photon or electron radiation, in particular, in medical physics, and more specifically, to the design of the electrode system of the ionization chamber.

Электродная система ионизационной камеры является ее важнейшей функциональной частью, наряду с корпусом, рабочим газовым наполнением, электрическими соединителями.The electrode system of the ionization chamber is its most important functional part, along with the body, working gas filling, and electrical connectors.

Под электродной системой подразумевается совокупность электродов ионизационной камеры (высоковольтный, собирающий, охранный и т.п.), а также изоляторов того либо иного типа, с помощью которых электроды соединяются между собой и с другими функциональными частями ионизационной камеры. К примеру, изолятор может быть выполнен из плоской тонкой пластины с высокими диэлектрическими свойствами, а электрод может быть нанесен на эту пластину тем или иным способом в виде тонкого слоя из какого-либо материала с хорошей электрической проводимостью. Такая конфигурация электродной системы носит наименование плоско-параллельной.An electrode system means a set of electrodes of an ionization chamber (high-voltage, collecting, security, etc.), as well as insulators of one type or another, with the help of which the electrodes are connected to each other and to other functional parts of the ionization chamber. For example, an insulator can be made of a flat thin plate with high dielectric properties, and the electrode can be applied to this plate in one way or another in the form of a thin layer of some material with good electrical conductivity. This configuration of the electrode system is called plane-parallel.

Известны различные типы конструкций ионизационных камер: с плоско-параллельными электродными системами, цилиндрическими электродными системами, сферическими электродными системами, описанные в следующих патентах:Various types of ionization chamber designs are known: with plane-parallel electrode systems, cylindrical electrode systems, spherical electrode systems, described in the following patents:

Патент US 3852610 A (Transmission ion chamber) раскрывает конструкцию электродной системы ионизационной камеры. Электродная система содержит четыре внутренних собирающих электрода и четыре внешних собирающих электрода, один охранный электрод.US Patent 3,852,610 A (Transmission ion chamber) discloses the design of an electrode system in an ionization chamber. The electrode system contains four internal collecting electrodes and four external collecting electrodes, one guard electrode.

Недостатком является отсутствие центрального круглого электрода. Кроме того, охранный электрод не окружает полностью собирающие электроды ионизационной камеры, а также их контактные площадки.The disadvantage is the lack of a central circular electrode. In addition, the guard electrode does not completely surround the collecting electrodes of the ionization chamber, as well as their contact pads.

Патент US 3997788 A (Device for monitoring the position, intensity, uniformity and directivity of an ionizing radiation beam) описывает ионизационную камеру с несколькими электродными системами, содержащими по четыре собирающих электрода, полностью окруженных охранным электродом. При этом собирающие электроды равной площади, сложной формы.US Pat. No. 3,997,788 A (Device for monitoring the position, intensity, uniformity and directivity of an ionizing radiation beam) describes an ionization chamber with several electrode systems, each containing four collecting electrodes, completely surrounded by a guard electrode. In this case, the collecting electrodes are of equal area, complex shape.

Отсутствие осевой симметрии электродов относительно пучка излучения ускорителя усложняет процедуру обработки полезного сигнала ионизационной камеры и определение таких параметров пучка как симметрия и однородность мощности дозы в пучке.The absence of axial symmetry of the electrodes relative to the accelerator radiation beam complicates the procedure for processing the useful signal of the ionization chamber and determining such beam parameters as symmetry and uniformity of the dose rate in the beam.

Патент WO 1981003084 А1 (A method and a device relating to a transmission ion chamber) описывает электродную систему ионизационной камеры, в которой восемь собирающих электродов.WO 1981003084 A1 (A method and a device relating to a transmission ion chamber) describes an electrode system of an ionization chamber in which there are eight collecting electrodes.

Недостатком является отсутствие охранного электрода, препятствующего возникновению токов утечки.The disadvantage is the lack of a guard electrode that prevents leakage currents.

Патент ЕР 0071826 А2 (Dose monitor chamber for electron or X-ray radiation) описывает электродную систему, состоящую из двух собирающих электродов сложной неправильной формы, помещенных внутрь охранного электрода.Patent EP 0071826 A2 (Dose monitor chamber for electron or X-ray radiation) describes an electrode system consisting of two collecting electrodes of complex irregular shape placed inside a guard electrode.

Недостатком является невысокое разрешение двухэлектродной конструкции по отношению к нарушению симметрии и однородности мощности дозы в пучке.The disadvantage is the low resolution of the two-electrode structure in relation to the violation of symmetry and uniformity of the dose rate in the beam.

В качестве аналога выбрана электродная система, описанная в патенте CN 108550516 А (Multi-channel ionization chamber of medical linear accelerator, and collecting electrode thereof). Описывается электродная система, состоящая из пяти собирающих электродов, которые полностью не помещены внутрь охранного электрода, контактные площадки собирающих электродов также не помещены внутрь охранного электрода.The electrode system described in CN 108550516 A (Multi-channel ionization chamber of medical linear accelerator, and collecting electrode thereof) was selected as an analogue. An electrode system is described, which consists of five collecting electrodes, which are not completely placed inside the guard electrode; the contact pads of the collecting electrodes are also not placed inside the guard electrode.

Недостатком аналога является то, что охранный электрод полностью не окружает собирающие электроды, что приводит к возникновению токов утечки через участки поверхности изоляционного материала, не защищенные охранным электродом. Это ухудшает точность измерений.The disadvantage of the analogue is that the guard electrode does not completely surround the collecting electrodes, which leads to the occurrence of leakage currents through the sections of the surface of the insulating material not protected by the guard electrode. This degrades the measurement accuracy.

Цель изобретения: уменьшение влияния токов утечки на результаты измерений ионизационного тока.The purpose of the invention: to reduce the influence of leakage currents on the results of measurements of the ionization current.

Указанный результат достигается за счет того, что собирающие электроды электродной системы полностью помещены внутрь охранного электрода. При этом контактные площадки собирающих электродов также расположены внутри охранного электрода.This result is achieved due to the fact that the collecting electrodes of the electrode system are completely placed inside the guard electrode. In this case, the contact pads of the collecting electrodes are also located inside the guard electrode.

В разработанной нами ионизационной камере, применяющейся в системе мониторинга дозы комплекса КЛТ-6, используется плоскопараллельная конструкция электродной системы.The ionization chamber developed by us, which is used in the dose monitoring system of the KLT-6 complex, uses a plane-parallel design of the electrode system.

Общий вид электродной системы представлен на рис. 1.The general view of the electrode system is shown in Fig. 1.

Принципиально электродная система ионизационный камеры представляет собой плоскую подложку-изолятор (рис. 1, поз. 1), изготовленную из материала с высокими изоляционными свойствами, например из керамики или полимерного материала. На подложку-изолятор нанесен проводящий слой из материала с низким электрическим сопротивлением, например из меди или алюминия, являющийся собирающим электродом электродной системы (рис. 1, поз. 2).In principle, the electrode system of the ionization chamber is a flat insulator substrate (Fig. 1, pos. 1) made of a material with high insulating properties, for example, a ceramic or polymer material. A conductive layer made of a material with low electrical resistance, for example, copper or aluminum, is deposited on the insulator substrate, which is the collecting electrode of the electrode system (Fig. 1, item 2).

Подложка-изолятор имеет несколько крепежных отверстий, расположенных по периметру, которые позволяют соединить электрод с корпусом ионизационной камеры (рис. 1, поз. 5).The insulating substrate has several fixing holes located along the perimeter, which allow the electrode to be connected to the body of the ionization chamber (Fig. 1, item 5).

Проводящий слой собирающего электрода ионизационной камеры разделен на пять электрически изолированных между собой областей равной площади (рис. 1, поз. 2), каждая из которых имеет свою контактную площадку (рис. 1, поз. 4) для передачи ионизационного тока к регистрирующей аппаратуре, например измерителю тока (рис. 2). Таким образом, собирающий электрод ионизационной камеры является многосекционным.The conducting layer of the collecting electrode of the ionization chamber is divided into five electrically isolated regions of equal area (Fig. 1, item 2), each of which has its own contact area (Fig. 1, item 4) for transferring the ionization current to the recording equipment, for example, a current meter (Fig. 2). Thus, the collecting electrode of the ionization chamber is multi-section.

Наличие нескольких секций собирающего электрода позволяет контролировать ионизацию в различных частях рабочего объема ионизационной камеры независимо, наделяя ионизационную камеры свойством позиционной чувствительности к ионизирующему излучению.The presence of several sections of the collecting electrode makes it possible to control ionization in different parts of the working volume of the ionization chamber independently, giving the ionization chamber the property of positional sensitivity to ionizing radiation.

Равная площадь собирающих электродов обеспечивает равную чувствительность всех секций ионизационной камеры к ионизирующему излучению.The equal area of the collecting electrodes ensures equal sensitivity of all sections of the ionization chamber to ionizing radiation.

Кроме нескольких секций собирающего электрода на подложку-изолятор нанесен так называемый охранный электрод (рис. 1, поз. 3). Принципиальное отличие между собирающими электродами и охранным электродом лежит в форме последнего.In addition to several sections of the collecting electrode, a so-called guard electrode is applied to the insulator substrate (Fig. 1, pos. 3). The fundamental difference between the collecting electrodes and the guard electrode lies in the shape of the latter.

Собирающие электроды имеют контактные площадки (рис. 1, поз. 4), позволяющие подсоединить электродную систему ионизационной камеры к каким-либо измерительным приборам или другим частям ионизационной камеры. Контактные площадки охранного электрода (рис. 1, поз. 6) заземляются при использовании электродной системы в ионизационной камере.The collecting electrodes have contact pads (Fig. 1, pos. 4) that allow connecting the electrode system of the ionization chamber to any measuring devices or other parts of the ionization chamber. The contact pads of the guard electrode (Fig. 1, pos. 6) are grounded when using the electrode system in the ionization chamber.

Охранный электрод полностью охватывает собирающие электроды, включая контактные площадки, таким образом, чтобы исключить протекание каких-либо омических токов утечки между собирающими электродами и каким-либо иным электродом ионизационной камеры, например высоковольтным.The guard electrode completely encloses the collecting electrodes, including the contact pads, in such a way as to prevent any ohmic leakage currents from flowing between the collecting electrodes and any other electrode in the ionization chamber, for example a high voltage one.

Принцип действия охранного электрода представлен на рис. 2. Стрелкой на рис. 2 изображен путь протекания тока утечки.The principle of operation of the guard electrode is shown in Fig. 2. The arrow in fig. 2 shows the path of the leakage current.

Физически механизм действия охранного электрода (рис. 2, поз. 3) основан на замыкании токов утечки (рис. 2, поз. 7) с высоковольтного электрода (рис. 2, поз. 8) на землю или корпус ионизационной камеры (рис. 2, поз. 10). При этом разность потенциалов между охранным электродом и собирающими отсутствует (рис. 2, поз. 9), что исключает возможность протекания омических токов утечки между ними.Physically, the mechanism of action of the guard electrode (Fig. 2, pos. 3) is based on closing the leakage currents (Fig. 2, pos. 7) from the high-voltage electrode (Fig. 2, pos. 8) to the ground or the body of the ionization chamber (Fig. 2 , item 10). In this case, there is no potential difference between the guard electrode and the collecting ones (Fig. 2, pos. 9), which excludes the possibility of ohmic leakage currents between them.

Claims

The electrode system of the ionization chamber, which includes several collecting electrodes and a guard electrode, characterized in that the collecting electrode is made of multiple sections of at least five sections with equal surface area and is placed completely inside the guard electrode, including the contact pads of the collecting electrodes are also placed inside the guard electrode.