DE2604672A1

DE2604672A1 - Vorrichtung zur kontrolle der zentrierung, der intensitaet, der homogenitaet und der richtungsbuendelung eines ionisierenden strahlungsbuendels

Info

Publication number: DE2604672A1
Application number: DE19762604672
Authority: DE
Inventors: Rene Boux
Original assignee: CGR MEV SA
Current assignee: CGR MEV SA
Priority date: 1975-02-07
Filing date: 1976-02-06
Publication date: 1976-08-19
Also published as: CA1067624A; JPS51102800A; CH588086A5; JPS5823704B2; FR2300414B2; FR2300414A2; DE2604672C2; GB1558601A; NL7601175A

Description

13, Square Max Hytnans 75015 PARIS/ Frankreich

Unser Zeichen; C 5074

Vorrichtung zur Kontrolle der Zentrierung, der Intensität, der Homogenität und der Richtungsbündelung eines ionisierenden

Strahlungsbündels

Zusatz 2U Patent.

(Patentanmeldung P 24 02 898.6-33)

Die Erfindung bezieht sich auf eine weitere Ausbildung einer Vorrichtung zur Kontrolle der Lage, der Intensität, der Homogenität und der Richtungsbündelung eines ionisierenden Strahlungsbündels

gemäß dem Patent (Patentanmeldung P 24 02 898.6-33) und

betrifft insbesondere die in den Ionisationskammern der Vorrichtung angeordneten Ionenfangelektroden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur

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Kontrolle der Lage, der Intensität, der Homogenität und der Richtungsbündelung eines ionisierenden Strahlungsbündels nach

Anspruch 1 des Patents (Patentanmeldung P 24 02 898.6-33),

mit wenigstens einer ersten und einer zweiten Ionisationskammer, welche mit einer ersten kreisförmigen Elektrode bzw. mit einer zweiten kreisförmigen Elektrode versehen sind, wobei zumindest eine dieser Elektroden mehrere elektrisch leitende und elektrisch voneinander isolierte Elemente aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche S der zweiten Elektrode kleiner ist als die Fläche S. der ersten Elektrode, wobei die Fläche S im wesentlichen gleich dem Querschnitt des Strahlungsbündels ist, daß die Elektroden mit Verarbeitungsschaltungen für dis von ihnen erfaßten elektrischen Signale verbunden sind und daß ein durch die Verarbeitungsschaltungen gesteuertes Sicherheitssystem die Strahlungsbündelquelle regelt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. t ^k eine mit zwei Ionsisationskammern

versehene Kontrollvorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 schematisch zwei Elektroden, wie sie

in diesen beiden Ionisationskammern gemäß der Erfindung verwendet werden,

Fig. 3 zwei Beispiele für die Verteilung der

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Strahlungsintensität über einer diametralen Achse xx dieser Elektroden,

Fig. 4 schematisch eine diesen Elektroden zu

geordnete Komparatorschaltung,

die Fig. 5, 6, 7 schematisch drei weitere Ausfuhrungs

beispiele einer Vorrichtung nach der Erfindung, und

die Fig. 8, 9 und 10 ein Schaltbild von Verarbeitungsschal

tungen bzw. zwei Komparatorschaltungen, welche die Kontrolle der Lage, der Intensität, der Homogenität und der Richtungsbündelung eines ionisierenden Strahlungsbündels gestatten.

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel von zwei in einer Kontrollvorrichtung nach der Erfindung verwendeten Ionisationskammern. Diese Ionisationskammern 1 und 2 enthalten zwei kreiförmige Elektroden E . bzw. E , welche , wie schematisch in Fig. 2 dargestellt, beispielsweise aus einem Rahmen C bestehen, der eine unter dem Warenzeichen "MYLAR" bekannte Folie aus Polyäthylenterephtalat trägt, auf die durch Aufdampfen im Vakuum eine dünne Metallschicht aufgebracht worden ist, die für das ionisierende Bündel durchlässig ist. Die Elektrode E . hat einen Durchmesser d , der im wesentlichen gleich dem Durchmesser des ionisierenden Bündels ist, während die Elektrode E einen

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-A-

Durchmesse d hat, der kleiner als der Durchmesser d ist.
Für ihre Flächen S bzw. S gilt:

³OI ^> ^SO2

Im Betrieb sind die ionisierenden Flüsse 0 und 0 , welche die Elektroden E . bzw. E durchqueren, proportional zu den Strömen V>1 ^unc* ^no* ^^e ^von ^^en ^^e^troden E . und E erfaßt werden. Wenn der Fluß homogen ist, ist die Gleichung

0 =_°1_ 0 2 (1)

¹ ^

und entsprechend

¹Oi " -sj- ¹O₂

erfüllt.

Die Kurve (a) in Fig. 3 zeigt die Änderung des Stroms I
(des Flusses 0_ni) über einer zu der Elektrode E . diametralen Achse xx für ein Strahlungsbündel, das homogen und passend
zentriert ist, während die Kurve (b) in Fig. 3 die Änderung des Stroms I . über dieser Elektrode E zeigt, wenn das Strahlungsbündel inhomogen ist (das Bündel ist in der Mitte dichter als an der Peripherie). Die Ströme I und I sind dann nicht mehr proportional zu den Flächen S und S der Elektroden E
und E und die Gleichung (2) ist ersetzt durch:

(3)

Eine Schaltung (Fig. 4), welche zwei Komparatoren C und C

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■" O ™"

enthält, gestattet, die den auf den Elektroden E und E gewonnenen Strömen I und I entsprechenden Spannungen V . und V miteinander zu vergleichen und das Sicherheitssystem S auszulösen, wenn gilt:
^s

^VO2 ^>
V Schwelle

wobei V_, . ,, eine Sch well enspannung mit vorbestimmtem Schwelle

Wert ist, der von den Betriebsvorschriften oder den Kenndaten der Bestrahlungsvorrichtung abhängig ist.

Die Ionisationskammern 1 und 2, die die Kontrolle der Intensität, der Homogenität und der Richtungsbündelung des Strahlungsbündels gestatten, können einer weiteren Ionisationskammer (in Fig. 1 nicht dargestellt) zugeordnet sein, welche beispielsweise mit Senden versehen ist oder eine unterteilte Elektrode bekannter Art aufweist, die die Kontrolle der Zentrierung des Bündels gestattet. In einem zweiten Ausführungsbeispiel enthält die Vorrichtung nach der Erfindung zwei Ionisationskammern, die mit zwei unterteilten kreisförmigen Elektroden E bzw. E versehen sind, welche in Fig. 5 schematisch dargestellt sind. Zwei isolierende Streifen S und 4, die beispielsweise aus der nicht mit einem Metallüberzug versehenen Polyäthylenterephtalat-Folie gebildet sind, trennen die Elektrode E. diametral in zwei Elemente e und e und die Elektrode E in zwei weitere Elemente e und e (Fig. 5), wobei diese

21 22 ^v ^J

isolierenden Streifen 3 und 4 unter einem Winkel von 90 zueinander angeordnet sind. Die Elektrode E. hat e ine Fläche S , die im wesentlichen gleich dem Querschnitt des ionisierenden Bündels ist, während die Elektrode E eine kleinere Fläche S hat.

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Im Betrieb erfassen die Elemente e, , e und e , e der Elektroden E und E die Ströme I₁₁, i_1o bzw. i , i . Die ionisierenden Strahlungsflüsse 0 und 0 , die die Elektroden E bzw. E durchqueren, sind zu den Strömen I = i . + i und I = i . + i proportional, welche von den Elektroden E und E erfaßt werden. Wenn der Fluß homogen ist, ist die Gleichung

das heißt: ,

erfüllt.

Im Betrieb, wenn man den ungünstigsten Fall eines Strahlungsbündels betrachtet, das dezentriert und inhomogen ist und eine Dezentrierung Ad auf der Achse des isolierenden Streifens 3 der Elektrode E aufweist, wobei für die Dezentrierung gilt:

Ad < (5)

und wobei d und d die Durchmesser der Elektroden E bzw. E sind, ergibt der Vergleich der gewonnenen Ströme I und I folgende Informationen.

Ίι = S2

I₂₁ > i₂₂ C8)

Die Ungleichungen (6) und (8) lösen dann den Betrieb eines

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Alarm- oder Sicherheitssystems aus, welches das Strahlungsbündel abschaltet.

In dem Fall eines Strahlungsbündels, das homogen, aber dezentriert ist, erhält man:

¹II ⁼ S 2 ⁽⁹⁾

i₂₁ = i₂₂ (10)

¹^s₂- ^l2 CiD

Die Ungleichung (11) löst den Betrieb des Sicherheitssystems aus, welches das Aussenden des Strahlungsbündels unterbricht.

Es ist jedoch anzumerken, daß ein zentriertes und inhomogenes Bündel an dem Ausgang der Kontrollschaltungen Beziehungen liefert, die mit den Beziehungen (9), (10) und (11) identisch sind. Die Ungleichung (11) löst, wie in dem vorhergehenden Fall, den Betrieb des Sicherheitssystems und die Unterbrechung der Aussendung des Strahlungsbündels aus. In dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist somit die Betriebssicherheit zwar gewährleistet, es gibt jedoch keine Anzeige über den Fehler, den das Strahlungsbündel aufweist.

In zwei weiteren bevorzugten Ausführungsbeispielen (Fig. 6 und T) werden die Fehler, die das Bündel aufweist, sichtbar gemacht.

Fig. 6 zeigt schematisch zwei Elektroden E und E , die in der Vorrichtung nach der Erfindung verwendet werden.

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Die Elektrode E hat vier Elemente e , e , e und e ; 3 31 32' 33 34'

die Elektrode E enthält ein einziges Element e . 4 =4

Im Betrieb gestattet die Messung des Stroms I_ = I₀. + i + i_oo + i die Kontrolle des Flusses 0, d.h. der

ο öl o2 oc> o4

Bestrahlungsdosis, die zu dem Strom I proportional ist, wobei

dieser Fluß 0 auch durch die zweite Ionisationskammer kontrolliert wird, welche einen Strom I= (S VS^ I liefert. Außerdem:

4 ^v 4 3r 3

- die Zentrierung des Bündels ist erreicht, wenn gilt:

i~ = ^O₂ = So = ¹O₄ (12)

Ol »y (J(J O^r

- die Homogenität des Bündels ist zufriedenstellend, wenn gilt:

wobei k ein Koeffizient in der Nähe von 1 ist, der die vorgeschriebenen Sicherheitsnormen berücksichtigt.

Wenn das Bestrahlungsbündel ein Abtastbündel ist, kann die Kontrolle der Zentrierung dieses Bündels erreicht werden, indem der Ionisationskammer, die beispielsweise mit der Elektrode E

mit vier Elementen e , e , e , e versehen ist, eine Zentriervorrichtung zugeordnet wird, wie sie beispielsweise in der deutschen Patentanmeldung P 25 25 406.2 vorgeschlagen ist, wobei diese Zentriervorrichtung auch zwei Elektroden zugeordnet sein kann, wie etwa den Elektroden E und E mit jeweils zwei Elementen, oder besser den beiden Elektroden E und E einer Kontrollvoi—

5 6

richtung gemäß der vorliegenden Erfindung, wie sie in Fig. 7

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dargestellt ist. Dieses Ausfuhrungsbeispiel enthält drei Ionisationskammern 5, 6 und 7. Die Elektroden E und E haben

5 D

im wesentlichen den gleichen Durchmesser wie das Strahlungsbündel und enthalten jeweils zwei Elemente e , e__ bzw. e_ ,

51 52 61

e . Die Elektrode E , die einen kleineren Durchmesser hat, ist mit einem einzigen Element e versehen.

Die Elemente e , e der Elektrode E , die Elemente e , Ol 5<^ ο öl

e der Elektrode E und das Element e der Elektrode E

erfassen Ströme i , i bzw. i , i bzw. ιοί O2 01 6c 7

In dem Fall eines inhomogenen Bündels, das beispielsweise durch das Fehlen eines Ausgleichfilters oder durch einen Fehler der Ablenkung des Bestrahlungsbündels hervorgerufen wird, erhält man die Beziehungen:

V > ^k c« ⁺ W

die ein Sicherheitssystem auslösen, welches den Betrieb der Quelle des Bestrahlungsbündels unterbricht.

Fig. 8 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel der Schaltungen zur Verarbeitung der Signale, die durch die Elektroden E_, E^

5 ο

und E gewonnen werden. Verstärker A . , A liefern Spannungen, 7 51 52

die zu den Strömen i , i proportional sind. Der Operationsverstärker A liefert eine Spannung V__, die zu der Summe S5 S5

der Ströme i + i proportional ist. Der veränderliche Wideröl o2

stand R gestattet« den gemessenen Wert so zu eichen, daß diese 51

Summe die durch die Kammer 5 gemessene Dosisleistung

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- to -

für einen gegebenen Maßstab darstellt.

Der Operationsverstärker A__ liefert eine Spannung V_ die

Do Do,

zu der Differenz der Ströme i - i proportional ist. Ein veränderlicher Widerstand R gestattet, eine geringe Un-

symmetrie zu beseitigen, die zwischen den beiden Elementen e und e der Elektrode E vorhanden sein kann. Die gleichen

Ol O& O

Elemente sind bei der sich auf die Elektrode E beziehenden Verarbeitungsschaltung mit den entsprechenden Indices bezeichnet. Der Verstärker A gibt eine Spannung V ab, die zu dem durch die Elektrode E gewonnenen Strom i und somit zu der Dosisleistung proportional ist.

Die Spannungen V_,_ bzw. V__ bzw. V_ werden an Fehlerer-

So So 7

fassungsschaltungen angelegt, welche Komparatoren C , C ; C , C ; C , C enthalten, wie in Fig. 9 gezeigt. Wider-

ι O ι 4 r O r"^O

stände R bis R gestatten das Einstellen der Werte der an die Komparatoren angelegten Signale zur Berücksichtigung mechanischer Ungenauigkeiten bei der Herstellung.

Da die Fläche ,der Elektrode E größer ist als die Fläche der

Elektrode E , ist die Spannung V größer als die Spannung V , 7 bo

und zwar in einem Verhältnis S /S der Flächen S und S der

7 5 7 5

Elektroden E und E . Die Widerstände R , R und R werden so gewählt, daß die Spannung V folgende doppelte Ungleichung erfüllt:

^R1 ^R2 " ^R3

V < V < V

+ R₃ S5 '7 R₁ + R₂ + R_g S5

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Wenn diese doppette Ungleichung nicht erfüllt ist, liefert der Komparator C . oder C (je nach der erhaltenen Ungleichung) eine positive Ausgangsspannung, die das Sicherheitssystem S oder ein Signal auslöst.

Die Komparatoren C und C lösen das Sicherheitssystem S aus, wenn die Dosisleistung einen vorbestimmten Wert

V überschreitet, während die Komparatoren C^ und C₁^

max ' P5 P6

das Sicherheitssystem auslösen, wenn eine Ungleichheit zwischen den Spannungen V und V und somit zwischen den durch die

Elektroden E und E gemessenen Dosisleistungen besteht, ο ο

In einem in Fig. 10 dargestellten weiteren AusfuhrungsbeispieL werden die durch die Elemente der Elektroden E , E und E

oo

gewonnenen Ströme einer Anordnung zugeführt, die aus einem Multiplexer M und aus einem Analog/Digital -Wandler C besteht, der mit einem Rechner C verbunden ist. Diese Anordnung führt die Überprüfungen der oben angegebenen Bedingungen aus und steuert ein Sicherheitssystem S , welches das Abschalten der Bestrahlungsbündelquelle gestattet, wenn diese Bedingungen nicht erfüllt sind.

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Claims

Patentansprüche:

ί 1 .ι Vorrichtung zur Kontrolle der Lage, der Intensität, der Homogenität und der Richtungsbündelung eines ionisierenden

Strahlungsbündels nach Anspruch 1 des Patents

(Patentanmeldung P 24 02 898.6-33), mit wenigstens einer ersten und einer zweiten Ionisationskammer, die mit einer

, ersten bzw. mit einer zweiten kreisförmigen Elektrode versehen sind, wobei zumindest eine dieser Elektroden mehrere elektrisch leitende und elektrisch voneinander isolierte Elemente aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche S der zweiten Elektrode kleiner ist als die Fläche S der ersten Elektrode, wobei die Fläche S im wesentlichen gleich dem Querschnitt des Strahlungsbündels ist, daß die Elektroden mit Verarbeitungsschaltungen für die von ihnen erfaßten elektrischen Signale verbunden sind und daß ein durch die Verarbeitungsschaltungen gesteuertes Sicherheitssystem die Quelle des Strahlungsbündels regelt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Elektroden jeweils zwei halbkreisförmige Elemente aufweisen, die durch einen elektrisch isolierenden diametralen Streifen voneinander getrennt sind, wobei der isolierende Streifen der ersten Elektrode orthogonal zu dem isolierenden Streifen der zweiten Elektrode angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode mit größerer Abmessung in vier Elemente unterteilt ist, welche im wesentlichen die Form eines Viertelkreises

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haben, und daß die andere Elektrode aus einem einzigen Element gebildet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch drei Ionisationskammern, welche mit einer ersten Elektrode bzw. mit einer zweiten Elektrode versehen sind, die gleiche Abmessung haben und jeweils aus zwei halbkreisförmigen Elementen bestehen, welche durch einen elektrisch isolierenden diametralen Streifen voneinander getrennt sind, wobei der isolierende Streifen der ersten Elektrode orthogonal zu dem isolierenden Streifen der zweiten Elektrode angeordnet ist, bzw. welche mit einer dritten Elektrode versehen sind, deren Abmessung kleiner ist und die aus einem einzigen Element besteht.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß jede Verarbeitungsschaltung für die von den Elementen jeder Elektrode gelieferten Signale

- einer Komparatorschaltung, welche für jede Elektrode den Vei— gleich der Summe und der Differenz der von ihren Elementen gelieferten Signale mit vorbestimmten Schwellenwerten gestattet, und

— einem Sicherheitssystem, welches das Abschalten der Strahlungsquelle gestattet, wenn die gemessenen Signale Werte haben, die sich von den Schwellenwerten unterscheiden, zugeordnet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Komparatoren gestatten, gleichzeitig das von der Elektrode mit der kleinsten Abmessung gelieferte Signal mit der Summe der von den Elementen der einen und der anderen Ionisationskammer gelieferten Signale zu vergleichen.

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