Устройство для облучения ускоренными электронами

(22) 09.08.8 фф 1 Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам вторскому свидетельст(71) Научно-исследовательский институтинтроскопии Томского политехническогоинститута им,С.М.Кирова(56) Козлов А.П. Распределение доз тормозного и электронного излучения медицинского бетатрона Б 5 М. - Л., Медицина,1972, с.24. Авторское свидетельство СССРМ 1592993, кл. А 61 М 5/10, 1987.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЛУЧЕНИЯУСКОРЕННЫМИ ЭЛЕКТРОНАМИ(57) Изобретение относится к ядернойтехнике, к облучающим устройствам ипредназначено для использования, преимущественно, в медицине, при радиационнойтерапии. Целью изобретения является повышение точности моннторирования дозы облучения. Устройство содержит ускоритель 1(19) ЯЗ (И) 16375 (51) б б 21 К 5/00 А электронов, коллиматор-тубус 2 с уступом 3 на внутренней поверхности. В уступ встроена тороидальная герметичная ионизационная камера 4 монитора дозы облучения с жесткими стенками, Внутри коллиматора-тубуса расположены первая б и вторая 10 негерметичные ионизационные камеры с электродами их металлизированной лавсановой пленки. Камера 6 имеет тороидальный рабочий объем и регистрирует, как и камера 4, ток электронов в периферийной, не используемой части пучка. Камера 10 имеет днсковидный рабочий объем, диаметр которого определяется апертурой коллиматоратубуса, и регистрирует ток электронов в центральной части пучка. Устройство содержит также экран 5, первый 14 и второй 17 блоки измерения отношения сигналов, компаратор 15, узел 16 блокировки излучения ускорителя и сигнализации, интегратор 18,3 163757 бИспользование изобретения позволяет умень- ми распределения плотности тока по сечению шить погрешности мониторирования дозы электронного пучка при минимальном возоблучения, связанные с непостоянством мущении центральной части пучка, испольатмосферного давления, температуры и зуемой для облучения. 2 з, п. ф-лы, 2 ил. состава окру;кающего воздуха, флуктуация 163757 бИзобретение относится к ядерной технике, к облучающим устройствам, и предназначено для испол ь зова ния, и реимуществен но,в медицине, при радиационной терапии.Целью изобретения является повышение точности мониторирования дозы облучения,На фиг.1 схематически изображены основные элементы устройства и их взаимосвязи; на фиг.2 - выполнение входящих всостав устройства первой и второй негерметичных ионизационных камер с общимивнешними электродами-стенками.Устройство содержит ускоритель 1 электронов, которым может быть, в частности,бетатрон, с рабочим диапазоном энергийнапример, 4 - 10 МэВ, коллиматор-тубус 2,угол раствора которого соответствует угловой расходимости электронного пучка, Навнутренней поверхности коллиматора-тубуса выполнен уступ 3, торцевая поверхностькоторого направлена навстречу потокуэлектронов, В уступ встроена тороидальная герметичная ионизационная камера 4монитора дозы облучения, стенки которойвыполнены достаточно жесткими для предотвращения деформации их из-за перепадов давления внутри и снаружи камеры приизменениях температуры атмосферногодавления. При этом толщина стенки со стороны ускорителя составляет менеедлиныпробега электронов с минимальной - из рабочего диапазона - энергией в материале,из которого изготовлена стенка. При указанных выше значениях энергии электроновстенка камеры 4 может быть изготовлена издюралюминия толщиной 0,5 мм, Используемые в конструкции камеры изоляторы выполнены из керамики с большим объемнымсопротивлением.Перед поверхностью уступа 3 (по ходуэлектронного пучка) расположен тороидальный экран 5, толщина которого вдольоси коллиматора-тубуса превышает длинупробега в его материале электронов с максимальной энергией из рабочего диапазонаэнергий ускорителя. В рассматриваемомслучае тороидальный экран 5 может бытьвыполнен, например, из латуни и иметь тол, щину 6 мм.Внутренний диаметр тороидального экрана равен внутреннему диаметру кольцевойповерхности уступа в месте их сопряжения, авнутренняя поверхность экрана являетсяпродолжением внутренней поверхности коллиматора-тубуса после уступа, Внешний диаметр тороидального рабочего обьемавстроенной в уступ ионизационной камерыпревышает внешний диаметр кольцевой поверхности уступа более, чем на величину пробега электронов с максимальной энергией из рабочего диапазона энергий ускорителя в материале экрана, Внешний диаметртороидального экрана превышает внутрен 5 ний диаметр тороидального рабочего обьема встроенной в уступ ионизационнойкамеры более, чем на величину пробегаэлектронов с максимальной энергией из рабочего диапазона энергий в материале экра"0 на, например, в рассматриваемом случае,на б мм.Соосно коллиматору-тубуса перед тороидальным экраном расположена первая негерметичная плоскопараллельная15 ионизационная камера 6 со стенкамиэлектродами 7, 8 и собирающим кольцевымэлектродом 9, внутренний диаметр которогоравен внешнемудиаметруторцатораидального экрана со стороны ускорителя с учетом20 поправки на расстояние между кольцевымсобирающим электродом и тороидальнымэкраном и угловую расходимость пучка, авнешний диаметр ограничен апертурой тубуса.25 Соосна коллиматору-тубусу между уступом и выходным торцом тубуса расположенавторая негерметичная плоскопараллельнаяионизационная камера 10 со стенками-электродами 11, 12 и дисковым собирающим элек 30 тродом 13, диаметр которого ограниченапертурой тубуса в месте расположения,Эти первая и вторая ионизационные камеры имеют одинаковые межэлектродныезазоры и напряженности электрического35 поля между электродами, выполнейными излавсановой пленки с алюминиевым напылением.Устройство содержит, кроме того, первый блок 14 измерения отношения сигна 40 лов, многоканальный компаратор 15, узел16 блокировки излучения ускорителя и сигнализации, второй блок 17 измерения отнощения сигналов, интегратор 18,Выходы первой и второй негерметич 45 ных ионизационных камер соединены с входами первого блока 14 измеренияотношения сигналов, выход которого соединен с входом многоканального компаратора15, Выход компаратора, соответствующий50 используемому значению энергии электронов, соединен с входом узла 16 блокировкиизлучения ускорителя и сигнализации, Выход ионизационной камеры 4, встроенной вуступ 3 и выход первого блока 14 измерения55 отношения сигналов соединены с входамивторого блока 17 измерения отношения сигналов, выход которого соединен с входоминтегратора 18.Первая и вторая негерметичные плоскопараллельные ионизационные камеры б и10 могут быть выполнены (фиг,2) с общими внешними стенками-электродами 19, 20 из лавсановой пленки с алюминиевым напылением и двумя соосными с коллиматором-тубусом собирающими электродами - кольцеобразным электродом 21 первой ионизационной камеры и дисковым электродом 22 второй ионизационной камеры, выполненными металлизацией алюминием общей для них пленочной основы,Внешний диаметр электрода 21 равен диаметру апертуры коллиматора-тубуса в месте размещения камер, а внутренний диаметр этого электрода равен внешнему диаметру тороидального экрана 5. Диаметр электрода 22 равен внутреннему диаметру торцевой поверхности уступа 3. Укаэанные соотношения должны использоваться с учетом поправок на расходимость пучка электронов и расстояния между плоскостью электродов 21, 22 и торцовыми поверхностями уступа 3 и экрана 5.Устройство работает следующим образом.Из генерированного ускорителя 1 пучка электронов при помощи коллиматора-тубуса 2 выделяется центральная часть пучка флуктуации в простраНственном распределении плотности тока электронов в которой не приводят к флуктуации в дозном распределении, большим наперед заданных значений. Указанная часть пучка проходит через дисковый рабочий обьем второй негерметичной ионизационной камеры 10, после чего выводится из устройства и используется для облучения пациента или фантома 23.Не используемая для облучения периферийная часть пучка электронов проходит через рабочий объем первой негерметичной ионизационной камеры 6 и далее попадает на уступ 3 и в рабочий объем герметичной ионизационной камеры 4 монитора дозы облучения.Выходные сигналы ионизационных камер 6 и 10 поступают на входы первого блока 14 измерения отношения сигналов, изменения выходного сигнала которого служат мерой постоянства формы радиального распределения плотности тока в электронном пучке. Амплитуда этих изменений является характеристикой функционирования ускорителя, Выходной сигнал блока 14 сравнивается в компараторе 15 с заданными пороговыми значениями, соответствующими нормал ь ному фун кционирова ни ю уско рителя при выбранной энергии электронов, для чего используется соответствующий этой энергии канал компаратора, Такое сравнение позволяет судить о соответствии дозного распределения в теле пациента запланированному по нормированному калибровочному распределению и исключаетвозможность продолжать облучение, еслипространственное распределение плотно 5 сти тока в пучке отличается от нормальногонедопустимо сильно иэ-за неполадок в работе ускорителя, В этом случае компаратор15 вырабатывает сигнал, приводящий к срабатыванию узла 16 блокировки излучения10 ускорителя и сигнализации к прекращениюоблучения.Поскольку в любой момент временидавление, температура и состав воздуха вионизационных камерах 6 и 10 одинаковы,15 а камеры имеют одинаковые межэлектродные зазоры с одинаковыми напряженностями электрического поля в них, на величинувыходного сигнала блока 14 не влияют изменения параметров воздушной среды в ра 20 бочих объемах этих камер, которые могутбыть вызваны колебаниями температурыокружающей среды и атмосферного давления,Выходной сигнал ионизационной каме 25 ры 4, встроенной в уступ 3, не зависит отатмосферного давления и температуры, поскольку она герметична и имеет жесткиестенки. Благодаря изготовлению изоляторов этой камеры из радиационностойкого30 материала (например, высокоомной керамики) постоянен и состав газовой среды еерабочем объемеВыходной сигнал ионизационной камеры 4 поступает на один иэ входов второго35 блока 17 измерения отношения сигналов, навторой вход которого поступает выходнойсигнал блока 14. За счет этого выходнойсигнал ионизационной камеры 4 нормируется на текущее соотношение между плот 40 ностями токов электронов в периферийнойи центральной частях пучка. Нормированный сигнал с выхода блока 17 поступает нэинтегратор 18, служащий для измерениясуммарной дозы облучения.45 Ионизационный ток 1 камеры 4 пропорционален току электронов пучка черезтороидальный рабочий объем ионизационной камеры 6 и, следовательно, ионизационному току этой камеры 11,50м К 1%)1 ф где Е - энергия электронов.При каждой фиксированной энергии К 1(Е)=сопи при практически наблюдаемых флуктуациях распределения плотности тока в пучке, Это обеспечивается реализацией геометрии "узкий пучок - широкий детектор", обусловленной указанными выше размерами и взаимным расположениемоблучения, интегратор дозы облучения, причем выход первого блока измерения отношения сигналов соединен с входом многоканального компаратора, выход которого соединен с входом узла блокировки излучения и сигнализации, отличающееся тем, что, с целью повышения точности мониторирования дозы облучения, ион изационная камера монитора дозы облучения выполнена с жесткими стенками, встроена в уступ, перед которым, по ходу пучка электронов, установлен тороидальный экран, и имеет герметичный тороидальный рабочий объ-. ем, внешний и внутренний диаметры которого, соответственно, больше внешнего диаметра торцевой поверхности уступа и меньше внешнего диаметра тороидального экрана более, чем на длину пробега электронов пучка в материалах уступа и экрана, толщина стенки этой ионизационной камеры меньше, а вместе с толщиной тороидального экрана - больше длины пробега электронов пучка в материалах, из которых они изготовлены, а внутренний диаметр тороидального экрана равен диаметру торцевой поверхности уступа, к которой примыкает экран. Первый и второй детекторы выполнены в виде соосных коллиматору-тубусу негерметичных плоских ионизационных камер с электродами малой, по сравнению с длиной пробега электронов пучка, толщины иэ материала с низким атомным номером и имеют одинаковые межэлектродные зазоры, при этом первая ионизационная камера размещена по ходу пучка электронов, перед уступом, выполнена с тороидальным . рабочим объемом, внешний диаметр которого равен диаметру апертуры коллиматора-тубуса до уступа.внутренний диаметр - внешнему диа метру торца тороидального экрана, а вторая ионизационная камера выполнена с дисковидным рабочим объемом, диаметр которого равен внутреннему 5 диаметру торца уступа, причем указанные соотношения размеров даны с учетом поправок на расходимость электронного пучка, кроме того, устройство содержит второй блок измерения отношения сигналов, при этом выходы первой и второй ионизационных камер соединены с входами первого блока измерения отношения сигналов, выход 15 которого и выход ионизационной камеры монитора дозы облучения соединены с входами второго блока измерения отношения сигналов. а выход этого блока - с входом интегратора.20 2. Устройство по п.1, отличающеесятем, что первая и вторая ионизационные камеры выполнены с общими внешними электродами-стенками, а их собирающие электроды расположены в 25 одной плоскости, причем собирающийэлектрод первой ионизационной камеры выполнен .в виде кольца с внешним диаметром. равным диаметру апертуры коллиматора-тубуса до уступа и внутренним диаметром, равным внешнему диаметру торца тороидального экрана, а собирающий электрод второй ионизационной камеры выполнен в виде круга с 35 диаметром, равным внутреннему диаметру торцевой поверхности уступа, при этом все соотношения размеров даны с учетом поправок на расходимость электронного пучка,40 3, Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что электроды первой и второй ион изационных камер выполнены из металлизированной, преимущественно алюминием, пленки из органиче ского материала.1637576 Корректор Л, Филь роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина,Редактор Л. ПисьмЗаказ 1526 Составитель А. КротоТехред М.Моргентал Тираж Подписно НПО "Поиск" Роспатента113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5