Проходная ионизационная камера

 

Использование: техника регистрации электронных пучков ускорителей. Сущность изобретения: камера содержит мембраны из натянутой пленки с высоковольтными электродами в виде слоя металлизации на пленке, плоскую мембрану с измерительным электродом, расположенную между двумя мембранами с высоковольтными электродами, каждая из которых отделена от мембраны с измерительным электродом газовым промежутком. Коллекторы расположены вне газовых промежутков. Торец каждого коллиматора сопряжен с соответствующей мембраной. Коллекторы выполнены с возможностью перемещения вдоль оси электродов. 4 з.п. ф-лы. 1 ил.

Изобретение относится к технике применения пучков ускоренных электронов, а именно к системам мониторирования электронных пучков ускорителей, и предназначено для использования преимущественно в медицине, в устройствах для радиационной терапии. Известна проходная ионизационная камера с плоскопараллельными электродами системы мониторирования мощности дозы и дозы облучения. Наиболее близким к изобретению техническим решением является проходная ионизационная камера, содержащая плоскопараллельные мембраны из натянутой пленки с электродами в виде слоя металлизации на пленке, мембрану с измерительным электродом, расположенную между двумя мембранами с высоковольтными электродами, каждая из которых отделена от мембраны с измерительным электродом газовым промежутком, охранные электроды, изоляторы между мембранами, нагрузочный резистор, соединенный с охранными электродами и измерительным электродом. Такая камера практически не возмущает мониторированный пучок благодаря малой толщине мембран с электродами, что особенно важно при мониторировании пучков электронов с энергией до 8-10 МэВ, испытывающих и без того сильное рассеяние в воздухе при прохождении от ускорительной камеры до объекта облучения. Точность мониторирования такой ионизационной камеры в широком диапазоне плотностей тока пучка ограничивается погрешностью, обусловленной ограниченной эффективностью собирания ионов. Камеры с малым зазором между мембранами имеют относительно большую эффективность собирания ионов, однако конструкция известных камер сложна, их изготовление требует специального оборудования. Камера с заведомо более высокой эффективностью собирания ионов, чем допускается по требованиям к мониторированию при конкретном использовании пучка, из-за малого зазора имеют пониженную чувствительность, а значит, и пониженное соотношение сигнал/шум в условиях высокого уровня помех от ускорителя. Применение повышенного напряжения обеспечивает высокую эффективность сбора ионов в камерах с относительно большим зазором между высоковольтным и измерительным электродами. Конструкция таких камер проста, они имеют высокую чувствительность, их изготовление не требует специального оборудования. Однако применение повышенного напряжения усложняет систему мониторирования, уменьшает надежность, делает ее менее безопасной. Целью изобретения является повышение точности и надежности мониторирования пучка электронов. Цель достигается тем, что в проходную ионизационную камеру, содержащую мембраны из натянутой пленки с высоковольтными электродами в виде слоя металлизации на пленке, плоскую мембрану с измерительным электродом, расположенную между двумя мембранами с высоковольтными электродами, каждая из которых отделена от мембраны с измерительным электродом газовым промежутком, охранные электроды, изоляторы между мембранами, нагрузочный резистор, соединенный с охранными электродами и измерительным электродом, введены два соосных с мембранами коллиматора, расположенных вне газовых промежутков между мембранами, торец каждого коллиматора сопряжен с соответствующей мембраной с высоковольтным электродом, причем расстояние между торцом и мембраной с измерительным электродом меньше толщины изоляторов между мембранами, а диаметр торца коллиматора меньше диаметра мембраны с высоковольтным электродом. Коллиматоры выполнены с возможностью перемещения вдоль оси электродов, а толщина коллиматора со стороны падения электронного излучения больше пробега электронов в материале коллиматора. Электрические выводы электродов выполнены в виде продолжения пленки мембран и электродов. Измерительный электрод соединен с входом порогового устройства, выход которого подключен к входу устройства сигнализации. На чертеже показана схема проходной ионизационной камеры. Проходная ионизационная камера имеет корпус 1, мембрану 2, выполненную из натянутой пленки, с измерительным электродом в виде металлизации пленки; мембраны 3, 4, выполненные из натянутой пленки, с высоковольтными электродами в виде металлизации пленки; кольцевые охранные электроды 5, 6; кольцевые изоляторы 7, 8 толщиной, например, 1,5 мм, установленные между мембраной 2 с измерительным электродом и охранными электродами 5, 6; кольцевые изоляторы 9, 10 толщиной, например, 1,5 мм, установленные между мембранами 3, 4, с высоковольтными электродами и охранными электродами 5, 6. Охранные электроды выполнены из металлизированной пленки. Электрические выводы 11-15 соответственно измерительного, высоковольтных и охранных электродов выполнены в виде продолжения этих электродов и пленки, на которой они находятся. Мембрана с измерительным электродом и выводом наклеена на кольцевой изолятор 7, вложенный в кольцевой изолятор 8. Мембраны 3, 4 с высоковольтными электродами и выводами наклеены на кольцевые изоляторы 16, 17, вложенные в изоляторы 9, 10. Охранные электроды 5, 6 с выводами наклеены на изоляторы 9, 10. Изоляторы выполнены, например, из органического стекла. Весь пакет изоляторов с электродами вложен в корпус 1 и зажат съемной частью 18 корпуса так, что сжаты части мембран, сопряженные с изоляторами. Первый коллиматор в виде кольца 19 с кольцевым изолятором 20 и гайки 21 вложен в корпус. Ввинчиванием гайки 21 в корпус кольца 19 с изолятором 20 установлено положение, при котором торец коллиматора, а именно изолятора 20, сопряжен с мембраной 3, а расстояние между областью сопряжения и мембраной с измерительным электродом меньше суммарной толщины охранного электрода 6 и изоляторов 10 и 8 между мембранами с высоковольтным и измерительным электродами в сжатом пакете. Высоковольтный электрод мембраны 3 дополнительно растянут благодаря своей эластичности. Аналогичным образом установлен второй коллиматор в виде кольца 22 с изолятором 23 и гайки 24 и сопряжен с мембраной 4. Выводы высоковольтных электродов соединены с источником высокого напряжения U, выводы охранных электродов заземлены, а нагрузочный резистор R_н соединен с выводами 14, 15 охранных электродов и выводом 11 измерительного электрода. Вывод измерительного электрода соединен с входом порогового устройства 25, выход которого подключен к входу устройства сигнализации 26. Перемещая коллиматоры вдоль общей оси мембран 2-4 и коллиматоров, можно установить толщины газовых промежутков между областями сопряжения мембран 3, 4 с мембраной 2 в пределах от 3 мм до нулевой величины. При этом, как установлено экспериментально, слой металлизации не нарушается и сохраняется его высокая проводимость. В процессе настройки камеры на пучке электронов с заданной энергией перемещением коллиматоров устанавливают последовательно различные зазоры между частями мембран 3, 4 с высоковольтными электродами, сопряженными с коллиматорами и мембраной 2, начиная с наибольшего зазора. При каждом зазоре подают на высоковольтные электроды рабочее напряжение U_p, а также ряд меньших напряжений U_i и облучают электронным пучком с наибольшей плотностью тока, которую может генерировать ускоритель при этой энергии ускорения. При каждом значении напряжения U_i определяют напряжение на нагрузочном резисторе R_н. Экстраполируют линейный участок (если он существует) зависимости V_i(q_i), где q_i = V^-_i¹, вблизи q_p = U^-_p¹ к значению q Q и определяют V_o(q= 0). Определяют эффективность собирания ионов при рабочем напряжении U_pf_pi (V_o-V_p)V_p. Если f_p≅f_зад, где f_зад обычно равно ≈ 0,97-0,95, то принимают соответствующий зазор за рабочий и мониторирование пучка проводят при этом значении зазора и при рабочем напряжении. Если линейный участок не существует при данном зазоре или f_pi<f, то переходят к меньшему зазору и производят те же операции, что и при предыдущем зазоре. При такой настройке заданному значению эффективности собирания ионов соответствует наибольшая возможная при этой эффективности чувствительность, что важно, так как чувствительность практически пропорциональна квадрату величины рабочего зазора вследствие того, что объем газового промежутка в рабочем зазоре пропорционален, а межэлектродная емкость практически обратно пропорциональна величине зазора. Так как настройка проводится при максимальной плотности тока пучка, то при меньших плотностях эффективность заведомо выше и выходной сигнал практически пропорционален плотности тока пучка электронов, ускоренных до данной энергии. Если f_зaд≥0,97 при плотностях тока пучка, незначительно превышающих плотность, при которой проводилась настройка, эффективность уменьшается слабо, что позволяет судить по превышению текущей величины выходного сигнала камеры над величиной выходного сигнала, соответствующей f_зад при настройке, о недопустимом уменьшении эффективности. В этом случае проводят подстройку при новой максимальной плотности так же, как при предыдущей меньшей максимальной плотности тока пучка. Текущее сравнение выходных сигналов со значением, соответствующим f_зад, проводят с помощью порогового устройства 25. Выходной сигнал устройства 25 запускает в случае f<f устройство сигнализации 26 на пульте ускорителя, световой или звуковой сигнал которого извещает о недопустимом уменьшении эффективности. Настройку камеры проводят при каждой энергии ускорения отдельно. Более высокая степень натяжения мембран с высоковольтными электродами при меньших зазорах дополнительно уменьшает погрешность, обусловленную акустическими колебаниями мембран. Это важно, так как ускоритель, например бетатрон, с импульсным питанием, является источником акустических волн. При выполнении первого коллиматора с толщиной, большей пробега электронов пучка в материале коллиматора, облучают только части электродов против апертуры первого коллиматора, которые не содержат клеевых соединений, а пакет изоляторов электронным излучением не облучается. Это, а также отсутствие каких-либо электрических соединений в пределах камеры, фиксация электродов как за счет адгезии в клеевом соединении, так и за счет усилия сжатия пакета, применение относительно малого рабочего напряжения U_p<100 В обеспечивает высокую надежность камеры, упрощает выполнение системы мониторирования, делает ее более безопасной. Мониторирование только при f≥f_зад обеспечивает заданную точность. Точность, надежность и безопасность предлагаемой камеры выше, чем у известной камеры с относительно большим фиксированным зазором между электродами (> 0,5-1 мм) и высоким рабочим напряжением (> 300 В), подбором которого добиваются удовлетворительной эффективности собирания ионов. Предлагаемая проходная ионизационная камера предназначена для использования в системах мониторирования терапевтических электронных пучков медицинских ускорителей, плотности тока пучков различных экземпляров которых различаются и непостоянны в процессе эксплуатации.

Формула изобретения

1. Проходная ионизационная камера, содержащая мембраны из натянутой пленки с высоковольтными электродами в виде слоя металлизации на пленке, плоскую мембрану с измерительным электродом, расположенную между двумя мембранами с высоковольтными электродами, каждая из которых отделена от мембраны с измерительным электродом газовым промежутком, охранные электроды, изоляторы между мембранами, нагрузочный резистор, соединенный с охранными электродами и измерительным электродом, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности и надежности мониторирования пучка электронов, в нее введены два соосных с мембранами коллиматора, расположенных вне газовых промежутков между мембранами, торец каждого коллиматора сопряжен с соответствующей мембраной с высоковольтным электродом, причем расстояние между торцом и мембраной с измерительным электродом меньше толщины изоляторов между мембранами, а диаметр торца коллиматора меньше диаметра мембраны с высоковольтным электродом. 2. Камера по п.1, отличающаяся тем, что коллиматоры выполнены с возможностью перемещения вдоль оси электродов. 3. Камера по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что толщина коллиматора больше пробега электронов в материале коллиматора. 4. Камера по п.1, отличающаяся тем, что электрические выводы электродов выполнены в виде продолжения пленки мембран и электродов. 5. Камера по п.1, отличающаяся тем, что измерительный электрод соединен с входом порогового устройства, выход которого подключен к входу устройства сигнализации.

РИСУНКИ

Рисунок 1

PC4A - Регистрация договора об уступке патента Российской Федерации на изобретение

Номер и год публикации бюллетеня: 35-1998

(73) Патентообладатель:Сорокин В.Б.

Договор № 6774 зарегистрирован 05.03.1998

Извещение опубликовано: 20.12.1998