DE2203769C2

DE2203769C2 - High energy beam collimator

Info

Publication number: DE2203769C2
Application number: DE2203769A
Authority: DE
Inventors: Ernst-Guenter Dipl.-Phys. Dr.Rer.Nat. 2000 Wedel Hofmann
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1971-04-16
Filing date: 1972-01-27
Publication date: 1974-02-21
Also published as: FR2133701B1; AT326227B; ATA315972A; SE374613B; DE2118426C3; DE2118426B2; DE2203769B1; DE2118426A1; CH541214A; US3805081A; FR2133701A1; ZA722411B; GB1346004A; NL7205023A

Description

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Die Erfindung betrifft einen Kollimator für energiereiche Strahlen, der zur Abschirmung einer in seinem Innern angeordneten Strahlenquelle gegen die Umgebung aus einem Strahlung abschirmenden Material besteht und eine Blende für den Austritt der Nutzstrahlen aufweist, die bis auf den gewünschten, willkürlich wählbaren Durchlaß für das Nutzstrahlbündel mit einem Abschirmmaterial ausfüllbar ist, wobei die Blende aus einer Vielzahl von einzelnen Zellen besteht, die zur Erzielung des gewünschten Durchlasses für das Nutzstrahlbündel unabhängig voneinander mit dem Abschirmmaterial ausfüllbar sind, nach Patent 118 426.The invention relates to a collimator for high-energy rays, which is used to shield one in his Radiation source arranged inside against the environment consists of a radiation shielding material and a diaphragm for the exit of the useful rays, which except for the desired, arbitrary selectable passage for the useful beam can be filled with a shielding material, the Diaphragm consists of a large number of individual cells that are used to achieve the desired passage for the useful beam can be filled with the shielding material independently of one another, according to the patent 118 426.

Nach dem Hauptpatent wird ein Kollimator für energiereiche Strahlen geschaffen, bei dem das jeweilig gewünschte Strahlenfeld durch Füllen oder Nichtfüllen der einzelnen Zellen der Blende mit einem abschirmenden Material hergestellt wird, so daß eine automatische Strahlenbehandlung bei unterschiedlichen Strahlenquerschnitten ohne den sonst notwendigen Wechsel kompletter Blendeneinsätze möglich ist.According to the main patent, a collimator for high-energy rays is created in which the respective desired radiation field by filling or not filling the individual cells of the diaphragm with a shielding Material is made so that an automatic radiation treatment at different Beam cross-sections possible without the otherwise necessary change of complete diaphragm inserts is.

Das Hauptpatent sieht in einer weiteren Ausgestaltung dieser Idee vor, daß an jeder Zelle eine mit Ventilen versehene Schlauch- oder Rohrleitung angeschlossen ist, die zur Einbringung oder Absaugung des die Strahlen abschirmenden Materials, z. B. von Flüssigkeiten, Emulsionen, Pasten sowie pulver- und granulatförmiger Substanzen, dienen.The main patent provides in a further embodiment of this idea that one on each cell Valved hose or pipeline is connected for introduction or suction the radiation shielding material, e.g. B. of liquids, emulsions, pastes and powder and granular substances.

Eine besonders zweckmäßige und vorteilhafte Weiterbildung der in dem Hauptpatent angegebenen Lehre ist dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle dessen erfinduneseemäß in die Zellen der Zellenform entsprechende Kerne aus Abschinnmaterial einbringbar sind. „ „. . .A particularly expedient and advantageous development of the one specified in the main patent The teaching is characterized in that instead of this, according to the invention, in the cells of the cell shape Corresponding cores made of cut-off material can be introduced. "". . .

Dabei kann es sich bei einem Kollimator mit einem aus mehreren Absorberschichten bestehenden Kollimatorblock als besonders vorteilhaft erweisen, wenn die Kerne einen dem Kollimatorblock entsprechenden Schichten-Aufbau aufweisen, d.h. so in gleicher Weise wie der Kollimator geschichtet sind.This can be the case with a collimator with a collimator block consisting of several absorber layers Prove to be particularly advantageous if the cores correspond to the collimator block Have a layer structure, i.e. are layered in the same way as the collimator.

Gemäß einer weiteren Ausbildungsform der Erfindung sollen die Kerne zumindest teilweise aus weichmagnetischem Material, d. h. aus Material mit geringer Remanenz, bestehen, und es soll eine ringförmig um die Blende angeordnete Spule vorgesehen sein, die bei Stromfluß ein inhomogenes Magnetfeld erzeugt, durch das die Kerne innerhalb der Zellen zentriert und arretiert werden.According to a further embodiment of the invention, the cores should be at least partially made of soft magnetic material, i.e. H. made of material with low Remanence, and a coil arranged in a ring around the diaphragm should be provided, which generates an inhomogeneous magnetic field when current flows through which the nuclei are centered within the cells and locked.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfin dung werden an Hand eines in der Zeichnung sehe matisch dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Dabei zeigtFurther advantages and refinements of the invention will be seen on the basis of one in the drawing illustrated embodiment example. It shows

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Neutronen-Kollimator mit der Blende nach der Erfindung,1 shows a section through a neutron collimator with the screen according to the invention,

F i g. 2 eine Draufsicht auf die Blendenöffnung (Horizontalschnitt nach Fig. 1).F i g. 2 is a plan view of the aperture (horizontal section according to FIG. 1).

Der Neutronenkollimator weist ein mit 1 bezeichnetes Strahlrohr eines lonenbeschleunigers mit einem die Neutronen-Quelle bildenden Target 2 auf, das im Mittelpunkt eines zylindrischen Kollimatorblocks 3 angeordnet ist. Der Kollimatorblock 3 besteht vorzugsweise aus mehreren Schichten, von denen eine -rste Schicht Neutronen abbremst, eine zweite Schicht die gestreuten Neutronen weiter abbremst und absorbiert und eine dritte Schicht die erzeugte Gammastrahlung absorbiert. Die Abschirmung von Neutronen ist nämlich besonders wirksam, wenn sie aus mehreren, beispielsweise drei Schichten aufgebaut ist, von denen die erste und dritte Schicht aus Stahl und die zweite Schicht aus einem Material mit hohem Wasserstoffgehalt pro Volumeinheit besteht. Um die energiereiche Wasserstoff- und Eisen-Einfangstrahlung zu reduzieren, enthalten die zweite und dritte Schicht darüber hinaus Bohrzusätze.The neutron collimator has a beam tube, denoted by 1, of an ion accelerator with a the neutron source forming target 2, which is in the center of a cylindrical collimator block 3 is arranged. The collimator block 3 preferably consists of several layers, one of which -first layer slows down neutrons, a second layer the scattered neutrons further decelerates and absorbs and a third layer the generated gamma radiation absorbed. The shielding from neutrons is particularly effective when they are off several, for example three layers, of which the first and third layers are made of steel and the second layer is made of a material with a high hydrogen content per unit volume. To the Reducing high-energy hydrogen and iron trapping radiation included the second and third Layer also drilling additives.

Der Kollimator weist eine öffnung 4 zur Aufnahme eines den Neuironennutzstrahl ausblendenden Blendensystems 5 auf. Das Blendensystem 5 ist aus einer Vielzahl von pyramidenstumpfförmigen Zellen S.I, 5.2,... S.n mit beispielsweise rechteckigen Grundflächen aufgebaut. Die Wandstärke jeder Zelle ist so gering wie möglich gehalten.The collimator has an opening 4 for receiving a diaphragm system 5 which fades out the useful beam of new iron. The diaphragm system 5 is made up of a large number of truncated pyramidal cells SI, 5.2, ... Sn with, for example, rectangular base areas. The wall thickness of each cell is kept as small as possible.

Der wirksame Querschnitt des aus dem Kollimator austretenden Nutzstrahlenbündels kann nun dadurch verändert werden, daß in eine entsprechende Zahl von Zellen der Zellenform angepaßte Kerne 7.1 bis 7./1 aus Abschirmmaterial eingebracht werden.The effective cross section of the useful beam emerging from the collimator can now thereby be changed that in a corresponding number of cells of the cell shape adapted cores 7.1 to 7./1 made of shielding material.

Den pyramidenstumpfförmigen Zellen 5.1 bis S.n sind daher pyramidenstumpfförmige feste Kerne 7.1, 7.2,... 7.;i zugeordnet. Die Abmessungen der Kerne sind so gewählt, daß sie mit möglichst wenig Spiel in die zugehörigen Zellen passen. Um eine möglichst gleichmäßige Abschirmung der Neutronen zu erzielen, soll der Aufbau der Kerne dem Aufbau des Kollimatorblocks 3 entsprechen, d. h., die Kerne sollen eine gleiche Schichtung wie der Kollimatorblock 3 aufweisen.The truncated pyramidal cells 5.1 to Sn are therefore assigned solid cores 7.1, 7.2, ... 7.; i with truncated pyramids. The dimensions of the cores are chosen so that they fit into the associated cells with as little play as possible. In order to achieve the most uniform possible shielding of the neutrons, the structure of the cores should correspond to the structure of the collimator block 3, ie the cores should have the same layering as the collimator block 3.

Wie aus der F i g. 2, in der die beispielsweise mitAs shown in FIG. 2, in which, for example, with

Kernen gefüllten Zellen dunkel angelegt sind, hervorgeht, kann ein beliebig geformter Querschnitt des Nutzstrahlenbündels erzielt werden, der damit weitgehend der Form des zu behandelnden Krankheitsherdes angepaßt werden kann.Cores filled cells are laid out dark, showing, can have any shaped cross-section of the Useful beam can be achieved, which thus largely the shape of the focus of the disease to be treated can be customized.

Die in die Zellen eingebrachten Kerne müssen nun in ihrer Lage gehalten werden, wofür beispielsweise hier nicht dargestellte, mechanische Arretierungen vorgesehen sein können. Eine besonders bevorzugte Arretierung der Kerne soll auf elektromagnetischem Wege erfolgen. Dazu ist um das Blendensystem 5 eine elektrische Spule 6 derart angeordnet, daß bei Stromfluß im Innern des Blendensystems ein inhomogenes Magnetfeld erzeugt wird, dessen Feldstärke an der dem Target 2 zugewandten Seite der Spule größer ist, als an der dem Target abgewandten Seite.The nuclei introduced into the cells must now be held in their position, for which purpose, for example Mechanical locks, not shown here, can be provided. A particularly preferred one The cores should be locked in place by electromagnetic means. For this purpose, the panel system 5 an electrical coil 6 arranged in such a way that when current flows inside the diaphragm system, an inhomogeneous Magnetic field is generated, the field strength of which is greater on the side of the coil facing the target 2 than on the side facing away from the target.

Damit aber die Spule auf die Kerne 7 eine magnetische Kraft ausüben kann, soll das Material der Kerne, zumindest im Bereich dft Spulenwicklung, aus einem weichmagnetischen Material, vorzugsweise ^b:^Sn Strahlenfe.d herzustel.en.However, so that the coil can exert a magnetic force on the cores 7, the material of the cores, at least in the area of the coil winding, should be made of a soft magnetic material, preferably ^b : ^Sn Strahlfe.d.

hTvo^sfSÜ^ntS Anzahl von » ⁵¹ „ _jrd ■ _{der Sp}ulen- hTvo ^ sfSÜ ^ ntS number of » ⁵¹ " _jrd ■ of _the coil

itt^o werden die eingesetzten Kerne der Spule magneüsch fest >nitt ^ o are the cores used the coil magneüsch tight> n

ttelShineingczogen und dadurch J" ^s-zetriert und arretiert. Die ausgeübte,Kraft stttelShineing and thereby J "^ s-centered and locked. The exerted, force st

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kurzer Zeit hergestellt und aufrechterhalten werden können.can be established and maintained in a short time.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. A collimator for high-energy rays, which consists of a radiation-shielding material to shield a radiation source arranged inside it from the environment and has a diaphragm for the exit of the useful rays, which except for the desired, arbitrarily selectable passage for the NutzstrahJbündei with ic one Shielding material can be filled, the screen consists of a large number of individual cells, which can be filled with shielding material independently of one another in order to achieve the desired passage for the useful beam, according to Patent 2118426, characterized in that in Jie cells ^ 5.1 to Sn) of the cell shape Corresponding cores (7.1 to 7.n) made of shielding material can be introduced.

2. Collimator according to claim 1 with a collimator block consisting of several absorber layers, characterized in that the cores (7.1 to 7./i) one of the collimator block (3) have a corresponding layer structure.

3. Collimator according to claim 1 and 2, characterized in that the cores (7.1 to Tn) consist at least partially of soft magnetic material and that an annularly around the diaphragm (S) arranged coil (6) is provided, which an inhomogeneous magnetic field when current flows by which the nuclei are centered and locked within the cells.