JP5924981B2 - 放射線ビームモニタ装置 - Google Patents

Description

この発明は、放射線ビームモニタ装置に関し、特に、放射線ビームモニタ装置における気密窓の耐久性の向上に関する。

粒子線を含む放射線の数、線量、位置、エネルギーなどは放射線ビームモニタ装置を使用して計測される。検出感度を高めるために、放射線ビームモニタ装置の内部には窒素ガスなどの電離ガスが封入されている。電離ガスの漏出を防ぐために、放射線ビームモニタ装置には、金属薄膜などを利用した気密窓が設けられている。気密窓の材料には、放射化が少ないアルミニウムが適している。

特許文献１には、気密窓に、アルミ蒸着した厚さ３μｍのマイラー膜を使用した例が開示されている。特許文献２には、ＰＥＴ膜（厚さ２００μｍ）と銅薄膜（厚さ２０μｍ）を利用した気密窓が開示されている。放射線ビームモニタ装置を扱った文献には、他に、特許文献３、４などが知られている。

特開２００１−１４１８３１号公報 特開２００４−２８６５４８号公報 特表２００８−５３４９５０号公報 特開平０６−２８３１３２号公報

気密窓に放射線ビームが入射すると、放射線ビームは散乱によって減衰する。散乱による放射線ビームの減衰を抑えるためには、気密窓は薄いことが望ましい。一方、気密窓には、電離ガスの圧力、人や物との接触圧力、電極からの電磁圧力などの外力が作用する。これらの外力に耐える機械的強度を確保するため、気密窓には、ある程度の厚みが要求される。アルミ蒸着したマイラーシートはビーム散乱が少なく、機械的強度も高いが、長期間放射線を照射すると劣化して破れることがある。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、気密窓の耐久性を向上させることを目的とする。

本発明に関わる放射線ビームモニタ装置は、放射線の入射側に窓が設けられている金属製の筺体と、窓を筺体の外側から覆う高分子窓膜と、窓の周囲を筺体の内側から囲むシール部材と、窓を筺体の内側から覆い、シール部材を介して筺体に固定されている金属製の窓膜と、窓膜に対向配置され接地電位に設定されている第１のシールド膜と、第１のシールド膜よりも放射線の下流側に配置され電圧が印加される第１の金属膜と、第１の金属膜よりも放射線の下流側に配置され電圧が印加される第２の金属膜と、第１の金属膜と第２の金属膜の間に配置され、計測器に接続される信号電極と、第２の金属膜よりも放射線の下流側に配置され接地電位に設定されている第２のシールド膜と、を備えている。

この発明による放射線ビームモニタ装置は、気密窓への外力が削減されているため、気密窓は外力に対して耐久性が高い。また気密窓の膜厚を薄くすることができるため、放射線の散乱による減衰も少ない。

この発明の実施の形態１における放射線ビームモニタ装置の構成を示す全体図である。 この発明の実施の形態２における放射線ビームモニタ装置の構成を示す全体図である。 この発明の実施の形態３における放射線ビームモニタ装置の電極の構成を示す図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図１に基づいて説明する。図１は、放射線ビームモニタ装置の構成を示す全体図である。放射線ビームモニタ装置１００は、高圧電極３ａ，３ｂ、気密窓４，５、保護用高分子シート６，７、シールド電極８，９、筺体１０、信号電極１１、シール部材１２ａ，１２ｂ、止め金１３ａ，１３ｂなどから構成されている。筺体１０は、アルミ製の天板１０ａ、胴体１０ｂ、底板１０ｃから構成されていて、内部には、二酸化炭素含有アルゴンガス、窒素ガス、空気などが封入されている。筺体１０の天板１０ａには窓（開口部）１４が、筺体１０の底板１０ｃには窓（開口部）１５がそれぞれ開口されている。天板１０ａの設けられている方が放射線ビームモニタ装置１００の入射側に、底板１０ｃの設けられている方が放射線ビームモニタ装置１００の出射側に該当する。

放射線ビームモニタ装置１００に入射した放射線ビーム２は、一部散乱されるが、大部分は放射線ビームモニタ装置１００を通過する。放射線ビームモニタ装置１００から出射した放射線ビーム２は、治療等に供される。高圧電極３ａと高圧電極３ｂは放射線ビーム２の入射方向に対し垂直に設置される。高圧電極３の材質は、たとえばアルミ薄膜からなる。高圧電極３ａと高圧電極３ｂの間には、信号電極１１が配置されている。信号電極１１は、計測目的（数、線量、位置、エネルギーなど）に応じて形状・数は異なるが、ここでは放射線ビーム２の線量を計るために一枚の金属膜が使われている。信号電極１１には電流増幅器などの計測器２０が接続され、信号の読み出しに寄与する。直流高電圧電源２１は高圧電極３に接続されている。

窓１４、１５は、筺体１０の内部の電離ガスを漏らさないために、気密窓４、５とシール部材１２ａ，１２ｂによって封止されている。シール部材１２ａは窓１４の周囲を筺体１０の内側から囲んでいる。シール部材１２ｂは窓１５の周囲を筺体１０の内側から囲んでいる。気密窓（窓膜）４はシール部材１２ａよって筺体１０の天板１０ａに気密に固定されている。気密窓（窓膜）５はシール部材１２ｂよって筺体１０の底板１０ｂに気密に固定されている。気密窓４、５の材質は、放射化が少なく、長期間の放射線ビーム２による照射にも劣化しないアルミニウムとした。シール部材１２には、接着剤、パッキング材などが適している。

気密窓４、５には、放射線ビーム２の散乱を極力抑えるため、１５μｍ以下の極めて薄いアルミ膜を使用することが好ましい。厚みを薄くしたため、放射線ビーム２は散乱による減衰をほとんど受けずに放射線ビームモニタ装置１００の内部に導かれる。厚みを薄くしたことで、外力による破損の確率は高くなるが、本発明では、３種類の外力Ａ〜Ｃを想定し、気密窓４、５からこれらの外力を排除する構造としている。外力Ａは、放射線ビームモニタ装置１００の外から加えられる人や物の接触などにより生じる物理的外力である
。外力Ｂは、高圧電極３からの高電圧印加により生じる電磁圧力である。外力Ｃは、筺体１０の内部のガスにより生じるガス圧力である。これらのうち、外力Ｃは本来、気密窓４、５が維持すべき外力のため、外力Ａと外力Ｂに着目することにした。

外力Ａを排除するために、気密窓４、５の外側に保護用高分子シート６、７を設置している。保護用高分子シート６は窓１４を筺体１０の外側から覆っている。同様に保護用高分子シート７は窓１５を筺体１０の外側から覆っている。これにより、外力Ａが加えられても、保護用高分子シート６、７で吸収されるので、気密窓４、５の破損を防ぐことができる。保護用高分子シート６は交換を容易にできるように止め金１３ａによって筺体１０（天板１０ａ）に固定されている。同様に、保護用高分子シート７は交換を容易にできるように止め金１３ｂによって筺体１０（天板１０ｃ）に固定されている。保護用高分子シート６、７には、ポリエステル系のマイラーフィルム、ＰＥＴ（ Polyethylene terephthalate）シートなどが適用できる。保護用高分子シート６、７は、アルミニウムに比べ放射線ビームの散乱が少ないが、長期間の放射線ビーム照射により劣化しやすい。保護用高分子シート６、７は劣化しても、止め金１３ａ，１３ｂを外すことにより、内部に粉塵など暗電流増加の原因を導入することなく、安全にかつ容易に交換できる。

外力Ｂを排除するために、気密窓４、５の内側にはシールド電極８、９を取り付けている。シールド電極８、９の材質は、気密窓４、５と同様、１５μｍ以下の極めて薄いアルミ薄膜である。これにより、気密窓４、５への電磁圧力は完全に遮蔽され、気密窓４、５の破損を防ぐことができる。シールド電極８、９は、筺体１０と同電位に保つため、筺体１０に接地されている。以上より、放射線ビーム２の散乱による減衰がより少ない気密窓４、５を備えた放射線ビームモニタ装置１００を実現する。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２を図２に基づいて説明する。実施の形態２では、気密窓および保護用高分子シートは、放射線の入射側のみに設けられている。放射線ビームモニタ装置１００は、シールド電極９の後に、すなわち、放射線の下流側にブロック２０を備えている。ブロック２０は、放射線ビーム２の飛程よりも十分に大きい厚さを有しているため、放射線ビームモニタ装置１００に入射した放射線ビーム２は、ブロック２０で吸収される。

実施の形態３．
本発明の実施の形態３を図３に基づいて説明する。実施の形態３は、信号電極に特徴がある。実施の形態３に関わる信号電極１１は、信号電極１１ａと信号電極１１ｂから構成されている。信号電極１１ａは並列に並べられている複数のワイヤ状電極から構成されている。同様に信号電極１１ｂは並列に並べられている複数のワイヤ状電極から構成されている。信号電極１１ａは信号電極１１ｂよりも上流側に設けられている。信号電極１１ａを構成するワイヤ群の向きと信号電極１１ｂを構成するワイヤ群の向きは、互いに直交している。ワイヤの一本一本に電流増幅器が接続される。信号電極１１ａおよび信号電極１１ａを構成するワイヤに流れる電流から、放射線の位置をモニターすることができる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

２：放射線ビーム、３：高圧電極、４：気密窓、５：気密窓、６：保護用高分子シート、７：保護用高分子シート、８：シールド電極、９：シールド電極、１０：筺体、１１：信号電極、１２：シール部材、１３：止め金、１４：窓、１５：窓、２０：ブロック、１００：放射線ビームモニタ装置

Claims (5)

1. 放射線の入射側に窓が設けられている金属製の筺体と、
   前記窓を前記筺体の外側から覆う高分子窓膜と、
   前記窓の周囲を前記筺体の内側から囲むシール部材と、
   前記窓を前記筺体の内側から覆い、前記シール部材を介して前記筺体に固定されている金属製の窓膜と、
   前記窓膜に対向配置され接地電位に設定されている第１のシールド膜と、
   前記第１のシールド膜よりも前記放射線の下流側に配置され電圧が印加される第１の金属膜と、
   前記第１の金属膜よりも前記放射線の下流側に配置され電圧が印加される第２の金属膜と、
   前記第１の金属膜と前記第２の金属膜の間に配置され、計測器に接続される信号電極と、前記第２の金属膜よりも前記放射線の下流側に配置され接地電位に設定されている第２のシールド膜と、を備えている放射線ビームモニタ装置。
2. 前記筺体には、前記放射線の出射側に窓が設けられていて、
   前記出射側の窓を前記筺体の外側から覆う出射側の高分子窓膜と、
   前記出射側の窓の周囲を前記筺体の内側から囲む出射側のシール部材と、
   前記出射側の窓を前記筺体の内側から覆い、前記出射側のシール部材を介して前記筺体に固定されている金属製の出射側の窓膜と、を備えていることを特徴とする請求項１に記載の放射線ビームモニタ装置。
3. 前記第２のシールド膜よりも前記放射線の下流側に配置され、前記放射線を吸収するブロックを備えていることを特徴とする請求項１に記載の放射線ビームモニタ装置。
4. 前記信号電極は、金属膜からなることを特徴とする請求項１に記載の放射線ビームモニタ装置。
5. 前記信号電極は、並列に並べられた複数のワイヤからなる第１のワイヤ群と、並列に並べられた複数のワイヤからなる第２のワイヤ群を有し、前記第１のワイヤ群と前記第２の
   ワイヤ群は間隔を隔てて互いに直交する向きに配設されていることを特徴とする請求項１に記載の放射線ビームモニタ装置。