Амн ссср
Иллюстрации
Реферат
, О П И С А Н И Е 369633
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союа Советских
Социалистическиа
Республик
Зависимое от авт. свидетельства №
М. Кл. G 21k 1/00
Н 05h 7/00
Заявлено 31.V.1971 (¹ 1659420/26-25) с присоединением заявки №
Приоритет
Опубликовано 08,11.1973, Бюллетень № 10
Дата опубликования описания 12.Ю.1973
Комитет оо делам изобретений и открытий ори Совете Министров
СССР
УДК 621.387.6(088.8) Авторы пзобрстсния В. П. Ковалев, A. Я. Прошкин, В. П. Харин, В. В. Гордеев и В. И. Исаев
Заявитель Научно-исследовательский институт медицинской радиологии
АМН СССР
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ РАВНОМЕРНЪ|Х
ПОЛЕЙ ОБЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОНАМИ
Изобретение относится к области ускорительной радиационной техники и может быть использовано в медицине и биологии для формирования рав номерных дозных полей электронов, а также при решении ряда других прикладных задач.
Известен способ получения равномерных электронных полей an узкого начального пучка (например, из линей ного ускорителя электронов) ic помощью тонких рассеивающих фольг и последующего коллимирования. Равномерность поля принято считать удовлетворительной, если разброс не превышает 10%.
Для моноэнергетического пучка это требование экиивалент но вырезанию центр альной части углового распределения рассеянных фольгой электронов со спадом интенсивности не более чем до 90% от максимальной.
Цель изобретения — разработка такого устройства для формирования равномерных полей облучения электронами, которое дало бы возможность .получить близкий " 100% коэффиц иент использования электронов.
В предлагаемом устройстве используется комбинация тонких рассеивающих фольг и фокусирующей металлической поверхности специальной формы, упруго отражающей электроны. B формировани и равномерно;о поля при этом участвупот практически все электроны, рассеянные фольгой. Электроны центральной части распределения, рассеиваемые фольгой в диапазоне углов от 0 до некоторого убегла Оь дают вклад в формируемое поле. Неравномерность, поля, создаваемого эти5 ми электронами, значительно превышает 10%, Электроны периферийной части распределен|ия, рассеянные фольгой на углы O)O, попадают на фокусирующую металлическую поверхность, охватывающую рассеянный фоль10 гой пучок, и, упруго отражаясь, выравнивают плотность потока электронов, дающи х прямой вклад в поле, до равномерной плотности по всему полю. Угловой размер получаемого таким образом равномерного поля будет 28г
15 Фокусирующая металлическая поверхность, охватывающая рассеянный фольгой пучок, будет оптимальной, если она, во-первых, o5cicпечивает упругое отражение пада ющих на ее электронов, так что коэффициент отражения
20 близок к единице; во-BTOpbtx, по форме такоза, что результирующее поле практически равномерно, а коэффициент использования электронов близок к 100 ji>. При падении быстрых электронов на металлические поверхпо25 сти под углами, близкими к 90 (под скользящими углами), коэффициент отражения может достигать значений 0,8 — 0,9. Функция распределения отраженных электронов имеет резкий максимум для вертикального угла от30 ряжения.
369633
W(6) = —, е
2118<2
2 j (« (8) d2 (8) = 1.
35 р — — 6, sin 6, >а.
Для расчета предлагаемого устройства в качестве функции углового распределения рассеянных фольгой электро1нов возьмем предельную форму, мольеровского распределения (случай предельных мольеровских толщин фольг) — распределение Гаусса:
282 э
Интеграл выражает условие нормировки. По
Мольеру ширина гауссиана W(6) зависит от энергии электронов и характеристик вещества фольги следующим образом:
6() = — (44,8)* — () (), 2 А 4 Е8+тР/ где Z — заряд ядра;
Л вЂ” атомный вес вещества фольги; о — толщи1иа фольги в г/см2;
Е() — энергия, электронов в Мэв; шс2=0,51 Мэв;
 — параметр теории Мольера.
Расчет показывает, что абсолютная вел1ичина угла Оо для предельных мольеровских толщин не превышает 10 — li2 .
Для предлагаемого устройства коэффициент использования электронов дается выражением:
8 2
q = 2 j W (H) 8d8 + 2к (а (8) W (8) 8dH. о, В этой формуле первый член оценивает долю электронов, дающих:прямой вклад в формируемое поле. Это электроны, рассеянные фольгой в диапазоне углов от 0 до 0).
Во втором члене а (О) — коэффициент отр ажения: от фокусирующей поверхности для эл(ектронов, рассеянных фольгой на угол О.
Для оптимальной фокус1ирующей поверхности коэффициент а(6) будет приблизительно постоянным (близки(м к единице) для электронов в диапазоне углов от 6=01 до некоторого угла 02= (2,5 — 3)6(), в пределах которого (от 0=0 до 6=62) содержится 95 — 98% всех рассеянных,фольгой электронов. Искомая оптимальная фокусирующая поверхность 1 реализуется в виде поверхности вращения (см. чертеж) вокруг оси пучка 2 образующей
p(v) = "".
При этом «р изменяется от «р= (02) до «р= г тc
=(O)) Ось пучка совпадает с «р=— г г
a=const определяет при (р=0 минимальный радиус входного отверстия фокусирующей .поверхности, который выбирается из условия:
1 — = tg P P-const — угол скольжения элекК тронов по фокус(ирующей поверхности, равный углу в плоскости падения между пучком из центра фольги 8 на поверхность и касательной к поверхности в точке падения.
Длина фокусирующей поверхности 4 и диаметр DH выходного отверстия будут
1о 18=p — — О, созО,; 0,=2р — — 6 Х
Х sin 6,.
Толщина стенки d предлагаемого устройства определяется из условия
P cos 6, d (Я cos 6„ где R — пробег электронов. Для оценки коэффициента использования .положим а = 0,8. а— средний коэффициент отражения для электронов, выравнивающих поле электронов, дающих прямой вклад.
Относительную величину угла OI, определяющего угловые размеры поля, определим
25 из нслюэия полного выравни(вания: выравнивание идет по всему полю, т. (е. от 0=0 до
О = О, интенсивность порядка W (0) . Угол 61 выбирается таким образом, чтобы электронов второй группы «хватило» для выравнивания поля электронов, дающих прямой вклад, или:
2-.хfW(0) М6 )22«(1 —:1,1) Ф (0)Х
Хj8Ю вЂ” 2 jW(8)8Ю, при этом
Н о2
; = 2 (((,() (()) j Hd 8 = (( го2()
Для а=0,8 находим 6) = (1,2 —: 1,3) 6р 1и коэффициент использования электронов т1 = 0,9 — 0,85.
Прямой вклад в поле дает доля электронов, 45 равная
1
2«2
q, = 2 I W (6) d (0) = 1 — e = 0,6 —: 0,55, О
50 и около 25 — 30% всех электронов дает вклад в поле отражения от фокусирующей поверхности.
Таким образом, используя при формировании электронных полей тонкие фольги вместе с о(пт)имальпым(и фокусирующими металлическими поверхностями, можно при практически равномерном получаемом поле повысить коэффициент использования электронов в 8— бо 9 р з
Предмет изобретения
Устройство для формирования равномерных полей облучения электронами, содержа65 щее рассеивающую фольгу, отличающееся
369633
Составитель Е. Алешин
Тех ред Л. Грачева
Корректоры: Л. Царькова и А. Дзесова
Редактор Т. Робельский
Заказ 811/1 Изд. ¹ 1226 Тираж 523 Подписное
ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР
Москва, К-85, Ратшская наб., д. 4/5
Типография, пр. Сапунова, 2 тем, что, с целью увеличения коэффициента использования электронов пучка, за рассеивающей фольгой установлена вогнутая поверхность вращения, выполненная из электропроводящего материала таким образом, чтобы угол между касательной к образующей этой поверхности и радиусом-вс.;тором из точки пересечения оси пучка с плосксстью фольги к точке касания был одинаков для всех точек поверхности.