МНОГОКАНАЛЬНАЯ ИОНИЗАЦИОННАЯ КАМЕРА И ПРИБОР ДЛЯ МОНИТОРИРОВАНИЯ ПУЧКОВ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ Российский патент 2006 года по МПК G01T5/12 

Изобретение относится к области физики ядра и элементарных частиц и может найти применение для мониторирования пучков заряженных частиц, в частности в медицине, и для детектирования ядер в режиме счета. Более конкретно изобретение относится к многоканальной ионизационной камере и к прибору, включающему, по крайней мере, две воздушные ионизационные камеры, применяемые для измерения двумерных распределений ионизационных потерь, координат частиц и в том числе потерь энергии ядер с энергетическим порогом вплоть до 0,3 МэВ/нуклон.

Известна ионизационная камера для измерения интегральных ионизационных потерь, включающая в себя высоковольтный анод, являющийся электродом, с которого считывается сигнал; два высоковольтных катода; кожух, имеющий самоуплотняющееся входное отверстие счетного газа и самоуплотняющийся газоотвод; датчики давления газа; датчик выброса газа для контроля расхода счетного газа, устроенный вне объема ионизационной камеры; газонепроницаемые окно входа луча и окно выпускного отверстия луча (патент США, US 6,437,513, опубл. 20.08.02). Оба окна ионизационной камеры покрыты слоем никеля или алюминия с внешней стороны объема камеры и изготовлены из радиационно-стойких неполяризованных пленок полиимида или поликарбоната. Анод служит центральным электродом и окружен с обеих сторон высоковольтными параллельными катодами. Катод и анод представляют собой сетки, включающие покрытые слоем никеля поликарбонатные волокна. Катодная и анодная сетки толщиной 62 мкм изолированы друг от друга и от кожуха камеры, имеют толщину волокна 38 мкм, интервал между волокнами 54 мкм (общая площадь пор 34.45%). Общая толщина волокна сетки включает 36 мкм поликарбонатного волокна и 1 мкм никелевого покрытия. Расстояние между высоковольтным катодом и центральным анодом от 3 до 13 мм (предпочтительно 5 мм) и напряжение 1500-1900 кВ. Объем камеры заполняет счетный газ, в качестве которого используется смесь аргон - двуокись углерода или криптон - двуокись углерода в соотношении 4:1. С помощью данной камеры невозможно измерять распределение ионизационных потерь и координат частиц. Недостатком является необходимость использования специального счетного газа, дополнительных приборов для контроля параметров потока счетного газа. Использование системы продувки очищенного счетного газа усложняет и удорожает обслуживание прибора. Общая эффективная толщина полимерного материала, находящегося на пути луча, составляет более 120 мкм, а толщина никеля - 4 мкм, что приводит к нежелательному высокому фоновому нейтронному и гамма излучению, к образованию долгоживущих изотопов никеля, а также вносит существенные искажения в распределение ионизационных потерь. Конструкция электродов не позволяет уменьшать расстояние между высоковольтным катодом и центральным анодом менее чем на 3 мм. Данная ионизационная камера не позволяет регистрировать частицы с энергией ниже 80 МэВ. Недостатком камеры является также то, что она не позволяет определять двумерные и временные распределения ионизационных потерь, вызванных единичным сбросом ускорителя, и не позволяет проводить регистрацию ядер в режиме счета, поскольку считывание сигнала тока происходит со сплошного электрода (анода), а не с изолированных дорожек.

Известна установка (прибор), включающая несколько описанных выше ионизационных камер, устанавливаемых последовательно друг за другом в направлении оси ионного пучка (патент США, US 6,437,513, опубл. 20.08.02). Данная система используется для измерения распределение интенсивности пучка вдоль его оси, контроля индивидуальной дозы элементов объема камер и полной дозы цикла обработки, по крайней мере, двумя независимыми камерами. Однако данная установка не позволяет измерять двумерное распределение ионизационных потерь и, соответственно, интенсивности пучка в его поперечном сечении, а тем более временные распределения. Кроме того, установка обладает всеми другими перечисленными выше недостатками, характерными для входящих в ее состав ионизационных камер: высокое фоновое нейтронное и гамма излучения, образование долгоживущих изотопов никеля, конструкция не позволяет регистрировать частицы с энергией ниже 80 МэВ и проводить регистрацию ядер в режиме счета.

Наиболее близкой по конструкции и технической сущности к заявляемой ионизационной камере является ионизационная камера, в которой считывание сигнала производится многоканально [C.Brusasco, A.Cattai, R.Cirio, G.Dellacasa, M.Donetti, P.Isoardi, F.Marchetto, C.Peroni, V.Rolando, M.Ruspa, A.Solano, C.Zambernardi, Strip ionization chambers as 3-D detector for hadron therapy. NIMPR A.389 (1997), p.499]. Она включает катодную плоскость (катод), к которой приложено высокое напряжение, и анодную плоскость (анод), состоящую из изолированных металлических дорожек, с которых производится считывание токовых сигналов от наведенной в камере ионизации. Анод и катод изготовлены из неорганического материала марки G10 толщиной 1,5 мм, покрытого с одной стороны слоем меди толщиной 35 мкм. Материал G10 имеет плотность 1,97 г/см², средний заряд ядер Z=26, среднюю массу ядер а=52. Зазор между катодом и анодом составляет от 3 до 9 мм. Через объем камеры пропускается счетный газ - аргон. Недостатком камеры является большая толщина полимерного материала и слоев меди. Из-за этого возникают высокие неконтролируемые ионизационные потери, высокий нежелательный фон нейтронного и гамма излучения, а также долговременная наведенная радиоактивность меди. Конструкция анода, состоящего из металлических дорожек, с указанной выше толщиной, неизбежно имеет микронные шероховатости, которые приводят к неустойчивой работе ионизационной камеры при межэлектродном расстоянии менее 3 мм и ограничивает динамический диапазон измеряемых потоков заряженных частиц. Недостатком также является необходимость использования специального счетного газа и дополнительных приборов для контроля параметров потока счетного газа. Ионизационная камера имеет высокий энергетический порог регистрации ядер.

Наиболее близким к заявляемому прибору является прибор для быстрого измерения дозы и профиля пучков заряженных частиц, включающий две разные по конструкции ионизационные камеры, систему газообеспечения и электронику считывания, служащую для обработки сигналов от ионизационных камер [C.Brusasco, B.Voss, D.Schardt, M.Kramer, G.Kraft. A dosimetry system for fast measurement of 3D depth-dose profiles in charged-particle tumor therapy with scanning techniques, Nuclear Instruments and Methods in Physics В 168 (2000), 578-592]. Первая камера служит для измерения ионизационных потерь. Эта камера включает в себя входное и выходное окна из покалона толщиной 18 мкм, покрытого тонким слоем алюминия, и сплошные анод и катод, изготовленные из покрытых алюминием пленок полиэтилентерефталата толщиной 15 мкм. Зазор между анодом и катодом - 10 мм. Вторая камера включает в себя два плоскопараллельных катода. Оба катода изготовлены из полиэтилентерефталатной пленки толщиной 15 мкм и покрыт сплошным слоем алюминия. Между катодами помещен анод, представляющий собой набор изолированных проволок, с которых считывается информация. Объем камеры продувается счетным газом. Для считывания сигнала от ионизационных камер используется интегратор, работающий по принципу запоминающего конденсатора, в котором сигнал электрического тока, созданный в ионизационной камере, преобразовывается в цепочку импульсов с регулируемым коэффициентом преобразования от 5 до 50 пКл/импульс. Далее оцифрованные импульсы суммируются установкой системы САМАС, подключенной интерактивно через сеть стандарта Ethernet. Данные считываются в конце каждого выброса ускорителя и сохраняются на жестком диске компьютера. Недостатком такого прибора является то, что он не позволяет определять двумерные и временные распределения ионизационных потерь, вызванных единичным сбросом ускорителя. Конструкция прибора не позволяет проводить регистрацию ядер в режиме счета. К недостаткам относится также большое количество материала на пути пучка, что вносит существенные искажения в распределение ионизационных потерь и создает высокий нежелательный фон нейтронов и гамма излучения. С помощью используемой в приборе электроники считывания невозможно измерять временную развертку сигнала, вызванного наведенной в камере ионизацией от одиночного выброса ускорителя, и, соответственно, получать временные характеристики пучка. В то же время использование системы продувки очищенного счетного газа усложняет и удорожает обслуживание прибора.

Техническим результатом изобретения является создание такой конструкции ионизационной камеры, которая бы позволяла снизить до минимума фоновое нейтронное и гамма-излучения, измерять одномерные и временные распределения ионизационных потерь, вызванных каждым сбросом ускорителя, измерять форму сигналов, полученных от камеры, и имела бы низкий собственный шум и, соответственно, высокую чувствительность, радиационную стойкость, низкий порог регистрации ядер от 0,3 МэВ/нуклон, возможность работы на атмосферном воздухе при электрических полях до 7,5 кВ/см, позволяющую получить широкий диапазон измеряемых ионизационных потерь. При этом была поставлена задача использования в качестве счетного газа атмосферного воздуха, а не специального очищенного газа, требующего систему газообеспечения.

Техническим результатом изобретения является также создание прибора, включающего две и более одинаковые ионизационные камеры для измерения двумерных и трехмерных распределений ионизационных потерь, а также координат и треков ядер в режиме счета, который позволил бы снизить до минимума фоновое нейтронное и гамма-излучения, измерять двумерные и временные распределения ионизационных потерь, вызванных каждым сбросом ускорителя, определять координаты ядер, измерять форму сигналов, полученных от камеры, и имел бы низкий собственный шум, высокую чувствительность, радиационную стойкость и низкий порог регистрации ядер от 0,3МэВ/нуклон. Обладая высокой прозрачностью, прибор позволил бы регистрировать протоны с энергией от 200 кэВ и α-частицы с энергией от 500 кэВ. Кроме того, использование в составе прибора более двух камер позволило бы измерять трехмерные распределения ионизационных потерь.

Поставленная задача решается тем, что создана многоканальная ионизационная камера, отличающаяся тем, что она включает электроды: многоканальный катод, состоящий из изолированных металлических дорожек, нанесенных на полиимидную пленку, и обращенный стороной с металлическими дорожками к аноду; анод, выполненный из полиимидной пленки, покрытой с двух сторон сплошными слоями металла, и установленный между двумя катодами; второй катод, выполненный из полиимидной пленки, покрытой с одной стороны сплошным слоем металла; при этом электроды установлены параллельно друг другу, а счетным газом камеры является атмосферный воздух. Заявленная многоканальная ионизационная камера характеризуется тем, что толщина полиимидных пленок, выполняющих роль анода и сплошного и многоканального катодов, составляет преимущественно от 1 до 2 мкм. Расстояние меду катодом, покрытым сплошным слоем металла, и анодом и между многоканальным катодом и анодом составляет преимущественно от 1 до 2 мм.

Заявленная многоканальная ионизационная камера предназначена для работы при напряженности полей до 7,5 кВ/см в промежутках между многоканальным и сплошным катодами с одной стороны и анодом - с другой.

В отличие от известной многоканальной ионизационной камеры заявляемая камера состоит из трех круглых электродов - анода и двух катодов. Анод представляет собой полиимидную пленку, покрытую сплошным слоем металла с двух сторон, а катоды состоят из полиимидной пленки, содержащей металлический слой с одной стороны. Один катод (сплошной катод) имеет сплошной металлический слой, а второй катод (многоканальный катод) состоит из изолированных друг от друга металлических дорожек. Полиимидные пленки имеют преимущественно толщину от 1 до 2 мкм, а нанесенные на них слои металла имеют толщину преимущественно от 0,02 до 0,2 мкм. Каждый из металлических слоев состоит из внутреннего слоя меди толщиной преимущественно от 0,01 до 0,15 мкм и внешнего слоя золота толщиной преимущественно от 0,01 до 0,05 мкм. Расстояние между сплошным катодом и анодом и между многоканальным катодом и анодом составляет преимущественно от 1 до 2 мм, что значительно меньше, чем у известной камеры. Другим принципиальным отличием заявленной камеры от известных, является то, что для ее работы не требуется использование специального счетного газа и дополнительных приборов для контроля параметров потока газа. Периферийная область катода с целью увеличения напряженности электрического поля в межэлектродных зазорах камеры и, соответственно, повышения ее чувствительности к падающему току заряженных частиц может быть закрыта кольцеобразным козырьком, выполненным из диэлектрического материала, например фторопласта.

Поставленная задача решается также тем, что создан прибор, отличающийся тем, что он включает по крайней мере две многоканальные ионизационные камеры, имеющие общую ось симметрии относительно плоскостей электродов (катодов и анодов) и установленные параллельно друг другу, таким образом, чтобы металлические дорожки многоканальных катодов были расположены под углом относительно друг друга; и многоканальную систему считывания, представляющую собой блок-схему, записывающую временную развертку сигнала от каждой дорожки многоканального катода каждой из камер. Многоканальная система считывания подключена к металлическим дорожкам многоканальных катодов и к катодам, покрытым сплошным слоем металла, каждой из камер.

Прибор может быть предназначен для использования в области лучевой терапии в качестве высокочувствительного профилометра, монитора дозы и измерителя пространственно-временных распределений ионизационных потерь, вызванных единичным сбросом ускорителя заряженных частиц, а также для использования в области ядерной физики при определения в счетном режиме координат и потерь энергии ядер с порогом регистрации на уровне 0,3 МэВ/нуклон.

В отличие от известного прибора заявляемый прибор состоит, по крайней мере, из двух одинаковых по конструкции заявленных ионизационных камер, установленных параллельно друг другу и имеющих общую ось симметрии относительно плоскостей круглых электродов (катодов и анодов). Камеры установлены таким образом, чтобы металлические дорожки многоканальных катодов были расположены под углом относительно друг друга. Угол между направлениями дорожек многоканальных катодов находится в пределах от 0° до 90°. Прибор включает также новую систему считывания, к которой подключены дорожки многоканальных катодов и сплошные катоды. Камеры содержат электроды, изготовленные из полиимидных пленок толщиной преимущественно от 1 до 2 мкм с нанесенными на них слоями металла толщиной преимущественно от 0,02 до 0,2 мкм. Расстояние между электродами составляет преимущественно от 1 до 2 мм. Для работы прибор не требует использования специального счетного газа и дополнительных приборов для контроля параметров потока счетного газа. Новая система считывания позволяет использовать прибор для измерения пространственно-временных распределений ионизационных потерь, вызванных единичным сбросом ускорителя, и определения координат и потерь энергии ядер в счетном режиме.

На фиг.1 представлена конструкция заявленной многоканальной ионизационной камеры, содержащей три плоскопараллельных круглых электрода: многоканальный катод 1, сплошной катод 2 и в качестве центрального электрода - высоковольтный анод 3. Многоканальный катод 1 изготовлен в виде тонкой полиимидной пленки толщиной преимущественно 1-2 мкм с металлическими дорожками толщиной преимущественно 0,02-0,2 мкм, закрепленной на кольце из кварцевого стекла 6, и установлен в основание 4, покрытое алюминиевым экраном 5. Дорожки подсоединены к сигнальным контактам 7, впрессованным в основание 4. Периферийная область катода закрыта диэлектрическим кольцеобразным козырьком 8. Анод 3 установлен над металлическими дорожками параллельно многоканальному катоду 1 и выполнен в виде полиимидной пленки толщиной преимущественно от 1 до 2 мкм, покрытой с двух сторон сплошными слоями металла толщиной преимущественно 0,02-0,2 мкм, прикрепленной к кольцу 9, изготовленному из нержавеющей стали. Анод присоединен к высоковольтному выводу 10, впрессованному в основание 4. Сплошной катод 2 установлен на диэлектрической прокладке 11 над анодом и выполнен в виде полиимидной пленки толщиной преимущественно 1-2 мкм, покрытой с одной стороны сплошным слоем металла преимущественно толщиной 0,02-0,2 мкм, закрепленной на кольце 12, изготовленном из нержавеющей стали, и обращен металлизированной поверхностью к аноду 3. Алюминиевая контактная крышка 13 и диэлектрическая прокладка 11 с помощью винтов 14 фиксируют катод 2. Катоды 1 и 2 одновременно являются входными и выходными окнами камеры. Сплошной катод присоединен к сигнальному контакту 15.

На фиг.2 представлен прибор, состоящий из двух одинаковых ионизационных камер (фиг.1) и системы считывания. Ионизационные камеры в приборе установлены параллельно друг другу и имеют общую ось симметрии относительно плоскостей круглых электродов, катодов 1 и 2 и анодов 3. Дорожки многоканальных катодов 1 ионизационных камер расположены под углом относительно друг друга. Угол между направлениями дорожек двух многоканальных катодов 1 можно изменять в пределах от 0° до 90°. Система считывания прибора включает в себя усилители-мультиплексоры УМ8/2 (16 и 17), расположенные в непосредственной близости от камеры, и плату, установленную в слот 23 стандарта PCI персонального компьютера 24 и состоящую из следующих интегральных компонентов: схемы формирования выходных ТТЛ-уровней 18, аналогового мультиплексора 19 для коммутирования парафазных сигналов с шестнадцати входов на один выходной канал, микропроцессора 20, двенадцатиразрядного аналого-цифрового преобразователя 21, буферной памяти кадров событий 22. УМ8/2 состоит из двух независимых элементов, каждый из которых включает четыре независимых усилителя 16 и мультиплексор 17, который коммутирует выходной усиленный сигнал на выход УМ8/2. Мультиплексоры 17 управляются комбинацией из двух логических уровней, вырабатываемых схемой формирования ТТЛ-уровней 18 и задаваемых микропроцессором 20. С первого по четвертый каналы подключены к первому выходу модуля УМ8/2, а с пятого по восьмой каналы - к второму выходу.

На фиг.3 представлена зависимость токового сигнала одной из камер, возникающего при облучении электронами от источника ⁹⁰Sr(⁹⁰Y) с полной интенсивностью 2·10⁸ частиц/с, от напряжения между анодом и катодом.

На фиг.4 представлен электрический импульс, возникающий в металлической дорожке от произведенной в ионизационной камере ионизации, вызванной единичным сбросом ускорителя пучка протонов с энергией 209 МэВ.

На фиг.5 представлена корреляционная зависимость между импульсными зарядами, проходящими через две различные дорожки многоканального катода в результате наведенной ионизации, вызванной различными одиночными сбросами ускорителя. Величины зарядов импульсов представлены как отношения заряда одиночного импульса (Q) к среднему заряду, приходящемуся на один импульс (Q_cp), и рассчитывались как площадь под кривой зависимости сигнала от времени.

На фиг.6 представлены временные зависимости величин импульсных зарядов, вызванных наведенной ионизацией от одиночных сбросов ускорителя, для двух дорожек многоканального катода. Величины импульсных зарядов представлены в относительных единицах и рассчитывались как площадь под кривой зависимости сигнала от времени.

На фиг.7 представлены зависимости потерь энергии ядер углерода в первом воздушном зазоре и во входном окне - катоде ионизационной камеры в зависимости от энергии падающего пучка.

Работа ионизационной камеры основана на ионизации, возникающей при взаимодействии заряженных частиц с молекулами атмосферного воздуха. Ионы, возникающие в результате взаимодействия заряженных частиц с воздухом, дрейфуют в воздушных зазорах между анодом 3 и катодами 1 и 2 ионизационной камеры (фиг.1) под действием электрического поля и собираются на многоканальном катоде 1 и на сплошном катоде 2. Токовые сигналы от дорожек многоканального катода 1 и от сплошного катода 2 регистрируются измерительным прибором через сигнальные контакты 7 и контакт 15. Величина измеряемого электрического тока увеличивается с ростом произведенной в камере ионизации. Ионизационная камера позволяет измерять как одномерное распределение ионизационных потерь, так и полные интегральные потери. Ток утечки в камере не превышает предела чувствительности измерительной аппаратуры < 1 пА в электрическом поле до 7500В/см. Это обеспечивает возможность измерения падающего тока пучка на уровне нескольких пикоампер для заряженных частиц, которые обладают минимальной ионизирующей способностью.

Заявленный прибор, состоящий из двух одинаковых ионизационных камер, работает следующим образом (см. фиг.2). Токовые сигналы с каждой металлической дорожки многоканального катода 1 и со сплошного катода 2 поступают на входы усилителей-мультиплексоров УМ8/2 16 и 17. Величина измеряемого электрического тока увеличивается с ростом произведенной в камере ионизации. По сигналу от синхроимпульса ускорителя микропроцессор 20 в соответствии с заданной программой последовательности считывания при помощи аналогового мультиплексора AMI 6/1 19 подключает один из выходных каналов модуля УМ8/2 к аналого-цифровому преобразователю 21, который за время не более чем за 350 нс выдает код и записывает его в буферную память 22. Затем микропроцессор 20 устанавливает следующую комбинацию ТТЛ-уровней, вырабатываемых схемой формирования ТТЛ-уровней 18, на управляющих входах модулей УМ8/2, и процесс считывания в буферную память повторяется. Когда обработаны все четыре комбинации управляющих ТТЛ-уровней для УМ8/2, весь процесс в целом вновь повторяется. Таким образом, система считывания позволяет получить набор временных срезов амплитуды от всех чувствительных элементов двух камер. Данные накапливаются в файле на диске.

Ионизационная камера испытывалась с использованием β-радиоактивного источника ⁹⁰Sr (⁹⁰Y) с интенсивностью 1,8·10⁸ с^-1. Из рисунка видно, что плато по напряжению, а значит, рабочий диапазон напряжений составляет от 600 В до 1500 В. Этот результат показал способность работы воздушной ионизационной камеры при напряженности поля между электродами (катодом 1 или 2 и анодом 3) до 7500 В/см. Условия измерений соответствуют условиям измерений на пучке протонов с током 5 пА и энергией 200 МэВ. При напряжении 1520 В и выше наблюдался коронный разряд в воздухе. При понижении напряжения до 1500 В работоспособность камеры полностью восстанавливалась, и ток утечки не превышал 1 пА. Таким образом, чувствительность камеры к падающему току заряженных частиц оставалась на уровне 1 пА.

Испытания ионизационной камеры и прибора, включающего две ионизационные камеры, выполнялись в канале протонной терапии на линейном ускорителе Института ядерных исследований РАН при энергии протонов 209 МэВ. Были получены формы сигналов от металлических дорожек, пересекаемых пучком протонов для одиночного сброса ускорителя (фиг.4).

Испытания на протонном пучке показали, что между величинами заряда, проходящего через две различные дорожки многоканального катода 1 в результате наведенной ионизации, вызванной различными одиночными сбросами ускорителя, существует корреляционная зависимость (фиг.5). Установленная корреляция сигналов от различных металлических дорожек указывает на то, что токовые сигналы связаны с наведенной в камере ионизацией от одиночных сбросов ускорителя и не вызваны случайными электромагнитными наводками. Уширение области корреляции вызвано разбросом параметров пучка для различных одиночных сбросов ускорителя.

Полученные для протонного пучка временные зависимости величин импульсных зарядов, проходящих через различные дорожки многоканального катода и вызванных наведенной ионизацией от одиночных сбросов ускорителя, (фиг.6) показали возможность использования прибора для измерения временных распределений ионизационных потерь.

Полученные зависимости потерь энергии ядер углерода в объеме ионизационной камеры (фиг.7) указывают на возможность использования камеры для регистрации ядер с низким порогом регистрации на уровне 0,3 МэВ/нуклон.

Из приведенных данных следует, что заявленное изобретение позволяет достичь новый технический результат, заключающийся в том, что созданная ионизационная камера и прибор позволяют проводить измерения формы сигналов от различных металлических дорожек, пересекаемых пучком протонов, и определять пространственные и временные распределения ионизационных потерь. Применение в конструкции ионизационной камеры электродов, изготовленных из полиимидных пленок (толщиной от 1 до 2 мкм), покрытых медно-золотыми слоями (толщиной от 0,02 до 0,2 мкм), позволяет снизить долю быстрых нейтронов до 10⁶ с^-1, образующихся при облучении током протонов 1 нА.

Испытание прибора с радиоактивным источником релятивистских β-электронов показало, что он имеет чувствительность на уровне нескольких пикоампер падающего тока для частиц с минимальной ионизацией. Использование многоканальной системы считывания с измерением не только амплитуды сигнала, но и временной информации позволяет получить наиболее полную информацию о величине ионизационных потерь и изменении ее во времени. В эксперименте на протонном пучке с энергией 209 МэВ было показано, что ионизационная камера и прибор обладают высокой стойкостью к высоким потокам ионизирующих излучений. В частности, количество прошедших через прибор протонов составило ˜10¹⁷. При этом по-прежнему не наблюдалось нарастания тока утечки, который бы свидетельствовал о старении детектора. Ионизационная камера и прибор на ее основе, совместно с системой считывания сигналов, показали стабильность работы и пригодность для использования в качестве измерителя пространственно-временных распределений ионизационных потерь пучков заряженных частиц. Малая толщина стенок камер позволяет контролировать пучок, практически не изменяя его свойства. При этом данный прибор может быть эффективен как в протонной и ионной терапии, так и в конвенциальной лучевой терапии с пучками электронов. Работа камеры на атмосферном воздухе при электрических полях до 7,5 кВ/см, позволяет получить высокую чувствительность без использования специального счетного газа. Малая толщина стенок камер позволяет использовать данный детектор для измерения координат в режиме счета и потерь энергии ядер с порогом регистрации на уровне 0,3 МэВ/нуклон.

Изобретение относится к области физики ядра и элементарных частиц. Сущность: камера включает в себя многоканальный катод, состоящий из изолированных металлических дорожек, нанесенных на полиимидную пленку; второй катод, выполненный из полиимидной пленки, покрытой с одной стороны сплошным слоем металла; анод, выполненный из полиимидной пленки, покрытой с двух сторон сплошными слоями металла, и установленный между двумя катодами; при этом счетным газом камеры является атмосферный воздух. Прибор для мониторирования пучков заряженных частиц включает, по крайней мере, две многоканальные ионизационные камеры, установленные параллельно друг другу, таким образом, чтобы металлические дорожки многоканальных катодов были расположены под углом относительно друг друга, преимущественно в пределах 0°-90°. Прибор включает систему считывания, которая позволяет записывать временную развертку сигнала от каждой дорожки многоканального катода. Технический результат изобретения: снижение фонового нейтронного и гамма-излучения, обеспечение измерения одномерных и временных распределений ионизированных потерь, формы сигнала при сохранении низкого собственного шума, высокой чувствительности, радиационной стойкости и низкого порога регистрации ядер. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Многоканальная ионизационная камера, заполненная счетным газом, содержащая электроды: два катода и анод, размещенный между двумя катодами, отличающаяся тем, что один катод выполнен многоканальным в виде изолированных металлических дорожек, нанесенных на полиимидную пленку, второй катод выполнен из полиимидной пленки, покрытой с одной стороны сплошным слоем металла, анод выполнен из полиимидной пленки, покрытой с двух сторон сплошным слоем металла, при этом анод установлен над металлическими дорожками многоканального катода, а второй катод обращен металлизированной поверхностью к аноду, электроды установлены параллельно друг другу, а в качестве счетного газа использован атмосферный воздух.2. Многоканальная ионизационная камера по п.1, отличающаяся тем, что толщина полиимидных пленок, из которых выполнены многоканальный катод, сплошной катод и анод, составляет от 1 до 2 мкм.3. Многоканальная ионизационная камера по п.1, отличающаяся тем, что расстояние между катодом, покрытым сплошным слоем металла, и анодом и между многоканальным катодом и анодом составляет от 1 до 2 мм.4. Прибор для мониторирования пучков заряженных частиц, включающий ионизационную камеру по п.1, отличающийся тем, что он включает, по крайней мере, две многоканальные ионизационные камеры, имеющие общую ось симметрии относительно плоскостей электродов (катодов и анодов) и установленные параллельно друг другу таким образом, чтобы металлические дорожки многоканальных катодов были расположены под углом относительно друг друга; и многоканальную систему считывания, представляющую собой блок-схему, записывающую временную развертку сигнала от каждой дорожки многоканального катода каждой из камер.5. Прибор по п.5, отличающийся тем, что многоканальная система считывания подключена к металлическим дорожкам многоканальных катодов и к катодам, покрытым сплошным слоем металла, каждой из камер.