АМН СССР Советский патент 1973 года по МПК G21K1/00 H05H7/00 

1

Изобретение относится к области ускорительной радиационной техники и может быть использовано в медицине и биологии для формирования равномерных дозных полей электродов, а также при решении .ряда других прикладных задач.

Известен способ .получения равно.мерных электроннььх полей из узкого начального пучка (Например, из линейиого ускорителя электронов) с ПОмощыю тонких рассеивающих фолы и последующего коллимирования. Равномерность поля принято считать удовлетворительной, если разб.рос не превышает 10%.

Для монаэнерретического пучка это требование эктаивалентио вырезанию центральной части углового распределения рассеянных фольгой электронов со снадам интенсивностн не более чем до 90% от м-акси.мальной.

Цель изобретения - разработка такого устройства для формирования равномер ньих полей облучения электронами, которое дало бы возможность .получить близкий к 100% коэффициент использования электронов.

В предлагаемом устройстве используется комбинация тонких рассеивающих фольг и фокусирующей металлической повер-хности специальной формы, упруго отражающей электроны. В формировании равномерного поля -при этом y4acTB TOT практически все электроны, рассеянные фольгой. Электроны

центральной части распределения, рассеиваеМЫе фольгой в диапазоне углов от 0 до «екоторопо у|гла 01, дают вклад в формируемое поле. Неравно.мерность лоля, созда®ае.мого этими электрона;.ми, значительно превышает 10%.

Электроны периферийной части распределения, рассея.нные фольгой на углы попадают на фокусирующую металли(ческую поверхность, охватывающую рассеяиный фольгой пучок, и, упруго отражаясь, выравнивают плотность потока электронов, дающик прямой вклад в поле, до равно.мерной плотности по всему полю. Угловой размер получаемого таким образом равномерного шоля будет 26.

Фокусирующая металлическая поверхность, охватывающая рассеянный фольгой пучок, будет опти.мальной, если она, во-первых, обеспечивает упругое отражение падающих на нее электронов, так что коэффициент отражения близок к единице; во-вторых, по форуме такоза, что результирующее поле практически равно.мерно, а коэффициент использования электронов близок к 100%. При падении быстрых электронов на металлические поверхности под углами, близкими к 90° (под скользящи.ми углами), коэффициент отражения может достигать значений 0,8-0,9. Функция распределения отраженных электронов имеет резкий максимум для вертикального угла отражения.

Для расчета предлагаемого устройства в качестве функции углового распределения рассеянных фольгой электройов возьмем предельную форму мольеравского распределения (случай предельных мольероиских толщин фолы)- распределение Гауоса:

12«о

W(Q) °

271 (W(Q}dQ(Q)-l. о

Интеграл выражает условие нормировки. По Мольеру ширина гауссиана W(Q) зависит от энергии электронов и характеристик вещества фольги следующим образом:

теу

1 (44,8.-.с.и

,)

Z - заряд ядра;

где

А - атомный вес вещества фольги; а - толщина фольги в г/см ; ЕО- энергия: электронов в Мэв; ,51 Мэв;

В - параметр теории Мольера. Расчет показывает, что абсолютная величина угла во для пределъНЫХ мольеровских толщин не превышает 10-12°.

Для предлагаемого устройства коэффициент использования электронов д-ается выражением:

fl (Q) QdQ -f 2и Jа(©) W (В). оOi

в этой формуле первый член оценивает долю электронов, дающих прямой вклад в формируемое лоле. Это электроны, рассеянные фольгой в диапазоне углов от 0° до в.

Во втором члене а(0)-коэффициент отражения от фокусирующей поверхности для электронов, рассеянных фольгой на угол в.

Для оптимальной фокусирующей поверхности коэффициент а (в) будет приблизительно постоянным (близким к единице) для электронов в диапазоне углов от в в1 до некоторого угла 02 (2,5-3)во, в пределах которого (от до ) содержится 95-98% всех рассеянных фольгой электронов. Искомая оптимальная фокусирующая поверхность / реализуется в виде пов1ерхност1И вращения (см. чертеж) вокруг оси лучка 2 образующей

/ чсгй

p(f) ae . При этом ф изменяется от cp (---02) до р

-в). Ось пучка совпадает с Ф

a const определяет при мини мальный радиус входного отверстия фокусирующей поверхности, который выбирается из условия:

p(.)slne,a.

- tg р |3-const - угол скольжения элекК

тронов но фокусирующей поверхности, равный углу в плоскости падениЯ между пучком из центра фольги 3 на поверхность и касательной к поверхности в точке падения.

Длина фокусирующей .поверхности /о и диаметр DO выходного отверстия будут

/o p(,jcos9.; /),.2р(-е,)

X

X sin в,.

Толщина стенки d предлагаемого устройства определяется из условия

cos в, d ./ cos в,,

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 0i, определяющего угловые размеры поля, определим из условия полного выравнивания: выравнивание идет по всему полю, т. le. от до 0 6, интенсивность порядка W(0). Угол 0i выбирается таким образом, чтобы электронов второй группы «хватило для выравнивания поля электронов, дающих прямой вклад, или:

(0) S3 2:т(1 4-1,1) (0)X

X f0de - 2т: fV (в) ,

при этом

1,1)Г(0)(1- 1,1)r, 2ir(l

26

Для ,8 находим 0 (1,2-f-1,3)0о н коэффициент использования электронов т| 0,9-0,85.

ПряАЮЙ вклад В поле дает доля электронов, равная

4

VJJ 2и |V (9) d (в) 1 - е 0,6 0,55,

и около 25-30% всех электронов даег вклад в поле отражения от фокусирующей поверхности.

Таким образом, используя при формировании электронных полей тонкие фольги вместе с оптимальными фокусирующими металлическими поверхностями, можно при практически равномерном получаемом лоле повысить коэффициент использования электронов в 8- 9 раз.

Предмет изобретения

Устройство для формирования равномерных полей облучения электронами, содержащее рассеивающую фольгу, отличающееся тем, что, с целью увеличения коэффициента использования электронов пучка, за рассеивающей фольгой установлена вогнутая поверхность вращения, выполненная из электропроводящего материала таким образом, что- 5 бы угол между касательной к образующей этой ловерхности и радиусом-вектором из точки Пересечения оси пучка с плоскостью фольги к точке касания был для всех точек поверхности.