專利名稱:電離室的制作方法
本發(fā)明涉及的是用于測定電離輻射束強(qiáng)度的電離室，特別是但不僅僅是涉及適宜于測定由放射醫(yī)療用的直線加速器產(chǎn)生的電子束強(qiáng)度的透射電離室(transmission ionisation Chamber)。
電離室和直線加速器一道使用來測定直線加速器產(chǎn)生的電子束強(qiáng)度，也可以用于測定由電子束打在一個(gè)靶上產(chǎn)生的X射線束的強(qiáng)度;將電離室的輸出進(jìn)行積分，則可測定一段工作時(shí)期所產(chǎn)生的總輻射劑量，當(dāng)需要輻射劑量輸出時(shí)，電離室可偶合一裝有關(guān)閉直線加線加速器的控制裝置。適宜的情況是，先將整個(gè)電子束通過任何用以改變電子束特性的吸收或散射材料后再將整個(gè)束通過電離室。在使用中如有需要，可使用不同直徑的束。
電離室含有可電離的氣體，并且含有兩個(gè)間隔的電極，為了產(chǎn)生電場(例如140V/mm)，在兩電極間加以電壓。當(dāng)電離輻電子束進(jìn)入電離室時(shí)，氣體的某些原子或分子電離，電流在兩極間流動(dòng)，電流值與輻射的強(qiáng)度和電極間氣體的原子或分子數(shù)目(即氣體的重量)成止比。
電離室可是開式的，也可是閉式的。在開式電離室中，在環(huán)境壓力和環(huán)境溫度下電極之間的氣體所存在的情況是，當(dāng)環(huán)境壓力和環(huán)境溫度變化時(shí)，電極間氣體的重量隨氣體的膨脹或收縮而改變，于是必須對(duì)電離室重新校準(zhǔn);或者，為了對(duì)于電離室的輸出提供電補(bǔ)償，可以在電離室上接以壓力和溫度敏感裝置。但是具有這桿的裝置時(shí)，要要想獲得希望的精確度(如比1%好)是困難的，這種敏感裝置和與其相關(guān)的電路構(gòu)成了潛在的誤差來源和在醫(yī)療應(yīng)用中特別不希望有的不安全性。
在閉式電離室中，氣體和兩個(gè)電極均在壁厚足以阻止環(huán)境壓力和溫度對(duì)氣體變化的影響的密封室內(nèi)，室中氣體的體積和其兩極間氣體的重量在所希望的操作壓力和溫度范圍內(nèi)基本上保持衡定，然而，一般來說至少對(duì)于測定電子束的強(qiáng)度而言，希望電離室存在有極少量的散射電子束的材料，足以提供基本上堅(jiān)固的室的材料厚度，可根據(jù)在室前補(bǔ)償電子束的可能性(即在電子束截面上獲得均勻的特性)來進(jìn)行限制。
根據(jù)本發(fā)明，測定電離輻射束強(qiáng)度的裝置包含一密封的室，室內(nèi)含有約在環(huán)境壓力下可電離的氣體，室內(nèi)含有兩個(gè)對(duì)置的電極，該電極間加有電壓，以便使由于電離輻射進(jìn)入室內(nèi)的結(jié)果產(chǎn)生電離電流，電離室具有可形變的結(jié)構(gòu)，這樣室內(nèi)所說氣體的體積隨環(huán)境壓力和溫度而變化，而且在相應(yīng)的環(huán)境溫度和壓力的操作范圍內(nèi)，在所說電極間的活性區(qū)內(nèi)測得的在與貫穿所說電極的線正交的平面中，單位面積上所說氣體的重量基本上是恒定的，在使用中活性區(qū)流過電離電流。
如果在所說活性區(qū)中氣體體積VA小于電離室中的氣體的總體積VT，則在活性區(qū)中單位橫截面積上氣體的重量可基本上恒定，如果在所說的操作范圍內(nèi)環(huán)境壓力和/或溫度變化使VA和VT的變化分別為△VT，并且△VA/VA基本等于△VT/VT。
為了有助于在電極間得到一個(gè)基本均勻的電場，簡化電離室的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)，適宜的辦法是使所說的電極基本上是平面的、具有基本上平行的相對(duì)的表面，并且所說的相應(yīng)操作范圍內(nèi)當(dāng)室中的氣體體積和環(huán)境在力和溫度的變化相適應(yīng)時(shí)，所說的表面依然基本上平面的并且基本上保持平行。
將電極適當(dāng)置于電離室的相對(duì)的兩壁之間，此相對(duì)的兩壁沿著其周邊靠一個(gè)或多個(gè)另外的壁可形變地聯(lián)接起來，這種排置方式可以使電離室中氣體體積能夠適應(yīng)(至少一部分)環(huán)境壓力和溫度的變化。電離室中氣體的總體積基本為第一體積V1和第二體積V2的總和，第一體積V1是以所說相對(duì)的兩壁為邊界的，它包含所說活性區(qū)的整個(gè)體積，第二體積V2是以一個(gè)或多個(gè)所說的另外的壁為邊界的。
當(dāng)所說電離室的氣體體積在所說的相應(yīng)操縱范圍內(nèi)變化適合環(huán)境壓力和環(huán)境溫度變化時(shí)，為了簡化電離室的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)，VA/V1的比可基本保持不變。
當(dāng)所說電離室的氣體體積在所說的相應(yīng)操縱范圍內(nèi)適合環(huán)境壓力和溫度變化時(shí)，為進(jìn)一步簡化設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)，每個(gè)所說的相對(duì)的兩壁的形狀和大小可基本上保持不變。
為了使電離室的結(jié)構(gòu)更為簡化和緊湊，包含所說另外壁的一個(gè)或多個(gè)壁可以是可形變薄膜材料。適宜的情況是，所說可形變薄膜材料的另外的壁沿所說的相對(duì)的兩個(gè)壁中的一個(gè)壁的四周形成一個(gè)環(huán)，所說環(huán)的內(nèi)周邊固定于所說的一個(gè)相對(duì)的壁上，所說環(huán)的外周邊固定于基本上剛性支撐件上。所說可形變薄膜材料的另外一個(gè)壁可與另一壁相對(duì)，為使活性區(qū)的氣體重量維持恒定，所說可形變薄膜材料的另一壁應(yīng)當(dāng)被一開口所分開，開口的平均寬度基本上小于所說電極之間開口的平均寬度。
為了進(jìn)一步簡化結(jié)構(gòu)，所說的兩個(gè)電極中至少有一個(gè)電極可以處于所說的相對(duì)的兩壁中相應(yīng)的一個(gè)壁的內(nèi)表面上。為了使呈現(xiàn)于電離輻射束中的散射材料重量特別低，所說的兩相對(duì)的壁中至少有一個(gè)壁具有電絕緣材料，而所說的兩個(gè)電極中至少有一個(gè)電極應(yīng)當(dāng)在其上有導(dǎo)電層。適宜的情況是，該裝置含有第一片可形變薄膜材料，形成所說的一個(gè)相對(duì)壁的內(nèi)表面固定在相當(dāng)大的張力下，沿內(nèi)表面的周邊將其固定于框架件上;形成所說的薄膜材料的外表面在相當(dāng)小的張力下固定在框架件和支撐件之間。該裝置可含在相當(dāng)大的張力下固定的第二片可形變的薄膜材料以形成兩相對(duì)壁中的另一個(gè)壁，沿周邊將其固定在框架和支撐件上，所說支撐件連接在所說框架件上。
現(xiàn)在通過實(shí)施例并參考附圖來介紹本發(fā)明的實(shí)施方案，在附圖中圖1是體現(xiàn)本發(fā)明的電離室的剖面示意圖。
圖2是相應(yīng)圖1電離室的剖面圖，它的體積增加了(例如由于環(huán)境壓力的降低)。
示于附圖中的電離室是一全場透射電離室(full-field transmission ionisation Chamber)，它與直線加速器一道使用以測定直線加速器產(chǎn)生的電子束的強(qiáng)度和或者使電子束打在透射X-射線靶(transmission x-ray traget)上所生的X-射線束的強(qiáng)度。該電離室在垂直于附圖的水平面上呈園形。為清楚起見，電離室的高度(垂直尺寸)相對(duì)于它的直徑做了放大。此電離室含有兩個(gè)相對(duì)的板1和2，各自是薄的、可形變的塑性材料，每一個(gè)板的內(nèi)表面上有一薄的金屬涂層(即彼此相對(duì)的面上)。板1和板2例如可從市面上買到，它們?yōu)殄冧X的聚脂薄膜，聚酯厚度為12μm，鋁的光密度為2.5。例如用粘接劑把板1粘接于框架和支撐環(huán)3上，框架和支撐環(huán)3的適宜材料例如是鋁，其粘接方式是，在相當(dāng)高的張力下至少把板1的一部分固定在環(huán)的內(nèi)周邊內(nèi)。板2例如用粘接劑粘接于框架環(huán)4上，框架環(huán)4的外徑基本上等于環(huán)3的內(nèi)徑，其粘接方式是，在相當(dāng)高的張力下用類似的方式把板2的一部分固定在環(huán)4內(nèi)周邊里。板2成輻射狀從環(huán)4向外延伸到其內(nèi)徑比環(huán)4的外徑大的支撐環(huán)5。按這樣一種辦法把板2粘接到環(huán)5上，在相當(dāng)?shù)偷膹埩ο?，在環(huán)4和環(huán)5之間把板2的環(huán)形圈部分6固定。(環(huán)3至環(huán)5基本上是剛性的)。具有電絕緣材料的環(huán)5粘接在環(huán)3上，這樣電離室的內(nèi)部(以板1、板2以及環(huán)3和環(huán)5為邊界的區(qū)域)是不透氣的。此電離室內(nèi)含有氣體，例如在大約環(huán)境壓力下的空氣。(電離室的布局如附圖所示，為支撐環(huán)4的重量，室內(nèi)部壓力略高于外面的壓力。)敷于板1上的金屬被靠近環(huán)3并和環(huán)3同心的環(huán)縫(附圖中的7)所斷開縫7為邊界的敷金屬的園形區(qū)域形成一個(gè)電極。被絕源的導(dǎo)體鉛(未示出)是連接其上的電線，它通過環(huán)5中的孔(未畫出)從電離室中引出(在環(huán)5中插入鉛后將孔密封)。敷于板2上的金屬層沒有被斷開，它在環(huán)5內(nèi)周邊中的園形區(qū)域形成了第二個(gè)電極。板2的一部分(未示出)可延伸超出環(huán)5的外周邊，另一導(dǎo)體鉛(未示出)在電離室的外部與板2上的金屬敷層相連。
此電離室適于測定直徑不超過環(huán)4內(nèi)徑的電子束或X射線束的強(qiáng)度。在測定時(shí)，電離輻射束以近似垂直于板1和2的方向通過電離室。在電極間加上電壓，板1基本上維持地電位，在板2上施加以負(fù)電壓;環(huán)3和與環(huán)3相連并且處于縫7外面板1的金屬敷層接地。進(jìn)入室內(nèi)的高能電子或X射線使其中的氣體電離，在施加電壓條件下導(dǎo)致板1和板2上的兩極間產(chǎn)生電流，通過連于板1電極上的鉛來探測該電離電流。電離電流流動(dòng)的活性區(qū)基本上是延伸在板1和2之間的豎園柱體，該園柱體的一端是板1上的電極。平面平行的電極(在板2上的電極呈輻射狀向外延伸超出活性區(qū))和連接電離室內(nèi)下部分的接地導(dǎo)體表面(據(jù)此提供一個(gè)“保護(hù)環(huán)”)確保了電離室活性區(qū)內(nèi)的電場基本上均勻而且垂直于電極，同時(shí)還保證了電離室內(nèi)泄漏的電流基本上不影響沿著連接于板1電極上的鉛流出的電流。
電流值與電離輻射的強(qiáng)度及電離室活性區(qū)內(nèi)氣體分子的數(shù)目(或氣體的重量)成正比。
電離室的結(jié)構(gòu)是這樣的，要使它內(nèi)部的氣體總體積VT與環(huán)境壓力和溫度的變化相適應(yīng)。和圖1相比，圖2所示的是體積增加了的電離室(例如，由于環(huán)境壓力的降低或環(huán)境溫度的增加)，為清楚起見，體積的變化在附圖中被放大。固定板2環(huán)形部分6的張力和固定相對(duì)板1和板2相對(duì)的園形部分的張力之間的差異導(dǎo)致了溫度和壓力在典型的操作范圍內(nèi)變化時(shí)，這些園形部分的橫切面形狀(在附圖平面中的)基本上保持不變(在這種情況下基本上是平面)。環(huán)狀部分6的彎曲而造成的體積改變成使延伸到環(huán)4外周邊的板2的園形部分變得與其本身正交，正如附圖中所示的那樣。
應(yīng)當(dāng)這樣布局，以便在電離室中氣體的總體積變化時(shí)，該裝置活性區(qū)內(nèi)氣體的分子數(shù)(或氣體的重量)基本上應(yīng)保持恒定。由于在這種情況下活性區(qū)的體積VA，小于電離室總的內(nèi)體積VT，所以在VT變化時(shí)，通過使VA/VT的比率基本保持恒定來達(dá)到上述目的?？偟捏w積VT可認(rèn)為(參看圖1)是第一體積V1和第二體積V2之和;體積V1的豎園柱體直徑等于環(huán)3的內(nèi)徑，高等于板1和板2之間的空間距離;V2具有環(huán)形橫切面，它是以板2環(huán)狀部分6、3的相對(duì)表面、環(huán)5的內(nèi)園表面以及體積V1為邊界所圍定的部分;圖1中的虛線標(biāo)出了V1和V2之間的邊界面(環(huán)形)。為了簡化設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)，活性區(qū)的體積VA與V1之間成恒定的比(基本上是板1上電極面積與環(huán)3內(nèi)板1的面積之比)。當(dāng)氣體膨脹時(shí)(圖2)，第一體積V1增加△V1，第二體積V2增加△V2;圖2中的虛線標(biāo)出了△V1和△V2的邊界。應(yīng)當(dāng)這樣裝配，使V1的增加的比例△V2/V1基本等于V2增加的比△V2/V2，這個(gè)增加的比例也基本等于VA的增加比和VT的增加比。上述情況是使具有環(huán)形橫切面的體積V2的高度基本小于具有園形橫切面的體積V1的高度而得到的，于是補(bǔ)償了這樣的事實(shí)，即V2高度跨越環(huán)6的變化從V1的高度變化(環(huán)6的內(nèi)周邊)到零(環(huán)6的外周邊)不等。
上述參照附圖所介紹的這種實(shí)施方案總的來講已被實(shí)現(xiàn)并發(fā)現(xiàn)操作可靠而準(zhǔn)確，當(dāng)環(huán)境壓力在平均值周圍波動(dòng)±10%、溫度在平均值周圍波動(dòng)±30℃(周°K表示近似等于典型室溫的±10%)下操作時(shí)其精確度要比1%好。
包含有作為電子束源用直線加速器的輻射醫(yī)療裝置，可以包含一對(duì)體現(xiàn)本發(fā)明的連貫電離室(Succesive ionisation Cham-bess)，這一對(duì)電離室可以位于遠(yuǎn)離能夠?qū)l(fā)射的靶插入射線束(用于X-射線醫(yī)療而不是電子束醫(yī)療的位置，緊靠用以改進(jìn)穿過電子束或X-射線束強(qiáng)度均勻性的一個(gè)或多個(gè)箔的位置。在這樣一個(gè)位置上，電子束的直徑仍然很小，電子束是從裝置真空系統(tǒng)的出口分出的(即在直線加速器很短，與在病人身體上所用的治療入射線束基本上共線的場合下，為直線加速器本身的出口;或在比較長的直線加速器的場合下，偏轉(zhuǎn)電子束用彎磁場裝置的入口)。雖然射線中心部分可以垂直通過每一個(gè)室，但是，鑒于束的發(fā)散，束的外部區(qū)域?qū)磁c法線傾斜的方向通過。為了獲得不受環(huán)境壓力和環(huán)境溫度影響的電離電流，在電極間測定的單位面積(處于與這些方向垂直的平面中)上的氣體重量應(yīng)當(dāng)基本上不隨壓力和溫度而變化。
作為上述電離室的代替方案，體現(xiàn)本發(fā)明的一種電離室例如可以含有兩個(gè)相對(duì)的電極，這兩個(gè)電極設(shè)置在一對(duì)相對(duì)的、可形變連接的、剛性相當(dāng)好的材料壁之間(考慮到如何降低單位橫切面積上散射材料的重量，最好應(yīng)當(dāng)將電離室置于射線束之中)。一個(gè)電極不必在一個(gè)壁的內(nèi)表面，但從機(jī)械角度來看，它可以有別于壁，在上述實(shí)施方案中，電極例如為一在繃緊的可變形薄片上的導(dǎo)電層，該薄片靠壁支撐并借助如上面介紹的那種的環(huán)4連接到一壁上(環(huán)在電離室內(nèi))。
正如上面所指出的那樣，根據(jù)本發(fā)明的電離室設(shè)計(jì)相當(dāng)簡化，所用的幾個(gè)部件價(jià)格低廉。雖然上面介紹的特殊設(shè)計(jì)的電離室適宜用作透射電離室來測定直線加速器產(chǎn)生的電子束的強(qiáng)度，但是根據(jù)本發(fā)明的電離室并不局限于這樣的應(yīng)用，特別鑒于它可以制得結(jié)構(gòu)簡單而緊湊，例如它們可用在診斷用的X射線裝置中。
權(quán)利要求
1.一種測定電離輻射束強(qiáng)度的裝置，所說的裝置含有一密閉的室，所說的室含有在接近環(huán)境壓力下可電離的氣體，兩個(gè)相對(duì)的電極，所說的兩個(gè)電極適于在它們之間加以電壓、由于電離輻射進(jìn)入所說的室的結(jié)果而產(chǎn)生電離電流，在所說的裝置中，所說的室為可形變的結(jié)構(gòu)，這樣使得室中所說的氣體體積隨環(huán)境壓力和溫度的改變而變化在相應(yīng)的環(huán)境壓力和環(huán)境溫度操作范圍內(nèi)，在所說兩極間的活性區(qū)內(nèi)在與貫徹所說電極的線正交的平面中單位面積上所說氣體重量基本保持恒定，在使用中電離電流流過所說的活性區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的一種裝置，其中在所說活性區(qū)的氣體體積VA小于所說室中氣體的總體積VT，在所說的操作范圍內(nèi)，由于環(huán)境壓力和/或環(huán)境溫度的變化分別使VA和VT產(chǎn)生的變化△VA和△VT，使△VA/VA基本等于△VT/VT。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1或2的一種裝置，其中所說的電極基本上是平面、基本上平行的相對(duì)表面，由于在所說室內(nèi)氣體的體積在操作的環(huán)境溫度和環(huán)境壓力范圍與所說溫度和壓力的變化相適應(yīng)，所以所說表面基本上仍是平面，并且基本上仍保持平行。
4.根據(jù)權(quán)利要求
2或從屬于權(quán)利要求
2的權(quán)利要求
3的一個(gè)裝置，其中電極設(shè)置在一對(duì)相對(duì)的室壁之間，所說壁通過一個(gè)或多個(gè)其他的壁在其周邊可形變連接起來，在室中氣體的總體積VT基本上是第一體積V1和第二體積V2之和，所說的第一體積V1是以所說的相對(duì)的室壁為邊界，并且包含全部所說活性區(qū)，所說的第二體積V2是以一個(gè)或多個(gè)所說的其它的壁為其邊界的。
5.根據(jù)權(quán)利要求
4的一個(gè)裝置，其中由于室內(nèi)的氣體體積在所說的相應(yīng)的操作范圍內(nèi)與環(huán)境壓力和溫度的變化相適應(yīng)，所以VA/V1的比基本上是保持恒定的。
6.根據(jù)權(quán)利要求
4或5的一個(gè)裝置，其中，由于室中氣體的體積在操作環(huán)境溫度和環(huán)境壓力范圍內(nèi)與環(huán)境溫度和壓力變化相適應(yīng)，所以所說的一對(duì)相對(duì)的壁的形狀和大小基本上保持不變。
7.根據(jù)權(quán)利要求
4至6中任一權(quán)利要求
的一個(gè)裝置，其中包含所說的其它壁的一個(gè)或多個(gè)壁具有可形變的薄膜材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求
7的一個(gè)裝置，其中所說的另外的可形變薄膜材料壁形成繞所說一對(duì)相對(duì)壁中一個(gè)壁的環(huán)，所說環(huán)的內(nèi)周邊連接到所說的一個(gè)相對(duì)的壁上，所說環(huán)的外周邊連接于基本上為剛性的支撐件上。
9.根據(jù)權(quán)利要求
8中所要求的一個(gè)裝置，其中，所說的可形變薄膜材料的一個(gè)其它壁與另外一個(gè)其它壁相對(duì)，借助一個(gè)平均寬度大大低于所說電極間該縫平均寬度的縫使之從中分開。
10.根據(jù)權(quán)利要求
4或前面從屬于權(quán)利要求
4的任一權(quán)利要求
的一個(gè)裝置，其中所說的兩個(gè)電極中至少有一個(gè)電極是在所說的一對(duì)相對(duì)壁中相應(yīng)一個(gè)壁的內(nèi)表面。
11.根據(jù)權(quán)利要求
10中從屬于權(quán)利要求
7至9中任一權(quán)利要求
的一個(gè)裝置，其中，在所說的一對(duì)相對(duì)的壁中至少有一個(gè)壁具有電絕緣可形變的薄膜材料，至少所說的一個(gè)電極是在其上的導(dǎo)電層。
12.根據(jù)權(quán)利要求
8或9，或根據(jù)權(quán)利要求
10或11中從屬于權(quán)利要求
8或9的一個(gè)裝置，其中含有第一片可形變薄膜材料，所說的薄膜材料片形成所說的一個(gè)相對(duì)壁的內(nèi)表面是在比較高的張力下固定的，該片沿該內(nèi)表面的周邊固定在框架件上，形成所說環(huán)的外表面是在比較低的張力下固定在框架件和支撐件之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求
12的一個(gè)裝置，所說的裝置包括在比較高的張力下固定的第二片形變的薄膜材料以形成所說一對(duì)相對(duì)壁中另一個(gè)壁，所說的第二個(gè)膜片是沿它的周邊固定在框架件和支撐件上，所說的支撐件固定在其上。
14.一個(gè)測定電離輻射束強(qiáng)度的裝置，它基本上和文中參照附圖所介紹的裝置相同。
15.一個(gè)產(chǎn)生在束截面上基本均勻的電子束的設(shè)備，其中包含根據(jù)前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求
所述的置于電子束徑中的裝置。
專利摘要
一用于測定電離輻射束強(qiáng)度和放射治療的電離室，其輸出信號(hào)與環(huán)境壓力及溫度無關(guān)，在束下單位面積的散射物質(zhì)重量低。該電離室的結(jié)構(gòu)是可變的，以使室內(nèi)的氣體體積與環(huán)境壓力及溫度適應(yīng)，和使兩極間活性區(qū)單位面積的氣體重量基本恒定。適宜的是，兩電極是可形變塑性膜片(1、2)上的導(dǎo)電層，膜片(2)的外環(huán)狀部分(6)在兩基本是平的、平行的相對(duì)室壁間提供了一可形變的連接，以相對(duì)的壁為邊界并包括活性區(qū)的容積的變化比例(ΔV
文檔編號(hào)H01J47/00GK85106814SQ85106814
公開日1987年3月11日 申請(qǐng)日期1985年9月11日
發(fā)明者基思·約翰·拉金 申請(qǐng)人:菲利浦光燈制造公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan