DE2738918A1

DE2738918A1 - Ionisationskammer

Info

Publication number: DE2738918A1
Application number: DE19772738918
Authority: DE
Inventors: Volker Ing Grad Stieber
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-04-01
Filing date: 1977-08-29
Publication date: 1978-10-05
Also published as: DE2738918B2; JPS53123187A; DE2738918C3; JPS5937542B2; US4131799A; CA1110369A; FR2386134B1; FR2386134A1

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen

Berlin und München VPA 76 P 5904 BRD

Ionisationskammer

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ionisationskammer, vorzugsweise für die Verwendung an Teilchenbeschleunigern mit zwei durch drei zueinander parallele Wände und zwei eingeschobene Abstandsringe gebildeten Meßkammern, von denen mindestens zwei der drei Wände je eine einzige, die dritte Wand jedoch mehrere gegeneinander isolierte, an äußere Kontaktzungen geführte Elektroden enthalten.

Bei Teilchenbeschleunigern, die zur Bestrahlung eines Feldes, sei es mit Gammastrahlung, Elektronen oder geladenen Atomkernen, verwendet werden, ist es erforderlich, die aus den Beschleuniger austretende Strahlung zu überwachen. Dabei interessiert nicht nur die gesamte austretende Strahlungsintensität, sondern auch deren gleichmäßige Verteilung innerhalb des aus dem Beschleunigerrohr und den diesem nachgeschalteten Bauelementen, wie z.B. Target, Elektronenabsorber, Ausgleichskörper, Umlenkmagnete usw., austretenden Strahlenkegel. Hierzu werden im allgemeinen Ionisationskammern verwendet.

Jede Ionisationskammer mittelt die in dem von ihr erfaßten Volumen abgegebene Dosisleistung. Um eine Aussage über die Intensitätsverteilung innerhalb eines Strahlenkegels zu bekommen, wäre eine Matrix von punktförmigen Ionisationskammern erforderlich. Dies ist aber sowohl aus finanziellen Erwägungen nicht erwünscht, als auch technisch kaum zu realisieren. Man ist daher bestrebt, eine möglichst einfache Ionisationskammer zu verwenden, die dennoch eine Aussage über die Intensitätsverteilung im Strahlenkqgä. ermäglioht. 809840/0595
Stk 28 Ler / 15.12.1976

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Durch die US-PS 3 852 610 ist es zu diesem Zweck bereits bekannt, eine Ionisationskammer für die Verwendung in Teilchenbeschleuniger so aufzubauen, daß sich zwischen drei untereinander parallelen Wänden zwei scheibenförmige Meßkammern bilden. Dabei bestehen die beiden äußeren Wände der Meßkammern aus einer Folie, auf der eine einzige durchgehend leitende Schicht, d.h. eine einzige Elektrode aufgebracht ist. Für die mittlere Wand dieser Ionisationskammer ist eine Glimmerschicht verwandt, auf der zwei konzentrische Elektrodenringe, deren leitende Schichten jede segmentartig in vier einzelne Elektroden unterteilt sind, an separate Anschlußklemmen herausgeführt sind. Das Zentrum dieser Wand und die Flächen zwischen und außerhalb der eigentlichen Elektroden sind als Hilfselektroden ausgebildet und haben im wesentlichen dasselbe Potential wie die Elektroden der gleichen Meßkammerwand.

Bei dieser Ionisationskammer, die mit günstigen Eigenabsorptionswerten herstellbar ist, wird es als nachteilig empfunden, daß sie nicht auf alle Arten von Inhomogenitäten der Dosisleistung im austretenden Strahlenkegel anspricht.

Weitere Verbesserungen hinsichtlich des Informationsgehaltes über die Homogenität der Dosisleistung im Strahlenkegel hat man sich von einer in der US-PS 3 942 012 (= DT-OS 2 402 898) veröffentlichten Ionisationskammer versprochen. Diese Ionisationskammer, die aus einer Vielzahl von einzelnen Wandelementen aufgebaut ist, ist jedoch in ihrer Herstellung verhältnismäßig aufwendig und wegen der Vielzahl der absorbierenden Ebenen auch mit einem verhältnismäßig hohen Eigenabsorptionswert versehen. Letzteres ist besonders bei der Verwendung zur Überwachung eines Elektronenstrahles von erheblichem Nachteil.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ionisationskammer zu entwickeln, die in der Herstellung einfach und preiswert ist und dennoch eine hinreichend genaue Aussage über die Homogenität des austretenden Strahlenkegels ermöglicht. Sie soll mit hinreichender Empfindlichkeit sowohl auf axial symmetrische, als auch auf axial unsymmetrische Inhomogenitäten ansprechen. Diese zu entwickelnde Ionisationskammer sollte darüber hinaus mit einem so geringen Eigenabsorptionswert herstellbar sein, daß sie auch zur Messung von Elektronenstrahlen einsetzbar ist.

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Dieser Aufgäbe lag die Erkenntnis zugrunde, daß den vorkommenden Inhomogenitäten eine Vielzahl bestimmter Ursachen zugrundeliegen und daß für das Erfassen solcher Inhomogenitäten bestimmte Meßstellen, die in bestimmten Strahlenbereichen vorzusehen sind, besonders prädestiniert sind.

Bei einer Ionisationskammer der eingangs genannten Art ist daher die Außenwand einer der beiden Meßkammern erfindungsgemäß mit auf der Meßkammerseite der Wand gegeneinander isoliert angebrachten Elektroden versehen. Damit ist der besondere Vorteil verbunden, daß man ohne Erhöhung der Anzahl der Kammerwände zwei verschiedene Meßkammern erhält. Dies ermöglicht aufgrund der einen Meßkammer eine Aussage über die über die gesamte Fläche des Strahlenkegels integrierte Dosisleistung und aufgrund der dazu parallelen Meßkammer eine Aussage über die Dosisleistung in bestimmten ausgewählten Bereichen des Strahlenkegels. Darüber hinaus lassen sich die Summen der Ionisationsströme in beiden Meßkammern, bezogen auf ihre Fläche, miteinander vergleichen. Sind ihre Werte, bezogen auf ihre Flächen, ungleich, so deutet das auf einen Fehler entweder in einer der Meßkammern oder in der nach— geschalteten Signalverarbeitung hin.

Eine erhöhte Empfindlichkeit der Ionisationskammer gegenüber symmetrisch zum Zentralstrahl verteilte Inhomogenitäten läßt sich erreichen, wenn die Wand mit den gegeneinander isolierten Elektroden eine zentrale kreisscheibenförmige Elektrode enthält, um die herum die übrigen Elektroden segmentartig gruppiert sind. Man hat festgestellt, daß bei einer Vielzahl von symmetrisch zum Zentralstrahl verteilten Inhomogenitäten des Strahlenkegels ein Intensitätsextremum im Zentrum des Strahlenkegels und ein dazu entgegengesetztes Extremum am äußeren Umfang des Strahlenkegels vorkommen. Hierunter fallen z.B. alle diejenigen Störungen, die durch, im Verhältnis zur eingestellten Beschleunigungsenergie bzw. Strahlenart,falsch gewählte Streufolien bzw. Ausgleichskörper erzeugt werden.

Eine weitere Erhöhung der Ansprechempfindlichkeit der Ionisationskammer wird erreicht, wenn die auf derselben Wandseite gegeneinander isoliert aufgebrachten Elektroden eine zentrale kreis-

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scheibenförmige Meßelektrode, einen die zentrale Meßelektrode umgebenden Ring aus mehreren untereinander isolierten einzelnen Meßelektroden und eine die übrigen Elektroden umgebende Hilfselektrode umfassen. Durch den Vergleich der Meßwerte der zentralen kreisscheibenförmigen Meßelektrode, mit den diese ringförmig umgebenden Meßelektroden, werden jene Bereiche des Strahlenkegels erfaßt, die bei symmetrischen Inhomogenitäten erfahrungsgemäß einen zum zentralen Bereich extrem entgegengesetzten Intensitätswert besitzen. Durch die gleichzeitige segmentartige Aufteilung des die zentrale Meßelektrode umgebenden Ringes von untereinander isolierten Meßelektroden bleibt auch die Empfindlichkeit gegenüber zum Zentralstrahl unsymmetrisch angeordneten Inhomogenitäten erhalten. Die umgebende Hilfselektrode vermeidet Feldverζ errung en.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand zweier in den Figuren dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Ionisationskammer für die Untersuchung eines Röntgenstrahlenkegels,

Fig. 2 eine Aufsicht auf die nicht unterteilten Elektroden,

Fig. 3 eine Aufsicht auf die unterteile Elektrode der in der Figur 1 unteren Kammerwand, und

Fig. 4 eine andere Ionisationskammer für die Untersuchung eines Elektronenstrahlenkegels.

Die Figur 1 läßt den Aufbau der Ionisationskammer 1 aus drei Keramikscheiben 2, 3, 4, die unter Zwischenfügung von zwei Abstandsringen 5, 6 aus Keramikmaterial so aufeinander gesetzt sind, daß sich zwei Meßkammern 7, 8 ergeben, erkennen. Die mittlere und die eine äußere Keramikscheibe weisen je eine feine Bohrung 9, 10 (2 mm Durchmesser) auf. Die in der äußeren Keramikscheibe 2 eingelassene Bohrung 9 ist durch ein Quetschrohr 11 verschlossen. Die einander zugewandten Seiten der einzelnen Keramikscheiben sind mit leitenden Oberflächen, den Elektroden 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 und 20, versehen.

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Die Figur 2 zeigt eine Aufsicht auf die nicht unterteile Elektrode 12 und der oberen Keramikscheibe 2 der Figur 1. Man erkennt daraus, daß die Elektrode die gesamte Oberfläche der Keramikscheibe vollständig bedeckt. Die Elektroden 12, 13 und 14 sehen genau gleich aus. Bei der zentralen Keramikscheibe 3 greift die leitende Oberfläche 13 auch durch die Innenwandung der Bohrung 10 hindurch auf die, auf der anderen Seite angeordnete, leitende Oberfläche 14 über.

Die Figur 3 zeigt eine Aufsicht auf die Elektrodenanordnung der in der Figur 1 unteren Keramikscheibe 4. Man erkennt in der Aufsicht sechs verschiedene Elektroden 15, 16, 17, 18, 19 und 20. Das sind im Zentrum der Keramikscheibe 4 eine kreisscheibenförmige Meßelektrode 19, deren vier Anschlußleitungen 21, 22, 23, 24 bis nahezu an den Rand der Keramikscheibe 4 geführt sind, ein in einigem Abstand vom Zentrum der Keramikscheibe entfernter Elektrodenring, der aus vier einzelnen Meßelektroden 15, 16, 17, 18 und deren Anschlußleitungen 25, 26, 27, 28 besteht und eine außerhalb dieser vier ringförmig angeordneten Meßelektroden 15, 16, 17, 18 befindliche, diese und die einzelnen Anschlußleitungen umschließende, als Hilfselektrode 20 verwendete, leitende Oberfläche.

Der äußere Umfang der vier ringförmig angeordneten Elektroden entspricht knapp dem äußeren Umfang des Strahlenkegels am Ort der Ionisationskammer 1. Die Enden sämtlicher auf der Keramikscheibe 4 aufgebrachten Anschlußleitungen 21 bis 28 sind je zu einer kleinen durchbohrten Kreisscheibe erweitert. Auf der anderen äußeren Seite der Keramikscheibe 4 sind jeweils unter diesen Enden der einzelnen Anschlußleitungen Kontaktzungen 29 bis 36 befestigt und durch diese Bohrungen hindurch mit den Anschlußleitungen 21 bis 28 kontaktiert. Die Hilfselektrode 20 der äusseren Keramikscheibe 4 und die durchgehenden Elektroden 12, 13, 14 der beiden anderen Keramikscheiben 2, 3 liegen an Metallringen 37, 38, 39, 40 an, die zwischen die Keramikscheiben 2, 3, 4 und die Abstandsringe 5, 6 eingelegt sind. Ihr vorstehender äusseren Umfang dient der Kontaktierung.

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Beim Betrieb der Ionisationskammer 1 liegen die Elektroden 13, 14 auf beiden Seiten der mittleren Keramikscheibe 3 an Hochspannung. Dabei wird die Hochspannung nur an einem der beiden Metallringe 38, 39 angeschlossen. Infolge der leitenden Verbindung durch die Bohrung 10 hindurch ist damit zugleich auch die jeweils andere Elektrode 13, 14 angeschlossen. Das Anliegen der Hochspannung kann über den jeweils anderen Metallring kontrolliert werden. Die Hilfselektrode 20 der mit den einzelnen, untereinander isolierten Meßelektroden 15 bis 19 versehenen Keramikscheibe 4 ist geerdet. Ihre Meßelektroden liegen annähernd auf Erdpotential. Dadurch ist das elektrische Feld im Bereich der unteren Meßkammer 8 in fünf verschiedene definierte Bereiche unterteilt. Das elektrische Feld der in der Figur 1 oberen Meßkammer 7 mit den beiden einteiligen Elektroden 12, 13 ist nicht unterteilt. Das Meßvolumen ist jedoch durch die Begrenzung des Kammer vo lumens durch die ringförmige Ab stands scheibe 5 exakt vorgegeben.

Durch die Strahlung werden im Gasvolumen der beiden Meßkammern 7, 8 Ionen erzeugt. Diese werden durch die Potentialdifferenz zwischen den jeweiligen Meßelektroden 12, 15 bis 19 und der gegenüberliegenden Elektroden 13, 14 entsprechend ihrer Polarität beschleunigt. Der Strom zwischen den einzelnen einander gegenüberliegenden Elektroden ist bei richtiger Kammerspannung und mittlerer Dosisleistung exakt propotional der im Kammervolumen, im Bereich der jeweiligen Meßelektrode applizierten Dosisleistung. Bei einer völlig homogenen Dosisleistung im Strahlenkegel ist der Strom einer jeden Meßelektrode, bezogen auf das ihr zugeordnete Kammervolumen und somit bei den vorliegenden Verhältnissen, bezogen auf ihre Fläche, gleich groß. Ist der Strom durch die einzelnen, gleich großen, ringförmig angeordneten Meßelektroden unterschiedlich groß, so deutet das auf eine unsymmetrische Verteilung der Strahlungsintensität im Strahlenkegel hin. Ist dagegen der Strom durch die einzelnen ringförmig angeordneten Meßelektroden 15 bis 18, bezogen auf ihre Fläche, gleich groß, aber unterschiedlich zu dem auf die Fläche bezogenen Strom der zentralen kreisscheibenförmigen Meßelektrode, so deutet das auf eine Inhomogenität der Dosisleistung im Strahlenkegel hin, die zur Symmetrieachse der Ionisationskammer 1, d.h. zum Zentrum

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des Strahlenkegels, symmetrisch ist. Dabei haben Versuche ergeben, daß die größte Empfindlichkeit gegen solche, zum Zentrum des Strahlenkegels symmetrische Inhomogenitäten dann erreicht wird, wenn das Zentrum des Strahlenkegels mit seinem Randbereich verglichen wird. In diesem Randbereich des Strahlenkegels sind die vier ringförmigen Meßelektroden 15 bis 18 angeordnet.

Die Figur 4 zeigt schließlich einen Querschnitt durch eine Ionisationskammer 41, die besonders zur Messung eines Elektronen-Strahlenkegels geeignet ist. Bei dieser Ionisationskammer wurde, wegen der erforderlichen, besonders geringen Eigenabsorption, auf die Verwendung durchgehender Keramikscheiben zur Unterteilung der beiden Meßkammern 42, 43 verzichtet. Stattdessen besteht die Ionisationskammer aus vier aufeinanderliegenden Metali— ringen 44, 45, 46, 47, zwischen denen drei mit einer leitenden Beschichtung versehene Kunststoffolien 48, 49, 50 eingespannt sind. Die beiden äußeren Metallringe 44, 47 sind im Durchmesser etwas größer gehalten, als die inneren Metallringe 45, 46. Sie sind an ihrem Umfang niit Bohrungen 51, 52 versehen, durch die sie hindurch untereinander verschraubt und zusammengespannt werden können. Die Kunststoffolien 48, 49 sind in der gleichen Weise, wie in der Figur 2 dargestellt, jedoch ohne Bohrung 9, beschichtet. Die Kunststoffolie 50 ist in gleicher Weise wie die Keramikscheibe 4 (Fig. 3) beschichtet. Die beiden inneren Metallringe 45, 46 dienen zugleich als elektrische Anschlüsse für die unmittelbar an ihnen anliegenden leitenden Oberflächen zu beiden Seiten der mittleren Kunststoffolie 49. Auf der den beiden Kunststoffolien 48, 50 zugewandten Seite der beiden inneren Metallringe 45, 46 ist je eine ringförmige Isolierscheibe 54, 55 aufgelegt. Zwischen dieser Isolierscheibe 54, 55 und der jeweiligen äußeren Kunststoffolie ist je ein dünner Kontaktring 56, 57 eingelegt. An diesem Kontaktring liegt die der Innenseite der jeweiligen Meßkammer 42, 43 zugewandte leitende Oberfläche der Kunststoffolien 48, 50 an ihrem äußeren Umfang unmittelbar an. Die in der Figur 4 untere Iletallring 47 ist auf ihrer inneren Seite mit einer Reihe von Bohrungen versehen, die parallel zu ihrer Symmetrieachse ausgerichtet sind. In ihnen sind die einzelnen Anschlußleitungen zu den Elektrodenoberflächen der eingespannten Kunststoffolie 50, die entsprechend dem in der Figur 3 gezeigten

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Muster beschichtet ist, durchgeführt. Die Anschlußleitungen 58, 59, 60, 61, 62 sind aus dieser Metallscheibe 47 isoliert herausgeführt.

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Leerseite

Claims

76 P 5904 BRD Patentansprüche

( 1.)Ionisationskammer, vorzugsweise für die Verwendung an Teilchenbeschleunigern mit zwei durch drei zueinander parallele Wände und zwei eingeschobene Abstandsringe gebildeten Meßkammern, von denen mindestens zwei der drei Wände je eine einzige, die dritte Wand jedoch mehrere gegeneinander isolierte, an äussere Kontaktzungen geführte Elektroden enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwand (4, 50) einer der beiden Meßkammern (7, 8, 42, 43) mit auf der Meßkammerseite der Wand gegeneinander isoliert angebrachten Elektroden (15 bis 20) versehen ist.
2. Ionisationskammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand (4, 50) mit den gegeneinander isolierten Elektroden (15 bis 20) eine zentrale kreisscheibenförmige Elektrode

(19) enthält, um die herum die übrigen Elektroden (15 bis 18) segmentartig gruppiert sind.
3. Ionisationskammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf derselben Wandseite gegeneinander isoliert angebrachten Elektroden (15 bis 20) eine zentrale kreisscheibenförmige Meßelektrode (19), einen die zentrale Meßelektrode umgebenden Ring aus mehreren untereinander isolierten einzelnen Meßelektroden (15 bis 18) und eine die übrigen Elektroden umgebende Hilfselektrode (20) umfassen.
4. Ionisationskammer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenräume zwischen den einzelnen Meßelektroden (15 bis 19) bzw. den zugehörigen Kontaktbahnen (21 bis 28) mit auf annähernd demselben Potential liegenden Hilfselektroden (20) ausgefüllt sind.
5. Ionisationskammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrodenmaterial auf Keramikscheiben (2, 3, 4) aufgebracht ist.

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ORIGINAL INSPECTED

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6. Ionisationskammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die beiden Meßkammern (7, 8) trennende Wand (3) mit mindestens einem kleinen Loch (9) versehen ist.
7. Ionisationskammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzächnet, daß die die beiden Meßkammern trennende Wand aus einem feinen Drahtnetz besteht.
8. Ionisationskammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durchgehenden Elektroden zur Messung von Elektronenstrahlung aus einem auf einer Kunststoffolie im Ätzverfahren aufgebrachten Nickelnetz bestehen.
9. Ionisationskammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden zur Messung von Elektronenstrahlung auf einer Kunststoffolie (48, 49, 50) aufgedampft sind.

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