Все ускорители, имеющиеся в ККОД, являются линейными ускорителями электронов. Получение рентгеновых лучей во всех генераторах осуществляется за счет одного и того же явления. Ускоренные электроны ударяются о мишень, и при их взаимодействии часть энергии преобразуется в фотоны. Максимальная энергия рентгеновых лучей равна кинетической энергии электронов, вызвавших это излучение.
Генераторы рентгеновых лучей состоят из трех узлов:
· источника электронов;
· устройства для ускорения электронов;
· мишени.
Опишем кратко принцип действия каждого из узлов, а затем принцип действия линейного ускорителя в целом. Электрически нагреваемый излучатель электронов соединен с отрицательным полюсом внешнего источника напряжения. В образованном таким образом диоде электроны, вырванные из излучателя (катода), ускоряются под действием разности потенциалов к аноду и вызывают в цепи электрический ток. Ускорению электронов не должно мешать взаимодействие их с материальными частицами вблизи их траекторий, поэтому ускорение осуществляется в замкнутом пространстве, где имеется вакуум высокой степени. Электроны ускоряются электрическими силами или магнитными. Ускоренные электроны падают на мишень, где за счет взаимодействий возникают рентгеновы лучи. Металл, из которого сделана мишень, должен иметь большой атомный номер и высокую температуру плавления.
Принцип действия линейного ускорителя состоит в постепенном ускорении электронов по этапам, на каждом из которых применяется относительно небольшая разность потенциалов (рис.2).
Рис. 2. Принцип действия линейного ускорителя.
Предположим, что группа частиц перемещается по оси коаксиальных цилиндров, при этом схема такова, что имеется разность потенциалов V между последовательными цилиндрами. На выходе из цилиндров частицы с зарядом q испытывают влияние электрического поля, находящегося в интервале 1-2 (см. рис.2) и приобретают энергию qV, приходя на следующий цилиндр. Если источник потенциала постоянен, то частицы испытывали бы влияние силы противоположного знака между цилиндрами 3 и 4 и замедлились бы. Если источник потенциала переменный и длина цилиндров такова, что время прохождения частиц через цилиндр равно полуволне, то, когда частица проходит через цилиндр 3, разность потенциала становится противоположной, частица вновь ускоряется за счет этой разности V. Делая длину цилиндров всё возрастающей с учетом ускорения частиц, можно таким образом ускорить частицы во столько раз, сколько имеется интервалов между цилиндрами.
В случае электронов, быстро достигающих скоростей, близких к световым, принцип будет другим. Предположим, что электроны перемещаются в том же направлении и с той же скоростью, что и волна колеблющегося электрического поля. В этом случае они будут испытывать постоянное влияние электрического поля. Чтобы при этом происходило ускорение, необходимо возрастание скорости распространения волны параллельно со скоростью ускоряемого электрона. В линейный ускоритель электроны вводятся в виде «пакета» с начальной энергией порядка 50000 eV (или со скоростью 0,2 скорости света). Затем они проходят вдоль трубки с глубоким вакуумом внутри, являющейся волноводом, с электрическим полем, частота которого 3000 MHz, проходящим в волноводе одновременно с электронами. Диафрагмы расположены в волноводе с такими интервалами, что скорости прохождения волны и «пакета электронов» одинаковы. Таким образом, в 1 секунду ускоряется от 100 до 500 «пакетов» электронов. Энергия электронов на выходе тем выше, чем длиннее волновод. С электрическими полями около 10000 V/см электроны могут приобретать энергию в 1МeV на 1 м пути. Медицинские линейные ускорители позволяют получать энергии от 4 до 40 MeV при длине волновода в несколько метров.
Напомню ещё раз, что на линейном ускорителе электронов «Clinac-2100C» возможно получение не только тормозного излучения, но и пучков электронов различных энергий. Электроны, выходящие из ускорителя, обычно образуют узкий пучок, интенсивность которого максимальна на оси, и резко падает по мере удаления от нее. Для получения моноэнергетического пучка с достаточным сечением на его пути обычно помещают металлическую фольгу (рассеиватель) у выходного окна ускорительной трубки.
3. Аппараты для внутриполостной гамматерапии.
Шланговый аппарат «Агат-ВУ» для проведения сеансов внутриполостной гамма-терапии с тремя радиоактивными источниками кобальта-60 также был модернизирован и сейчас управляется с помощью компьютера, хотя планирование проводится по атласу изодозных распределений. В аппарате «Селектрон» фирмы «Нуклетрон» производство Голландии используются источники цезия-137 в количестве 36 штук. Система планирования позволяет по снимкам, которые были сделаны с применением эндостатов и имитаторов источников излучения, сформировать необходимое изодозное распределение и увидеть его на экране компьютера во всех проекциях. Узнать нагрузку на критические органы и, изменяя расположение источников и их чередование с неактивными гранулами, корректировать мощность дозы в заданных точках и время облучения.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.