Tubo combinado de haz de rayos X de electrones para un betatrón
US2822490A
Estados Unidos
- Inventor
dane t scag - Asignatario actual
- Corporación Allis Chalmers
Aplicaciones en todo el mundo
1955 NOSOTROS
Aplicación US481860A eventos
1955-01-14
1958-02-04
Solicitud concedida
1958-02-04
1975-02-04
Caducidad anticipada
Estado
Caducado - De por vida
Descripción
DT SCAG 4 de febrero de 1958 TUBO COMBINADO DE HAZ DE RAYOS X DE ELECTRONES PARA BETATRON 4 Hojas-Hoja 1 Presentada el 14 de enero de 1955 Presentada el 14 de enero de 1955 4 de febrero de 1958 D, TS AG 2,822,490
TUBO DE HAZ DE RAYOS X DE ELECTRONES COMBINADOS PARA UN BETATRON 4 Hojas-Hoja 2 EM 5 '/cocg ZM/mw 4 de febrero de 1958 DT SCAG 2.822.490
TUBO DE HAZ DE RAYOS X DE ELECTRONES COMBINADOS PARA UN BETATRON Presentado el 14 de enero de 1955 4 Hojas-Hoja 5 4 de febrero de 1958 ELECTR COMBINADO Presentado el 14 de enero de 1955 DT SCAG v 2,822,490
EN TUBO DE HAZ DE RAYOS X PARA UN BETATRQN 4 Hojas-Hoja 4 m2 rk m3 3 1 .40 (44 m2 V nuestros Estados Unidos atent fifice COMBINACIÓN DE TUBO DE HAZ DE RAYOS X DE ELECTRONES PARA UN BETATRON Dane T. Scag, Elm Grove, Wis. , cedente de Allis-Chalmers Manufacturing Company, Milwaukee, Wis.
Solicitud 14 de enero de 1955, Serie No. 481,860 12 Reclamaciones. (Cl. 313-35) Esta invención se refiere en general a betatrones y en particular a un tubo de haz de rayos X de electrones combinado mejorado para betatrones.
El betatrón es un tipo de acelerador de partículas cargadas que acelera los electrones en un camino orbital encerrado en una envoltura o tubo anular al vacío. El tubo se coloca entre un par de caras polares que forman una parte de una estructura magnética adecuada, y los medios de bobinado en la estructura, cuando se energizan, provocan que un flujo magnético variable en el tiempo pase transversalmente al tubo.
Los electrones se inyectan en el tubo sustancialmente tangentes a la órbita. Esta inyección tiene lugar cerca del comienzo de cada medio ciclo del campo magnético alterno y, por lo tanto, los electrones se aceleran durante el cuarto de ciclo de flujo creciente. Los electrones son guiados hacia la trayectoria orbital por la porción marginal del campo magnético que atraviesa la porción orbital del tubo. A lo largo del período de aceleración, la fuerza del campo es en todo momento justo en proporción a la energía de los electrones para mantener un radio de curvatura constante que define una órbita estable, denominada órbita de equilibrio o de aceleración. Durante el cuarto de ciclo de flujo creciente en el que se aceleran los electrones, dan varios cientos de miles de revoluciones y ganan energía de unos 70 voltios en cada revolución.
Cerca del final del cuarto de ciclo, se introduce una perturbación del campo magnético para hacer que la órbita de aceleración se desplace y que los electrones acelerados golpeen un objetivo de rayos X adecuado dispuesto en el tubo. El impacto del blanco de rayos X por parte de los electrones a una frecuencia adecuada, por ejemplo, 180 veces por segundo, produce una intensa radiación electromagnética denominada comúnmente rayos X, que tiene una característica altamente penetrante.
La primera aplicación práctica del betatrón fue en radiografía industrial debido a las características de alta penetración de los rayos X obtenidos. Esta característica también sugirió la utilización de los rayos X obtenidos del betatrón con fines terapéuticos. El desarrollo de técnicas adecuadas avanzó necesariamente lentamente, pero con cuidado, hasta que ahora el betatrón se usa en muchos hospitales para tratar el cáncer profundo. Debido a las características de alta penetración del haz de rayos X obtenido del betatrón, la intensidad del haz de rayos X no disminuye rápidamente al aumentar la profundidad como ocurre con otros tipos de radiación. Esta característica permite tratar una lesión profunda con una dosis adecuada sin sobretratar seriamente ni destruir el tejido intermedio. Sin embargo,
Después de un cuidadoso estudio y experimentación, se descubrió que los electrones, que se aceleran para producir los rayos X, pueden usarse por sí mismos para tratar el cáncer en ciertos lugares críticos. Esto se debe a que, a diferencia de los rayos X, los electrones ceden su energía dentro de una longitud de trayectoria definida y producen un efecto ionizante en un rango de profundidad bastante estrecho. -En el caso del haz de electrones, la dosis máxima se entrega a una profundidad que depende de la energía de los electrones, con una caída relativamente brusca de la intensidad del haz hasta casi cero. Así, el betatrón, cuando se le añade la capacidad de la terapia con haces de electrones, se convierte en un instrumento doblemente potente en el armamento contra el cáncer.
La técnica anterior ha sugerido disposiciones de tubos en las que pueden obtenerse selectivamente tanto electrones como rayos X. En una de estas disposiciones, los haces de rayos X y de electrones emergen del tubo en una relación generalmente divergente. La ventana de salida del haz de electrones del tubo está dispuesta muy cerca de donde el haz de rayos X sale del tubo y se usa un sistema de obturación para seleccionar la salida deseada. Se ha encontrado que esta disposición no es práctica para propósitos terapéuticos por dos razones. En primer lugar, los diversos accesorios terapéuticos que deben acoplarse al betatrón para controlar o colimar los dos tipos diferentes de haces requieren más espacio que el permitido cuando los haces emergen de la misma área general del tubo. A medida que los rayos emergen del tubo, existe una tendencia natural a que se extiendan o se abran en abanico. El campo del haz de rayos X aumenta relativamente rápido a medida que aumenta la distancia desde el objetivo, pero el campo del haz de electrones sigue siendo relativamente pequeño. Por lo tanto, los haces deben colimarse antes de que puedan utilizarse. La colimación del haz con fines terapéuticos reduce su sección transversal a cualquier área deseada y se logra mediante colimadores especiales que se conectan al betatrón y se alinean con precisión con el haz. El material del colimador de haz de electrones es de baja intensidad como Lucite o Baquelita para absorber electrones sin generación apreciable de rayos X. Para la colimación del haz de rayos X se utiliza un material muy pesado como el plomo o el tungsteno. Por lo tanto, los haces deben colimarse antes de que puedan utilizarse. La colimación del haz con fines terapéuticos reduce su sección transversal a cualquier área deseada y se logra mediante colimadores especiales que se conectan al betatrón y se alinean con precisión con el haz. El material del colimador de haz de electrones es de baja intensidad como Lucite o Baquelita para absorber electrones sin generación apreciable de rayos X. Para la colimación del haz de rayos X se utiliza un material muy pesado como el plomo o el tungsteno. Por lo tanto, los haces deben colimarse antes de que puedan utilizarse. La colimación del haz con fines terapéuticos reduce su sección transversal a cualquier área deseada y se logra mediante colimadores especiales que se conectan al betatrón y se alinean con precisión con el haz. El material del colimador de haz de electrones es de baja intensidad como Lucite o Baquelita para absorber electrones sin generación apreciable de rayos X. Para la colimación del haz de rayos X se utiliza un material muy pesado como el plomo o el tungsteno. El material del colimador de haz de electrones es de baja intensidad como Lucite o Baquelita para absorber electrones sin generación apreciable de rayos X. Para la colimación del haz de rayos X se utiliza un material muy pesado como el plomo o el tungsteno. El material del colimador de haz de electrones es de baja intensidad como Lucite o Baquelita para absorber electrones sin generación apreciable de rayos X. Para la colimación del haz de rayos X se utiliza un material muy pesado como el plomo o el tungsteno.
Siendo las características del haz de electrones diferentes del haz de rayos X en el aparato descrito anteriormente, los accesorios terapéuticos deben cambiarse y seguirse un procedimiento de alineación preciso cada vez que se desee un cambio en los haces. Esto es, por supuesto, una seria desventaja y es inherente a la disposición en la que los dos haces emergen de la misma área general en el tubo. La segunda razón por la que se ha encontrado que tal disposición no es práctica es que el betatrón debe poder girar alrededor de un eje para poder dirigir fácilmente el haz de rayos X o el haz de electrones al área deseada. Dado que los rayos son divergentes con este tipo de tubo, es imposible hacer que ambos rayos sean normales al eje de rotación del betatrón y siempre se encuentran dificultades para apuntar uno de los rayos.
Con el fin de superar las desventajas de la técnica anterior, la presente invención proporciona un tubo combinado de haz de rayos X de electrones para el betatrón en el que los respectivos haces emergen del tubo en una relación paralela entre sí pero separados en lados opuestos de un plano de referencia. dispuestos paralelos a las trayectorias de los rayos y que contienen el eje de la trayectoria orbital.
Con esta disposición mejorada, las chaquetas maestras se montan de forma permanente para sujetar y colocar con precisión las variaciones.
accesorios terapéuticos asociados a los respectivos haces. Son posibles varias disposiciones de los elementos particulares en el tubo para proporcionar el espacio necesario para montar de manera permanente un par de camisas maestras para colocar los accesorios para las vigas respectivas. Por ejemplo, el tubo puede construirse de manera que cuando se coloca en el betatrón los rayos emergen normales al eje de rotación del betatrón pero en direcciones opuestas con respecto a ese eje. Esta disposición permite montar una camisa maestra en un lado del betatrón y la otra camisa maestra en el lado opuesto del betatrón. El conjunto de betatrón puede entonces estar provisto de medios para girar el betatrón 360 grados alrededor del eje horizontal de rotación o 180 grados alrededor de un eje vertical.
Preferiblemente, sin embargo, el tubo mejorado se construye de modo que cuando se coloca en el betatrón, ambos haces son normales a un eje de rotación, generalmente un eje horizontal, y emergen del tubo en direcciones similares y en lados opuestos de un plano de referencia dispuesto paralela a las trayectorias del haz y que contiene el eje del tubo. En otras palabras, las trayectorias de los haces cuando se proyectan sobre el plano de referencia están dirigidas en la misma dirección.
En esta disposición preferida, el tubo mejorado se construye de manera que al generar un haz de rayos X, los electrones se aceleran en una dirección, por ejemplo, en el sentido de las agujas del reloj, alrededor de la órbita de equilibrio, y cuando se desea producir un haz de electrones, los electrones se aceleran en una sola dirección. la dirección opuesta, por ejemplo en sentido contrario a las agujas del reloj alrededor de la órbita de equilibrio.
Dado que los electrones se aceleran en diferentes direcciones alrededor de la órbita de equilibrio para los diferentes haces, se proporcionan medios en el tubo para inyectar electrones selectivamente en cualquiera de las dos direcciones en la órbita de equilibrio. Este medio de inyección está relacionado en el tiempo con el campo magnético alterno que pasa transversalmente al tubo de manera que según el tipo de haz que se desee se utiliza una mitad diferente del ciclo del campo magnético alterno para acelerar los electrones en la dirección adecuada.
El tubo mejorado también está provisto de un objetivo de rayos X para que los electrones que se aceleran puedan dirigirse al objetivo y producir un haz de rayos X.
El tubo está además provisto de medios para extraer los electrones de la trayectoria orbital después de la aceleración para producir un haz de electrones bien definido. Este medio de extracción está dispuesto en el tubo para hacer que la trayectoria del haz de electrones sea paralela a la trayectoria del haz de rayos X. En otras palabras, los rayos están dirigidos en direcciones similares en una relación de separación paralela en lados opuestos de un plano dispuesto paralelo a los rayos y que contiene el eje del tubo.
Por lo tanto, un objeto de la presente invención es proporcionar un tubo de haz de rayos X de electrones combinados en el que los respectivos haces emergen del tubo en una relación de separación paralela.
Otro objeto de la presente invención es proporcionar un betatrón del que tanto el haz de electrones como el haz de rayos X emergen paralelos entre sí y normales al eje de rotación del betatrón.
Otro objeto adicional de la presente invención es proporcionar en un betatrón un tubo de haz de rayos X de electrones combinados que permite que las camisas maestras se instalen permanentemente en el betatrón, lo que permite que los dispositivos para colimar los respectivos haces se instalen y alineen con precisión con un mínimo de hora.
Objetos y ventajas distintos de los mencionados anteriormente serán evidentes a partir de la siguiente descripción cuando se lea en relación con el dibujo en el que:
La figura 1 ilustra una vista en alzado del conjunto de betatrón provisto del tubo mejorado;
la figura 2 es una vista ampliada del conjunto mostrado en la figura 1 tomada a lo largo de la línea 11-11;
higos. 3 y 4 son vistas ampliadas del medio inyector de electrones mostrado en la Fig. 2;
la figura 5 es una vista ampliada de los medios para producir un haz de rayos X mostrado en la figura 2;
higos. 6 y 7 son vistas ampliadas del extractor de haz de electrones mostrado en la Fig. 2;
la figura 8 es una modificación del conjunto de diana de rayos X que se muestra en la figura 5;
higos. 9 y 10 son vistas de una modificación del extractor de haz de electrones mostrado en la Fig. 2;
la figura 11 es una vista esquemática del cableado del extractor;
higos. 12 y 13 ilustran una modificación de los medios mostrados en las Figs. 6 y 7 para extraer el haz de electrones del tubo; y
La figura 14 ilustra una modificación de la disposición de los elementos en el tubo que se muestra en la figura 2.
Dado que los principios generales de funcionamiento de los aceleradores de inducción magnética son bien conocidos y se describen completamente en publicaciones y patentes de la técnica anterior, la descripción de la construcción general y el funcionamiento del conjunto de betatrón que se muestra en la Fig. 1 se reducirá al mínimo y, si es necesario, se puede hacer referencia a tales otras publicaciones para complementar esta descripción general.
La figura 1 muestra una realización de un conjunto de betatrón en el que se puede emplear ventajosamente el tubo mejorado. El conjunto de la figura 1 comprende generalmente el betatrón propiamente dicho, que está encerrado por un conjunto de blindaje de plomo 11 provisto de dos aberturas adecuadas 1, 13 en el lado frontal del betatrón. El conjunto también incluye medios para hacer girar el betatron alrededor de un eje horizontal y, como se muestra, estos medios pueden comprender un montaje de muñón accionado por motor 15 dispuesto en soportes elevados adecuados 16.
El tubo de betatrón, como de costumbre, está dispuesto entre un par de caras polares (no mostradas) con el eje del tubo sustancialmente normal a estas caras. Las caras polares forman parte de la estructura magnética que incluye devanados energizantes adecuados. Estos devanados, cuando se energizan, hacen que un campo magnético variable en el tiempo pase transversalmente a través del tubo, y la distribución de este campo establece una trayectoria orbital dentro del tubo alrededor de la cual se aceleran los electrones.
El tubo de haz de rayos X de electrones mejorado y su posición con respecto al eje de rotación del betatrón se pueden ver más fácilmente con referencia a la Fig. 2, que es una vista en sección del conjunto que se muestra en la Fig. 1 tomada a lo largo de la línea IlIl.
Como se muestra en la Fig. 2, el tubo mejorado comprende una envoltura al vacío 20 anular o con forma de rosquilla hecha de un material adecuado, como vidrio o porcelana. El tubo es del tipo de tubo sellado, lo que significa la ausencia de cualquier mecanismo de vacío de bombeo continuo unido al tubo. Sin embargo, el tubo puede ser un tubo bombeado continuo si se desea.
El tubo mejorado incluye en un punto medios, denominados generalmente por el carácter de referencia 21, para inyectar selectivamente electrones en dos direcciones en la trayectoria orbital creada por el campo magnético del betatrón. El medio de inyección de electrones 21 mostrado en la Fig. 2 se ilustra con más detalle en las Figs. 3 y 4 y comprende dos cañones de electrones similares 22 y 23 dispuestos espalda con espalda. Dado que ambos cañones de electrones son similares en estructura y funcionamiento, solo se describe uno.
El cañón de electrones 22 comprende un par de elementos de conexión y soporte 26 que llevan en sus extremos exteriores un filamento 27 que, cuando se calienta, proporciona una fuente de electrones. Rodeando el filamento por tres lados y conectado a él hay un elemento de blindaje de electrodo 28. El electrodo de ánodo conectado a tierra 31 está adaptado para volverse considerablemente positivo con respecto al filamento 27 mediante la aplicación de un pulso de voltaje negativo al filamento para dar electrones a dirección y aceleración iniciales deseadas. El cañón de electrones 23 comprende de manera similar un filamento 29 y un electrodo de protección 30. El ánodo 31 está provisto de un par de ranuras 32, 33 que coinciden con los filamentos 27, 29, proporcionando una abertura de salida para los electrones.
Como se muestra en la Fig. 2, los electrones pueden inyectarse selectivamente en el tubo 20 y acelerarse en el sentido de las agujas del reloj o inyectarse en el tubo y acelerarse alrededor de la órbita en el sentido contrario a las agujas del reloj, dependiendo de qué cañón de electrones 22 o 23 se active con el pulso negativo. y dependiendo de cuándo se aplica el pulso al electrodo. Cuando la operación de inyección entra en acción por medios adecuados asociados con el betatrón, uno de los filamentos, por ejemplo el electrodo 27, recibe un pulso muy negativo con respecto al ánodo 31. Este pulso de voltaje se aplica al electrodo 27 a través de los miembros de conexión 26, 34 hace que los electrones salgan por la ranura 32 del ánodo, con una velocidad inicial del orden de varios miles de electronvoltios.
El betatrón está provisto de medios para desplazar la órbita de los electrones después de que los electrones hayan obtenido la energía deseada, y el tubo mejorado está provisto de un conjunto de objetivo de rayos X dispuesto en consecuencia para que los electrones acelerados puedan convertirse en rayos X cuando la órbita está desplazada. La posición del objetivo de rayos X con respecto a la órbita de aceleración determina cómo se desplaza el campo magnético para hacer que los electrones golpeen el objetivo. El objetivo puede estar dispuesto por encima o por debajo del plano de la órbita y el campo desplazado para hacer que la órbita se mueva verticalmente hacia arriba o hacia abajo para alcanzar el objetivo, o el objetivo puede estar dispuesto dentro o fuera de la órbita y la órbita contraerse en consecuencia. o expandido para hacer que los electrones golpeen el objetivo.
Como se muestra, el conjunto del objetivo de rayos X, denominado generalmente por el carácter de referencia 40, está dispuesto fuera de la órbita de aceleración y en el mismo plano que la órbita, y el betatrón está provisto de medios adecuados para hacer que la órbita se expanda para causar los electrones para golpear el objetivo en el momento apropiado.
El conjunto de objetivo que se muestra en detalle en la figura 5 comprende el objetivo 41 propiamente dicho y medios para retraer el objetivo. Este medio de retracción 42 comprende un solenoide eléctrico provisto de una bobina 43 y una armadura 44. El objetivo 41 está dispuesto sobre un miembro de soporte 45 unido a la armadura 44 para que se mueva cuando la bobina 43 del solenoide está energizada. Se proporcionan medios de polarización 46 para mover la armadura 44 a una posición retraída cuando la bobina 43 está desenergizada. Energizar la bobina 43 hace que el objetivo de rayos X se mueva desde una primera posición radialmente alejada de la órbita a una segunda posición radialmente hacia adentro de dicho medio inyector de electrones 21 y medio extractor 51 para permitir que los electrones acelerados golpeen el objetivo 41 y produzcan X -rayos a medida que la órbita se expande gradualmente.
Al operar el conjunto de betatrón mostrado en las Figs. 1 y 2 para producir un haz de rayos X, el cañón de electrones 22 de la estructura del inyector 21 se energiza con un pulso negativo para hacer que los electrones fluyan fuera de la ranura 32 en el ánodo 31. El tiempo que se aplica este pulso al filamento 27 del cañón 22 está relacionado con el campo magnético variable en el tiempo producido por el betatrón para hacer que los electrones después de la inyección se aceleren en el sentido de las agujas del reloj como se muestra en la Fig. 2 alrededor de la órbita de equilibrio. Se hace que los electrones viajen alrededor de la órbita tantas revoluciones como se desee, y mientras el campo magnético de fuerza aumenta en intensidad, y finalmente se hace que sigan una órbita instantánea de radio ligeramente mayor que la órbita de aceleración. y para incidir sobre el objetivo 41, efectuando este impacto la generación deseada de rayos X. t
El tubo mejorado también incluye medios en otro punto del tubo para extraer un haz de electrones del tubo, paralelo a la trayectoria del haz de rayos X pero en relación espaciada con respecto al mismo, o en otras palabras, "de modo que las trayectorias de los dos haces se encuentran en lados opuestos de un plano dispuesto paralelo a la trayectoria del haz de rayos X y que contiene el eje del tubo de betatrón.
El medio de extracción de haz de electrones al que se hace referencia generalmente en la Fig. 2 con el carácter de referencia '56 comprende un elemento o elemento de disminución de campo 51 dispuesto en el tubo en un punto predeterminado para causar un cambio relativamente repentino en la dirección del movimiento de los electrones, lo que permite que los electrones sean extraído del tubo en un haz de electrones. El elemento de disminución de campo 51, denominado pelador magnético, se muestra en detalle en las Figs. 5 y 7 junto con su sistema de soporte y ajuste 52. Haciendo referencia específicamente a las Figs. 6 y 7, el pelador magnético tiene una sección transversal generalmente en forma de U con porciones de brazo 53, 54 que se extienden hacia dentro proporcionando una ranura 55 entre ellas en el plano de la órbita de equilibrio. El propósito de este pelador es transportar, sin exceder la saturación, y preferiblemente a niveles por debajo de la saturación, todas las líneas de fuerza magnética que existirían normalmente en toda el área que comprende una proyección del miembro 51 en el plano de la órbita de equilibrio. Es decir, las líneas de fuerza magnética que ingresan por la parte superior del miembro 51 de disminución de campo deben tomar un camino sustancialmente completo a través de la parte posterior o sólida 56 de este miembro en lugar de atravesar el espacio provisto por la ranura 55. El resultado es que el espacio en la ranura 55 entre las porciones de brazo 53, 54 e incluso ligeramente fuera de la ranura, comprende un espacio de intensidad de campo muy reducida en cualquier momento en relación con la intensidad de campo existente en áreas adyacentes en el tubo.
Como será evidente a partir de una consideración de la Fig. 2, la órbita de equilibrio se encuentra bien hacia el interior (radialmente hablando) de la posición del pelador magnético que se coloca en el tubo justo delante (hablando con respecto a la dirección de viaje en sentido antihorario de los electrones) de una bocina de salida 59 provista de un conjunto de ventana 60 que facilita la salida de los electrones del tubo. Este conjunto de ventana 60 puede consistir en una lámina delgada de berilio montada en un disco 61 con el disco posicionado en un adaptador 62 acoplado a un soporte Kovar 63 que se sella directamente a la salida 59 del tubo.
En el funcionamiento del conjunto de betatrón que se muestra en la Fig. 2 para producir un haz de electrones, los electrones se inyectan en la órbita en sentido contrario a las agujas del reloj por medio de la pistola 23 de la estructura del inyector 21, en un momento adecuado con respecto al campo magnético variable en el tiempo. del betatrón. Los electrones giran en espiral hacia el interior de la órbita de equilibrio y se aceleran en un gran número de vueltas, como se ha descrito anteriormente. Luego se les hace girar en espiral alejándose de la órbita de equilibrio mediante cualquier disposición adecuada para cambiar la relación de intensidad de campo. El camino hacia afuera de los electrones es en espiral con giros continuamente divergentes. Durante uno de estos giros en espiral alrededor de la órbita, los electrones se encuentran repentinamente en un área de fuerza de campo sustancialmente cero, de modo que hay poca o ninguna fuerza radial interna para contrarrestar la fuerza centrífuga y los electrones enderezan su camino y se mueven hacia y a través de el conjunto de ventana 60 para proporcionar un haz de electrones bien recogido. Dado que el pelador magnético está dispuesto en el exterior de la órbita de equilibrio y la órbita se expande para colocar los electrones acelerados en el campo del espacio libre, el objetivo de rayos X 41 que se usa para producir un haz de rayos X cuando los electrones son acelerado en la dirección opuesta alrededor de la órbita, debe ser retraído a una posición relativamente alejada de la órbita del electrón en expansión.
Sin embargo, cuando el conjunto de betatrón se usa para producir un haz de rayos X, el objetivo de rayos X 41 se coloca de manera que la órbita en expansión hace que los electrones golpeen el objetivo 41 antes de que entren en el campo de espacio libre causado por el despegador magnético. 51. Por lo tanto, al usar un conjunto de objetivo retráctil 40, el betatrón solo necesita estar provisto de un circuito de expansión que funcione tanto para producir un haz de rayos X como un haz de electrones.
También debe reconocerse que el tubo mejorado puede estar provisto de un objetivo estacionario dispuesto radialmente hacia adentro de la órbita de equilibrio y el betatrón provisto de medios, como un circuito de contracción, para hacer que los electrones giren en espiral hacia adentro para golpear el objetivo. En tal disposición, la posición del extractor de haz de electrones 50 puede permanecer como se ha descrito previamente.
Refiriéndonos nuevamente a: Fig. 2, el tubo de haz de rayos X de electrones 20 está dispuesto en el betatrón de modo que las trayectorias paralelas de los respectivos haces sean normales al eje horizontal de rotación del betatrón.
El conjunto de protección 11 que rodea al betatrón propiamente dicho está provisto de dos aberturas adecuadas 12, 13 alineadas con los respectivos haces. Cada abertura está adaptada para recibir un conjunto de cubierta principal.
La abertura en el escudo a través de la cual pasa el haz de rayos X recibe un conjunto de camisa principal 70 que comprende una camisa cilíndrica 71, un monitor de haz de rayos X 72 y un compensador de haz de rayos X 73. El compensador 73 tiene forma de cono y está fijada a la camisa 71 con su eje coincidente con el eje de la camisa, y la camisa 71 está dispuesta en la abertura 12 y ajustada por medios adecuados para que su eje coincida con el eje del haz de rayos X. El compensador 73 sirve para producir un campo uniforme de rayos X, mientras que el monitor 72 sirve para medir la intensidad de este campo.
La camisa 71 está adaptada para recibir un colimador 75 de haz de rayos X que es un inserto de aleación de plomo que tiene una superficie exterior mecanizada con precisión complementaria a la superficie receptora interior de la camisa.
Una vez que el conjunto de camisa principal 70 se coloca en el escudo y se alinea con el haz de rayos X, se pueden insertar fácilmente diferentes colimadores de rayos X en la camisa 71 en posición para colimar el haz a la forma deseada.
El conjunto de camisa maestra también incluye medios para unir un cono de colocación 76 al betatrón para ayudar a posicionar el haz de rayos X y para indicar visualmente en qué punto entra el haz de rayos X en el paciente.
Dado que con el tubo mejorado el haz de electrones emerge del betatrón en una relación espaciada con respecto al haz de rayos X, se puede disponer de forma permanente en el conjunto de protección 11 un conjunto de cubierta principal 80 para montar de forma extraíble los diversos accesorios terapéuticos asociados con el haz de electrones. del betatrón.
El conjunto de camisa principal 30 para el haz de electrones incluye una camisa 31 de forma cilíndrica dispuesta en la abertura 13 en el conjunto de pantalla 11 de modo que su eje coincida con el eje del haz de electrones. El compensador 82 de haz de electrones de oro y un monitor 83, de función similar a los descritos anteriormente, están fijados al extremo de la camisa 81 más cercano al tubo. También se proporcionan medios en la camisa principal 81 para unir un tubo de extensión 86 para colimar el haz a distancias focales de la piel aumentadas. El colimador de haz de electrones 87 se puede unir a la camisa principal 81 o al tubo de extensión 86.
La figura 8 muestra una modificación del conjunto 40 del objetivo de rayos X mostrado en la figura 5. El conjunto 90 del objetivo es similar al que se muestra en la figura excepto que se cambia el medio para mover el objetivo. Como se muestra en la Fig. 8, los medios para mover el objetivo 41 comprenden un par de miembros telescópicos 91 y 92 y una bobina de expansión bimetálica 93. Uno de los miembros telescópicos 91 está montado de manera fija en el espacio mientras que el otro miembro 92 se extiende telescópicamente con el miembro estacionario. 91 y se mueve por medio de la bobina bimetálica 93. El objetivo 41 se coloca en el extremo exterior del elemento móvil 92. El calentamiento de la bobina bimetálica 93 mediante un flujo de corriente opera para posicionar el objetivo 41 de manera similar a cuando la bobina solenoide 43 de la Fig. 5 está energizado.
higos. 9 y muestran una modificación de los medios para extraer el haz de electrones del tubo. Esta modificación se denomina extractor de haz de electrones electromagnéticos y opera para crear una región libre de campo dentro del tubo mediante una corriente que fluye a través de una red de cables, siendo este campo magnético igual y opuesto al campo magnético creado por el betatrón. El extractor electromagnético 100 comprende una serie de hilos separados paralelos 101 dispuestos en una forma 102 de material dieléctrico adecuado. Estos hilos 101 son normales al radio del tubo en la entrada del extractor 103 y en planos paralelos a la órbita de aceleración. Los cables pueden tener una sección transversal cuadrada o trapezoidal para obtener un mayor volumen de conducción para la separación de cables. Los cables están conectados en la matriz para la mitad superior y para la mitad inferior, y las dos mitades colocadas en paralelo. La figura 11 muestra en detalle una disposición de los cables 101 y la trayectoria de la corriente en estos cables.
Cuando el pulso de corriente se aplica a la matriz por cualquier medio conocido adecuado, el flujo de corriente a través de los cables paralelos 101 crea sobre una región localizada en el tubo un espacio libre de campo. El extractor de haz de electrones electromagnéticos está dispuesto en el tubo para hacer que los electrones extraídos salgan del tubo paralelos a la trayectoria del haz de rayos X.
higos. 12 y 13 muestran otra modificación de los medios de extracción de haz de electrones mostrados en las Figs. 6 y 7. Esta modificación se denomina deflector de haz electrostático y comprende un soporte en forma de U alargado circunferencialmente 105, un deflector de alto voltaje 106 y un miembro de hoja a tierra 107 espaciado radialmente hacia adentro del deflector 106 y unido entre los brazos extendidos de la U. El soporte en forma de U se mantiene en el tubo mediante varillas de posicionamiento adecuadas 108.
En funcionamiento, el deflector .106 del extractor de haz de electrones electrostáticos se pulsa negativamente, lo que desvía los electrones en espiral por medio de atracciones electrostáticas para hacer que emerjan a través de la ventana de salida paralelos a la trayectoria del haz de rayos X.
La figura 14 es similar a la figura 2 y muestra esquemáticamente otra disposición de los elementos dentro del tubo. La realización de la invención que se muestra en la Fig. 14 comprende un tubo 110, un medio de inyección de electrones 111, un objetivo estacionario de rayos X 112 y un medio de extracción de haz de electrones 113. Con la disposición que se muestra en la Fig. 14, los electrones se inyectan en el tubo para que se aceleren en sentido antihorario alrededor de la órbita de aceleración. Se produce un haz de rayos X al hacer que los electrones acelerados giren en espiral hacia el interior del objetivo 112 de rayos X. Se produce un haz de electrones al hacer que los electrones acelerados giren en espiral hacia el extractor 113 del haz de electrones. El objetivo 112 y el extractor 113 están dispuestos en el tubo para hacer que los rayos emerjan del tubo paralelos entre sí, las trayectorias de los haces descansan en lados opuestos de un plano de referencia dispuesto paralelo a las trayectorias de los haces y que contiene el eje del tubo 110. Las trayectorias de los respectivos haces cuando se proyectan sobre el plano de referencia están dirigidas en direcciones opuestas. El conjunto del escudo de betatron debe estar provisto de aberturas en dos lados opuestos.
Si se desea, los circuitos que operan en el betatrón para producir el haz de rayos X pueden modificarse mediante la adición de relés inversores polarizados y estos mismos circuitos pueden usarse para producir el haz de electrones. En la práctica, esto permite que el operador del betatron cambie de un haz de rayos X a un haz de electrones simplemente operando los relés de inversión.
Si bien solo se han ilustrado y descrito algunas realizaciones de la presente invención, será evidente para los expertos en la técnica que se pueden realizar modificaciones distintas a las mencionadas anteriormente sin apartarse del espíritu de la invención o del alcance de las reivindicaciones adjuntas. .
Se reclama y se desea asegurar por Cartas de Patente: 7, l. Un tubo combinado de haz de rayos X de electrones para un acelerador de partículas cargadas en el que los electrones se aceleran a lo largo de una trayectoria orbital, comprendiendo dicho tubo una envoltura al vacío que rodea dicha trayectoria orbital, medios para inyectar electrones en dicha trayectoria orbital, medios que incluyen un dispositivo de rayos X blanco para hacer que un haz de rayos X sea radiado desde dicho tubo a lo largo de un primer camino sustancialmente tangente a dicho camino orbital, y medios para hacer que un haz de electrones sea extraído de dicho tubo a lo largo de un segundo camino paralelo a dicho primer camino, dicho primer y segundas trayectorias de dichos haces estando en lados opuestos de un plano de referencia dispuesto paralelo a dichos haces y que contiene el eje de dicha trayectoria orbital.
2. Un tubo combinado de haz de rayos X de electrones para un acelerador de partículas cargadas en el que los electrones se aceleran a lo largo de una trayectoria orbital, comprendiendo dicho tubo una envoltura al vacío que rodea dicha trayectoria orbital, medios para inyectar electrones selectivamente en dicha trayectoria orbital, medios que incluyen una X -objetivo de rayos para hacer que un haz de rayos X sea radiado desde dicho tubo a lo largo de un primer camino sustancialmente tangente a dicho camino orbital, y medios para hacer que un haz de electrones sea extraído de dicho tubo a lo largo de un segundo camino paralelo a dicho primer camino, dichas trayectorias primera y segunda de dichos haces estando en lados opuestos de un plano de referencia dispuesto paralelo a dichos haces y que contiene el eje de dicha trayectoria orbital, dichas trayectorias primera y segunda de dichos haces cuando se proyectan sobre dicho plano de referencia siendo paralelas pero dirigidas en sentido opuesto direcciones.
'3. Un tubo combinado de haz de rayos X de electrones para un acelerador de partículas cargadas en el que los electrones se aceleran a lo largo de una trayectoria orbital, comprendiendo dicho tubo una envoltura al vacío que rodea dicha trayectoria orbital, medios para inyectar selectivamente electrones en direcciones opuestas en dicha trayectoria orbital, medios que incluyen un Blanco de rayos X para hacer que un haz de rayos X sea radiado desde dicho tubo a lo largo de una primera línea sustancialmente tangente a dicha trayectoria orbital, y medios para hacer que un haz de electrones sea extraído de dicho tubo a lo largo de una segunda línea paralela a dicha primera línea , estando dichas líneas en lados opuestos de un plano de referencia que contiene el eje de dicha trayectoria orbital, siendo dichas líneas cuando se proyectan sobre dicho plano de referencia paralelas y dirigidas en la misma dirección.
4. Un tubo combinado de haz de rayos X de electrones para un acelerador de partículas cargadas que acelera electrones alrededor de una trayectoria orbital, comprendiendo dicho tubo una envoltura anular al vacío que tiene dispuestos en ella medios inyectores de electrones operables para expulsar selectivamente una primera corriente de electrones en dicha trayectoria orbital en una dirección para permitir que dichos electrones de dicha primera corriente sean acelerados alrededor de dicha trayectoria orbital en una dirección e inyectar una segunda corriente de electrones en dicha órbita en una dirección para permitir que dichos electrones de dicha segunda corriente sean acelerados alrededor de dicha trayectoria orbital en una dirección dirección opuesta a dicha dirección, medios que incluyen un conjunto de objetivo de rayos X para hacer que dichos electrones acelerados alrededor de dicha órbita en dicha dirección produzcan un haz de rayos X que tiene una trayectoria sustancialmente tangente a dicha trayectoria orbital,medios que incluyen un extractor de haz de electrones para hacer que dichos electrones se aceleren alrededor de dicha órbita en dicha dirección opuesta para producir un haz de electrones que tenga una trayectoria paralela a dicha trayectoria del haz de rayos X, y una ventana permeable a los electrones dispuesta en dicha envolvente alineada con dicho haz de electrones trayectoria para facilitar la salida de dicho haz de electrones, estando dichas trayectorias de dichos haces en lados opuestos de un plano de referencia dispuesto paralelo a dichas trayectorias de haz y que contiene el eje de dicho tubo anular.estando dichas trayectorias de dichos rayos en lados opuestos de un plano de referencia dispuesto paralelo a dichas trayectorias de rayos y que contiene el eje de dicho tubo anular.estando dichas trayectorias de dichos rayos en lados opuestos de un plano de referencia dispuesto paralelo a dichas trayectorias de rayos y que contiene el eje de dicho tubo anular.
5. Un tubo combinado de haz de rayos X de electrones para un acelerador de partículas cargadas que acelera electrones alrededor de una trayectoria orbital, comprendiendo dicho tubo una envoltura anular al vacío que tiene dispuestos en ella medios eyectores de electrones operables para expulsar selectivamente una primera corriente de electrones en dicha trayectoria orbital en una dirección para permitir que dichos electrones de dicha primera corriente sean acelerados alrededor de dicha trayectoria orbital en una dirección e inyectar una segunda corriente de electrones en dicha órbita en una dirección para permitir que dichos electrones de dicha segunda corriente sean acelerados alrededor de dicha trayectoria orbital en una dirección opuesta a dicha dirección, medios que incluyen un conjunto de objetivo de rayos X para hacer que dichos electrones acelerados alrededor de dicha órbita en dicha dirección produzcan un haz de rayos X que tiene una trayectoria sustancialmente tangente a dicha trayectoria orbital,medios que incluyen un extractor de haz de electrones magnéticos para hacer que dichos electrones se aceleren alrededor de dicha órbita en dicha dirección opuesta para producir un haz de electrones que tenga una trayectoria paralela a dicha trayectoria del haz de rayos X, y una ventana permeable a los electrones dispuesta en dicha envoltura alineada con dicho electrón trayectoria del haz para facilitar la salida de dicho haz de electrones, estando dichas trayectorias de dichos haces en lados opuestos de un plano de referencia dispuesto paralelo a dichas trayectorias del haz y que contiene el eje de dicho tubo anular.estando dichas trayectorias de dichos rayos en lados opuestos de un plano de referencia dispuesto paralelo a dichas trayectorias de rayos y que contiene el eje de dicho tubo anular.estando dichas trayectorias de dichos rayos en lados opuestos de un plano de referencia dispuesto paralelo a dichas trayectorias de rayos y que contiene el eje de dicho tubo anular.
6. Un tubo combinado de haz de rayos X de electrones para un acelerador de partículas cargadas que acelera electrones alrededor de una trayectoria orbital, comprendiendo dicho tubo una envoltura anular al vacío que tiene dispuestos en ella medios inyectores de electrones operables para expulsar selectivamente una primera corriente de electrones en dicha trayectoria orbital en una dirección para permitir que dichos electrones de dicha primera corriente sean acelerados alrededor de dicha trayectoria orbital en una dirección e inyectar una segunda corriente de electrones en dicha órbita en una dirección para permitir que dichos electrones de dicha segunda corriente sean acelerados alrededor de dicha trayectoria orbital en una dirección dirección opuesta a dicha dirección, medios que incluyen un conjunto de objetivo de rayos X para hacer que dichos electrones acelerados alrededor de dicha órbita en dicha dirección produzcan un haz de rayos X que tiene una trayectoria sustancialmente tangente a dicha trayectoria orbital,medios que incluyen un extractor de haz de electrones electromagnéticos para hacer que dichos electrones se aceleren alrededor de dicha órbita en dicha dirección opuesta para producir un haz de electrones que tenga una trayectoria paralela a dicha trayectoria del haz de rayos X, y una ventana permeable a los electrones dispuesta en dicha envoltura alineada con dicho electrón trayectoria del haz para facilitar la salida de dicho haz de electrones, estando dichas trayectorias de dichos haces en lados opuestos de un plano de referencia dispuesto paralelo a dichas trayectorias del haz y que contiene el eje de dicho tubo anular.estando dichas trayectorias de dichos rayos en lados opuestos de un plano de referencia dispuesto paralelo a dichas trayectorias de rayos y que contiene el eje de dicho tubo anular.estando dichas trayectorias de dichos rayos en lados opuestos de un plano de referencia dispuesto paralelo a dichas trayectorias de rayos y que contiene el eje de dicho tubo anular.
7. Un tubo combinado de haz de rayos X de electrones para un acelerador de partículas cargadas que acelera electrones alrededor de una trayectoria orbital, comprendiendo dicho tubo una envoltura anular al vacío que tiene dispuestos en ella medios inyectores de electrones operables para expulsar selectivamente una primera corriente de electrones en dicha trayectoria orbital en una dirección para permitir que dichos electrones de dicha primera corriente sean acelerados alrededor de dicha trayectoria orbital en una dirección e inyectar una segunda corriente de electrones en dicha órbita en una dirección para permitir que dichos electrones de dicha segunda corriente sean acelerados alrededor de dicha trayectoria orbital en una dirección dirección opuesta a dicha dirección, medios que incluyen un conjunto de objetivo de rayos X para hacer que dichos electrones acelerados alrededor de dicha órbita en dicha dirección produzcan un haz de rayos X que tiene una trayectoria sustancialmente tangente a dicha trayectoria orbital,medios que incluyen un extractor de haz de electrones electrostático para hacer que dichos electrones se aceleren alrededor de dicha órbita en dicha dirección opuesta para producir un haz de electrones que tenga una trayectoria paralela a dicha trayectoria del haz de rayos X, y una ventana permeable a los electrones dispuesta en dicha envoltura alineada con dicho electrón trayectoria del haz para facilitar la salida de dicho haz de electrones, estando dichas trayectorias de dichos haces en lados opuestos de un plano de referencia dispuesto paralelo a dichas trayectorias del haz y que contiene el eje de dicho tubo anular.estando dichas trayectorias de dichos rayos en lados opuestos de un plano de referencia dispuesto paralelo a dichas trayectorias de rayos y que contiene el eje de dicho tubo anular.estando dichas trayectorias de dichos rayos en lados opuestos de un plano de referencia dispuesto paralelo a dichas trayectorias de rayos y que contiene el eje de dicho tubo anular.
8. Un tubo combinado de haz de rayos X de electrones para un acelerador de partículas cargadas que acelera electrones alrededor de una trayectoria orbital, comprendiendo dicho tubo una envoltura anular al vacío que tiene dispuestos en él en puntos espaciados circunferencialmente medios eyectores de electrones operables para inyectar selectivamente una primera corriente de electrones en dicha ruta orbital en una dirección para permitir que dichos electrones de dicha primera corriente sean acelerados alrededor de dicha ruta orbital en una dirección e inyectar una segunda corriente de electrones en dicha ruta orbital en una dirección para permitir que dichos electrones de dicha segunda corriente sean acelerados alrededor dicha trayectoria orbital en una dirección opuesta a dicha dirección única,un conjunto de objetivo de rayos X que incluye un objetivo de rayos X y medios para mover dicho objetivo desde una primera posición radialmente hacia afuera de dicho medio de inyección de electrones a una segunda posición radialmente hacia adentro de dicho medio de inyección de electrones para hacer que dichos electrones se aceleren alrededor de dicha órbita en dicho una dirección para golpear dicho objetivo en dicha segunda posición y producir un haz de rayos X que tiene un camino sustancialmente tangente a dicho camino orbital, un extractor de haz de electrones dispuesto radialmente hacia adentro con respecto a dichos medios inyectores y radialmente hacia afuera con respecto a dicha segunda posición de dicho blanco de rayos X hace que dichos electrones se aceleren alrededor de dicha órbita en dicha dirección opuesta para producir un haz de electrones que tiene una trayectoria paralela a dicha trayectoria del haz de rayos X y separada lateralmente de la misma,estando dichas trayectorias de dichos rayos en lados opuestos de un plano de referencia dispuesto paralelo a dichas trayectorias de rayos y que contiene el eje de dicho tubo anular.
9. En aparatos para acelerar partículas cargadas en un camino orbital que está encerrado por un tubo anular de material dieléctrico y atravesado por un campo magnético variable en el tiempo, gemidos -dispuestos en dicho tubo- operables para producir selectivamente un haz de electrones a lo largo de una primera línea y un haz de rayos X a lo largo de una segunda línea dispuesta paralela a dicha primera línea pero en el lado opuesto de un plano de referencia paralelo a dichas líneas y que contiene el eje de dicho tubo anular, incluyendo dichos medios medios inyectores para inyectar selectivamente electrones en dicha trayectoria orbital en relación de tiempo con dicho campo magnético variable en el tiempo para hacer que dichos electrones sean acelerados alrededor de dicha órbita por dicho campo magnético, un objetivo de rayos X dispuesto para hacer que dichos electrones acelerados golpeen dicho objetivo y produzcan un haz de rayos X que tenga un camino a lo largo dijo la primera línea,un extractor de haz de electrones para hacer que dichos electrones acelerados emerjan de dicho tubo a lo largo de dicha segunda línea sustancialmente paralela a dicha primera línea y un conjunto de ventana permeable a los electrones dispuesto en una porción de pared de dicho tubo alineado con dicha segunda línea.
10. Un acelerador de inducción magnética que comprende una estructura magnética laminada que incluye un par de caras polares opuestas, un tubo de vacío anular dispuesto entre dichas caras polares con el eje de dicho tubo normal a dichas caras, medios de bobinado dispuestos en dicha estructura magnética para proporcionar un efecto magnético variable en el tiempo. campo transversal a dicho tubo que tiene componentes inductivos y de control de tal distribución espacial en relación con dicho tubo que normalmente confinan los electrones dentro del tubo a un camino orbital sustancialmente circular alrededor del tubo mientras los acelera a lo largo de dicho camino orbital, comprendiendo dicho tubo una envoltura anular al vacío , medios para inyectar selectivamente electrones en direcciones opuestas en dicho camino orbital,medios que incluyen un objetivo de rayos X para hacer que un haz de rayos X sea radiado desde dicho tubo sustancialmente tangente a dicha trayectoria orbital, y medios para hacer que un haz de electrones sea extraído de dicho tubo paralelo a la trayectoria de dicho haz de rayos X , estando las trayectorias de dichos rayos en lados opuestos de un plano de referencia dispuesto paralelo a dichas trayectorias de rayos y que contiene el eje de dicho tubo anular.
ll. Un acelerador de inducción magnética que comprende a. estructura magnética laminada que incluye un par de caras poie opuestas, un tubo de vacío anular dispuesto entre 7 dichas caras polares con el eje de dicho tubo normal a dichas caras, medios de bobinado dispuestos en dicha estructura para proporcionar un campo magnético variable en el tiempo transversal a dicha estructura que incluye un circuito de desplazamiento de órbita y un objetivo de rayos X-" para hacer que un haz de rayos X sea radiado desde dicho tubo sustancialmente tangente a dicha trayectoria orbital, es decir, sin incluir dicho circuito de desplazamiento de órbita y un extractor de haz de electrones para hacer que un haz de electrones sea extraído de dicho tubo paralelo a la trayectoria de dicho haz de rayos X, =-el,,
estando las trayectorias de dichos haces en lados opuestos de un plano de referencia dispuestos paralelos a dichas trayectorias de los haces y siguiendo el eje de dicho tubo anular. Q 12. Un acelerador de inducción magnética que comprende una estructura magnética laminada que incluye un par de caras polares opuestas, un tubo de vacío anular dispuesto entre dichas caras polares con el eje de dicho tubo normal a dichas caras, medios de bobinado dispuestos en dicha estructura para proporcionar un campo magnético variable en el tiempo transversal a, dicho tubo que tiene componentes inductivos y de control de tal: distribución espacial relativa a dicho tubo como para confinar normalmente los electrones dentro del tubo a una trayectoria orbital sustancialmente circular alrededor del tubo mientras los acelera a lo largo de dicho camino orbital, comprendiendo dicho tubo una envoltura de vacío anular,
Wideroe. en 1951 Livingston. V. 3 de junio de 1952
