Ablenkplatte und Ablenkvorrichtung zum Ablenken geladener Teilchen

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ablenkplatte zum Ab ^¬ lenken geladener Teilchen gemäß Patentanspruch 1, sowie eine Ablenkvorrichtung zum Ablenken geladener Teilchen gemäß Pa- tentanspruch 7.

Es ist bekannt, bewegte geladene Teilchen durch elektrische und/oder magnetische Felder abzulenken. Es ist ebenfalls be ^¬ kannt, elektrische Felder durch Anlegen elektrischer Spannun- gen an leitfähige Platten zu generieren.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte Ablenkplatte zum Ablenken geladener Teilchen bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch eine Ablenkplatte mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte Ablenkvorrichtung zum Ablenken geladener Teilchen bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch eine Ablenkvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Bevorzugte Weiterbil- düngen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Eine erfindungsgemäße Ablenkplatte zum Ablenken geladener Teilchen weist eine Ausnehmung auf. Vorteilhafterweise gene ^¬ riert diese Ablenkplatte im Vergleich zu einer Ablenkplatte ohne Ausnehmung ein elektrisches Feld mit einem verbesserten räumlichen Verlauf.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Ablenkplatte ist diese als im Wesentlichen ebene Platte ausgebildet. Vorteil- hafterweise lässt sich die Ablenkplatte dann einfach und kos ^¬ tengünstig herstellen. Insbesondere kann die Ablenkplatte vorteilhafterweise als Leiterplatte, beispielsweise als ge ^¬ druckte Leiterplatte, hergestellt werden. In einer Ausführungsform der Ablenkplatte ist die Ausnehmung als Loch ausgebildet. Vorteilhafterweise wird dadurch ein von der Ablenkplatte generiertes elektrisches Feld im Bereich des Lochs abgeschwächt.

In einer anderen Ausführungsform der Ablenkplatte ist die Ausnehmung als Schlitz ausgebildet. Vorteilhafterweise führt auch diese Ausbildung der Ausnehmung zu einer Abschwächung eines durch die Ablenkplatte erzeugten elektrischen Felds im Bereich der Ausnehmung.

Es ist zweckmäßig, dass die Ausnehmung mittig in der Ablenk ^¬ platte angeordnet ist. Vorteilhafterweise weist ein räumli- eher Verlauf eines durch die Ablenkplatte erzeugten elektri ^¬ schen Felds dann einen flacheren Verlauf auf.

In einer zweckmäßigen Ausführungsform der Ablenkplatte weist diese ein leitfähiges Material, insbesondere ein Metall, auf. Vorteilhafterweise kann die Ablenkplatte dann auf ein elekt ^¬ risches Potential geladen werden.

Eine erfindungsgemäße Ablenkvorrichtung zum Ablenken geladener Teilchen weist eine erste Ablenkplatte der vorgenannten Art auf. Vorteilhafterweise kann diese Ablenkvorrichtung zum Ablenken geladener Teilchen eines Teilchenstrahls genutzt werden. Wegen der vorteilhaft ausgebildeten Ablenkplatte kann die Ablenkvorrichtung zum selektiven Ablenken einzelner Teilchenpakete aus einem Strahl aufeinanderfolgender Pakete gela- dener Teilchen verwendet werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Ablenkvorrichtung weist diese eine zweite Ablenkplatte der vorgenannten Art auf. Vorteilhafterweise kann zwischen den Ablenkplatten der Ablenkvorrichtung dann eine Potentialdifferenz generiert werden . In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Ablenkvorrichtung sind die Ablenkplatten als im Wesentlichen ebene Platten ausgebildet. Dabei sind die erste Ablenkplatte und die zweite Ablenkplatte senkrecht zu einer zweiten Raumrich- tung orientiert. Die erste Ablenkplatte und die zweite Ab ^¬ lenkplatte sind außerdem in die zweite Raumrichtung voneinander beabstandet. Vorteilhafterweise verläuft bei dieser Ab ^¬ lenkvorrichtung eine in die zweite Raumrichtung weisende Komponente eines elektrischen Felds in eine zur zweiten Raum- richtung senkrechte Raumrichtung angenähert rechteckförmig .

In einer Weiterbildung der Ablenkvorrichtung weist diese eine dritte Ablenkplatte und eine vierte Ablenkplatte auf. Dabei ist die dritte Ablenkplatte gegenüber der ersten Ablenkplatte in eine zur zweiten Raumrichtung senkrechte dritte Raumrichtung verschoben. Außerdem ist die vierte Ablenkplatte gegenüber der zweiten Ablenkplatte in die dritte Raumrichtung verschoben. Vorteilhafterweise kann dann zwischen der dritten Ablenkplatte und der vierten Ablenkplatte eine andere Poten- tialdifferenz angelegt werden als zwischen der ersten Ablenkplatte und der zweiten Ablenkplatte.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Ablenkvorrichtung ist diese ausgebildet, ein sich in die dritte Raumrichtung bewegendes geladenes Teilchen in die zweite Raumrichtung ab ^¬ zulenken. Vorteilhafterweise kann die Ablenkvorrichtung dann verwendet werden, um einzelne Teilchen oder Pakete von Teil ^¬ chen aus einem Teilchenstrahl selektiv abzulenken. Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung, sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläu- tert werden. Hierbei zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Partikel- Therapiegeräts; Figur 2 eine schematische Darstellung einer Ablenkvorrichtung; Figur 3 einen ersten Schnitt durch ein Plattenpaar der Ablenkvorrichtung;

Figur 4 eine Aufsicht auf das Plattenpaar der Ablenkvorrichtung;

Figur 5 einen zweiten Schnitt durch das Plattenpaar der Ablenkvorrichtung; und

Figur 6 einen Graphen eines Feldstärkenverlaufs innerhalb des Plattenpaars.

Figur 1 zeigt in stark schematisierter Darstellung ein Partikel-Therapiegerät 100 als exemplarische Anwendung einer Ab- lenkvorrichtung . Ablenkvorrichtungen können jedoch auch in einer Vielzahl anderer Anwendungsbereiche Verwendung finden. Die vorliegende Erfindung ist keinesfalls auf das Gebiet der Partikel-Therapiegeräte beschränkt . Das Partikel-Therapiegerät 100 kann zum Durchführen einer Partikel-Therapie verwendet werden, bei der ein erkrankter Körperteil eines Patienten mit geladenen Teilchen (Partikeln) beschossen wird. Bei den geladenen Teilchen kann es sich beispielsweise um Protonen handeln. Bei der Erkrankung des Pati- enten kann es sich beispielsweise um einen Tumor handeln.

Das Partikel-Therapiegerät 100 umfasst eine Ionenquelle 110, eine Paketiervorrichtung 120, eine Ablenkvorrichtung 130, eine Blende 140 und einen Teilchenbeschleuniger 150, die in ei- ne z-Richtung 103 hintereinander angeordnet sind.

Die Ionenquelle 110 dient zum Erzeugen eines Strahls 115 ge ^¬ ladener Teilchen. Bei den Teilchen des Teilchenstrahls 115 kann es sich beispielsweise um Protonen handeln. Die Teilchen des Teilchenstrahls 115 verlassen die Ionenquelle 110 in z- Richtung 103. Die Teilchen des Teilchenstrahls 115 können beim Verlassen der Ionenquelle 110 beispielsweise eine Ener- gie von 10 keV bis 20 keV aufweisen.

Die Paketiervorrichtung 120 dient dazu, den kontinuierlichen Teilchenstrahl 115 in diskrete Teilchenpakete 125 zu unter ^¬ teilen. Die Teilchenpakete 125 verlassen die Paketiervorrich- tung 120 in z-Richtung 103. Die Paketiervorrichtung 120 kann auch entfallen.

Die Ablenkvorrichtung 130 dient dazu, einzelne Teilchenpakete 125 (oder einzelne Teilchen des kontinuierlichen Teilchen- Strahls 115) selektiv gegenüber ihrer in z-Richtung 103 verlaufenden Bewegung in eine zur z-Richtung 103 senkrechte y- Richtung 102 abzulenken.

Durch die Ablenkvorrichtung 130 abgelenkte Teilchen und Teil- chenpakete 125 passieren die der Ablenkvorrichtung 130 nachfolgende Blende 140 nicht oder nicht vollständig, während nicht-abgelenkte Teilchen und Teilchenpakete 125 die Blende 140 passieren. In alternativen Ausführungsformen des Partikel-Therapiegeräts 100 passieren nur durch die Ablenkvorrich- tung 130 in y-Richtung 102 abgelenkte Teilchen und Teilchenpakete 125 die Blende 140 vollständig.

Teilchen und Teilchenpakete 125, die die Blende 140 passiert haben, gelangen in den Teilchenbeschleuniger 150, wo sie auf eine höhere kinetische Energie von beispielsweise 80 MeV bis 250 MeV beschleunigt werden. Der Teilchenbeschleuniger 150 kann beispielsweise ein Linearbeschleuniger sein. Insbesondere kann es sich bei dem Teilchenbeschleuniger 150 um einen RF-Linearbeschleuniger handeln.

Figur 2 zeigt eine schematisierte Darstellung der Ablenkvorrichtung 130. Die Ablenkvorrichtung 130 umfasst in der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform sechs Ablenkplatten zum Ab- lenken der Teilchenpakete 125 geladener Teilchen. Im einzelnen umfasst die Ablenkvorrichtung 130 in der gezeigten Ausführungsform eine erste Ablenkplatte 210, eine zweite Ablenk ^¬ platte 220, eine dritte Ablenkplatte 230, eine vierte Ablenk- platte 240, eine fünfte Ablenkplatte 250 und eine sechste Ab ^¬ lenkplatte 260.

Die erste Ablenkplatte 210 und die zweite Ablenkplatte 220 bilden ein erstes Plattenpaar 201. Die dritte Ablenkplatte 230 und die vierte Ablenkplatte 240 bilden ein zweites Plat ^¬ tenpaar 202. Die fünfte Ablenkplatte 250 und die sechste Ab ^¬ lenkplatte 260 bilden ein drittes Plattenpaar 203. In anderen Ausführungsform kann die Ablenkplatte 230 auch weniger als drei Plattenpaare 201, 202, 203 oder mehr als drei Platten- paare 201, 202, 203 aufweisen.

Die Plattenpaare 201, 202, 203 sind in z-Richtung 103 hinter ^¬ einander angeordnet. Die beiden jeweiligen Ablenkplatten jedes Plattenpaar 201, 202, 203 befinden sich in z-Richtung 103 und in einer zur y-Richtung 102 und zur z-Richtung 103 senkrechten x-Richtung 102 an jeweils gemeinsamer Position und sind in y-Richtung 102 voneinander beabstandet. Die Teilchenpakete 125 verlaufen in z-Richtung 103 zwischen den beiden jeweiligen Ablenkplatten der Plattenpaar 201, 202, 203.

Die Ablenkplatten 210, 220, 230, 240, 250, 260 weisen ein elektrisch leitendes Material, bevorzugt ein Metall, auf. Die Ablenkplatten 210, 220, 230, 240, 250, 260 können beispiels ^¬ weise als Leiterplatten mit metallischer Beschichtung ausge- bildet sein.

Zwischen den Ablenkplatten der Plattenpaare 201, 202, 203 kann jeweils eine elektrische Potentialdifferenz und damit ein elektrisches Feld generiert werden, um die sich in z- Richtung 103 bewegenden Teilchen der Teilchenpakete 125 in y- Richtung 102 abzulenken. Beispielsweise können die erste Ablenkplatte 210 des ersten Plattenpaar 201 auf eine positive Spannung und die zweite Ablenkplatte 220 des ersten Platten- paars 201 auf eine negative Spannung desselben Betrags gelegt werden. Die in den verschiedenen Plattenpaaren 201, 202, 203 erzeugten Potentialdifferenzen können sich voneinander unterscheiden. Um nur einzelne Teilchenpakete 125 der in rascher zeitlicher Folge aufeinanderfolgenden Teilchenpakete 125 in y-Richtung 102 abzulenken, müssen zeitlich kurze Spannungspulse an die Ablenkplatten 210, 220, 230, 240, 250, 260 ange ^¬ legt werden. Eine in y-Richtung 102 weisende Komponente eines in einem Plattenpaar 201, 202, 203 generierten elektrischen Felds weist in z-Richtung 103 einen gaussförmigen Verlauf auf, falls die Ablenkplatten 210, 220, 230, 240, 250, 260 als ge ^¬ schlossene planare Platten ausgebildet sind. Günstiger ist allerdings, wenn der Verlauf der in y-Richtung 102 weisenden Komponente des elektrischen Felds in z-Richtung 103 innerhalb eines Plattenpaars 201, 202, 203 einer angenäherten Rechteckfunktion folgt. Um diesen bevorzugten räumlichen Verlauf der in y-Richtung 102 weisenden Komponente des elektrischen Felds anzunähern, weisen die Ablenkplatten 210, 220, 230, 240, 250, 260 der Ab ^¬ lenkvorrichtung 130 jeweils eine Ausnehmung auf. Dies wird nachfolgend anhand der Figuren 3 bis 5 erläutert, die Dar- Stellungen des ersten Plattenpaars 201 zeigen. Die übrigen Plattenpaare 202, 203 sind bevorzugt identisch zum ersten Plattenpaar 201 ausgebildet.

Figur 3 zeigt einen ersten Schnitt durch das erste Platten- paar 201. Der erste Schnitt verläuft dabei senkrecht zur z- Richtung 103. Die erste Ablenkplatte 210 und die zweite Ab ^¬ lenkplatte 220 des ersten Plattenpaars 201 weisen in x- Richtung 101 eine Breite 301 auf. Die Breite 301 kann bei ^¬ spielsweise 4 mm betragen. Die Ablenkplatten 210, 220 weisen in y-Richtung 102 jeweils eine Dicke 302 auf. Die Dicke 302 kann beispielsweise 0,1 mm betragen. Die erste Ablenkplatte 210 und die zweite Ablenkplatte 220 weisen in y-Richtung 102 einen Abstand 312 voneinander auf. Der Abstand 312 kann beispielsweise 6 mm betragen.

Figur 4 zeigt eine Aufsicht auf die erste Ablenkplatte 210 des ersten Plattenpaars 201 in einer der y-Richtung 102 entgegengesetzten Blickrichtung. Die in Figur 4 nicht sichtbare zweite Ablenkplatte 220 ist bevorzugt identisch zur ersten Ablenkplatte 210 ausgebildet. Die erste Ablenkplatte 210 weist in z-Richtung 103 eine Länge 303 auf, die beispielswei- se 4 mm betragen kann.

Die erste Ablenkplatte 210 weist außerdem ein rechteckiges Loch 300 auf. Das Loch 300 ist mittig in der ersten Ablenkplatte 210 angeordnet. In x-Richtung 101 weist das Loch 300 eine Lochbreite 311 auf, die beispielsweise 1 mm betragen kann. In z-Richtung 103 weist das Loch 300 eine Lochlänge 313 auf, die beispielsweise ebenfalls 1 mm betragen kann.

Falls die erste Ablenkplatte 210 als metallisch beschichtete Leiterplatte ausgebildet ist, so ist es ausreichend, wenn das Loch 300 in der metallischen Beschichtung ausgebildet ist.

Anstelle des mittig angeordneten Lochs 300 könnte die erste Ablenkplatte 210 auch ein nicht mittig angeordnetes Loch auf- weisen.

Anstelle des Lochs 300 könnte die erste Ablenkplatte 210 auch einen durchgehenden Schlitz aufweisen, der die erste Ablenkplatte 210 in zwei Teile unterteilt. Der Schlitz kann bei- spielsweise in x-Richtung 101 oder in z-Richtung 103 orientiert sein. Falls die erste Ablenkplatte 210 als metallisch beschichtete Leiterplatte ausgebildet ist, so ist es ausrei ^¬ chend, wenn der Schlitz in der metallischen Beschichtung ausgebildet ist. Die beiden Abschnitte der zweigeteilten Ablenk- platte 210 können dann auf einer gemeinsamen Leiterplatte angeordnet sein. Figur 5 zeigt einen zweiten Schnitt durch die Ablenkplatte 210, 220 des ersten Plattenpaars 201. Der Schnitt erfolgt in Figur 5 senkrecht zur x-Richtung 101. Figur 6 zeigt in einem Graphen 600 einen räumlichen Feldstärkenverlauf, der sich innerhalb der Plattenpaare 201, 202, 203 ergibt. Auf einer horizontalen Achse des Graphen 600 ist die z-Richtung 103 im Bereich eines Plattenpaars 201, 202, 203 aufgetragen. Auf einer vertikalen Achse des Graphen 600 ist eine in y-Richtung 102 weisende Komponente 601 einer elektrischen Feldstärke aufgetragen.

Ein erster Feldverlauf 610 gibt den Verlauf der elektrischen Feldstärke in y-Richtung 102 im Zentrum zwischen der oberen und der unteren Ablenkplatte des Plattenpaars 201, 202, 203 an. Es ist erkennbar, dass der erste Feldverlauf 610 gegen ^¬ über einem gaussförmigen Verlauf stärker einer Rechteckfunktion angenähert ist. Diese Annäherung an die Rechteckfunktion wird durch die in den Ablenkplatte 210, 220, 230, 240, 250, 260 vorgesehenen Löcher 300 erreicht.

Ein zweiter Feldverlauf 620 gibt den Verlauf der elektrischen Feldstärke in y-Richtung 102 an einer in y-Richtung 102 näher an einer Ablenkplatte als an der anderen Ablenkplatte des Plattenpaars 201, 202, 203 liegenden Position an. Erkennbar ist, dass der zweite Feldverlauf 620 im Zentrum des Platten ^¬ paars 201, 202, 203 in z-Richtung 103 konvex ausgebildet ist.

Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausfüh- rungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge ^¬ schränkt. Andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen .