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Patent Searching and Data


Title:
PARTICLE ENERGY MEASURING DEVICE AND METHOD FOR ASCERTAINING THE BEAM ENERGY OF A PARTICLE BEAM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/249194
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a particle energy measuring device (14) for determining the energy of a particle beam (26), comprising (a) at least twenty capacitors (30.n), each of which has (i) a first capacitor plate (32.n) and (ii) a second capacitor plate (34.n) and which (iii) are arranged one behind the other with respect to a beam incidence direction (S), (b) a multiplexer (46), which has (i) a multiplexer output (48) and (ii) a plurality of multiplexer inputs (50.n), each multiplexer input (50.n) being designed for connecting to precisely one capacitor (30.n), and which (iii) is designed to connect a respective capacitor plate of the capacitor plates (32.n, 34.n) of each capacitor to the multiplexer output (48), (c) a total charge measuring device (52) which has (i) a total charge measuring device input (54) that is connected to the second capacitor plate (34.n) in order to detect a total charge (QT) of all the charges on all of the capacitors (30.n) and (ii) a total charge measuring device output (56), and (d) an analysis circuit (58) which (i) is connected to the total charge measuring device (52) and the multiplexer (46) and is designed to automatically (i) carry out a switchover from one multiplexer input (50.n) to another multiplexer input (50.n) such that the capacitors are individually discharged in a successive manner and (ii) detect the charge (Qn) flowing from each capacitor (30.n) during the discharge process such that discharge data is obtained from which the particle energy (E) can be calculated.

Inventors:
MAKOWSKI CHRISTOPH (DE)
Application Number:
PCT/EP2019/065254
Publication Date:
December 17, 2020
Filing Date:
June 11, 2019
Export Citation:
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Assignee:
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND VERTRETEN DURCH DAS BUNDESMINISTERIUM FUER WIRTSCH UND ENERGIE DIESES VER (DE)
International Classes:
G01T1/24; A61N5/10; G01T1/29
Foreign References:
US20180164445A12018-06-14
US5308988A1994-05-03
US20080283764A12008-11-20
Attorney, Agent or Firm:
GRAMM, LINS & PARTNER PATENT- UND RECHTSANWÄLTE PARTGMBB (DE)
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Claims:
Patentansprüche:

Teilchenenergie-Messgerät (14) zum Bestimmen der Energie eines Teilchen strahls (26), mit

(a) zumindest zwanzig Kondensatoren (30. n), die

(i) jeweils eine erste Kondensatorplatte (32. n) und

(ii) eine zweite Kondensatorplatte (34. n) aufweisen und

(iii) bezüglich einer Strahleinfallsrichtung (S) hintereinander angeordnet sind,

(b) einem Multiplexer (46), der

(i) einen Multiplexer-Ausgang (48) und

(ii) eine Mehrzahl an Multiplexer-Eingängen hat (50. n), wobei jeder Mul tiplexer-Eingang (50. n) zum Verbinden mit genau einem Kondensa tor (30. n) ausgebildet ist, und der

(iii) eingerichtet ist zum Verbinden jeweils einer der Kondensatorplatten (32. n, 34. n) des jeweiligen Kondensators mit dem Multiplexer-Aus gang (48),

(c) einem Summenladungsmesser (52), der

(i) einen Summenladungsmesser-Eingang (54), der mit den zweiten Kondensatorplatten (34. n) verbunden ist zum Erfassen einer Sum menladung (Q ) der Ladungen auf allen Kondensatoren (30. n), und

(ii) einen Summenladungsmesser-Ausgang (56) aufweist, und

(d) einer Auswerteschaltung (58), die

mit dem Summenladungsmesser (52) und dem Multiplexer (46) verbunden ist und ausgebildet ist zum automatischen

(i) Bewirken eines Umschaltens von einem Multiplexer-Eingang (50. n) auf einen anderen Multiplexer-Eingang (50. n), sodass sukzessive die Kondensatoren einzeln entladen werden, und (ii) Erfassen der von jedem Kondensator (30. n) beim Entladen fließen den Ladung (Qn), sodass Ladungs-Daten erhalten werden, aus de nen die Teilchenenergie (E) berechenbar ist.

2. Teilchenenergie-Messgerät (14) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung (58) ausgebildet ist zum automatischen Durchfüh ren des folgenden Schritts:

(i) für jede Stellung des Multiplexers (46) Erfassen der Ladung (Qn), die vom jeweiligen Kondensator (30. n) abfließt, durch Bilden der Differenz (Dz/S) zwischen der Ladung auf dem Summenladungsmesser (52) zu Beginn und am Ende des Entladens des jeweiligen Kondensators (30. n), sodass Ladungs-Daten erhalten werden,

(ii) wobei die Ladungs-Daten die Ladung (Qn) eines jeden Kondensators (30. n) und der jeweiligen Kondensatoren (30. n.) kodieren.

3. Teilchenenergie-Messgerät (14) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass

die Auswerteschaltung (58) ausgebildet ist zum Ansteuern des Multiplexers (46), sodass dieser die Kondensatoren (30. n) sukzessive entlädt, auf das Emp fangen eines Triggersignals (61 ) hin.

4. Teilchenenergie-Messgerät (14) nach einem der vorstehenden Ansprüche ge kennzeichnet durch

(a) einen Plattenladungsmesser (62), der

(i) einen Plattenladungsmesser-Eingang (64), der mit dem Multiplexer- Ausgang (48) verbunden ist, und

(ii) einen Plattenladungsmesser-Ausgang (65) aufweist und

(iii) ausgebildet ist zum Messen einer Ladung (Qn), die über den Multi plexer-Ausgang (48) und den Plattenladungsmesser-Eingang (64) fließt,

(b) wobei die Auswerteschaltung (58)

(i) mit dem Summenladungsmesser (52) und dem Multiplexer (46) ver bunden ist und (ii) ausgebildet ist zum automatischen Erfassen der von jedem Konden sator abfließenden Ladung durch Erfassen der vom Plattenladungs messer (62) gemessenen Ladung, sodass Ladungs-Daten erhalten werden.

5. Teilchenenergie-Messgerät (14) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass

die Auswerteschaltung (58) ausgebildet ist zum automatischen sukzessiven Auslesen der Ladungen (Qn) der Kondensatoren (30. n), wenn die vom Platten- ladungsmesser (62) gemessene Ladung einen vorgegebenen Schwellenwert überschritten hat.

6. Teilchenenergie-Messgerät (14) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung (58) ausgebildet ist zum automati- sehen Entladen der Kondensatoren (30. n), wenn für einen vorgegebenen Ab- schalt-Zeitraum kein Triggersignal (61 ) empfangen wird.

7. Teilchenenergie-Messgerät (14) nach einem der vorstehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung (58) ausgebildet ist zum au- tomatischen Berechnen der Teilchenenergie (E) aus den Ladungs-Daten mittels der folgenden Schritte:

(i) Bestimmen eines Breitenmaßes (B) der Ladungs-Funktion (Kw) und

(ii) Bestimmen der Teilchenenergie (E) aus dem Breitenmaß (B).

8. Teilchenenergie-Messgerät (14) nach einem der vorstehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass zumindest für eine Mehrzahl der Kondensatoren (30. n)

(a) eine spezifische Kapazität (C) 30 bis 100 Pikofarad pro Quadratzentimeter beträgt und/oder

(b) eine Kapazität (Cn) zumindest 1 Nanofarad, insbesondere zumindest

7 Nanofarad, beträgt und/oder höchstens 100 Nanofarad beträgt und/oder

(c) ein Isolationswiderstand zwischen der ersten Kondensatorplatte (32. n) und der zweiten Kondensatorplatte (34. n) zumindest 1 GQ beträgt, und/oder

(d) eine Kapazität (Cn) des Kondensators (30. n) größer, insbesondere zumin dest um einen Faktor 5 größer, ist als eine Zwischenkondensator-Kapazi- tät zwischen Kondensatorplatten benachbarter Kondensatoren.

9. Teilchenenergie-Messgerät (14) nach einem der vorstehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass zumindest eine Mehrzahl der ersten Kondensator platten (32. n) überwiegend aus Kupfer und/oder Aluminium besteht.

10. Teilchenenergie-Messgerät (14) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

(a) das Teilchenenergie-Messgerät (14) eine Einstrahlseite (35) hat und

(b) eine flächenbezogene Dichte (pn) der einstrahlseitigen Kondensatorplatte (32. n) zumindest das Fünffache einer flächenbezogenen Dichte (pnl) der strahlabgewandten Kondensatorplatte des Kondensators beträgt.

11. Teilchenenergie-Messgerät (14) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

zumindest für eine Mehrheit der Kondensatoren (30. n) gilt, dass

eine effektive Dicke (Dn) der strahlabgewandten Kondensatorplatte (34. n) klei ner ist als eine effektive Dicke (Dn) der strahlseitigen Kondensatorplatte (32. n).

12. Teilchenenergie-Messgerät (14) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

für zumindest zwei Kondensatoren (30. n) gilt, dass eine effektive Dicke (Dn) zu mindest einer Kondensatorplatte (32.n+1 , 34.n+1 ) für den strahlabgewandten Kondensator größer ist als die effektive Dicke (Dn) zumindest einer Kondensa torplatte (32.4, 34. n) des strahlseitigen Kondensators.

13. Teilchenenergie-Messgerät (14) nach einem der vorstehenden Ansprüche, ge kennzeichnet durch einen Kalibrierschein, in dem

(a) die Messunsicherheit für zumindest eine Teilchenenergie (E) und/oder

(b) Teilchenenergie (E)ein Breiten-Kalibrierfaktor (K), mittels dem aus dem Breitenmaß (B) die Teilchenenergie (E) berechenbar ist,

angegeben ist.

14. Teilchenenergie-Messgerät (14) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung (58) ausgebildet ist zum Bewirken einer Entladung der Kondensatoren (30. n), wenn die Summenladung (Q ) einen vorgegebenen Schwellenwert (Q2,max) überschreitet.

15. Beschleunigersystem (10), mit

(a) einem Teilchenbeschleuniger (12) zum Erzeugen eines, insbesondere mo noenergetischen, Teilchenstrahls (26) und

(b) einem Teilchenenergie-Messgerät (14) nach einem der vorstehenden An sprüche, das angeordnet ist zum Messen

einer Teilchenenergie (E) von Teilchen des Teilchenstrahls (26) und/oder einer Strahlladung (Q26) des Teilchenstrahls (26).

16. Verfahren zum Ermitteln einer Strahlenergie eines Teilchenstrahls (26), mit den Schritten:

(a) Einfallen-Lassen des Teilchenstrahls (26) auf ein Teilchenenergie-Mess gerät (14), das

(i) zumindest zwanzig Kondensatoren (30. n), die

- jeweils eine erste Kondensatorplatte (32) und

- eine zweite Kondensatorplatte (34) aufweisen und - bezüglich einer Strahleinfallsrichtung (S) hintereinander angeord net sind,

(ii) einen Multiplexer (46), der

- einen Multiplexer-Ausgang (48) und

- eine Mehrzahl an Multiplexer-Eingängen (50. n) hat, wobei jeder Multiplexer-Eingang (50) mit genau einem Kondensator (30. n) ver bindbar ist, und der

- eingerichtet ist zum Verbinden jeweils einer der Kondensatorplat ten des jeweiligen Kondensators mit dem Multiplexer-Ausgang (48. n),

(iii) einen Summenladungsmesser (52), der

- einen Summenladungsmesser-Eingang (54), der mit den zweiten Kondensatorplatten (34. n) verbunden ist, und

- einen Summenladungsmesser-Ausgang (56) aufweist,

(b) sukzessives Messen der Ladungen (Qn) der Kondensatoren mittels des Summenladungsmessers (52) durch Messen einer Änderung der Sum menladung (Q ) beim Entladen des jeweiligen Kondensators (30. n), so- dass Ladungs-Daten erhalten werden, und

(c) Berechnen der Teilchenenergie (E) und/oder einer Strahl-Ladung (Q26) aus den Ladungs-Daten.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass

das sukzessive Messen der Ladungen (Qn) der Kondensatoren (30. n) dadurch erfolgt, dass

(a) der Summenladungsmesser (52) zum Erfassen einer Summenladung (Q ) aller Ladungen auf den Kondensatoren (30. n) geschaltet ist,

(b) sukzessive alle Kondensatoren (30. n) entladen werden und

(c) die Abnahme der Summenladung (Q ) für die Entladung jeweils eines Kondensators (30. n) gemessen wird.

18. Verfahren zum Ermitteln einer Strahlenergie eines Teilchenstrahls (26), mit den

Schritten:

(a) Einfallen-Lassen des Teilchenstrahls (26) auf ein Teilchenenergie-Mess gerät (14), das

(i) zumindest zwanzig Kondensatoren (30. n), die

- jeweils eine erste Kondensatorplatte (32) und

- eine zweite Kondensatorplatte (34) aufweisen und

- bezüglich einer Strahleinfallsrichtung (S) hintereinander angeord net sind,

(ii) einen Multiplexer (46), der

- einen Multiplexer-Ausgang (48) und

- eine Mehrzahl an Multiplexer-Eingängen (50. n) hat, wobei jeder Multiplexer-Eingang (50) mit genau einem Kondensator verbindbar ist, und der

- eingerichtet ist zum Verbinden jeweils einer ersten Kondensator platte (32) des jeweiligen Kondensators mit dem Multiplexer-Aus gang (48),

(iii) einen Plattenladungsmesser (62), der

- einen Plattenladungsmesser-Eingang (64), der mit den zweiten Kondensatorplatten (34. n) verbunden ist, und

- einen Plattenladungsmesser-Ausgang (65) aufweist,

(b) sukzessives Messen der Ladungen (Qn) der Kondensatoren mittels des Plattenladungsmessers (62) durch sukzessives Verbinden der Kondensa toren mit dem Plattenladungsmesser (62) mittels des Multiplexers (46), so- dass Ladungs-Daten erhalten werden, und

(c) Berechnen der Teilchenenergie (S) und/oder der Strahl-Ladung (Q26) aus den Ladungs-Daten.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass

(a) der Teilchenstrahl (26) aus Teilchen mit einer mittleren Teilchenenergie (E) besteht und

(b) die Kondensatorplatten gemeinsam eine solche Dicke (d) haben, dass eine Sammeleffizienz für Teilchen der mittleren Teilchenenergie (E) zu mindest 96% beträgt.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilchenstrahl (26) aus geladenen Teilchen besteht und insbesondere ein Elektronenstrahl, ein Protonenstrahl oder ein lonenstrahl ist.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Teilchenenergie (E)

(a) zwischen 2 MeV und 500 MeV beträgt, wenn die Teilchen Elektronen sind und

(b) zwischen 20 MeV und 1000 MeV beträgt, wenn die Teilchen Protonen oder Ionen sind.

22. Teilchenenergie-Messgerät (14) zum Bestimmen der Energie eines Teilchen strahls (26), mit

(a) zumindest zwanzig Kondensatoren (30), die

(i) jeweils eine erste Kondensatorplatte (32) und

(ii) eine zweite Kondensatorplatte (34) aufweisen und

(iii) bezüglich einer Strahleinfallsrichtung (S) hintereinander angeordnet sind,

(b) einem Multiplexer (46), der

(i) einen Multiplexer-Ausgang (48) und

(ii) eine Mehrzahl an Multiplexer-Eingängen (50. n) hat, wobei jeder Mul tiplexer-Eingang (50) mit genau einem Kondensator (30. n) verbun den ist, und der

(iii) eingerichtet ist zum Verbinden jeweils einer ersten Kondensatorplatte (32. n) des jeweiligen Kondensators mit dem Multiplexer-Ausgang (48), (c) einem Plattenladungsmesser (62), der

(i) einen Plattenladungsmesser-Eingang (64), der mit dem Multiplexer- Ausgang (48) verbunden (48) ist, und

(ii) einen Plattenladungsmesser-Ausgang (65) aufweist und

(iii) ausgebildet ist zum Messen einer Ladung (Qn), die über den Multi plexer-Ausgang (48) und den Plattenladungsmesser-Eingang (64) fließt,

(c) einer Auswerteschaltung (58), die

mit dem Plattenladungsmesser (62) und dem Multiplexer (46) verbunden ist und ausgebildet ist zum automatischen

(i) Bewirken eines Umschaltens von einem Multiplexer-Eingang (50. n) auf einen anderen Multiplexer-Eingang (50. n), sodass sukzessive die Kondensatoren (30. n) einzeln entladen werden, und

(ii) Erfassen der von jedem Kondensator (30. n) beim Entladen fließen- den Ladung (Qn), sodass Ladungs-Daten erhalten werden, aus de nen die Teilchenenergie (E) berechenbar ist.

23. Teilchenenergie-Messgerät (14) zum Bestimmen der Energie eines Teilchen strahls (26), mit

(a) zumindest zwanzig Kondensatoren (30. n.), die

(i) jeweils eine erste Kondensatorplatte (32) und

(ii) eine zweite Kondensatorplatte (34) aufweisen und

(iii) bezüglich einer Strahleinfallsrichtung (S) hintereinander angeordnet sind,

(b) einem Multiplexer (46), der

(i) einen Multiplexer-Ausgang (48) und

(ii) eine Mehrzahl an Multiplexer-Eingängen (50. n) hat, wobei jeder Mul tiplexer-Eingang mit genau einem Kondensator verbunden ist, und der

(iii) eingerichtet ist zum Verbinden jeweils einer ersten Kondensatorplatte

(32) des jeweiligen Kondensators mit dem Multiplexer-Ausgang (48), (c) einem Plattenladungsmesser (62), der

(i) einen Plattenladungsmesser-Eingang (64), der mit dem Multiplexer- Ausgang (48) verbunden ist, und

(ii) einen Plattenladungsmesser-Ausgang (65) aufweist und

(iii) ausgebildet ist zum Messen einer Ladung (Qn), die über den Multi plexer-Ausgang (48) und den Plattenladungsmesser-Eingang (64) fließt, und

(d) einem Summenladungsmesser (52), der

(i) einen Summenladungsmesser-Eingang (54), der mit den zweiten Kondensatorplatten (34) verbunden ist zum Erfassen einer Summen ladung (Q ) der Ladungen auf allen Kondensatoren, und

(ii) einen Summenladungsmesser-Ausgang (56) aufweist.

Pl/be

Description:
Teilchenenergie-Messgerät und Verfahren zum Ermitteln einer Strahlenenergie eines Teilchenstrahls Teilchenbeschleuniger werden insbesondere in der Forschung und in der Medizin verwendet, um einen Teilchenstrahl aus Teilchen einer vorgegebenen Energie zu er zeugen. In medizinischen Anwendungen wird der Teilchenstrahl verwendet, um ge zielt Gewebe zu zerstören. Um benachbartes Gewebe zu schützen, ist es notwendig, dass die Teilchenenergie mit hoher Genauigkeit bekannt ist. Notwendig ist es zudem, dass auch die Anzahl an Teilchen - oder äquivalent dazu die Gesamt-Ladung des Teilchenstrahls - bekannt ist, um die Dosis berechnen zu können, die dem Gewebe appliziert wird.

Beschleuniger bestehen aus einer Vielzahl an Komponenten. Bereits geringfügige Änderungen der Position der Komponenten relativ zueinander beeinflussen die Teil chenenergie deutlich. Es ist daher notwendig, Beschleuniger zumindest bei Inbetrieb nahme, zumeist aber auch in regelmäßigen Zeitabständen, zu justieren. Unter dem Justieren ist nicht nur die rein mechanische Ausrichtung zu verstehen sondern auch die späteren Einstellungen, beispielsweise an meist vorhandenen Fokus- und Um- lenk-Elektromagneten, Phasenschieber, RF-Leistungssteller und/oder der Teilchen quelle. Diese beeinflussen allesamt unmittelbar die Energie und Leistung des Strahls und müssen im normalen Betrieb oft bedient werden.

Aufgrund der Vielzahl an Komponenten, deren Positionen relativ zueinander relevant sind, und der Tatsache, dass der Einfluss einer Positionsänderung einer Kompo nente relativ zu den anderen in der Regel unbekannt ist, muss eine große Anzahl an Testmessungen durchgeführt werden, um eine gute Ausrichtung der einzelnen Kom ponenten des Teilchenbeschleunigers relativ zueinander zu erreichen. Da eine große Anzahl an Testmessungen durchgeführt werden muss, ist die Zeit dauer für jede einzelne Testmessung sehr relevant für die Gesamtdauer der Justage. Teilchenenergie-Messgeräte sollten daher sowohl eine geringe Messunsicherheit ha ben als auch eine geringe Messzeit erlauben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Messungen der Teilchenenergie und des Teilchenstrahls zu verbessern.

Die Erfindung löst das Problem durch ein Teilchenenergie-Messgerät zum Bestim men der Energie eines Teilchenstrahls mit (a) zumindest zwanzig Kondensatoren, die (i) jeweils eine erste Kondensatorplatte und (ii) eine zweite Kondensatorplatte aufweisen und (iii) bezüglich einer Strahleinfallsrichtung hintereinander angeordnet sind, (b) einem Multiplexer, der (i) einen Multiplexer-Ausgang und (ii) eine Mehrzahl an Multiplexer-Eingängen hat, wobei jeder Multiplexer-Eingang zum Verbinden mit genau einem Kondensator ausgebildet ist, und der (iii) eingerichtet ist zum Verbinden jeweils einer der Kondensatorplatten des jeweiligen Kondensators mit dem Multiple xer-Ausgang, (c) einem Summenladungsmesser, der (i) einen Summenladungsmes ser-Eingang, der mit den zweiten Kondensatorplatten verbunden ist zum Erfassen ei ner Summenladung der Ladungen auf allen Kondensatoren, und (ii) einen Summen- ladungsmesser-Ausgang aufweist, und (d) einer Auswerteschaltung, die mit dem Summenladungsmesser und dem Multiplexer verbunden ist und ausgebildet ist zum automatischen (i) Bewirken eines Umschaltens von einem Multiplexer-Eingang auf einen anderen Multiplexer-Eingang, sodass sukzessive die Kondensatoren einzeln entladen werden, und (ii) Erfassen der von jedem Kondensator beim Entladen abflie ßenden Ladung, sodass Ladungs-Daten erhalten werden, aus denen die Teilchen energie berechenbar ist.

Gemäß einem zweiten Aspekt löst die Erfindung das Problem durch ein Verfahren zum Ermitteln einer Strahlenenergie eines Teilchenstrahls, indem das sukzessive Messen der Ladungen der Kondensatoren dadurch erfolgt, dass der Summenla dungsmesser zum Erfassen einer Summenladung aller Ladungen auf den Konden satoren geschaltet ist, sukzessive alle Kondensatoren entladen werden und die Ab nahme der Summenladung für die Entladung jeweils eines Kondensators für die Ent ladung aller Kondensatoren gemessen wird. Unter dem Merkmal, dass die Abnahme der Summenladung für die Entladung jeweils eines Kondensators für die Entladung aller Kondensatoren gemessen wird, wird insbesondere verstanden, dass die Ab nahme der Summenladung für die Entladung jeweils eines Kondensators gemessen wird und dass dies für alle Kondensatoren durchgeführt wird.

Die Erfindung löst das Problem zudem durch ein Verfahren zum Ermitteln einer Strahlenenergie eines Teilchenstrahls mit den Schritten: (a) Einfallen-Lassen des Teilchenstrahls auf ein Teilchenenergie-Messgerät, das (i) zumindest zwanzig Kon densatoren (30. n), die jeweils eine erste Kondensatorplatte und eine zweite Konden satorplatte aufweisen und bezüglich einer Strahleinfallsrichtung (S) hintereinander angeordnet sind, (ii) einen Multiplexer, der einen Multiplexer-Ausgang und eine Mehrzahl an Multiplexer-Eingängen hat, wobei jeder Multiplexer-Eingang mit genau einem Kondensator verbindbar ist, und der eingerichtet ist zum Verbinden jeweils ei ner ersten Kondensatorplatte des jeweiligen Kondensators mit dem Multiplexer-Aus gang, (iii) einen Plattenladungsmesser, der einen Plattenladungsmesser-Eingang, der mit den zweiten Kondensatorplatten verbunden ist, und einen Plattenladungs messer-Ausgang aufweist, (b) sukzessives Messen der Ladungen der Kondensato ren mittels des Plattenladungsmessers durch sukzessives Verbinden der Kondensa toren mit dem Plattenladungsmesser mittels des Multiplexers, sodass Ladungs-Da ten erhalten werden, und (c) Berechnen der Teilchenenergie und/oder einer Strahl- Ladung aus den Ladungs-Daten.

Vorteilhaft an der erfindungsgemäßen Lösung ist, dass eine geringe Messunsicher heit erreicht werden kann. Es hat sich herausgestellt, dass insbesondere eine hohe Messgenauigkeit erreicht werden kann, wenn eine große Zahl an Kondensatoren vorhanden ist. So umfasst das Teilchenenergie-Messgerät vorzugsweise 64 Konden satoren, insbesondere vorzugsweise 100 Kondensatoren. Günstig ist es, wenn höchstens 1000 Kondensatoren vorhanden sind.

Günstig ist zudem, dass sehr geringe Messzeiten erreichbar sind. So ist es möglich, die Teilchenenergie mit einer Messzeit von weniger als einer Minute, insbesondere weniger als zehn Sekunden, insbesondere sogar weniger als einer Sekunde, zu messen. Das erlaubt beispielsweise eine deutlich schnellere Justierung eines Teil chenbeschleunigers. Günstig ist zudem, dass der Aufwand für die Kalibrierung eines erfindungsgemäßen Teilchenenergie-Messgeräts in der Regel vergleichsweise gering ist. Der Grund dafür ist, dass lediglich ein Ladungsmesser kalibriert werden muss. Das kann mit einer ho hen Genauigkeit erfolgen. Theoretisch wäre es möglich, eine Vielzahl an Ladungs messern vorzusehen, was zu einer noch geringeren Messzeit führen könnte. Der Nachteil daran aber ist, dass der Aufwand zum Kalibrieren der einzelnen Ladungs messer in diesem Fall sehr groß wird.

Vorteilhaft ist zudem, dass in den meisten Fällen ein gutes Signal-zu-Rausch-Ver- hältnis erreichbar ist. Je größer die Ladung ist, die sich auf einem einzelnen Konden sator anlagert, desto rauschärmer kann diese Ladung gemessen werden. Es ist da her günstig, den Detektor solange mit dem Teilchenstrahl zu beaufschlagen, bis sich eine hinreichend hohe Zahl an Ladungen auf den Kondensatoren gebildet hat.

Wird kein Summenladungsmesser verwendet, könnte ein zu langes Warten jedoch dazu führen, dass die auf den Kondensatoren gesammelte Ladung so groß wird, dass das resultierende elektrische Feld oberhalb der Durchschlagschwelle liegt, so- dass es zu einem Durchschlag kommt. Der Kondensator ist dann zerstört und das Teilchenenergie-Messgerät liefert keine verlässlichen Daten mehr. Wird ein Sum menladungsmesser verwendet, kann die Summenladung dazu verwendet werden, den idealen Zeitpunkt für die Auslesung der Kondensatoren zu bestimmen, was eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt. Das er öffnet die Möglichkeit, den Teilchenstrahls solange auf das Teilchenenergie-Messge rät zu richten, bis eine hinreichend hohe Ladung auf den Kondensatoren vorhanden ist, um ein hohes Signal-zu-Rausch-Verhältnis zu erhalten.

Unter dem Summenladungsmesser wird ein, insbesondere getakteter, Ladungsin tegrator verstanden. Der Begriff soll andeuten, dass mit diesem Ladungsintegrator die gesamte Ladung auf allen Kondensatoren gemessen wird. Der Summenladungs messer könnte auch als erster Integrator bezeichnet werden.

Unter dem Plattenladungsmesser wird ebenfalls ein, insbesondere getakteter, La- dungsintegrator verstanden. Der Begriff soll andeuten, dass mit diesem Ladungsin tegrator die Ladung auf den Platten nur eines Kondensators gemessen wird. Der Plattenladungsmesser könnte auch als zweiter Integrator bezeichnet werden.

Unter dem Merkmal, dass das Teilchenenergie-Messgerät ein Teilchenenergie-Mess gerät zum Bestimmen der Energie eines Teilchenstrahls ist, wird insbesondere ver standen, dass das Teilchenenergie-Messgerät zum Messen der Energie geeignet ist und vorzugsweise auch die Energie als Messergebnis ausgibt. Günstig ist es, wenn das Teilchenenergie-Messgerät zudem aus gemessenen Größen wie Ladung und Energie auch daraus berechenbare Größen ausgeben kann wie beispielsweise die Strahlleistung, Energiedosis und/oder die Fluenz.

Günstig ist es, wenn die Kondensatoren ein festes Dielektrikum aufweisen. Das feste Dielektrikum ist vorzugsweise eine Oxidschicht, die auf einer oder beiden Kondensa torplatten aufgebracht ist. Ist eine Kondensatorplatte beispielsweise aus Aluminium aufgebaut, ist das Dielektrikum vorzugsweise durch eine eloxierte Schicht gebildet. Danach könnte die eloxierte Schicht metallisiert werden, beispielsweise mit Kupfer, was die zweite Kondensatorplatte bildet.

Es sei für alle Ausführungsformen darauf hingewiesen, dass die Kondensatorplatten nicht voneinander trennbar sein müssen. Es ist auch möglich, dass die Kondensator platten miteinander, insbesondere untrennbar, verbunden sind. Insbesondere kann zumindest eine Kondensatorplatte als Beschichtung eines anderen Objekts, bei spielsweise der anderen Kondensatorplatte, ausgebildet sein.

Alternativ kann das feste Dielektrikum durch eine Kunststoffplatte gebildet sein. Vor zugsweise enthält der Kunststoff zu über 95 Gew.-% Moleküle, die keine Atome mit einer Kernladungszahl von mehr als neun enthalten. Besonders günstig ist es, wenn die Kunststoffplatten aus halogenfreiem Kunststoff bestehen. Je kleiner die Kernla dungszahl ist, desto geringer ist die Wechselwirkung mit Teilchenstrahlen, sodass im Dielektrikum stattfindende Prozesse die Messunsicherheit nur gering beeinflussen. Vorzugsweise bestehen die Kunststoffplatten aus PET (Polyethylenterephthalat).

Besonders günstig ist es, wenn die erste Kondensatorplatte, das feste Dielektrikum und die zweite Kondensatorplatte miteinander zu Kondensatoren verklebt sind. Es ist dann möglich, die einzelnen Kondensatoren aufeinander zu stapeln, sodass das Teil chenenergie-Messgerät vergleichsweise einfach hergestellt werden kann. Es ist dann zudem möglich, einzelne Kondensatoren mit geringem Aufwand auszutauschen, so fern diese defekt sein sollten.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Teilchenenergie-Messgerät eine Auswerteschaltung, die ausgebildet ist zum automatischen Durchführen eines Verfahrens mit dem Schritt eines Erfassens der Ladung, die vom jeweiligen Konden sator abfließt, durch Bilden der Differenz zwischen der Ladung auf dem Summenla dungsmesser zu Beginn und am Ende des Entladens des jeweiligen Kondensators, wobei dieser Schritt für jede Stellung des Multiplexers und damit für alle Kondensato ren durchgeführt wird. Auf diese Weise werden Ladungs-Daten erhalten.

Die Ladungs-Daten kodieren vorzugsweise die Ladung eines jeden Kondensators und enthalten eine Kennung, anhand der der jeweilige Kondensator ermittelbar ist. Diese Kennung kann beispielsweise auch dadurch kodiert sein, dass die Ladungs- Daten in einer vorgegebenen Reihenfolge ausgegeben werden und die Reihenfolge des Auslesens der Kondensatoren konstant und bekannt ist.

Vorteilhafterweise wird dazu der Multiplexer-Ausgang direkt mit der Masse verbun den. Damit werden die erste und die zweite Kondensatorplatte des entsprechenden Kondensators über den Multiplexer und den Summenladungsmesser miteinander verbunden. So ist nur ein einziger Summenladungsmesser, also Integrator, notwen dig, was den Kalibrieraufwand reduziert.

Vorzugsweise ist die Auswerteschaltung ausgebildet zum Ansteuern des Multiple xers, sodass dieser die Kondensatoren sukzessive entlädt, wenn die Auswerteschal tung ein Triggersignal empfängt. Unter einem Triggersignal wird ein Signal verstan den, dass die Tatsache kodiert, dass innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls um den Zeitpunkt des Triggersignals ein Teilchenstrahl vom Beschleuniger abgegeben wird.

Günstig ist es, wenn das Teilchenenergie-Messgerät (a) einen Plattenladungsmesser hat, der (i) einen Plattenladungsmesser-Eingang, der mit dem Multiplexer-Ausgang verbunden ist, und (ii) einen Plattenladungsmesser-Ausgang aufweist und der (iii) ausgebildet ist zum Messen einer Ladung, die über den Multiplexer-Ausgang und den Plattenladungsmesser-Eingang fließt. Günstig, nicht aber notwendig ist es, wenn die Bezugsmasse des Summenladungsmesser-Ausgangs auf dem gleichen elektri schen Potential liegt wie die des Plattenladungsmesser-Ausgangs.

Günstig ist es, wenn die Auswerteschaltung mit dem Summenladungsmesser und dem Multiplexer verbunden ist und ausgebildet ist zum automatischen Erfassen der von jedem Kondensator abfließenden Ladung durch Erfassen der vom Plattenla dungsmesser gemessenen Ladung. Auf diese Weise werden Ladungs-Daten erhal ten. Mittels des Plattenladungsmessers kann die Ladung, die auf den Kondensator platten vorhanden ist, mit einer besonders hohen Genauigkeit gemessen werden. Es sei darauf hingewiesen, dass es in diesem Fall möglich, nicht aber notwendig ist, dass die Teilchenenergie ausschließlich aus den Lade-Daten berechnet wird, die vom Plattenladungsmesser erfasst wurden. Der Summenladungsmesser kann dann beispielsweise dazu eingesetzt werden, den idealen Zeitpunkt für eine Messung zu ermitteln. Dazu ist die Auswerteschaltung vorzugswiese ausgebildet zum automati schen sukzessiven Auslesen der Ladungen der Kondensatoren, wenn die vom Plat tenladungsmesser gemessene Ladung einen vorgegebenen Schwellenwert über schritten hat. Das erfolgt, wie oben beschrieben durch das sukzessive Verbinden der Kondensatoren mittels des Multiplexers mit dem Plattenladungsmesser, sodass die vom jeweiligen Kondensator gespeicherte Ladung vom Plattenladungsmesser erfasst und der Kondensator dabei entladen wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden der Plattenladungsmesser und der Summenladungsmesser zum Ermitteln der Ladungen der Kondensatoren ver wendet. Der Vorteil des Verwendens beider Ladungsmesser liegt in einer verringer ten Messunsicherheit. Das gilt besonders, wenn pro Sekunde mehr als eine Mes sung durchgeführt wird und/oder die Pulsladung eines Teilchenstrahls klein ist. Zwar sind die Ladungen auf den einzelnen Kondensatoren wesentlich kleiner als die Sum menladung, vorzugsweise wird aber der Messbereich des Plattenladungsmessers mindesten um den Faktor 10 empfindlicher eingestellt. Die Summe der einzelnen Ka- nalladungen liefert einen zweiten, unabhängigen Wert für die gesamte Strahl-La dung, was zu einer Redundanz der Ladungsmessung führt.

Günstig ist es, wenn die Auswerteschaltung ausgebildet ist zum automatischen Ent laden der Kondensatoren, wenn nach Vergehen eines vorgegebenen Abschaltzeit raums kein Triggersignal empfangen wird. Auf diese Weise wird die Gefahr minimiert, dass einer der Kondensatoren zu stark geladen wird.

Unter der effektiven Tiefe wird eine Tiefenangabe verstanden, für die gilt, dass zwei Platten unterschiedlicher Dichten und/oder unterschiedlicher Dicken genau dann die gleiche Wirkung auf die Teilchen haben, wenn die effektiven Dicken der beiden Plat ten gleich sind. Da die Stärke der Interaktion zwischen den Teilchen und dem Mate rial in guter Näherung von dessen Dichte abhängt, ist die effektive Tiefe vorzugs weise das Produkt aus der Dichte und der absoluten Tiefe. Unter der effektiven Tiefe wird insbesondere das Produkt aus der absoluten Tiefe, also einer Länge, und der Dichte des Materials, durch die der Strahl verläuft, verstanden. Verläuft der Teilchen strahl beispielsweise durch Aluminium, so ist die effektive Tiefe das Produkt aus der Dichte von Aluminium und der Strecke, die der Strahl im Aluminium zurücklegt.

Alternativ oder zusätzlich ist die Auswerteschaltung vorzugsweise ausgebildet zum automatischen Berechnen der Teilchenenergie aus den Ladungs-Daten anhand der Schritte (i) Bestimmen eines Breitenmaßes der Ladungsfunktion und (ii) Bestimmen der Teilchenenergie aus dem Breitenmaß. Unter dem Breitenmaß wird eine Zahl ver standen, die angibt, wie breit die Ladungsfunktion über einer Tiefe, insbesondere über der effektiven Tiefe, ist. Haben die Teilchen eine hohe Teilchenenergie, so kön nen sie noch in größeren effektiven Tiefen ionisieren. Die Breite der Ladungs-Funk tion ist daher ein gutes Maß für die Teilchenenergie.

Vorzugsweise erfolgt das Bestimmen des Breitenmaßes durch nummerisches Be stimmen des Intergrals unter der normierten Ladungs-Funktion. Das Normieren be wirkt, dass das Breitenmaß unabhängig wird von der Summenladung, also der Summe aller Ladungen auf den Kondensatoren. Beispielsweise wird das Normieren erreicht durch Teilen durch den Maximalwert der Ladungs-Funktion. Es ist auch mög lich, dass die Ladungs-Funktion mit einer Modellfunktion angepasst wird (was auch als Anfitten bezeichnet wird) und dass die Ladungsfunktion zum Normieren dann durch den Maximalwert der ermittelten Ausgleichsfunktion geteilt wird.

Vorzugsweise beträgt eine spezifische Kapazität der Kondensatoren 30 bis 100 Piko- farad pro Quadratzentimeter. Alternativ oder zusätzlich beträgt die Kapazität zumin dest 1 Nanofarad, insbesondere zumindest 7 Nanofarad. Auf diese Weise wird ein günstiges Signal-zu-Rausch-Verhältnis ermöglicht. Vorzugsweise ist die Kapazität kleiner als 100 Nanofarad. Das hält den Aufwand zum Herstellen des Kondensators in vertretbarem Rahmen.

Durch die angegebene Kapazität und/oder spezifische Kapazität ist es möglich, die Ladungen in den Kondensatoren zu akkumulieren. Das erleichtert die sequenzielle Auslesung der Kanalladungen mit nur einem Integrator. Bei geringen Plattenkapazi täten müsste vorzugsweise parallel gemessen werden, da bereits geringe Ladungen hohe Spannungen aufbauen. Bei paralleler Auslesung wird die Ladung permanent aus dem Kondensator abgeführt. Bei einer solchen Bauform müsste aber jeder In tegrator wie der andere sein, insbesondere auch hinsichtlich des jeweiligen Leck stroms, sonst verrauschen die gemessenen Ladungs-Profile und eine Energiemes sung wird dadurch mit einer hohen Messunsicherheit behaftet.

Ein Isolationswiderstand zwischen der ersten Kondensatorplatte und der zweiten Kondensatorplatte beträgt vorzugsweise zumindest ein Gigaohm. Vorzugsweise gilt dieses Merkmal für zumindest 90 % der Kondensatoren, insbesondere für alle Kon densatoren. Der hohe Widerstand zwischen den Kondensatorplatten eines Konden sators bewirkt, dass während der Messung kein signifikanter Anteil an Ladungen ver loren geht. Es ist nicht notwendig, dass der Isolationswiderstand größer als 10 Gi gaohm ist.

Um eine geringe Messunsicherheit zu erreichen, ist es günstig, wenn eine Kapazität der Kondensatoren größer ist, insbesondere um einen Faktor von zumindest 5 grö ßer ist als eine Zwischenkondensator-Kapazität, zwischen Kondensatorplatten be nachbarter Kondensatoren.

Es hat sich herausgestellt, dass es günstig ist, wenn zumindest eine Mehrzahl der ersten Kondensatorplatten überwiegend aus Kupfer und/oder Aluminium besteht. Die erste Kondensatorplatte ist vorzugsweise die strahlseitige Kondensatorplatte des ent sprechenden Kondensators.

Vorzugsweise hat das Teilchenenergie-Messgerät eine Einstrahlseite. Diese Ein strahlseite ist beispielsweise am Teilchenenergie-Messgerät gekennzeichnet oder in einer Bedienungsanleitung angegeben. Günstig ist es, wenn eine flächenbezogene Dichte der (bezüglich einer Strahleinfallsrichtung S) einstrahlseitigen Kondensator platte größer ist als eine flächenbezogene Dichte der strahlabgewandten Kondensa torplatte des Kondensators, vorzugsweise zumindest um den Faktor 2, besonders bevorzugt zumindest um den Faktor 3.

Günstig ist es, wenn für zumindest zwei, insbesondere für zumindest eine Mehrheit der Kondensatorplatten gilt, dass eine effektive Dicke der strahlabgewandten Kon densatorplatte kleiner ist als eine effektive Dicke der strahlseitigen Kondensator platte. Die effektive Dicke ist die tatsächliche Dicke der Kondensatorplatte multipli ziert mit der Dichte des Materials, aus dem die Kondensatorplatte besteht. Vorzugs weise ist die effektive Dicke der strahlseitigen Kondensatorplatte zumindest doppelt so groß wie die effektive dicke der strahlabgewandten Kondensatorplatte.

Günstig ist es, wenn die strahlseitige Kondensatorplatte eine kleinere Dichte hat als die strahlabgewandte Kondensatorplatte.

Beispielsweise beträgt die effektive Dicke der strahlseitigen Alu-Kondensatorplatte zwischen 0,3 und 3 Gramm pro Kubikzentimeter und die effektive Dicke der strahlab gewandten Kondensatorplatte zwischen 0,15 und 0,35 Gramm pro Kubikzentimeter.

Beispielsweise besteht die strahlseitige Kondensatorplatte aus Graphit oder Alumi nium. Eine Dichte der strahlseitigen Kondensatorplatte beträgt vorzugsweise höchs tens 3 Gramm pro Kubikzentimeter. Vorzugsweise beträgt auch die Dichte der strahl abgewandten Kondensatorplatte höchstens 3 Gramm pro Kubikzentimeter.

Vorzugsweise gilt für zumindest zwei Kondensatoren, insbesondere zumindest 20 dass eine effektive Dicke zumindest einer Kondensatorplatte für den strahlabge- wandten Kondensator größer ist als die effektive Dicke zumindest einer Kondensa torplatte des strahlseitigen Kondensators. Dadurch steigt die Auflösung der Energie bei kleinen Teilchenenergien.

Besonders günstig ist es, wenn für zumindest zwei, insbesondere zumindest 20, Kondensatoren gilt, dass eine effektive Dicke der strahlseitigen Kondensatorplatte für den strahlabgewandten Kondensator größer ist als die effektive Dicke der strahlseiti gen Kondensatorplatte des strahlseitigen Kondensators.

Ein erfindungsgemäßes Teilchenenergie-Messgerät besitzt vorzugsweise einen Ka librierschein, in dem die Messunsicherheit für zumindest eine Teilchenenergie ange geben ist. Insbesondere enthält der der Kalibrierschein vorzugsweise (a) die

Messunsicherheit für zumindest eine Teilchenenergie und/oder (b) einen Breiten-Ka librierfaktor, mittels dem aus dem Breitenmaß die Teilchenenergie berechenbar ist.

Die Auswerteschaltung ist vorzugsweise ausgebildet zum automatischen Bewirken einer Entladung der Kondensatoren zumindest dann, wenn die Summenladung einen vorgegebenen Ladung-Schwellenwert überschreitet. Das schützt die Kondensatoren vor einer zu großen Spannung. Der Ladung-Schwellenwert entspricht vorzugsweise einer Spannung von 10±1 Volt am Summenladungsmesser.

Günstig ist es, wenn die Auswerteschaltung zudem ausgebildet ist zum automati schen Bewirken einer Entladung der Kondensatoren, wenn (i) die Versorgungsspan nung für die Elektronik fehlt, (ii) das Triggersignal fehlt, (iii) eine Trigger-Frequenz zu hoch ist, sodass es zu Puls-Überlappung kommen kann, und/oder (iv) das Integrator- Signal eine Spannung von über 10V hat.

Erfindungsgemäß ist zudem ein Beschleunigersystem mit einem Teilchenbeschleuni ger, insbesondere einem Linearbeschleuniger, zum Erzeugen eines monoenergeti schen Teilchenstrahls und einem erfindungsgemäßen Messgerät, das angeordnet ist zum Messen einer Teilchenenergie von Teilchen des Teilchenstrahls und/oder einer Strahlladung des Teilchenstrahls. Bei dem Teilchenbeschleuniger handelt es sich vorzugsweise um einen Elektronen- Protonen- oder lonenbeschleuniger. Die Aus werteschaltung ist vorzugsweise ausgebildet zum automatischen Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Der Teilchenstrahl besteht vorzugsweise aus gela denen Teilchen, insbesondere ein Elektronen, Protonen oder Ionen. Der Teilchen strahl kann kontinuierlich sein. Vorzugsweise ist der Teilchenstrahl gepulst.

Vorzugsweise wird ein erfindungsgemäßes Verfahren so durchgeführt, dass ein Teil chenstrahl aus Teilchen mit einer mittleren Teilchenenergie erzeugt wird und ein Teil chenenergie-Messgerät verwendet wird, dessen Kondensatorplatten gemeinsam eine solche Dicke haben, dass eine Sammeleffizienz für die Teilchen der mittleren Teilchenenergie zumindest 95% beträgt. Das bedeutet in anderen Worten, dass höchstens 5 % aller Teilchen das Teilchenenergie-Messgerät durchqueren, ohne dass sie absorbiert wurden.

Vorzugsweise liegt die mittlere Teilchenenergie zwischen 2 Megaelektronenvolt und 1500 Megaelektronenvolt.

Erfindungsgemäß ist zudem ein Teilchenenergie-Messgerät zum Bestimmen eines Teilchenstrahls mit (a) zumindest zwanzig Kondensatoren, die (i) jeweils eine erste Kondensatorplatte und (ii) eine zweite Kondensatorplatte aufweisen und (iii) bezüg lich einer Strahleinfallsrichtung hintereinander angeordnet sind, (b) einem Multiple xer, der (i) einen Multiplexer-Ausgang und (ii) eine Mehrzahl an Multiplexer-Eingän gen hat, wobei jeder Multiplexer-Eingang mit genau einem Kondensator verbunden ist, und der (iii) eingerichtet ist zum Verbinden jeweils einer ersten Kondensatorplatte des jeweiligen Kondensators mit dem Multiplexer-Ausgang, (c) einem Plattenla dungsmesser, der (i) einen Plattenladungsmesser-Eingang, der mit dem Multiplexer- Ausgang verbunden ist, und (ii) einen Plattenladungsmesser-Ausgang aufweist und (iii) ausgebildet ist zum Messen einer Ladung, die über den Multiplexer-Ausgang und den Plattenladungsmesser fließt, (d) einer Auswerteschaltung, die mit dem Plattenla dungsmesser und dem Multiplexer verbunden ist und ausgebildet ist zum automati schen (i) Bewirken eines Umschaltens von einem Multiplexer-Eingang auf einen an deren Multiplexer-Eingang, sodass sukzessive die Kondensatoren einzeln entladen werden, und (ii) Erfassen der von jedem Kondensator beim Entladen abfließenden Ladung, sodass Ladungs-Daten erhalten werden, aus denen die Teilchenenergie be rechenbar ist.

Es ist möglich, nicht aber notwendig, dass dieses Teilchenenergie-Messgerät einen Summenladungsmesser aufweist, der einen Summenladungsmesser-Eingang, der mit den zweiten Kondensatorplatten verbunden ist und ausgebildet zum Erfassen ei ner Summenladung der Kondensatoren und einen Summenladungsmesser-Ausgang aufweist. Die oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen für Teilchenener gie-Messgeräte gelten auch für diese Erfindung.

Erfindungsgemäß ist zudem ein Teilchenenergie-Messgerät (a) zumindest zwanzig Kondensatoren, die (i) jeweils eine erste Kondensatorplatte und (ii) eine zweite Kon densatorplatte aufweisen und (iii) bezüglich einer Strahleinfallsrichtung hintereinan der angeordnet sind, (b) einem Multiplexer, der (i) einen Multiplexer-Ausgang und (ii) eine Mehrzahl an Multiplexer-Eingängen hat, wobei jeder Multiplexer-Eingang mit genau einem Kondensator verbunden ist, und der (iii) eingerichtet ist zum Verbinden jeweils einer ersten Kondensatorplatte des jeweiligen Kondensators mit dem Multi plexer-Ausgang, (c) einem Plattenladungsmesser, der (i) einen Plattenladungsmes ser-Eingang, der mit dem Multiplexer-Ausgang verbunden ist, und (ii) einen Plattenla dungsmesser-Ausgang aufweist und (iii) ausgebildet ist zum Messen einer Ladung, die über den Multiplexer-Ausgang und den Plattenladungsmesser-Ausgang fließt, und (d) einem Summenladungsmesser, der (i) einen Summenladungsmesser-Ein- gang, der mit den zweiten Kondensatorplatten verbunden ist zum Erfassen einer Summenladung der Ladungen auf allen Kondensatoren, und (ii) einen Summenla dungsmesser-Ausgang aufweist.

Es ist möglich, nicht aber notwendig, dass dieses Teilchenenergie-Messgerät eine Auswerteschaltung aufweist, die zum automatischen (i) Bewirken eines Umschaltens von einem Multiplexer-Eingang auf einen anderen Multiplexer-Eingang eingerichtet ist, sodass sukzessive die Kondensatoren einzeln entladen werden, und (ii) Erfassen der von jedem Kondensator beim Entladen abfließenden Ladung, sodass Ladungs- Daten erhalten werden, aus denen die Teilchenenergie berechenbar ist. Die oben angegebenen bevorzugten Ausführungsformen für ein Teilchenenergie-Messgerät gelten auch für diese Erfindung. Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert. Dabei zeigt

Figur 1 ein erfindungsgemäßes Beschleunigungssystem mit einem erfindungsge mäßen Teilchenenergie-Messgerät,

Figur 2a eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Teilchenenergie- Messgeräts,

Figur 2b eine Detailansicht eines Kondensators des Teilchenenergie-Messgeräts gemäß Figur 2a,

Figur 3 ein schematisches Schaltbild eines erfindungsgemäßen Teilchenenergie- Messgeräts gemäß einer ersten Ausführungsform,

Figur 4 ein schematisches Schaltbild eines erfindungsgemäßen Teilchenenergie- Messgeräts gemäß einer zweiten Ausführungsform,

Figur 5 ein schematisches Schaltbild eines erfindungsgemäßen Teilchenenergie- Messgeräts gemäß einer dritten Ausführungsform,

Figur 6a ein Diagramm, in dem die auf den Kondensatoren vorhandene Ladung ge gen die jeweilige effektive Tiefe aufgetragen ist,

Figur 6b ein Diagramm, in dem die Breite der Kurve gemäß Figur 6a über die Teil chenenergie aufgetragen ist,

Figur 7 ein Blockschaltbild einer Auswerteeinheit des Teilchenenergie-Messgeräts und

Figur 8 ein Schaltbild des Plattenladungsmessers.

Figur 1 zeigt ein Beschleunigersystem 10, das einen Teilchenbeschleuniger 12, ein erfindungsgemäßes Teilchenenergie-Messgerät 14 sowie, was aber optional ist, ein Spektrometer 16, aufweist. Das Spektrometer 16 wird lediglich zum Kalibrieren des Teilchenenergie-Messgeräts 14 verwendet und ist daher beim Einsatz des Beschleu nigersystems 10 nach dem Kalibrieren entbehrlich. Mittels des Teilchenenergie- Messgeräts 14 kann der Teilchenbeschleuniger 12 schnell justiert werden. Nach der Justage kann das Teilchenenergie-Messgerät 14 entfernt werden. Der Teilchenbe schleuniger 12 ist dann einsatzbereit.

Vorzugsweise handelt es sich bei dem Teilchenbeschleuniger 12 um einen Elektro nen- oder Protonenbeschleuniger. Der Teilchenbeschleuniger 12 umfasst eine Teil chenquelle 18, beispielsweise eine Elektronenquelle, einen Strahlformer 20 sowie zwei Beschleuniger-Einheiten 22.1 , 22.2. Die Beschleuniger-Einheiten 22.1 , 22.2 werden von einem Klystron 24 mit einer HF-Wechselspannung beaufschlagt, die eine Frequenz von beispielsweise F = 3 Ghz haben kann. Frequenzen zwischen 1 und 5 Ghz sind möglich. Über die Phasenschieber 26.1 , 26.2 können der an den Buncher 20 und an die erste Beschleuniger-Struktur 22.1 eingekoppelte RF-Leistung Phasen verschiebungen f 1 , f 2 aufgeprägt werden. Eine Beschleunigungsspannung liegt bei beispielsweise U = 50 Megavolt. Die Beschleunigungsspannung ist mindestens so hoch wie die gewünschte Teilchenenergie. Sie ist eine zeitlich veränderliche Größe und entsteht an der Serienresonanz der Beschleuniger-Struktur mit Hilfe der RF- Leistung des Klystrons. Dabei spielt die Resonanzgüte eine Rolle, denn es gilt:

Ü = Q V(P * Z) . Eine 3GHz-Struktur erreicht eine Resonanzgüte Q von bis zu 20000. Teilchenbeschleuniger 12 sind in der Literatur gut bekannt und werden daher nicht weiter beschrieben.

Der Teilchenbeschleuniger 12 erzeugt einen Teilchenstrahl 26. Günstig ist es, wenn der Teilchenbeschleuniger 12 einen monoenergetischen Teilchenstrahl abgibt. Dazu wird vorzugsweise aus einem nicht-monoenergetischen Teilchenstrahl durch Selek tion mittels Energieschlitzen nach einem Auffächern durch einen Dipolmagneten ein monoenergetischer Teilchenstrahl erzeugt. Unter einem monoenergetischen Teil chenstrahl wird ein Teilchenstrahl verstanden, bei dem die einzelnen Teilchen kaum von der mittleren Teilchenenergie abweichen. Beispielsweise beträgt in der Praxis die Abweichung höchstens ± 5 %, vorzugsweise höchstens ± 0,5 %.

Figur 2a zeigt eine Kondensatoreinheit 28 des Teilchenenergie-Messgeräts 14 ge mäß Figur 1. Die Kondensatoreinheit 28 umfasst eine Mehrzahl an Kondensatoren 30. n (n = 1 , 2, ..., N). Die Zahl N an Kondensatoren beträgt vorzugsweise zumindest 20, insbesondere zumindest 60. Jeder einzelne Kondensator 30. n besitzt, wie Figur 2b zeigt, eine erste Kondensatorplatte 32. n, eine zweite Kondensatorplatte 34. n und ein dazwischen angeordnetes festes Dielektrikum 36. n, bei dem es sich vorzugs weise um eine Kunststoffplatte handelt. Beispielsweise besteht die Kunststoffplatte aus Polyethylenterephthalat. Die Kondensatorplatten 32. n, 34. n und das Dielektrikum 36. n sind miteinander verklebt. Günstig ist es, wenn der Kondensator 30 wie im vor liegenden Fall einen Isolator 38. n besitzt, der im vorliegenden Fall ebenfalls durch eine Kunststoffplatte gebildet ist. Diese Kunststoffplatte ist mit der ersten Kondensa torplatte 32. n verklebt. Durch Übereinanderstapeln der Kondensatoren 30. n und durch das nachfolgende Kontaktieren ergibt sich die Kondensatoreinheit 28.

Figur 2b zeigt eine besonders einfache Art der Kontaktierung eines Kondensators 30. n. Die erste Kondensatorplatte 32. n ist mit einem Kontaktereich 40. n elektrisch verbunden (durch kontaktiert). Der Grund dafür ist, dass sich Aluminium nicht ohne weiteres löten lässt. Durch einen Kontaktbereich 40. n aus einem gut lötbaren Metall, beispielsweise Kupfer, lässt sich das Problem lösen. Der Kontaktbereich 40. n er streckt sich in der gleichen Ebene wie die zweite Kondensatorplatte 34. n. Somit ist die erste Kondensatorplatte 32. n mit dem Kabel 44. n und die zweite Kondensator platte 34. n mit dem zweiten Kabel 42. n elektrisch verbunden.

Die erste Kondensatorplatte 32. n besteht aus einem ersten Material, das eine erste Dichte p n l hat. Die zweite Kondensatorplatte 34. n besteht aus einem Material mit ei ner Dichte p n 2 . Es ist grundsätzlich möglich, dass sich die Dichten verschiedener Kondensatorplatten 32. a, 32. b (a b) bzw. 34. a, 34. b (a b) voneinander unter scheiden. Eine besonders einfache Fertigung wird jedoch erreicht, wenn die jeweili gen Materialen gleich sind, sodass auch die Dichten gleich sind.

Die Dichte p n 2 der zweiten Kondensatorplatte ist vorzugsweise größer als die Dichte p n ! der ersten Kondensatorplatte. Beispielsweise besteht die erste Kondensator platte 32. n aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, die zweite Kondensator platte 34. n aus Kupfer oder einer Kupferlegierung.

Die erste Kondensatorplatte hat eine Dicke dn, i , die zweite Kondensatorplatte hat eine Dicke dn,2. Günstig ist, wenn die Dicke dn, i der ersten Kondensatorplatte 32. n größer ist als die Dicke dn,2 der zweiten Kondensatorplatte 34. n. Vorzugsweise ist die erste Kondensatorplatte 32 die strahlzugewandte Kondensatorplatte, das heißt, dass die Kondensatorplatte 32. n bezüglich einer Strahleinfallsrichtung S vor der zweiten Kondensatorplatte 34. n liegt. In Strahleinfallsrichtung S vorne ist eine Einstrahlseite 35.

Eine effektive Dicke D n,i =p n,i,i d n l der ersten Kondensatorplatte 32. n ist ebenfalls größer als die effektive Dicke dn,2 der zweiten Kondensatorplatte 34. n. Es ist möglich, nicht aber notwendig, dass dies für alle Kondensatoren 30. n gilt.

Figur 3 zeigt ein Schaltbild des erfindungsgemäßen Teilchenenergie-Messgeräts 14 mit den Kondensatoren 30. n. Das Teilchenenergie-Messgerät 14 besitzt zudem ei nen Multiplexer 46, der einen Multiplexer-Ausgang 48 und eine Mehrzahl an Multiple xer-Eingängen 50. n. hat. Jeder Multiplexer-Eingang 50. n ist zum Verbinden mit ge nau einem Kondensator 30. n ausgebildet.

Der Teilchenstrahl 26 trifft auf die Kondensatoren 30. n und erzeugt dort Ladungen Qn.

Das Teilchenenergie-Messgerät 14 besitzt einen Summenladungsmesser 52, der ei nen Summenladungsmesser-Eingang 54 und einen Summenladungsmesser-Aus gang 56 hat. Der Summenladungs-Eingang 54 ist mit den zweiten Kondensatorplat ten 34. n verbunden. Ist der Multiplexer-Eingang 50. n mit dem jeweiligen Kondensator 30. n verbunden, so können Ladungen über den Summenladungsmesser-Eingang 54 und den Multiplexer-Ausgang 48 fließen, sodass die Ladung von dem Kondensator 30 abfließt. Die Spannung Un, die am n-ten Kondensator 30. n anliegt, reduziert sich damit auf null oder näherungsweise null. Unter dem Merkmal, dass sich die Span nung Un auf näherungsweise null reduziert, wird insbesondere verstanden, dass die etwaig verbleibende Spannung so klein ist, dass sich die Messunsicherheit um relativ 10 % erhöht. Eine Kapazität C1 eines Kondensators 60 des Summenladungsmes sers 52 beträgt vorzugsweise C1 = 1 nF bis C1 = 10 pF.

Figur 3 zeigt zudem, dass das Teilchenenergie-Messgerät 14 eine Auswerteschal tung 58 aufweist, die mit dem Multiplexer 56 zum Umschalten der Multiplexer-Ein gänge 50. n verbunden ist. Die Auswerteschaltung 58 ist zudem mit dem Summenla- dungsmesser 52 verbunden und registriert automatisch die Veränderung einer Sum menladung Q , die im Summenladungsmesser 52 gespeichert ist. Insbesondre wird die Summenladung Q auf einem Kondensator 60 des Summenladungsmessers 52 erfasst. Wird ein vorgegebener Kondensator 30. n entladen, ändert sich die Summen ladung Q dabei um eine Differenz AQ . Diese Differenz AQ = Q n entspricht der La dung Q n , die auf den jeweiligen Kondensator 30. n gespeichert war.

Empfängt die Auswerteschaltung 58 ein Triggersignal 61 vom Teilchenbeschleuniger 12 (vgl. Fig. 1 ), so wird der Summenladungsmesser durch Kurzschließen des Kon densators 60 zurückgesetzt und erfasst während der Wartezeit Tw die nächste Sum menladung Q auf dem Summenladungsmesser 52. Während der Wartezeit und bis nach dem Auslesen der Summenladung Qs ist der Multiplexer-Eingang 50 mit kei nem Kondensator 30. n verbunden.

Nach Ablauf der Wartezeit Tw verbindet die Auswerteschaltung 58 automatisch den Multiplexer-Eingang 50.1 sukzessive mit den ersten Kondensatorplatten 32. n der Kondensatoren 30n. Nach dem Verbinden mit einem Kondensator 30. n wird die Ver änderung Q n = Q S , also die Veränderung der Summenladung Qs aufgrund des Ent ladens des jeweiligen Kondensators 30. n, gemessen. Die entsprechende Ladungsin formation stellt Ladungs-Daten dar, die die jeweiligen Ladungen Q n auf dem n-ten Kondensator kodieren. Daraus wird, wie weiter unten erläutert wird, die Teilchen energie bestimmt.

Figur 5 zeigt eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Teilchenener gie-Messgeräts 14, das einen Plattenladungsmesser 62 besitzt. Der Plattenladungs messer 62 hat einen Plattenladungsmesser-Eingang 64, der über einen ersten Schalter 66 mit dem Multiplexer-Ausgang 48 verbindbar ist, und einen Plattenla dungsmesser-Ausgang 65. Ein Messbereich-Kondensator 68 des Plattenladungs messers 62 kann über einen zweiten Schalter 72 des Plattenladungsmessers 62 überbrückt werden, sodass sich der Kondensator 68 entlädt. Die Kapazität C68 richtet sich nach der zu erwarteten Plattenladung Q n . Sie ist als eine Kombination aus meh reren Messbereichs-Kondensatoren frei umschaltbar und wird so gewählt, dass die Spannung U=Q/C am Ausgang des Plattenladungsmessers 62 eine Schwelle von 10 Volt nicht überschreitet. Der Plattenladungsmesser 62 ist mit der Auswerteschaltung 58 verbunden, wobei diese Verbindung aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht eingezeichnet ist. Über schreitet die Summenladung Q einen vorgegebenen Schwellenwert Q^ max , so steu ert die Auswerteschaltung 58 den Multiplexer 46 so an, dass dieser sukzessive die Kondensatoren 30. n mit dem Plattenladungsmesser 62 verbindet.

Bei geschlossenem Schalter 66 und geöffnetem Schalter 72 erfolgt ein Ladungsaus gleich am jeweiligen Plattenkondensator 30. n. Die für den Ausgleich benötigte La dung Q n wird vom Plattenladungsmesser 62 erfasst und erscheint an seinem Aus gang 65 als die zu dieser Ladung äquivalente Spannung. Diese Spannung wird von der Auswerteschaltung 58 digitalisiert.

Danach wird der Schalter 66 wieder geöffnet, der Schalter 72 geschlossen und der Multiplexer 46 mit dem nächsten Plattenkondensator 30. n+1 verbunden. Der Zyklus wiederholt sich N-mal bis die Ladung am letzten Plattenkondensator 30. N ausgegli chen und somit gemessen wird. Das Schließen des Schalters 72 entlädt jedes Mal den Messbereichskondensator 68. Das Öffnen des Schalters 66 unmittelbar zuvor verhindert den Rückfluss der Ladung in Richtung Multiplexer 46.

Die Auswerteschaltung ist vorzugsweise ausgebildet zum automatischen Schließen der Schalter 66, 70, 72, wenn das Triggersignal 61 für zumindest einen vorgegebe nen Abschalt-Zeitraum ausbleibt.

Figur 4 zeigt eine weitre Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Teilchenener gie-Messgeräts 14, das keinen Summenladungsmesser 52 besitzt, sondern stattdes- sen nur eine Sicherheitsschaltung 74, die alle Kondensatoren 30. n kurzschließt, wenn ein Schwellenwert für die Summenladung überschritten wird.

Figur 6a zeigt ein Diagramm, in dem die Ladung Q n des n-ten Kondensators auf der Ordinate über dem jeweiligen Kondensator 30. n als Abszisse aufgetragen ist. Im vor liegenden Fall sind alle Kondensatoren 30. n gleich aufgebaut, sodass der Laufindex n der Kondensatoren zugleich eine effektive Tiefe darstellt. In Figur 6a sind normierte Ladungs-Funktionen Kw eingezeichnet, die sich auf die je weilige Energie W beziehen. Die Ladungskurven Kw sind normiert, das heißt, dass ihr maximaler Wert 1 ist. Figur 6b zeigt die Abhängigkeit einer Breite B der jeweiligen Ladungskurve Kw von der (mittleren) Teilchenenergie E. Die Breite B ist berechnet als das numerische In tergral über die normierte Ladungskurve Kw. Anhand eines Breiten-Kalibrierfaktors k in Form des Proportionalitätsfaktors in der Gleichung W = k B + b und eines Achsab- schnitts b, kann aus jeder Breite B die Teilchenenergie berechnet werden. Im vorlie- genden Fall gilt für den Breiten-Kalibrierfaktors k = 1 ,2634 und für den Achsabschnitt b = 0,61105.

Figur 7 zeigt ein Block-Schaltbild der Auswerteschaltung 58. Figur 8 zeigt ein Schaltbild des zweiten Ladungsmessers 62. Die Schaltung des

Summenladungsmessers 52 ist im Wesentlichen identisch, es sind lediglich die Pins 4-5 vom Bauteil U$2 überbrückt, weil der Summenladungsmesser den Eingangs- Schalter nicht benötigt.

Bezugszeichenliste

10 Beschleunigersystem 60 Kondensator

12 Teilchenbeschleuniger 61 Triggersignal

14 Teilchenenergie-Messgerät 62 Plattenladungsmesser

16 Spektrometer 64 Plattenladungsmesser-Eingang 18 Teilchenquelle 65 Plattenladungsmesser-Ausgang

66 Schalter

20 Strahlformer

68 zweiter Kondensator

22 Beschleunigereinheit

24 Klystron 70 zweiter Schalter

26 Teilchenstrahl 72 dritter Schalter

28 Kondensatoreinheit 74 Sicherheitsschaltung

30 Kondensator b Achsabschnitt

32 erste Kondensatorplatte B Breite

34 zweite Kondensatorplatte C Kapazität

35 Einstrahlseite AQ Differenz

36 Dielektrikum dn, 1 Dicke der ersten Kondensatorplatte 38 Isolator des n-ten Kondensators

D n, 1 effektive Dicke erste Kondensatorplatte

40 Kontaktbereich

des n-ten Kondensators

41 Verbinder

42 erstes Kabel Kw Ladungs-Funktion

44 zweites Kabel n Laufindex

46 Multiplexer N Zahl an Kondensatoren

48 Multiplexer-Ausgang Q n Ladung auf dem n-ten Kondensator

Q Summenladung

50 Multiplexer-Eingang

p n l Dichte der ersten Kondensatorplatte 52 Summenladungsmesser

54 Summenladungsmesser-Eingang

S Strahleinfallsrichtung

56 Summenladungsmesser-Ausgang

Tw Wartezeit

58 Auswerteschaltung

Un Spannung an n-tem Kondensator E Teilchenenergie