Elektronenstrahl-Fokussierung

Lenkung und Fokussierung von Elektronen durch Sektor-Magnete

Linearbeschleuniger, die im medizinischen Bereich für Bestrahlungen verwendet werden, sind in der Regel horizontal angeordnet. Der Elektronenstrahl muss daher um 90° in Richtung der Patientenliege umgelenkt werden. Dann kann der Strahl nämlich direkt für therapeutische Zwecke verwendet werden oder er trifft auf ein Target (meist Wolfram) und erzeugt ultraharte Röntgenstrahlung (Gammastrahlung), die sich ebenfalls gut für die Behandlung von Tumorgewebe eingesetzen lässt. (siehe auch: https://medizinphysik.wiki/linearbeschleuniger/  )

Allerdings weisen die Elektronen, die den Beschleuniger (LINAC) verlassen, keine einheitliche Geschwindigkeit auf, sondern zeigen eine gewisse Energiedispersion. Ein einfacher 90°-Sektor Magnet würde den Strahl zwar umlenken, aber auch stark aufweiten, da die Elektronen je nach Geschwindigkeit andere Bahnkurven im Magnetfeld einschlagen.

Die folgenden vier Programme zeigen verschiede Möglichkeiten, eine Umlenkung des Elektronenstrahls des Beschleunigres (LINAC) in Richtung Patient zu erreichen.


Der 90° - Umlenkmagnet

Ein einfacher 90°- Sektormagnet kann ein divergentes Strahlenbündel, das ausschließlich monoenergetische Elektronen enthält, fokussieren. Sobald die Elektronen jedoch eine gewisse Energiedispersion aufweisen, zeigt sich, dass die unterschiedlichen Geschwindigkeiten der Elektronen zu gestreuten Bahnkurven im Magnetfeld führen.
Ein 90°- Umlenkmagnet stellt daher keine achromatische Elektronenoptik dar vielmehr sorgt das Magnetfeld für eine spektrale Zerlegung der Geschwindigkeiten (Energien).


Download des Programms "Umlenkmagnet_90.exe"

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Der 270° - Umlenkmagnet 

Ein 270°-Umlenkmagnet, der aus drei 90°-Sektoren besteht, fokussiert den Strahl nach Durchlaufen der drei Magnetfelder in einem Punkt egal ob eine Geschwindigkeitsdispersion vorliegt oder der eintreffende Elektronenstrahl divergent ist. Somit hat dieses System fokussierende und achromatische Eigenschaften.

 

 


Download des Programms "Umlenkmagnete_270.exe"

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Der Slalom-Magnet

Ein System aus drei speziellen Sektor-Magneten wirkt dagegen achromatisch, d.h. Elektronen unterschiedlicher Energie werden nach Verlassen der Magnetfelder wieder in einem schmalen Strahlenbündel zusammengeführt. Die Polschuhe der beiden ersten Magnete sind 45°-Sektoren. Der dritte Magnet, der für die Richtungsänderung der Strahlen zuständig ist, weist einen Winkel von 112,5° auf. Die Magnetfelder sind homogen, wobei das dritte Magnetfeld eine höhere Flussdichte aufweist, als die ersten beiden.


Download des Programms "Umlenkmagnete_Slalom.exe"

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Umlenkmagnet mit örtlich wachsender Flussdichte 

Treten die Elektronen  in ein Magnetfeld ein, das einen linearen Anstieg der Flussdichte aufweist (hyperbolisch geformte Polschuhe), werden die Teilchen wieder in einem schmalen Strahlenbündel gesammelt. Auch dieser Magnet weist fkussierende und achromatische Eigenschaften auf.


Download des Programms "Umlenkmagnete_Gradient.exe"

 
 
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