Brevet FR2431708A1 — publié le 19800215

La présente invention a pour objet un dispositif de mesure et de contrôle du centrage d'un faisceau de balayage et de l'amplitude de balayage de ce faisceau sur une cible de position donnée. Dans les appareils d'irradiation utilisant un faisceau de particules chargées accélérées (des électrons par exemple) destiné à irradier des cibles de grandes largeurs, il est nécessaire d'utiliser un faisceau de balayage obtenu en soumettant le fgis- ceau de particules chargées accélérées à un champ magnétique d'amplitude variable en fonction du temps. Les paramètres de ce faisceau de balayage (centrage du faisceau, amplitude du balayage, celle-ci étant fonction du moment de la quantité de mouvement des particules pour une valeur donnée du champ magnétique de balayage) doivent être vérifiés avant tout traitement d'irradiation et particulièrement avant les traitements médicaux de radiothérapie, La mesure de ces paramètres permet de contrôler le fonctionnement de la source du faisceau d'irradiation, c'est-à-dire de l'accélérateur de particules. Les dispositifs connus de la mesure de ces-paramètres, sont généralement disposés sur le trajet du faisceau, ce qui est à l'origine d'erreurs de mesures, en particulier lorsque certains éléments de ce dispositif sont le siège d'une importante émission secondaire due au bombardement de ceux-ci par le faisceau. Le dispositif de contrôle suivant l'invention ne présente pas ces inconvénients. Suivant l'invention, un dispositif de contrôle de caractéristiques d'un faisceau de balayage F obtenu par le passage, dans un système de balayage à champ magnétique d'amplitude périodiquement variable, d'un faisceau de particules chargees, ce dispositif de contrôle comportant un système de capteurs disposés au moins sur lesirajectoires marginales du faisceau de balayage, est caractérisé en ce que le système de capteurs est formé d'au moins deux paires de capteurs élémentaires, les capteurs de chacune des paires étant disposés de façon symétrique de part et d'autre du plan du faisceau de balayage, et l'une et l'autre paires de capteurs étant disposées de part et d'autre de l'axe XX du système de balayage, chaque capteur élémentaire délivrant un signal électrique impulsionnel dont l'amplitude est liée à la position du faisceau de balayage entre deux capteurs d'une même paire à un instant donné, et en ce que des systèmes de mesure des signaux délivrés sont associés à ces capteurs. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des dessins qui l'accompagnent et sur lesquels la figure 1 représente un exemple de réalisation du dispositif de contrôle suivant l'invention ; la figure 2 représente schématiquement un détail du dispositif de la figure 1 ; la figure 3 représente schématiquement le circuit de mesure associé au dispositif de contrôle suivant l'invention ; les figures LI à 6 montrent trois autres exemples de réalisation d'un dispositif de contrôle suivant l'invention ; les figures 7 et 8 représentent respectivement un détail d'un capteur électromagnétique et les signaux qu'il délivre ;; les figures 9, 10 et 11 représentent respectivement les variations du champ magnétique de balayage,et les signaux de réponse fournis par le dispositif de contrôle de la figure 7 dans le cas de faisceaux de balayage dont les particules ont des moments de quantité de mouvement w et w + Aw, respectivement. Le dispositif de contrôle des caractéristiques d'un faisceau de balayage suivant l'invention est particulièrement adapté aux faisceaux pulsés de particules chargées, accélérees, donc aux faisceaux d'énergie élevée fournis par les accélérateurs de particules. Le dispositif de contrôle, suivant l'invention montré en figure 1 permet de contrôler le centrage et l'énergie d'un faisceau F de balayage, ce faisceau F étant, par exemple, un faisceau d'électrons accélérés. Ce dispositif de contrôle montré en figure 1, est solidaire du cornet de balayage 1 généralement associé aux accélérateurs de particules (non représenté sur la figure 1). Ce dispositif comporte plusieurs paires d'électrodes Ai, B1 ; A2, B2 ; A3, B3 ; A4, B4.... Ces électrodes A1, B1 ; A2, A2... sont constituées de plaques métalliques respectivement fixées à l'extrémité de tiges électriquement conductrices 10, 11 ; 20, 21 ; 30, 31 ; 40, 41 elles-même fixées sur deux parois opposées du cornet de balayage 1 par l'intermédiaire de bagues isolantes 12, 13 ; 22,23 ; 32, 33 ; 42, 43. Les électrodes A1, B1 ; A2, B2... de chaque paire d'électrodes sont disposées en vis-à-vis de part et d'autre du plan formé par le faisceau F de balayage.Chaque paire d'électrodes A1, B1 ; A2, B2 ... sont connectées à un système de mesure identique à celui montré en figure 2 eteomprenant deux amplificateurs 1 et 2 de tension res- pectivement associés, dans cette figure 2, aux électrodes A1, B1 et permettant d'amplifier les signaux fournis par chacune de ces électrodes A1 et B1, deux intégrateurs I1 et I2-associés respectivement aux électrodes A1 et B1 et délivrant respectivement des signaux 5A1 et sB1, un système S sommateur permettant d'obtenir un signal s1 = sA1 + 5B1 égal à la somme des signaux sA1 et 5B1 et un système D1différentiel permettant d'obtenir un signal d1 = SA1 - sB1. Le signal s1 peut être -comparé dans un système comparateur ,à une valeur de référence so,et les signaux i et d1 ainsi obtenus commandent un dispositif 4 d'asservissement du centrage et de l'amplitude de balayage du faisceau F, cette amplitude étant fonction du moment de quantité de mouvement des particules chargées accélérées du faisceau F et de la valeur du champ magnétique H de balayage. En fonctionnement, si le faisceau F de balayage est convenablement centré, ce faisceau F se déplace dans un plan situé sensiblement à mi-distance des électrodes A1, B1 ; A2, B2... de chaque paire d'électrodes, induisant des charges électriques dans celles-ci. Dans l'exemple représenté en figure 1, l'élongation du faisceau F de balayage est telle que seules les électrodes A2, B2 et A3, B3 devant lesquelles passe le faisceau F de balayage recueillent respectivement des signaux sA2, 5B2 et SA3, SB3. Ces signaux sA2, sB2, et SA35 5B3 sont alors traités par des systèmes de mesure tels que ceux montrés en figure 3. A chaque paire d'électrodes A2, B2 et A3, B3 sont associés des systèmes de traitement, identiques à celui montré en figure 2, des signaux recueillis.Un système différentiel Q permet d'obtenir la différence des signaux s2 et s3 fournis par des systèmes sommateurs S2, S3. En fonctionnement, les signaux sA2, 5B2 ; sA3, 5B3 respectivement recueillis par les électrodes A3, B3 et A4, B4 et traités par un système de traitement analogue à la figure 2 fourniront les signaux S2 = SA2 + SB2 (1) d2 = sA2 - 5B2 (2) s3 = sA3 + sB3 t3) d3 = 5A3 - 5B3 (4) Dans le cas d'un faisceau F convenablement centré, on aura s2 = s3 = sO d2 = d3 O étant une valeur prédéterminée. Lorsque le plan de balayage du faisceau F ne coincide pas avec le plan moyen (a mi-distance des électrodes A1, B1 ; A2, B2..) les signaux d2 et d3, qui ne sont plus nuls, commandent alors le dispositif 4 d'asservissement qui peut, soit arrêter le fonctionnement de la source du faisceau F, soit procéder à une correction de la position du plan de balayage par rapport au plan moyen. Lorsque le balayage n'est pas symétrique par rapport à l'axe XX de symétrie du système de balayage, les signaux s2 et.s3 ont des valeurs différentes, soit s2 - 53 = As23. Les différences des signaux "sommes" s1, s2 et s3, 54 respectivement fournis par les paires d'électrodes A1, B1 ; A2, B2 et A3, B3 ; A4, B4, deux à deux symétriques par rapport à l'axe XX, sont obtenues au moyen d'un système de mesure Q tel que montré en figure 3.Le fonctionnement de la source W du faisceau Fde balayage est alors contrôlé simultanément par les signaux s2, S3, d2, d et s 23 Dans l'exemple de réalisation du dispositif de contrôle montré en figure 1, les électrodes marginales A1 B1 et A4 B4 ne doivent capter aucun signal Si le faisceau présente les caractéristiques désirées. Si, en fonctionnement, l'élongation du faisceau F de balayage augmente (par diminution du moment de quantité de mouvement des particules chargées accélérées du faisceau F, par exemple) les électrodes marginales A1, B1 et A4, B4 émettront des signaux qui pourront contrôler le fonctionnement de l'accélérateur W de particules. Dans les exemples de réalisation du dispositif de contrôle suivant l'invention montrés schématiquement en figures 4, 5 et 6 les capteurs sont des résonateurs hyperfréquence, réalisés au moyen de cavités résonnantes parallélépipèdiques C1 > , C2 (figure 4) ou de cavités résonnantes cylindriques C3 > C4 (figure 5) ou C5, C6 (figure 6) constituées en fait par deux éléments résonnants identiques non accolés et entre lesquels peut passer le faisceau F de balayage. Des systèmes de détection et de mesure, de type connu, de signaux recueillis,sont associés aux cavités résonnantes. En fonctionnement, le faisceau F de balayage, généralement un faisceau pulsé, est formé de paquets d'électrons se succèdant à la fréquence H.F de fonctionnement de la source W d'électrons accélérés. Lorsque le faisceau F d'électrons passe entre les deux éléments résonnants 10, i1 de la cavité résonnante C1 par exemple il excite cette cavité C1 qui génère un signal électromagnétique H.F, de fréquence f sensiblement égale à la fréquence de fonctionnement de l'accélérateur W fournissant le faisceau F de balayage. Plus l'élongation du faisceau F est importante, plus le couplage faisceau F-cavité C1 est important, plus l'amplitude du signal Si généré dans la cavité C1 est élevée. Le signal s1 hyperfréquence est prélevé dans la cavité C1, soit au moyen d'une sonde ou d'une boule 16 H.F, soit au moyen d'un guide H.F électromagnétique-nt-nt couplé par un trou à la cavité C1, ces moyens de couplage étant connus en soi. Afin d'augmenter la sensibilité des capteurs hyperfréquence on peut utiliser une cavité C1 comportant deux éléments 10 > 11 excitée sur le mode TE1 ces éléments étant munis en leur centre d'une double paires de languettes 12, 13 et 14, 15 (une paire de languettes pour chacun des éléments résonnants 10, 11), ces paires de languettes étant disposées en vis-à-vis comme le montre la figure 7. Dans l'exemple de réalisation montré en figure 4, les cavités résonnantes C1 et C2 sont disposées de façon symétrique par rapport à l'axe XX de symétrie de balayage. Lorsque les paquets électrons des trajectoires marginales du faisceau F pénètrent dans les cavités C1 et C2, ils excitent dans chacune des cavités C1, C2 un signal H.F (scl et suc2) dont l'amplitude sera maximum lorsque les trajectoires marginales atteindront le niveau des languettes 12, 13 et 14, 15. La figure 8 montre les signaux scl obtenus dans la cavité G1 pour une amplitude de balayage donnée. Les figures 9, 10 et 11 montrent pour un champ magnétique H de balayage donné (figure 9),- les signaux de réponse scl et sC2 des cavités C1 et C2 correspondant à un faisceau F dont les particules ont un moment de quantité de mouvement wO (figure 10) d'une part et à un faisceau F dont les particules ont un moment de quantité de mouvement wO + Qw(figure 11) d'autre parut, ces variations de moment de quantité de mouvement entraînant une variation de l'amplitude du balayage du faisceau F de balayage et par conséquent une variation du temps Qt séparant les temps de passage aller et retour du faisceau F au centre des cavités C1 et C2. Si l'amplitude L du faisceau F de balayage est supérieure à la distance séparant le centre des cavités résonnantes C1, C2, les signaux de réponse de ces cavités C1 et C2 présenteront deux pics SC11, SC12 et sc2l, sC22 correspondant aux passages aller et retour du faisceau F de balayage au centre des cavités C1 et C2 respectivement. Le temps At séparant ces deux passages sera d'autant plus grand que l'amplitude L du faisceau F de balayage est importante et donc que le moment de quantité de mouvement des particules est moins élevé, pour une valeur constante du champ magnétique H. La mesure des variations de At permet alors le contrôle des caractéristiques du faisceau F de balayage. Les différents résonateurs décrits et représentés dans les figures 4, 5 et 6 ont été mentionnés à titre d'exemples non limistatifs, et pourraient être remplacés, par exemple, par une ligne de Lécher convenablement positionnée. L'utilisation de résonateurs hyperfréquence comme capteurs dans le dispositif de contrôle suivant l'invention, présente l'avantage d'avoir un dispositif insensible aux émissions d'électrons secondaires. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure et de contrôle du centrage et de l'amplitude de balayage d'un faisceau de balayage F obtenu par le passage, dans un champ magnétique d'amplitude périodiquement variable, d'yen faisceau de particules chargées, ce dispositif de contrôle comportant un système de capteurs disposés au moins sur les trajectoires marginales du faisceau de balayage, caractérisé en ce que le système de capteurs de type électrique, est formé d'au moins deux paires de capteurs élémentaires, les capteurs de chacune des paires étant disposés de façon symétrique de part et d'autre du plan du faisceau de balayage, et l'une et l'autre paires de capteurs étant disposées de part et d'autre de l'axe XX du système de balayage, chaque capteur élémentaire délivrant un signal électrique impulsionnel dont l'amplitude est liée à la position du faisceau de balayage entre deux capteurs d'une même paire à un instant donné, et en ce que des systèmes de mesure des signaux délivrés sont associés à cet capteurs. 2. Dispositif de contrôle suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ces capteurs sont constitués d'une série de paires de plaquettes métalliques, les plaquettes de chacune de ces paires étant disposées en vis-à-vis, de part et d'autre du plan formé par le faisceau de balayage, les plaquettes de chaque paire étant connectées à un système de traitement des signaux qu'elles recueillent, ce système de mesure comportant au moins deux amplificateurs de tensions respectivement associés à ces deux plaquettes, deux intégrateurs, un système S additionneur pour additionner les signaux délivrés par les intégrateurs, un système D différentiateur permettant d'obtenir la différence de ces signaux, les signaux "somme" s et "différence" d contrôlant les caractéristiques du faisceau de balayage. 3. Dispositif de contrale suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les capteurs sont constitués de deux cavités résonnantes hyperfréquence, chaque cavité résonnante étant formée de deux éléments résonnants identiques non accolés, la zone comprise entre ces deux éléments résonnants étant prévue pour le passage du faisceau de balayage, le plan de balayage du faisceau de balayage étant sensiblement confondu avec le plan de symétrie des cavités, le faisceau passant entre les éléments résonnants générant dans les cavités correspondantes des signaux H.F. destinés à commander un dispositif de contrôle du faisceau de balayage et en ce que des moyens permettent d'extraire les signaux H.F. générés dans les cavités résonnantes. 4. Dispositif de contrôle suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les deux éléments résonnants ont une forme parallélépipèdique. 5. Dispositif de contrôle suivant la revendication 4, caractérisé en ce que les deux éléments résonnateurs sont munis, au centre de leurs faces en vis-à-vis, d'au moins une paire de languettes parallèles au champ électrique H.F créé dans les cavités résonnantes. 6. Dispositif de contrôle suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les cavités résonnantes, de forme cylindrique, ont leur axe contenu dans le plan de balayage du faisceau d balayage. 7. Dispositif de contrôle suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les cavités résonnantes, de forme cylindrique, ont leur axe perpendiculaire au plan de balayage du faisceau de balayage.