2.2. Бетатрон

Бетатрон – ускоритель электронов. Получаемый в нем поток быстрых электронов направляется на мишень, на которой при их торможении возникает поток жесткого рентгеновского излучения. Но существуют методики воздействия на ткани организма непосредственно быстрыми электронами.

В представлении многих, ускоритель – это технический монстр. К бетатронам это не относится: это компактные и не такие уж дорогостоящие устройства. В СССР они производились серийно. Бетатронами оснащены крупные онкологические центры.

В бетатроне электроны ускоряются на круговой орбите при помощи возрастающего магнитного поля и удерживаются на круговой орбите этим возрастающим магнитным полем.

Объем ускорителя невелик, порядка 1-2 м³, но масса – весьма внушительная. Основной объем и масса приходятся на обмотки электромагнитов и их ферромагнитные сердечники. Разгон электронов происходит в вакуумной тороидальной камере (пустотелый бублик) диаметром порядка 0,5 м. Схема бетатрона приведена на рисунке 3.

Тороидальная камера бетатрона находится в магнитном поле сильных электромагнитов. Если на ось камеры выведен пучок электронов и магнитное поле начинает усиливаться (возрастает ток на обмотках), то происходит явление электромагнитной индукции: и во всем объеме камеры возникает вихрь электрического поля . На электроны, в какой бы части камеры они ни находились, действует сила F = eE, направленная по касательной к оси камеры и разгоняющая их.

Рис. 3

Кроме того, на движущиеся в магнитном поле электроны действует сила Лоренца f = eVB, направленная в сторону центра 0 камеры. Эта сила удерживает пучок электронов на оси камеры. По мере роста скорости разгоняемого пучка удерживающая их сила f тоже растет, так что электроны во время всего цикла разгона остаются на неизменной орбите.

Устройства ввода электронов в камеру и вывода разогнавшихся электронов из камеры на мишень на схеме не показаны и обсуждать их не будем.

Рентгеновское излучение возникает при торможении быстрых электронов в материале мишени, подобно тому, как это происходит на антикатоде рентгеновской трубки.

2.3. Спектр рентгеновского излучения

Излучение, получаемое в обоих рассмотренных устройствах, возникает при торможении электронов в металлической преграде и называется тормозным рентгеновским излучением. Диаграмма, показывающая, как распределена в этом излучении энергия по различным значениям длин волн , называется спектром излучения. Его характер представлен на рисунке 4.

Рис. 4

Основные особенности такого спектра:

1. Тормозное рентгеновское излучение имеет непрерывный спектр.

2. Этот спектр имеет отчетливую левую границу _min.

3. На фоне непрерывного спектра с помощью приборов с хорошей разрешающей способностью обнаруживаются тонкие линии линейчатого спектра характеристического рентгеновского излучения, шириной порядка 10^-5 нм.

4. Полная энергия характеристического излучения и полная энергия непрерывного спектра – величины одного порядка.

5. Увеличение анодного напряжения U на рентгеновской трубке приводит к смещению границы непрерывного спектра _min влево в область коротких волн.

6. Как уже отмечалось, на рентгеновское излучение идет примерно 1% энергозатрат рентгеновской трубки; остальные 99% преобразуются в теплоту.