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„Was die Welt im Innersten zusammenhält“

Stefan Jaschik

Wie baue ich einen Linearbeschleuniger?

Zu sehen sind Tiefendosiskurven der Simulation der Messwerte

Tiefendosiskurven der Simulation und der Messwerte

Seit Mai schreibe ich meine Masterarbeit in der Klinik für Strahlentherapie an Uniklinik Halle. Meine Aufgabe besteht darin, einen Linearbeschleuniger mit Hilfe eines Programms zu modellieren. Dazu stehen mir die Daten des Herstellers zur Verfügung. Anschließend werde ich die Daten, die das Programm ausgibt, mit echten Messwerten vergleichen und das Modell anpassen.

Moderne Linearbeschleuniger sind komplex aufgebaut und die Elektronen/Photonen können auf ihrem Weg zum Patienten zahlreiche Wechselwirkungsprozesse eingehen. Deswegen ist es unmöglich, einen funktionalen Zusammenhang zwischen der Geometrie des Beschleunigers und bspw. der Dosisverteilung im Patienten herzustellen. Ein einziges Elektron mit einer Energie von 6 MeV könnte zum Beispiel auf das Target treffen und dabei mehrere Bremsstrahlungsphotonen erzeugen. Diese könnten inelastisch gestreut werden und damit ein Comptonelektron auslösen oder auch ein Positron/Elektron-Pärchen erzeugen usw. Aus einem Primärteilchen mit ausreichend hoher Energie können sehr viele Sekundärteilchen entstehen.

Deswegen wird (übrigens auch im Herstellungsprozess der Geräte) auf Monte-Carlo-Simulationen zurückgegriffen. Dabei wird "das Leben" jedes einzelnen Teilchens und seiner Nachkommen simuliert. Diese Methode ist rechenaufwändig, da für statistisch relevante Ergebnisse meist über eine Milliarde Primärteilchen simuliert werden müssen.

In den bisherigen zwei Monaten ist es mir dank der guten Dokumentation gelungen, eine Beschleunigersimulation zu erstellen, die sehr genaue Dosisverteilungen ausgibt. In der Abbildung sieht man die Tiefendosiskurven (also wieviel Dosis in verschiedenen Wassertiefen ankommt) von den beiden Synergy-Beschleunigern der Klinik und meiner Simulation. Die Abweichungen gegenüber den Messwerten liegt unter 0.1%!

Ich bin gespannt, was mich noch alles erwartet...

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