Diplomarbeit - GSI

1.2 Physikalische Grundlagen ionisierender Strahlung
1.2 Physikalische Grundlagen ionisierender Strahlung
Ionisierende Strahlung sind Teilchen oder Photonen die genug Kraft besitzen, ein Elek-
tron aus seinem Atomverband herauszuschlagen und somit ein Atom ionisieren können.
Die Absorption von ionisierender Strahlung erfolgt über Anregungs- und Ionisationser-
eignisse. In Abhängigkeit der räumlichen Verteilung und Dichte dieser Ionisationsereig-
nisse kann zwischen locker und dicht ionisierender Strahlung unterschieden werden. Zu
der locker ionisierenden Strahlung zählen Röntgen- und γ-Strahlung (Photonen), wäh-
rend Protonen, α-Teilchen und Schwerionen (geladene Teilchen) zu der Gruppe der dicht
ionisierenden Strahlung zusammengefasst werden. Geladene Teilchen geben ihre Energie
entlang ihrer Bahn ab (siehe Abbildung 1.3a). Im Gegensatz dazu wird die Energie bei
locker ionisierender Strahlung homogen verteilt (siehe Abbildung 1.3b). Bei Photonen,
zu denen auch Röntgenstrahlen zählen, nimmt die deponierte Energie exponentiell mit
der Eindringtiefe ab. Bei der Bestrahlung mit Schwerionen kommt es zu einem invertier-
ten Tiefendosis-Profil (siehe Abbildung 1.4; 12 C-Ionen). Dabei treten im Eingangsbereich
aufgrund der hohen Geschwindigkeit sehr wenige Ionisationsereignisse auf, so dass die
Ionen hier nur wenig Energie abgeben. Am Ende der Wegstrecke geben Ionen ihre Rest-
energie räumlich stark begrenzt ab, da durch das Abbremsen an einer Stelle verstärkt
Ionisationsereignisse auftreten. Der sogenannte Bragg-Peak ist charakteristisch für die
Bestrahlung mit Schwerionen. Der dahinter liegende Bereich wird daher so gut wie nicht
belastet.
Da im Rahmen dieser Arbeit ausschließlich Proben mit einer Zellschicht von wenigen µm
Dicke bestrahlt wurden, können Tiefendosis-Effekte unberücksichtigt bleiben.
(a) Schwerionen (b) Röntgen
Abbildung 1.3: Dosisverteilung nach Schwerionen- (a) und Photonen- (b) Bestrahlung auf einer
Fläche von 10 µm x 10 µm. In (b) ist die homogene Dosisverteilung nach Bestrahlung mit Röntgenstrahlen
gezeigt. In (a) sieht man nach Bestrahlung mit C-Ionen, dass lokal sehr hohe Energien
appliziert werden, in umliegenden Bereichen praktisch keine. Die Fläche von 10 µm x 10 µm
entspricht ungefähr der Fläche eines Zellkernes. [Abbildung in Anlehnung an (Scholz, 2003)]
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