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2 Physikalische

2 Physikalische Grundlagen Abbildung 2.3: Aufbau der Gantry eines medizinischen Linearbeschleunigers der Firma Varian mit Darstellung der wesentlichen Komponenten: 1) Elektronenkanone, 2) Eintrittsöffnung für das hochfrequente Wechselfeld, 3) Beschleunigungsrohr, 4) 270° Umlenkmagnete, 5) Strahlerkopf, 6) Bremstarget, 7) Revolvermagazin mit Ausgleichskörpern und Streufolien, 8) Messkammern, 9) Hauptblenden, 10) Multi-Lamellen-Kollimator [5] der Anode wirkenden E-Feldes. Das Besondere daran ist ein Steuergitter zur Beeinflussung des Elektronenstroms. Durch das Loch in der Anode kommt der Strom in das Beschleuni- gungsrohr und wird durch ein Hochfrequenzfeld weiter beschleunigt. Nachdem der Elektro- nenstrahl aus dem Beschleunigungsrohr kommt, besitzt er eine Energieunschärfe 3 , die bei einer Ablenkung eine weite Dispersion verursachen würde. Durch eine achromatische 270° Umlenkung wird der Strahl gebündelt und trifft fokussiert auf das Target (Antikathode). Dort treten die Elektronen in Wechselwirkung mit dem elektrischen Feld der Atome, werden abgebremst und geben ihre kinetische Energie in Form von Photonen ab. Dadurch entsteht das kontinuierliche Röntgenbremsspektrum. Die maximale Energie der Röntgenstrahlung ist bestimmt durch die Beschleunigungsspannung der „Mutterelektronen“ und ihrer Ladung e0 und drückt sich dann in dessen Frequenz f multipliziert mit dem Planck’schen Wirkums- quantum h aus. Deshalb wird die Energie der Röntgenphotonen in der Regel in Form der Erzeugerspannung ausgedrückt. 3 Energieunschärfe aufgrund von unterschiedlich beschleunigeten Elektronen E = e0U = h f (2.11) 12

2 Physikalische Grundlagen Die aus dem Target austretenden Photonenstrahlen werden mit Ausgleichskörpern nochmals homogenisiert und ihre Intensität in Messkammern (Monitors) detektiert. Die Kalibrierungen der Monitors werden regelmäßig durch eine Vergleichsmessung mit einer geprüften Ionisati- onskammer überwacht, und gegebenenfalls korrigiert. Verbaut sind 2 Messkammern um bei dem Monitoring eine doppelte Sicherheit zu gewährleisten. Im Stand befindet sich der Mikrowellensender (Klystron) und das Kühlsystem. Das Klystron besteht aus einer Emmisionskathode und einer Anode zwischen denen ein Elektronenfluss stattfindet. Über einen Hohlraumresonator wird eine Hochfrequenzspannung an den Elek- tronenfluss angelegt. Es bildet sich eine Stehwelle in dem Elektronenfluss aus. In weiteren Hohlraumresonatoren wird die Ausgangsspannung ausgekoppelt, wodurch die Mikrowellen erzeugt werden, deren Energie weit über der angelegte Hochfrequenz liegt. Die Leistung des Klystrons liegt als S-Band Sender mit 3 GHz bei 7 MW [1]. Die erzeugten Mikrowellen werden über ein Isoliergas (SF6) in einem Hohlwellenleiter bis in den Anfang des Beschleu- nigungsrohres gebracht, wo deren elektrische Feldkomponeten mit den Elektronen der Elek- tronenkanone in Wechselwirkung treten und die Elektronen beschleunigt werden. Da die Resonanzfrequenz des Beschleunigungsrohres sich mit der Temperatur bzw. durch Störun- gen ständig ändert, sorgt das AFC-System dafür, die Mikrowellen des Klystrons anzupassen. Das Kühlsytem besitzt eine ausgeklügelte Pump- und Leitungstechnik, womit der Klystron, das Beschleunigungsrohr, die Netzteile usw. gerätespezifisch gekühlt werden können [1]. Ist der homogene Strahl erzeugt, verläuft er durch das Kollimatorsystem zur Felderzeu- gung. Die Primärkollimatoren bestehen aus ca. 10 cm dicken Wolframblenden, die Felder bis 40 × 40 cm 2 Größe erzeugen können. Besonders sind nun die Sekundärkollimatoren. Während früher noch für jedes genauer definierte Feld individuelle Bleiblöcke angefertigt worden waren, machen heutzutage MLC (Multi Leaf Collimator) diesen Aufwand überflüs- sig. Der im MRI eingesetzte Varian Trilogy TX-S ist in Europa das erste Gerät, das den dy- namischen Millenium High Definition 120 besitzt. Dieser besteht aus 120 Wolframlamellen, die paarweise einander gegenüberliegend angeordnet sind, wobei die zentralen 8 cm mit 2,5 mm dicken Lamellen und die jeweils 7 cm Rand mit 5 mm dicken Lamellen bestückt sind. Damit beträgt die maximale Feldbreite 22 cm. Die Transmission der Strahlung durch den geschlossenen MLC beträgt 0,009%. Der hauptsächliche Anteil davon geht durch die Zwi- schenräume der Lamellen. Jede Lamelle wird mit Hilfe eines Elektromotors an einem Spiral- getriebe bewegt. Die Motoren besitzen ausreichend Kraft, dass zum Beispiel die Schwerkraft keinerlei Einfluss auf die Bewegung hat. Die maximale räumliche Differenz von einer La- melle zur benachbarten beträgt 15 cm, und die Gesamtbewegung ist von 20,1 cm bis −20 cm möglich. Jede einzelne Lamelle lässt sich individuell auch während des Bestrahlungsvor- ganges verfahren. Der gesamte Kollimator lässt sich beidseitig um insgesamt 360° drehen. Dadurch ermöglicht sich neben einer genauen Anpassung an den Tumor auch die Umsetzung 13

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