Es werden Flüssigkeitsionisationskammern als Monitor für die
Strahlentherapie entwickelt. Die Entwicklungen erfolgen für zwei
Einsatzbereiche, einem Echtzeitmonitor für die intensitätsmodulierte
Strahlentherapie und die Messung der Energiedeposition von Schwerionen in
Gewebe. Dies erfordert einerseits einen möglichst dünnen Detektor mit
zweidimensionalen Auslese und andererseits einen absorbierenden Detektor
mit dreidimensionaler Auslese.
Die Entwicklung wird in Zusammenarbeit mit dem Deutschen Krebsforschungszentrum (DKFZ) in Heidelberg
(Prof. Dr. G. Hartmann) durchgeführt.
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Beide Detektortypen werden unter Verwendung gleichartiger Technologien
realisiert. Ionisierende Strahlung wird mittels
Flüssigkeitsionisationskammern nachgewiesen, welche bei Raumtemperatur
betrieben werden. Die Flüssigkeiten Isooktan, Isononan (TMP) und
Tetramethylsilan (TMS) werden mit hoher Reinheit als Nachweismedien eingesetzt,
um möglichst große Ausleseströme zu erhalten. Die Auslese
erfolgt mittels fein segmentierter Elektroden mit typischerweise einigen hundert
Kanälen. Diese werden parallel, mit Wiederholungsfrequenzen
größer als 10 Hz ausgelesen.
Die Abbildung zeigt eine Ausleseelektrode mit 400 Kanälen.
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Kammer mit zweidimensionaler Auslese
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Eine Kammer mit zweidimensionaler Auslese wurde entwickelt um die verwendeten
Ionisationsflüssigkeiten zu testen und um Erfahrungen mit den
prinzipiellen Komponenten einer zukünftigen Monitorkammer zu gewinnen.
Die Appertur und der Kammerbehälter wurden für eine Anwendung mit
einem Multi-Leaf-Kollimator (ModuLeaf, MRC Systems GmbH, Heidelberg an einem Röntgenstrahl
eines Elektronenlinearbeschleuniger (PRIMUS, 6/15 MV, Siemens OCS, Concord,
Kalifornien, USA) am DKFZ optimiert. Die Appertur des Kollimators ist 70 x 84
mm2 groß. Die Strahleintritts- und Austrittsfenster sind aus
einem speziellen, inerten Plastikmaterial (VECTRA) gefertigt, welches mit
seiner niedrigen Kernladungszahl hinreichend transparent für
Röntgenstrahlung ist und gleichzeitig ausreichend flexibel ist, um
Temperatur- und Druckschwankungen Rechnung zu tragen.
Die Abbildung zeigt den Prototyp vor dem Befüllen mit
Ionisationsflüssigkeit.
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Der Elektrodenabstand wurde zu 5 mm gewählt, um das Signal zu maximieren
und gleichzeitig das elektronische Rauschen zu minimieren. Die Hochspannung
(bis zu 5 kV) wird an die Kathode, einem Nickelgitter, angelegt. Die
Elektrodenstruktur der Anode besteht aus Silber-Palladium-Leiterflächen auf
einem Keramiksubstrat. Die Auslesekanäle sind in Flucht mit den
Kollimatorblenden angeordnet und die Kanalgröße von 3.3 x 4.0
mm2 und der Abstand zwischen den Kanälen von 0.2 mm ist an die
Blendenbreite von 1.75 mm angepaßt. Die Positionen zweier benachbarter
Blenden werden mittels einer Kanalreihe kontrolliert. Die 400 Kanäle sind
von einer Erdungselektrode (ein rechteckiger Rahmen mit einer Breite von 3.5
mm) umgeben, um am Rand ein homogenes elektrisches Feld zu formen.
Eine schematische Ansicht einer Kammer mit zweidimensionaler Auslese ist rechts
dargestellt.
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Die Anoden liegen auf virtueller Erde. Jeder Kanal ist auf der Rückseite
der Keramikplatine mit einer Leiterbahn verbunden. Die Photographie zeigt das
Leiterbahnsystem mit dem die Signale zu vier Vakuumdurchführungen
geführt werden. Die Leiterbahnen haben eine Breite von 125 micron und eine
kleinste Annäherung von 250 micron.
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Die Kammer mit zweidimensionaler Auslese wurde erfolgreich mit Strahlung von
einer 60C-Quelle und einem Elektronenlinearbeschleuniger am DKFZ
getestet.
Das gemessene Bild eines asymmetrischen Kreuzes, welches durch einen
Multi-Leaf-Kollimator geformt wurde ist dargestellt. Die Kollimatorappertur
ist rechts oben gezeigt: Die breiten Arme sind 7 mm breit (entsprechend der
Breite von 4 Blenden) und die dünnen Arme sind 3.5 mm breit.
Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß die Kammer ein sehr stabiles
und homogenes Ausleseverhalten zeigt.
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Kammer mit dreidimensionaler Auslese
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Da die verwendeten Ionisationsflüssigkeiten ähnliche Eigenschaften
wie das menschliche Gewebe besitzen kann damit das Eindringen der Strahlung in
den Körper in einem Phantom vermessen werden.
Die Messung der Energiedeposition als Funktion der Tiefe in einem Medium
erfordert einen Monitor mit dreidimensionaler Auslese. Um diesen Ansatz zu
Überprüfen wurde eine Kammer mit vier Ausleseebenen gebaut. Jede
Ebene enthält 10 x 10 Kanäle mit den Abmessungen 2.5 x 2.5
mm2. Jeweils zwei Anodenebenen sind einander gegenüberliegend
angeordnet. Die Hochspannung wird über zwei Nickelgitter in der Mitte
zwischen zwei Ausleseebenen zugeführt. Der Abstand zwischen Nickelgitter
und Ausleseebenen wurde zu 4 mm gewählt.
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Die verwendeten Materialien und die Ausleseelektronik sind die gleichen wie
für die Kammer mit zweidimensionaler Auslese.
Die Photographie zeigt die Kammer mit vier Vakuumdurchführungen für
die Signale der 400 individuellen Kanäle, welche um das zentrale
Strahleintrittsfenster angeordnet sind.
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Der Aufbau der ersten beiden Ebenen der Kammer mit dreidimensionaler Auslese
ist gezeigt.
Erste Tests dieser Kammer wurden an einer 60C-Quelle des DKFZ
durchgeführt. Es konnte gezeigt werden, daß mit dieser Kammer ein
homogenes Ausleseverhalten erzielt werden kann. Um die Möglichkeit der
Messung des Bragg-Peaks zu verifizieren ist es geplant mit der Kammer Messungen
an einem 12C-Strahl bei der GSI in Darmstadt durchzuführen.
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