Flugzeitspektrometer

  Flugzeitspektrometer Urheberrecht: Medizinphysikgruppe Aufbau des Flugzeitspektrometers (Geant4 Simulation).

Bei einer Krebstherapie mit Teilchenstrahlung kommen neben den physikalisch sehr gut verstandenen elektromagnetischen Wechselwirkungen der Strahlteilchen mit dem Gewebe des Patienten auch Kernreaktionen vor. Diese sind gerade in dem für die Strahlentherapie relevanten Energiebereich von einigen 100 MeV pro Nukleon nur unzureichend verstanden und ihre Wirkungsquerschnitte nur relativ ungenau bekannt. In der Behandlungsplanung, die einer jeden Patientenbestrahlung vorausgeht, werden sie derzeit meist gar nicht berücksichtigt. Aus diesem Grund entwickelt unsere Arbeitsgruppe ein Flugzeitspektrometer, mit welchem zunächst die Reaktion von Protonen mit Kohlenstoff untersucht und die Wirkungsquerschnitte mit einer Genauigkeit von 10% bestimmt werden soll.

Das Flugzeitspektrometer vermisst die bei einer Kernreaktion im Target entstehenden Fragmente. Diese Reaktionsprodukte müssen identifiziert werden, um aus allen Fragmenten eines Ereignisses die zugrundeliegende Reaktion zu rekonstruieren. Durch Zählung der verschiedenen Reaktionen können deren Wirkungsquerschnitte berechnet werden. Um jedes Fragment durch seine Massen- und Kernladungszahl zu identifizieren, werden seine Flugzeit, sein Energieverlust in Materie und seine kinetische Energie gemessen.

Dazu werden Szintillationsdetektoren verwendet, die mit Photodioden oder Silizium-Photomultipliern (SiPMs) ausgelesen werden. Diese Detektoren werden an unserem Institut in Zusammenarbeit mit den Werkstätten entwickelt. Zeitgleich wird der gesamte Aufbau in Geant4 simuliert, um den Detektor zu modellieren und die gemessenen Wirkungsquerschnitte mit denen der Simulation vergleichen zu können.

 
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