Investigations of a fluorescent nuclear track detector for use in therapeutic ion beams
Mit Fluoreszenzkernspurdetektoren (FKSD) auf der Basis von Al2O3:C,Mg-Einkristallen steht der Hadronentherapie eine neuartige Technologie zur Verfügung, um hochaufgelöst Teilchenfluenz zu bestimmen und Aussagen über die Strahlqualität zu treffen. Fluoreszenz (750 nm) von Fehlstellenkomplexen, proportional zur lokalen Energiedosis, wird hierbei mittels konfokaler Lasermikroskopie erfasst. Die Aufgabenstellung dieser Arbeit war die Integration von FKSD-Technologie in ein Medizinforschungsumfeld, weshalb erstmalig das Auslesen mittels eines kommerziellen Konfokal-Lasermikroskops (Zeiss LSM 710) - statt des speziell angefertigten Aufbaus der Herstellerfirma (Landauer, Inc., USA) - durchgeführt und standardisiert wurde. Auf Grund örtlicher Schwankungen (15-20 %) der Mikroskopempfindlichkeit wurde ein Korrekturprotokoll für die angestrebten quantitativen Messungen etabliert. Ein Sättigungseffekt konnte hierbei für Gammastrahlung bis 20 Gy in Wasser nicht beobachtet werden. Die Empfindlichkeit der Methode wurde bis hin zum Nachweis einzelner Sekundärelektronenspuren (270 MeV/u C-12) demonstriert. Zudem konnten Unterschiede im Projektilfragmentspektrum lateral einer 270 MeV/u Kohlenstoffion-Strahlachse aufgelöst werden. Messungen der radialen Bahnspur-Fluoreszenzverteilungen zeigten die durch Beugungsgrenze und Sättigungseffekte zu erwartenden Beschränkungen. Trotz der exzellenten Sensitivität ergaben Fluenzmessungen mit Hilfe automatischer Zählroutinen für Protonen und Kohlenstoffionen Abweichungen von bis zu 11.7 % vom Erwartungswert. Machbarkeitsstudien zur Messung der Strahlqualität wurden durchgeführt und der Einfluss unterschiedlicher Geometrien auf die Neutronenfluenz im Strahlhalo konnte festgestellt werden.
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