MedAustron Research Broschüre - AT-HU
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Med Austron Research Your co-operation partner for research EUROPEAN UNION European Regional Development Fund MedAustron MedAustron bietet sowohl Protonen als auch Kohlenstoffionen für Therapie und Forschung. Mit MedAustron entsteht in Wiener Neustadt eines der modernsten Therapie- und Forschungszentren des Landes, das sich auf die Behandlung von Krebs durch den Einsatz von Ionenstrahlen konzentriert. Inbetriebnahme: 2014 Patientenkapazität: 1200 pro Jahr Durch eine millimetergenaue Steuerung des Strahls und der Energieabgabe direkt im Tumor, weist die Ionentherapie – im Vergleich mit Photonen – höhere Erfolgsraten und wesentlich weniger Nebenwirkungen im gesunden Gewebe auf. Diese Therapie ist daher eine optimale Methode für die Behandlung von Augen-, Schädelbasis- und rückenmarksnahen Tumoren. Insbesondere krebskranke Kinder profitieren von einer Behandlung mit Ionen, da deren im Wachstum befindliches Gewebe sehr strahlenempfindlich ist. Die Protonentherapie ist mittlerweile eine etablierte Bestrahlungsform, die Therapie mit Kohlenstoffionen ist weltweit erst im Aufbau begriffen. Protonentherapie: > 50.000 behandelte Patienten weltweit in 27 Zentren Kohlenstoffionentherapie: > 5.000 behandelte Patienten weltweit in 3 Zentren MedAustron-Research Med MedAustron -Research MedAustron-Research MedAustron-Research soll ein nationales wie auch internationales Zentrum für die Forschung mit Ionenstrahlung werden. Ein modern ausgestattetes Zentrum wird zur Verfügung stehen. Modernste Infrastruktur ermöglicht Forschung in den Bereichen: Medizinische Strahlenphysik Strahlenbiologie Experimentalphysik In Zusammenarbeit mit Universitäten und Fachhochschulen wird MedAustron auch eine wesentliche Bedeutung als Ausbildungszentrum haben. Nationale und internationale Forscher aus Universitäten, Instituten und der Industrie Protonen, Kohlenstoffionen, optional andere Teilchenarten Mindestens 24 Forschungsplätze stehen zur Verfügung Beschleuniger B1 Die Beschleunigeranlage besteht aus drei Hauptsystemen, dem Injektor, dem Synchrotron und dem Hochenergie-Strahltransport (HEBT). Im Injektorbereich liefern vier Ionenquellen die gewünschte Art von Teilchen (Protonen, Kohlenstoffionen, evtl. andere Teilchenarten), diese werden durch den Linearbeschleuniger (Linac) vorbeschleunigt und in das Synchrotron geleitet. Dort werden die Teilchen auf die angeforderte Endenergie beschleunigt, um anschließend über den Hochenergie-Strahlentransport in die Bestrahlungsräume (B1-B4) gelenkt zu werden. B2 B3 Protonen Kinetische Teilchenenergie (min. – max.) Strahlintensität Extraktionszeit (min. – max.) Wiederholungsrate (max.) B4 60 – 800 ≤ 2 × 1010 0,1 – 10 1 MeV pro Spill s Hz Kohlenstoffionen Kinetische Teilchenenergie (min. – max.) 120 – 400 Strahlintensität ≤ 1 × 109 Extraktionszeit (min. – max.) 0,1 – 10 Wiederholungsrate (max.) 1 MeV/u pro Spill s Hz Strahlparameter Bestrahlungsräume Im MedAustron befinden sich vier Bestrahlungsräume. Drei sind primär für die Patientenbehandlung vorgesehen (B2, B3, B4). Beam-Scanning Max. Bestrahlungsfläche 20 cm x 20 cm Protonengantry © PSI Der Bestrahlungsraum B1 wird ausschließlich für den nichtklinischen Forschungsbetrieb genutzt. Er ist für eine Strahlenergie bis maximal 800 MeV konzipiert. Größe: 8 m x 12 m, 2 Isozentren. Strahlenbiologischer Experimentierplatz © GSI Die medizinischen Bestrahlungsräume stehen außerhalb des klinischen Betriebs auch für die nichtklinische Forschung zur Verfügung. Strahlzuführungen B1 und B2: B3: B4: Horizontalstrahl Horizontal- und Vertikalstrahl Protonengantry Weißbücher Internationale Experten zeigen in zwei Weißbüchern das Potential von MedAustron-Research auf. Sie geben Einblick in die vielfältigen Möglichkeiten der Forschung in dieser neuen Beschleunigeranlage. „Research Opportunities for Medical Radiation Physics and Radiation Biology“ „Physics Opportunities at MedAustron“ Die Bücher sind für interessierte Nutzer und neue Kooperationspartner von MedAustron gedacht. Sie können diese Bücher bestellen unter: [email protected] Drei Forschungsschwerpunkte Medizinische Strahlenphysik Strahlenbiologie Experimentalphysik Die nichtklinische Forschung unterstützt medizinische Ziele durch ein breites Spektrum an Forschungsprogrammen für Strahlenbiologie und medizinische Strahlenphysik. Zentrale Themen sind das Verstehen der biologischen und physikalischen Wirkungsmechanismen von Ionen, damit verbunden eine Verbesserung der Therapiekonzepte, sowie eine Weiterentwicklung und Verbesserung der Diagnose-, Planungs-, Positionierungs- und Therapiegeräte. Translationale Forschung „from-bench-to-bedside“ unter einem Dach Auf dem Gebiet der Experimentalphysik liefert die Beschleunigeranlage einen starken Impuls zum Ausbau der beschleunigerphysikalischen Forschung in Österreich. Interessierte WissenschaftlerInnen, wie auch beteiligte Institute werden erstmals in der Lage sein, vor Ort entsprechende Forschungsprogramme aufzubauen und dem wissenschaftlichen Nachwuchs Ausbildung und Training mit hochmodernen Technologien zu ermöglichen. Kooperationen können initiiert und der Austausch mit der internationalen Wissenschaftsgemeinschaft gefördert werden. Ausbau der Beschleunigerphysik in Österreich Dieses hochmoderne Forschungsinstrumentarium steht auch der Industrie für Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zur Verfügung. Medizinische Strahlenphysik Bestrahlungsplanung Der Fokus der strahlenphysikalischen Forschung im MedAustron-Research liegt auf der Weiterentwicklung und Verbesserung der Ionentherapie. Ziel ist eine Individualisierung der Strahlentherapie mit Verbesserung der Tumorkontrolle und Verringerung der Nebenwirkungen. Konventionelle (Photonen) und neue Strahlenarten (Ionen) werden systematisch untersucht und individualisierte Applikationen entwickelt. Infrastruktur im MedAustronResearch: Dosimetrielabor Softwareentwicklungsraum Mechanische Werkstätte großer Lagerraum Nutzungsmöglichkeit von vier Bestrahlungsräumen Wasserphantom Ausbildungsmöglichkeit von Medizinphysikern in Bezug auf die Fachanerkennung, die nach europäischer und nationaler Strahlenschutzgesetzgebung für Tätigkeiten in der Radioonkologie notwendig ist. Medipix Detector © CERN Medizinische Strahlenphysik Dosimetrie Typische Anwendungsbereiche der Dosimetrie in der Radioonkologie sind beispielsweise die Kalibrierung des Beschleunigers, patientenspezifische Qualitätssicherungsmaßnahmen oder die experimentelle Verifikation von (neuen) Dosisberechnungsalgorithmen. Die klinische Dosimetrie für die Ionentherapie hinkt in der Entwicklung der Dosimetrie von hochenergetischen Photonen und Elektronenstrahlen nach. Das trifft sowohl auf die fundamentalen Parameter (z.B. Massenstoßbremsvermögen, Ionisationsaufwand) als auch auf Dosimetrieprotokolle zur Ermittlung der Wasserenergiedosis bzw. die Beschleunigerkalibrierung zu. Es ist notwendig robuste und zuverlässige Detektoren für die mehrdimensionale Dosimetrie in gescannten Teilchenstrahlen zu entwickeln und deren Charakteristik für den klinischen Betrieb zu optimieren. Dosisberechnungs- und Optimierungsverfahren Moderne (semi-)analytische Algorithmen für die Dosisberechnung in menschlichem Gewebe beruhen teilweise auf Annahmen. Gewebeinhomogenitäten (Hohlräume, Lungengewebe, Knochen oder Prothesen) führen bei diesen Modellen zu Ungenauigkeiten in der Dosisberechnung. In der Ionentherapie ist die bestmögliche Berücksichtigung von Gewebeinhomogenitäten von besonderer Bedeutung, da diese einen direkten Einfluss auf die Reichweite im Gewebe haben. Monte-Carlo Simulationen stellen das leistungsstärkste Werkzeug dar, um diese Unsicherheiten in der Dosisberechnung zu minimieren und schnellere und genauere Dosisberechnungsalgorithmen zu entwickeln. Es besteht die Notwendigkeit der Erforschung von Modellen für Ionenarten, die ein großes Potential für zukünftige Anwendungen in der Radioonkologie besitzen, wie z.B. Helium, Lithium, Sauerstoff. Aufgrund der höheren biologischen Wirksamkeit von Ionen im Vergleich zu Photonen- und Elektronenstrahlung ist es für die Bestrahlungsplanung unumgänglich die physikalische Dosis in eine biologische Dosis umzuwandeln. Die dabei genutzten biologischen Modelle stellen derzeit einen der größten Unsicherheitsfaktoren dar. Die computerunterstützte Optimierung von Bestrahlungsplänen („Inverse Planung“) stellt ein Hauptthema in der Radioonkologie dar. Dabei werden Bestrahlungs- bzw. Beschleunigerparameter unter Berücksichtigung von physikalischen und geometrischen Randbedingungen sowie von patientenspezifischen Behandlungsvorgaben ermittelt. Medizinische Strahlenphysik Bestrahlungsplanung Vergleichende Bestrahlungsplanung ist die Methode der Wahl um den Stellenwert einer neuen Bestrahlungstechnik bzw. – methode zu bewerten. Da die Indikationsstellung in der Ionentherapie noch nicht gefestigt ist, gibt es hinsichtlich der vergleichenden Bestrahlungsplanung von neuen Ansätzen in der Ionentherapie ein großes und breites Betätigungsfeld. Es ist notwendig, die Verfahren zur biologischen Bildgebung weiter zu entwickeln, wie z.B. die Hypoxiebildgebung, und in die Bestrahlungsplanung zu integrieren. Für kombinierte Therapieansätze wie Photonentherapie mit nachfolgendem Protonenboost oder Protonentherapie mit nachfolgendem Kohlenstoffionenboost stellt die Bewertung des Summenplans eine Herausforderung dar. Die größte Schwierigkeit liegt dabei in der sich ändernden Anatomie bzw. Topographie des Patienten (durch Gewichtsverlust oder Tumorveränderung während der Therapie). Um diese Einflüsse berücksichtigen zu können, müssen Verfahren der deformierbaren Bildregistrierung weiterentwickelt werden, welche die Dosisinformation in den einzelnen Voxels („Voxeltracing“) in den unterschiedlichen Therapiesitzungen inkludieren und berücksichtigen. Positionierung und Organbewegung Der Erfolg einer strahlentherapeutischen Behandlung hängt unmittelbar mit zwei Faktoren zusammen, der geometrischen und dosimetrischen Präzision. Voraussetzung für die präzise Applikation zeitlich modulierter Fluenzverteilungen („Scanning“) bzw. hoher Strahlendosen auf definierte Zielvolumina ist die zuverlässige und reproduzierbare Patientenpositionierung. Experimentelle Testungen an Phantomen und anatomischen Modellen sind notwendig. Um die Position des Patienten und die Lage des Tumors bzw. auch der Organe in Bezug auf das Strahlenfeld überprüfen zu können, werden in neuen Ansätzen der Strahlentherapie bildgebende Systeme im Bestrahlungsraum verwendet („Bildgeführte Radiotherapie“). Anatomische und tumormorphologische Informationen von bildgebenden Systemen können zur Anpassung des Therapieplans an den Therapieverlauf verwendet werden, d.h. bei Veränderung des Tumors wird der Therapieplan adaptiert („Adaptive Radiotherapie“). In der Ionentherapie führen anatomische Veränderungen zu größeren Unsicherheiten als in der Photonentherapie: Unterschiedliche Organfüllzustände und Atembewegungen wirken sich unmittelbar auf die Dichte des durchstrahlten Gewebes aus, was wiederum direkten Einfluss auf die Reichweite der Ionen hat. Die konformaleren Dosisverteilungen in der Ionentherapie bewirken, dass Bestrahlungspläne empfindlicher gegenüber Lagerungsungenauigkeiten sind. Außerdem kann bei der Applikation von zeitlich veränderlichen Fluenzverteilungen ein unerwünschtes Zusammenspiel von gescannten Teilchenstrahlen und Organbewegungen auftreten. Daher sind Forschung und Entwicklung im Bereich der Bildgeführten Radiotherapie entscheidend, um die höhere physikalische und biologische Selektivität von Teilchenstrahlen optimal nutzen zu können. Medizinische Strahlenphysik In-situ Kontrolle der Dosisapplikation mit Ionenstrahlen Die Methoden zur Verifikation der Patientenpositionierung in der konventionellen Strahlentherapie sind für die Ionentherapie nicht aussagekräftig, da sie den therapeutischen Ionenstrahl nicht ideal in die Bildgebung integrieren. Die einzige derzeit erforschte On-line Methode zur In-vivo Bildgebung in der Ionentherapie nutzt die Positronenemitter, welche von den Ionen im Rahmen ihrer Wechselwirkung erzeugt werden: In-situ PET (Positronen-Emissions-Tomographie). Diese In-situ Verifikation von radioonkologischen Ionen stellt einen sehr breiten Forschungsbereich dar. Ein anderer Forschungsbereich der In-situ Kontrolle ist die Dosisverifikation unter Ausnutzung der erzeugten Einzel-Photonen und Protonen. Im Rahmen der Thematik In-situ Überwachung liefern alle angeführten Forschungsthemen (Dosimetrie, Dosisberechnung, Bestrahlungsplanung, Bildgestützte Radiotherapie) wichtige Beiträge bzw. Grundlagen. Technische Weiterentwicklung und Verbesserung bestehender Systeme Um die Standards der Photonentherapie zu erreichen, ist eine kontinuierliche Weiterentwicklung der existierenden Technologie und bestehenden Systeme für die Ionentherapie erforderlich (Patientenpositionierungssysteme, Dosimetriesysteme inklusive Datenerfassung und Auswertung, Bestrahlungsplanungssysteme, Algorithmen der medizinischen Bildverarbeitung). Qualitätssicherung Im Gegensatz zur Radiotherapie mit Photonen und Elektronen existieren für die Ionentherapie keine nationalen Richtlinien für Qualitätssicherung und Strahlenschutz. Die Entwicklung von dezidierten Qualitätssicherungsphantomen für die Ionentherapie und für entsprechende Ringversuche, die eine Überprüfung sowohl dosimetrischer als auch biologischer Endpunkte ermöglichen, ist daher außerordentlich bedeutend. Die Resultate solcher Ringversuche werden benötigt, um die Genauigkeit und die Gesamtunsicherheit in der Strahlanwendung ermitteln zu können. Des Weiteren sind Aspekte des Strahlenschutzes, wie beispielsweise die Neutronenbelastung des Patienten während der Ionentherapie wenig untersucht. Strahlenbiologie Die Strahlenbiologie, die die Wirkungen ionisierender Strahlen auf biologische Objekte untersucht, ist ein unverzichtbarer Begleiter im Umgang und der Anwendung neuer Strahlenarten. Zellkultur Kopfphantom © GSI Sie liefert auch im einzelnen Behandlungsfall und gerade außerhalb gesicherter Standards wertvolle Hilfestellungen, zum Beispiel bei der Abschätzung von Äquivalenzdosen oder der Interpretation von Nebenwirkungen. Zusätzlich sollen neue und zuvor unerforschte Behandlungskombinationen nicht nur mit klassischen Kombinationspartnern der Radiotherapie, wie etwa der Chemotherapie, sondern auch mit modernen Immunotherapien und/oder kleinen modulierenden Molekülen („targeted therapies“) untersucht werden. Es ist daher von Bedeutung, die Mechanismen und Konsequenzen neuer Therapieformen mit Protonen und Kohlenstoffionen im Menschen von der molekularen bis zur Organebene besser zu verstehen. Apoptose Infrastruktur im MedAustronResearch: Bestrahlungsraum Hauptlabor Chemielabor Zellkultur Kühlraum Lagerräume für biologische Proben Mechanische Werkstätte Strahlenbiologie Charakterisierung der biologischen Effekte Zwischen konventioneller (Photonen-) Therapie und neuartiger Ionenstrahltherapie gibt es neben einigen Gemeinsamkeiten auch grundlegende Unterschiede. Daher sind vergleichende Untersuchungen zu den Auswirkungen auf molekularer, zellulärer und systemischer Ebene (Toxizität, Zell- und Organschädigung), den Mechanismen des strahleninduzierten Zelltodes, den DNA-Reparaturmechanismen, der biologischen Mikrodosimetrie sowie weitere grundlegende Wirkungsmechanismen des eingesetzten Ionenstrahls (wie sie für die Photonentherapie bereits zum Teil bekannt sind) durchzuführen. Ein zentraler Aspekt der Grundlagenforschung wird die Generierung von RBW-Daten (RBW = Relative biologische Wirksamkeit) vor allem für Kohlenstoffionen sein, die in geeigneten biologischen Modellen erhoben werden müssen. Algorithmen, die die Dosis berechnen, müssen sowohl physikalische als auch biologische (klinische) Auswirkungen mitberücksichtigen, d.h. um zu biologisch homogenen Dosisverteilungen zu kommen, muss ein RBW-Modell in das Bestrahlungsplanungssystem inkludiert werden. Dieses Modell muss die relativ komplexe Abhängigkeit von verschiedensten Faktoren berücksichtigen (linearer Energietransfer, Dosis pro Fraktion, Projektilfragmentierung, Zell- oder Gewebetyp). Damit stellen diese Daten die zentrale Verknüpfung zwischen medizinischer Strahlenphysik und Strahlenbiologie dar, da sie zur Verifikation und Verbesserung der biologischen Dosisberechnungen für die Therapie beitragen. Modulierung molekularer Targets (Molekulares Targeting) Darunter versteht man die gezielte Beeinflussung der Aktivität von zellulären Zielstrukturen (z.B. Proteine, Gene) durch Zytokine, Antikörper oder kleine Moleküle. Durch Modulierung der Aktivität bestimmter essentieller Strukturen soll eine Steigerung der Strahlenempfindlichkeit von Tumoren erreicht werden. Zu den Zielstrukturen zählen unter anderem Gene und Proteine, die die DNS-Reparatur, den Zellzyklus, den Zelltod, den Oxidationsstatus, Entzündungsprozesse, Fibrosierung und Angiogenese, sowie das den Tumor umgebende Mikromilieu regulieren. Durch den Einsatz neuer Technologien hat das Wissen um potentielle intrazelluläre Zielstrukturen und deren biologische Funktion zuletzt rasch zugenommen, womit ein rationaler Zugang für die Erprobung entsprechender therapiemodulierender Strategien im Rahmen von MedAustron gegeben ist. Strahlenbiologie Biomarkerforschung Die Vorhersage der individuellen Strahlenempfindlichkeit und des Tumoransprechens ist ein vorrangiges Ziel der strahlenbiologischen Forschung. Daher gilt es, prädiktive Indikatoren für das Risiko von Normalgewebsreaktion und für das Ansprechen auf die Therapie zu entwickeln. Mithilfe funktioneller globaler Genexpressionsstudien oder durch globale Proteomexpressionsanalysen (basierend auf der DNS-Chip/Protein-Chip-Technologie) in Zelllinien, Tiermodellen und vor allem aus Patientenproben kann nach spezifischen Markern gesucht werden, die es ermöglichen, vor Beginn der Strahlentherapie das individuelle Nebenwirkungsrisiko sowie die Vorhersage des Tumoransprechens eines jeden Patienten auf molekularer Ebene zu bestimmen. Diese Daten sind bisher überwiegend in Zusammenhang mit Photonenbestrahlung erhoben worden. Ein wesentlicher Forschungsschwerpunkt in MedAustron-Research wird daher die Erforschung neuer Biomarker für die Protonen- und Kohlenstoffionentherapie sein. Neue Kombinations-Therapien In den beiden letzten Jahrzehnten sind Fortschritte in der Krebstherapie im Wesentlichen durch die Kombination von Chirurgie, Chemotherapie bzw. Immuntherapie und Bestrahlung (Radio-Chemotherapie, Radio-Immunotherapie) erzielt worden. Diese Kombinationstherapien führen bei bestimmten Tumoren zu einer deutlichen Verbesserung von Tumorkontrolle und Überleben. Hierbei spielen Proliferations- und Zellzyklusregulation, DNS-Schadensreparatur, Wachstumsfaktoren (Zytokine) und deren Oberflächenrezeptoren und Proteinkinasen eine entscheidende Rolle. Die Kenntnis der molekularen Wirkmechanismen der Pharmakotherapeutika und ihrer Interaktion mit Strahlung sind eine wesentliche Voraussetzung für eine effektive Weiterentwicklung der kombinierten Behandlungsmodalität. Weltraumforschung Interessante Forschungsaspekte für MedAustron-Research eröffnen sich im Bereich der Weltraumforschung. Protonen und Kohlenstoffionen, die im MedAustron zur Verfügung stehen, stellen bedeutende Ionenkomponenten auch des solaren und kosmischen Spektrums dar und ermöglichen das Studium der Auswirkungen der Strahlung, der Astronauten ausgesetzt sind. Entsprechende Fragestellungen drehen sich unter anderem um genetische Veränderungen, Reaktionen des Gewebes auf Strahlung, Spätfolgen (hier vor allem die Karzinogenese) sowie um den Einsatz von Modulatoren der Strahlenempfindlichkeit. Experimentalphysik Infrastruktur im MedAustronResearch: Bestrahlungsraum mit zwei Isozentren Vorbereitungsraum Abklingraum Zwei große Lagerräume Mechanische Werkstätte RF-Labor Elektroniklabor Reinraum Obwohl die Experimentalphysik keine für ihre Anwendungen optimierten Strahlparameter und maximal verfügbaren Strahlintensitäten vorfindet, stellt die Erhöhung der Protonenenergie auf 800 MeV einen Kompromiss dar, der den Experimentalphysikern wertvolle Forschungsmöglichkeiten eröffnet (Detektorentwicklung, Protonenstreuung, Materialforschung). In den großen Kern- und Teilchenforschungszentren sind Strahlzeiten allgemein sehr eingeschränkt verfügbar und häufig großen Experimenten vorbehalten. MedAustronResearch kann hier eine entscheidende Verbesserung bewirken, indem wertvolle Strahlzeit zur Verfügung gestellt wird. Detektormodul © CERN Target Chamber © PSI Ausbildungsmöglichkeiten in verschiedenen physikalischen Spezialgebieten: Experimentelle Kernphysik, Detektorphysik und Beschleunigerphysik. Bestrahlungsproben © Kooperation TU Bratislava, GSI Experimentalphysik Detektorentwicklung und -tests Der wissenschaftliche Fortschritt in der Kern- und Teilchenphysik ist sehr stark von der Entwicklung und der ständigen Verbesserung der Detektortechnologie abhängig. MedAustron kann zu diesen Fortschritten als Teststrahlanlage beitragen. Um optimale Detektorantwortsignale bei Tests zu erzielen, besteht eine klare Präferenz für die am höchsten erreichbaren Protonenenergien. 800 MeV werden als geeignete untere Grenze angesehen. Halbleiter-, Gas- und Szintillationsdetektoren können bei MedAustron getestet werden, wobei die räumliche Auflösung nur durch das Maximum der Strahlenergie begrenzt ist. Der Energiebereich, der bei MedAustron zur Verfügung steht, ist für das Testen von Kalorimetern, die in der Kernphysik Verwendung finden, interessant. Bestrahlungsuntersuchungen sind bei MedAustron für einen integrierten Fluss von bis zu 1014 Teilchen pro Quadratzentimeter innerhalb einer Laufzeit von etwa einem Tag möglich. Geschwindigkeits- und Sättigungstests von Detektoren und zugehöriger Elektronik sind mit Ereignisraten möglich, die vergleichbar sind mit jenen, die bei den innersten Detektoren von Hochluminositätsbeschleunigern erwartet werden. Protonenstreuexperimente Der Protonenstrahl mit Energien von bis zu 800 MeV bietet interessante Bedingungen für eine Protonenstreuanlage. Er erlaubt eine Vielzahl an Untersuchungen – von der Kernstruktur bis zur Hochenergiephysik. Die geringe Strahlintensität ermöglicht zwar keine Konkurrenz zu modernen Kernphysikanlagen, die Protonenstreuanlage bei MedAustron punktet jedoch durch wertvolle Strahlzeit für Experimente. Eine vielversprechende Anwendung für eine Protonenstreuanlage ist die Messung der derzeit nur unbefriedigend genau bekannten Kernradien über die bei hohen Energien auftretende FraunhoferBeugung. Die Möglichkeit der variablen Protonenenergien von 60 MeV bis 800 MeV ist im Speziellen für systematische Untersuchungen der Proton-Proton- und der Proton-Kernstreuung interessant. Experimentalphysik Materialforschung Höhere Protonenenergien verbessern die Auflösungsqualität der Protonen-Computertomografie aufgrund der dadurch verringerten Coulomb-Vielfachstreuung. Eine derartige Hochenergieprotonen-Computertomografie könnte bei MedAustron entwickelt und angewendet werden. Der Kohlenstoffionenstrahl könnte auch zur Realisierung einer „single-hit“ Mikrosonde verwendet werden, wodurch Festkörper für physikalische Flächenveränderungen mit lokalen Abmessungen im Nanometerbereich entlang der Ionenweglänge vorbereitet werden. Die spezielle Ausstattung, die für die Bereitstellung von „Strahlen“ mit einzelnen Ionen erforderlich ist, ist auch für kommerzielle Anwendungen von höchstem Interesse, z.B. bieten Nanokanäle in Ionenspurgeätzten Polymermembranen ein breites Spektrum von Möglichkeiten in der Biotechnologie. Sie sind geeignet zur Detektion von Biomolekülen und stellen hochselektive molekulare Filter dar. Für die Weltraumforschung sind neben der Strahlenwirkung auf den Menschen auch das Verhalten von mikroelektronischen Bauteilen bei Beschuss mit Teilchen und die Abschirmeffekte des Materials im Raumschiff von Interesse. Beispielsweise schirmen Materialien mit hohem Wasserstoffgehalt und geringer Atommasse die Weltraumstrahlung effizienter ab als Aluminium. Leichte Targetkerne fördern die Fragmentierung schwerer geladener Teilchen und minimieren die Entstehung sekundärer Neutronenstrahlung. Strahlenschutz und Dosimetrie Die Strahlqualität, die bei MedAustron zur Verfügung steht, erlaubt Dosimetrieuntersuchungen in verschiedenen Gebieten. Attraktive Bereiche sind die Festkörpernanodosimetrie basierend auf Thermolumineszenz und Simulationen von Komponenten der kosmischen Strahlung wie solare Protonenereignisse im Energiebereich von einigen hundert Megaelektronenvolt. Ein Beispiel für angewandte Forschung ist die Entwicklung von Halbleiter-Mikrodosimeter für die Protonen- und Schwerionentherapie. Erdgeschoss EINGANG Forschung Forschung Therapie EINGANG Lichthof Lichthof Lichthof Lichthof Lichthof Therapie Anlieferung Lichthof Lichthof Lichthof Strahlenbiologie Medizinische Strahlenphysik Experimentalphysik Bestrahlungsraum Forschung B1 und Kontrollraum Medizinische Bestrahlungsräume B2- B4 Büros, Besprechung, etc B2 B1 Beschleuniger B3 B4 Untergeschoss Wirtschaftshof Büros, Sanitärräume Lichthof Lichthof Experimentalphysik 2 Lagerräume Mechanische Werkstätte, RF-Labor, Reinraum, Elektroniklabor, synergetisch genutzt Wissenscha�liche Berater Medizinische Strahlenphysik Ao. Univ.-Prof. DI Dr. Dietmar Georg Univ.-Klink für Strahlentherapie Abteilung für med. Strahlenphysik Medizinische Universität Wien Strahlenbiologie Ao. Univ.-Prof. Dr. Edgar Selzer Univ.-Klinik für Strahlentherapie Abteilung für Strahlenbiologie Medizinische Universität Wien Experimentalpysik Univ. Prof. DI Dr. Gerald Badurek Dekan der Fakultät für Physik Technische Universität Wien Dkfm. Theodor Krendelsberger CEO Dr. Ingeborg Zeh Scien�fic Coordinator Für den Inhalt verantwortlich: PEG MedAustron GmbH T +43 (0) 2622 90878-0 F +43 (0) 2622 90878-199 E [email protected] I www.medaustron-research.at Viktor Kaplan-Straße 2 A-2700 Wiener Neustadt
