Die Beschleunigeranlage: Von der Ionenstrahlquelle bis zum Patienten

Die Erzeugung und erste Beschleunigung der Teilchen erfolgt in den Ionenquellen, jeweils eine für Protonen und Kohlenstoff. Aus Gasmolekülen werden positiv geladene Atome, sogenannte Ionen, erzeugt. Zur Gewinnung von Protonen wird Wasserstoffgas und zur Gewinnung von Kohlenstoff Ionen Kohlendioxid verwendet. Die Ionen werden dann mit einer Hochspannung von 24 Tausend Volt extrahiert, beschleunigt und in der folgenden Strahlführung separiert, so dass ein sortenreiner Strahl entsteht. Der Strahltransport erfolgt wie im restlichen Beschleuniger im Vakuum, damit Strahlverluste vermeiden werden.

Der zweite Beschleunigungsabschnitt besteht aus zwei Hochfrequenz-Beschleunigungsstufen. In diesen sogenannten Kavitäten sorgen hochfrequente elektrische Felder für die Beschleunigung des Strahls auf etwa 12% der Lichtgeschwindigkeit. Elektromagnete dienen dabei der Führung und Bündelung (Fokussierung) der Teilchen.

Aus dem Linearbeschleuniger kommend zwingen zwölf 30°-Magnete den Ionenstrahl auf eine Kreisbahn. Innerhalb einer Sekunde und während etwa einer Million Umläufe wird die Geschwindigkeit der Ionen auf über 70 % der Lichtgeschwindigkeit erhöht. Der Beschleunigungsprozess kann bei verschiedenen Geschwindigkeiten respektive Energien gestoppt werden. Damit lässt sich die Eindringtiefe des Strahls im Gewebe steuern.

Auf dem Weg zum Behandlungsraum: Innerhalb einer Vakuumröhre wird der Therapiestrahl von Elektro-Magneten geführt und fokussiert und gelangt schließlich zu dem gewünschten Behandlungsplatz.