Bragg-Kurve

Beim Durchgang durch Materie ionisieren schnelle, geladene Teilchen die Atome oder Moleküle, auf die sie treffen. Dabei verlieren sie schrittweise Energie. Meistens steigt der Energieverlust pro Wegeinheit während des Weges, den das Teilchen zurücklegt, an. Die Kurve, die dies beschreibt, heißt Bragg-Kurve, benannt nach William Henry Bragg.

Braggkurve von 5,49 MeV Alphateilchen in Luft

Kurz vor dem Ende des Weges durchläuft der Energieverlust ein Maximum (Bragg-Peak), und fällt dann abrupt auf (fast) Null ab. Dies ist von großer praktischer Bedeutung bei der Partikeltherapie. Wichtig hierbei ist, dass die Teilchen durch die vielen Wechselwirkungen nur minimal abgelenkt werden und ihre ursprüngliche Bahnspur beibehalten. Nur durch Erfüllung dieser Bedingung wird die Energie in einem gewünscht geringen Volumen deponiert. Diese Bedingung ist unter anderem bei Elektronen auf Grund ihrer geringen Masse nicht gegeben, da die Energie im Volumen verstreut deponiert wird (der Bragg-Peak ist verschwommen).

Das Bild zeigt, wie der Energieverlust pro Weglängeneinheit, das Bremsvermögen und damit die Ionisationsdichte der Alphateilchen während des Weges in Luft zunimmt, bis sie das Maximum erreicht. 5,49 MeV ist die Energie der Alphastrahlung des natürlichen Radongases (Radon-222), das überall vorkommt, wo es Granit im Boden gibt.

Tiefendosiskurven von unterschiedlichen Strahlenqualitäten zur Verdeutlichung des Bragg-Peaks

Im zweiten Bild sieht man, wie die (rote) Bragg-Kurve bei einem Protonenstrahl von 250 MeV aussieht, der von einem Teilchenbeschleuniger erzeugt wird, wie er für die Strahlentherapie von großer Bedeutung ist. Hier ist die Ionisationsdosis über der Eindringtiefe in menschlichem Gewebe aufgetragen. Der Bragg-Peak ist hier sehr schmal; das bedeutet, dass der Effekt der Bestrahlung auf den Tumor konzentriert werden kann, ohne das umgebende Gewebe allzu sehr zu belasten.

Die blaue Kurve zeigt, wie der Bragg-Peak verbreitert werden kann (z.B. durch Variation der Beschleunigerenergie), so dass ein größeres Tumorvolumen bestrahlt wird.

Die pinke Kurve schließlich zeigt etwas grundsätzlich anderes, nämlich die Absorption von Gammastrahlung (hochenergetischer Röntgenstrahlung): hier gibt es keinen Bragg-Peak, vielmehr verläuft die Intensitätsabnahme nach einem Dosisaufbaueffekt in einem weiten Bereich exponentiell.

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