Chromatisches Energiefilter
Die Erfindung betrifft eine Energiefiltervorrichtung für Strahlung, insbesondere eine Energiefiltervorrichtung für Teilchenstrahlung bevorzugt geladener Teilchen, die zumindest eine Fokussierungseinrichtung sowie zumindest eine Strahlungsseparationsvorrichtung aufweist. Weiterhin betrifft die Erfin- dung eine Teilchenstrahlungsquelle, insbesondere eine Teilchenstrahlungsquelle zur Bereitstellung von Teilchenstrahlung mit bestimmten Energien, die zumindest eine Targeteinrichtung, insbesondere zumindest eine Laser- Targeteinrichtung, sowie zumindest eine Energiefiltervorrichtung aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur energieabhängigen Filte- rung von Strahlung, insbesondere von Teilchenstrahlung bevorzugt geladener Teilchen. Darüber hinaus betrifft die Erfindung die Verwendung einer energieabhängigen Fokussierungseinrichtung zur energieabhängigen Filterung von Strahlung insbesondere von Teilchenstrahlung.
In der Technik tritt in vielen Gebieten manchmal die Notwendigkeit auf, bei einem Signal lediglich bestimmte Teile des Signals hindurch zu lassen, andere Teile des Signals jedoch vom Signal abzuspalten. Derartige Vorrichtungen werden gemeinhin als Filter bezeichnet.
Beispielsweise ist es manchmal erforderlich, von einer Eingangsstrahlung, welche ein breites Energiespektrum aufweist, lediglich einen bestimmten Energiebereich durch das Filter hindurch zu lassen, andere Energiebereiche der zu bearbeitenden (zu„filternden") Strahlung jedoch abzuspalten. Eine derartige Filtereinrichtung für Strahlung wird typischerweise als Energiefilter bezeichnet. Zum Teil ist auch von Frequenzfiltern die Rede, wobei sich über die sogenannte De Broglie-Beziehung die Energie von Strahlung in eine Frequenz umrechnen lässt, und umgekehrt. Dies betrifft nicht nur Photonenstrahlung, sondern insbesondere auch Teilchenstrahlung (auch Korpusku- larstrahlung genannt).
Insbesondere in der Teilchenbeschleunigertechnik erweist es sich regelmäßig als erforderlich, bestimmte Energiebereiche durch einen Energiefilter hindurch zu lassen, während andere Energiebereiche durch das Filter aus- gefiltert werden sollen. Dies betrifft nicht nur ungeladene Teilchen, sondern vor allem auch geladene Teilchen (beispielsweise Elektronen, Protonen und Schwerionen, bzw. ganz allgemein geladene und/oder ungeladene Leptonen und/oder Hadronen). Die Teilchenbeschleunigertechnik hat sich zwischenzeitlich von der reinen (Grundlagen-)Forschung fortentwickelt und wird zwi- schenzeitlich in manchen Gebieten routinemäßig verwendet. Rein beispielhaft sollen hier Elektronenschweißverfahren, insbesondere aber auch die medizinische Anwendung von Teilchenstrahlung, wie beispielsweise in der Krebstherapie, genannt werden. Insbesondere in der Krebstherapie haben sich Ionen, speziell Schwerionen (beispielsweise Kohlenstoffionen, Sauerstoff ionen, Neonionen, Stickstoffio-
nen und dergleichen) als überaus vorteilhaft erwiesen, da derartige Schwerionen einen ausgeprägten Bragg-Peak aufweisen, und es somit möglich ist, eine bestimmte Strahlungsdosis nicht nur in einer x-y-Richtung fokussiert einzubringen, sondern den Dosiseintrag auf einen bestimmten Tiefenbereich (z-Richtung) zu begrenzen.
Bislang werden derartige Teilchenstrahlen (also insbesondere Schwerionen- Teilchenstrahlen) zur Anwendung typischerweise unter Verwendung von Linearbeschleunigern, Teilchenzyklotrons und/oder Teilchensynchotrons er- zeugt. Der apparative Aufwand derartiger Teilchensynchotrons ist jedoch relativ groß, sodass Bestrebungen im Gange sind, den Aufwand zu verkleinern. Darüber hinaus weisen Teilchenstrahlen, die von Linearbeschleunigern, Zyklotrons bzw. Synchotrons erzeugt werden, gewisse physikalische Nachteile auf. Weiterhin sind derartige Beschleuniger im Verhältnis zur er- zeugten Teilchenmenge sehr groß und wenig energieeffizient, was entsprechend hohe Installation- und Betriebskosten zur Folge hat.
Ein Vorschlag für eine alternative Erzeugungsmöglichkeit von Teilchenstrahlen, insbesondere Schwerionen-Teilchenstrahlen, besteht in der Erzeugung der Teilchenstrahlen mittels Laser. Dabei wird ein hochenergetischer Laser auf eine dünne Folie geleitet. Der eigentliche Beschleunigungsvorgang der Ionen findet unmittelbar hinter der dünnen Folie statt, die auf der Vorderseite von dem Laserlicht mit extrem hoher Leistungsdichte (typischerweise im Bereich von 1021 Watt/cm2) bestrahlt wird. Die dadurch in der Folie deponierte Wärmeenergie bewirkt die Beschleunigung der Ionen durch thermische Bewegungseffekte.
Insbesondere bei diesem vorgeschlagenen Beschleunigerkonzept treten - unterschiedlich von den Eigenschaften bei Teilchensynchotrons bzw. Linear- beschleunigern - Ionen auf, die von einer im Wesentlichen punktförmigen Ausgangsposition bündeiförmig nach außen frei gesetzt werden. Darüber
hinaus tritt ein überaus breites Spektrum unterschiedlichster Teilchenenergien auf. Es ist also wünschenswert, das winkelförmig aufgefächerte Strahlungsbündel zu fokussieren und darüber hinaus die nutzbaren Energien aus- zufiltern. Besonders bevorzugt wäre es insbesondere auch, wenn die Filte- rung variabel wäre, um so eine Tiefenmodulation bei der Bestrahlung von Material (beispielsweise Gewebe eines Patienten) auf einfache Weise realisieren zu können.
Es hat sich gezeigt, dass bisherige Konzepte zur Energiefilterung von Strah- lung von Teilchenstrahlung in der Regel größere Defizite aufweisen, insbesondere dann, wenn diese zusammen mit Laser-Targetfolien- Teilchenbeschleunigern verwendet werden.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Energiefiltervorrichtung für Strahlung, insbesondere eine Energiefiltervorrichtung für Teilchenstrahlung bevorzugt geladener Teilchen vorzuschlagen, welche gegenüber bekannten Energiefiltervorrichtungen verbessert ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Teilchenstrahlungsquelle, insbesondere eine Teilchenstrahlungsquelle zur Bereitstellung von Teilchenstrahlung mit bestimmten Energien vorzuschlagen, welche gegenüber bekannten Teilchenstrahlungsquellen verbessert ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein gegenüber bekannten Verfahren verbessertes Verfahren zur energieabhängigen Filterung von Strahlung, insbesondere von Teilchenstrahlung bevorzugt von geladenen Teilchen vorzuschlagen.
Es wird vorgeschlagen, eine Energiefiltervorrichtung für Strahlung, die zumindest eine Fokussierungseinrichtung sowie zumindest eine Strahlungsse- parationsvorrichtung aufweist, derart auszubilden, dass die zumindest eine Fokussierungseinrichtung als energieabhängige Fokussierungseinrichtung ausgebildet ist. Bei der Energiefiltervorrichtung für Strahlung kann es sich insbesondere um eine Energiefiltervorrichtung für Teilchenstrahlung han-
dein. Bei der Teilchenstrahlung kann es sich bevorzugt um geladene Teilchen handeln. Bei den Teilchen kann es sich insbesondere um geladene und/oder ungeladene Teilchen, wie beispielsweise um geladene/ungeladene Leptonen und/oder um geladene/ungeladene Hadronen handeln. Rein bei- spielhaft sollen an dieser Stelle Elektronen, Protonen, Mesonen, Pionen, Neutrinos, Antiprotonen, Ionen und/oder Moleküle, beispielsweise Ionen von Wasserstoff, Helium, Stickstoff, Sauerstoff, Kohlenstoff, Neon, genannt sein. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass ein Gemisch von unterschiedlichen Ionen und/oder sonstigen Teilchen, insbesondere der vorgenannten Teilchen, genutzt wird. Die Energiefiltervorrichtung kann dabei in beliebiger Weise eine Filterfunktion durchführen. Insbesondere ist es denkbar, dass lediglich Ionen in einem bestimmten Energieintervall durchgelassen werden. Das Energieintervall kann dabei zweiseitig geschlossen sein, aber auch nur einseitig geschlossen sein (also beispielsweise derart, dass lediglich Teil- chen bis zu einer bestimmten Energie oder umgekehrt Teilchen oberhalb einer bestimmten Energie durchgelassen werden). Auch ist es möglich, dass nicht nur Ionen in einem bestimmten Energiebereich durchgelassen werden, sondern umgekehrt Ionen in einem bestimmten Energiebereich ausgefiltert werden, während Ionen in allen anderen Teilchenenergien hindurch gelas- sen werden. Selbstverständlich muss sich die Filterung nicht nur auf einen einzelnen Bereich beschränken, sondern es können auch mehrere Durch- lass-Fenster und/oder Sperr-Fenster vorgesehen werden. Weiterhin können die Filterkurven eine im Wesentlichen beliebige„Formgebung" aufweisen. Es kann sich also beispielsweise um Rechteck-Filterkurven handeln, die gege- benenfalls einseitig und/oder zweiseitig„abgeflacht" und/oder„verschmiert" sind. Auch kann es sich beispielsweise um eine gauss-artige Filterkurve handeln. Insbesondere kann es sich auch um eine gauss-förmige Filterkurve mit einem„flachen Mittelstück" („Fiat-Top") handeln. Auch Mischformen unterschiedlicher Filterkurven sind selbstverständlich denkbar. Unter einer Fo- kussierungseinrichtung können insbesondere im Wesentlichen beliebige Einrichtungen verstanden werden, welche zumindest zeitweise und/oder zumin-
dest bereichsweise eine gewisse Zusammenführung (insbesondere im Sinne einer Sammellinse) ermöglichen. Insbesondere können es die Fokussie- rungseinrichtungen ermöglichen, zumindest einen bestimmten Teil einer insbesondere aus Ionen bestehenden Strahlung, der von einer punktförmigen Quelle ausgeht,„in ein paralleles Strahlenbündel" zu überführen und/oder ein„paralleles Strahlenbündel" auf einen Fokuspunkt (oder auf mehrere Fokuspunkte) zu konzentrieren. Dies umfasst insbesondere auch die Möglichkeit, dass die von einer punktförmigen Quelle ausgehende Strahlung derart gebeugt wird, dass sie auf einen anderen Fokuspunkt (bzw. auf mehrere Fo- kuspunkte) gebündelt wird. Wie bereits erwähnt muss diese Bündelungswirkung nicht notwendigerweise„vollständig" sein, sondern sie kann sich insbesondere auf bestimmte Energiebereiche, auf bestimmte örtliche Bereiche der Fokussierungseinrichtung und dergleichen beschränken. Dieses„Beschränken" umfasst einerseits die Möglichkeit, dass beispielsweise der Fokuspunkt (bzw. mehrere Fokuspunkte) für unterschiedliche Energien und/oder für unterschiedliche räumliche Bereiche„wandern" und/oder dass in bestimmten räumlichen Bereichen und/oder bei bestimmten Energien keine Fokussie- rungswirkung möglich ist. Unter einer Strahlungsseparationsvorrichtung kann an sich eine beliebige Vorrichtung verstanden werden, welche die Strahlung auf eine bestimmte Weise separiert. Hierbei kann es sich um einen„Teilungsvorgang" handeln, der Art, dass die beiden (bzw. mehrere) Teilbereiche in unterschiedliche Richtungen gelenkt werden. Ebenso ist es auch denkbar, dass die beiden (bzw. mehrere) unterschiedlichen Teilbereiche unterschiedlich stark abgeschwächt (gedämpft; absorbiert) werden (einschließlich der Möglichkeit, dass Teilbereiche quasi nicht abgeschwächt werden, während andere Teilbereiche quasi vollständig bzw. auf ein vernachlässigbares Niveau abgeschwächt werden). Selbstverständlich ist auch an eine anderweitige Behandlung zu denken, wie beispielsweise das Leiten eines bestimmten Frequenzbereichs in einen Frequenzvervielfacherbereich hinein oder der- gleichen. Unter einer energieabhängigen Fokussierungseinrichtung ist insbesondere zu verstehen, dass die Fokussierung für unterschiedliche Ener-
gien der Strahlung auf unterschiedliche Weise erfolgt. Dies kann - im Sinne der obigen Erläuterungen - dahingehend zu verstehen sein, dass beispielsweise eine Fokussierung für unterschiedliche Energien an unterschiedlichen Orten (gegebenenfalls auch an mehreren Orten) erfolgt. Auch ist es möglich, dass insbesondere für bestimmte Energiebereiche keine Fokussierung erfolgt, wohingegen für andere Energiebereiche eine derartige Fokussierung erfolgt bzw. erfolgen kann. Durch die vorgeschlagene„Kombinationswirkung" von Fokussierung einerseits und energieabhängiger Fokussierung andererseits ist es möglich unter Rückgriff auf die gleichen Komponenten (bzw. un- ter Rückgriff auf manche - gegebenenfalls gemeinsam ausgebildete - Teilkomponenten) sowohl eine Fokussierung der Strahlung als auch einen Filtervorgang durchzuführen. Dadurch kann einerseits der Gesamtaufwand für die Energiefiltervorrichtung verringert werden. Andererseits kann durch die geringere Anzahl an Komponenten sowohl Energie gespart werden, als auch typischerweise (unerwünschte) Abbildungsfehler verringert werden. Weiterhin kann in der Regel die Gesamtgröße der Vorrichtung gegebenenfalls auch deutlich verringert werden. Die energieabhängige Fokussierungswirkung der energieabhängigen Fokussierungseinrichtung kann gegebenenfalls - als Analogon zur Optik - mit dem Begriff „chromatische Fokussierung" bzw. „chromatische Aberration" bezeichnet werden. Die bereits erwähnte„Kombinationswirkung" erweist sich insbesondere im Zusammenhang mit Komponenten, bei denen beide„Effekte" genutzt werden müssen, als besonders vorteilhaft. Rein beispielsweise sind hier Laser-Target-Teilchenbeschleuniger zu nennen, bei denen einerseits eine Fokussierung der strahlenförmig von einer punktförmigen Quelle ausgehenden Teilchenstrahlung erforderlich ist, insbesondere um eine effektive Ausbeute der vom Laser-Target- Teilchenbeschleuniger erzeugten Strahlung zu realisieren (und um damit eine akzeptabel hohe Emittanz der Anlage realisieren zu können), andererseits auch eine Energiefilterung durchzuführen, da bei solchen Laser-Target- Beschleunigern funktionsbedingt eine extrem breite Energiestreuung vorhanden ist.
Es wird vorgeschlagen, die Energiefiltervorrichtung mit genau einer und/oder mit genau zwei Strahlenseparationseinrichtungen auszubilden. Erste Rechnungen haben ergeben, dass erstaunlicherweise sowohl für ein Filter, wel- ches lediglich Energien oberhalb bzw. unterhalb einer bestimmten Grenzenergie (wobei der Übergang an der Grenzenergie „fließend" sein kann) durchlässt, als auch für Energiefiltervorrichtungen, die einen bzw. mehrere Energiebereiche hindurch lassen (bzw. blockieren) bereits eine einzelne, gegebenenfalls auch zwei Strahlungsseparationsvorrichtungen vollauf für die durchzuführende Aufgabe ausreichend sind. Durch die geringe Anzahl an Strahlungsseparationsvorrichtungen können die Komplexität, die Größe und die Kosten für die Energiefiltervorrichtung reduziert werden. Darüber hinaus verhält es sich in der Regel auch so, dass eine geringere Anzahl von Komponenten (insbesondere von Strahlungsseparationsvorrichtungen) typi- scherweise zu einer verbesserten Ausgangsqualität der gefilterten Strahlung führt, da typischerweise weniger Fehlergrößen in die „Aufarbeitung" der Strahlung einfließen. Dementsprechend kann sich ein derartiger Aufbau als besonders vorteilhaft erweisen. Weiterhin wird vorgeschlagen, dass bei der Energiefiltervorrichtung zumindest eine veränderliche Strahlungsseparationsvorrichtung und/oder zumindest eine verschiebbar angeordnete Strahlungsseparationsvorrichtung vorgesehen werden/wird. Bei einer Verschiebbarkeit der Strahlungsseparati- onsvorrichtung kann es sich dabei insbesondere um eine Verschiebbarkeit in Richtung der„optischen Achse" der Energiefiltervorrichtung handeln. Dies ist insbesondere deshalb vorteilhaft, da durch eine derartige Längsverschiebung unterschiedliche„Fokussierungspunkte" angefahren werden können, und hierdurch unterschiedliche Energien bzw. Energiebereiche ausgewählt werden können. Dadurch ist es möglich, dass mit der Energiefiltervorrichtung auch vergleichsweise schnell und unkompliziert eine Energievariation möglich wird. Eine derartige Energievariation ist beispielsweise bei tiefenmodu-
Herten Scanverfahren bei der Materialbearbeitung und/oder bei der medizinischen Anwendung (beispielsweise bei der Tumortherapie) erforderlich. Möglich ist es aber auch, dass die Längsverstellung dazu genutzt wird, dass beispielsweise Variationen bei der Ansteuerung der Fokussierungseinrichtung (zum Beispiel Stromschwankungen) zumindest teilweise ausgeglichen werden können. Auch dies kann sich als vorteilhaft erweisen. Zusätzlich oder alternativ ist selbstverständlich auch eine Bewegung der Strahlungsseparati- onsvorrichtung in andere Richtungen möglich (also insbesondere in x- Richtung bzw. in y-Richtung), wobei auch gegebenenfalls Rotationen der Strahlungsseparationsvorrichtung von Vorteil sein können. Bei einer veränderlichen Strahlungsseparationsvorrichtung kann vorteilhafter Weise die Länge und/oder der Durchmesser der Strahlungsseparationsvorrichtung (insbesondere, wenn diese aufgrund von„mechanischer Formgebung" eine Strahlungsseparationswirkung hat) geändert werden. Beispielsweise kann durch eine Vergrößerung der Apertur (des Durchmessers) einer Strahlungs- separationsvorrichtung der Energiebereich, der durch die Energiefiltervorrichtung durchgelassen wird vergrößert bzw. verkleinert werden. Zusätzlich oder alternativ ist es aber auch denkbar, dass sich eine derartige Vergrößerung bzw. Verkleinerung der Apertur (bzw. durch eine sonstige Veränderung) der Strahlungsseparationsvorrichtung eine Verschiebung der Strahlungssepara- tionsvorrichtung und/oder eine Veränderung einer sonstigen Komponente wie insbesondere der Fokussierungseinrichtung, zumindest zum Teil ausgeglichen wird. Auch ein solcher Aufbau kann die Flexibilität und Anwendbarkeit der Energiefiltervorrichtung deutlich erhöhen. Insbesondere dann, wenn eine Mehrzahl an veränderlichen und/oder verschiebbar angeordneten Strahlungsseparationsvorrichtungen vorgesehen ist, ist es auch möglich, durch eine aufeinander angepasste Veränderung zumindest zweier Strah- lungsseparationsvorrichtungen eine Veränderung des durch die Energiefil- tervorrichtung hindurchgelassenen Strahlungsanteils (Teilchenanzahl) zu re- alisieren. Dies ist insbesondere möglich, ohne dass dabei die Energieselektion notwendigerweise (wesentlich) geändert wird. Üblicherweise wird bei-
spielsweise eine gleichzeitige, aufeinander angepasste Verengung zweier Strahlungsseparationsvorrichtungen (beispielsweise Lochblenden und/oder sonstige Aperturen) eine Verringerung der durchgelassenen Teilchenanzahl bewirken. Möglich ist es dabei, dass auch eine Veränderung der Ausgangs- divergenz (insbesondere durch Reduktion der Anfangsdivergenz) und/oder eine Veränderung der Strahlfleckgröße am Ausgang der Energiefiltervorrichtung (und damit gegebenenfalls am eigentlichen Zielvolumen eines zu bestrahlenden Körpers) auftreten kann. Derartigen Effekten kann jedoch gegebenenfalls durch Hinzufügen und/oder Anpassung sonstiger Komponenten (wie beispielsweise einer Streufolie) entgegengewirkt werden.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass bei der Energiefiltervorrichtung zumindest eine Fokussierungsvorrichtung zumindest zeitweise und/oder zumindest bereichsweise als Magnetfelderzeugungsvorrichtung ausgebildet ist, und insbesondere zumindest eine vorzugsweise eine Mehrzahl von magnetischen Dipoleinrichtungen und/oder zumindest eine, vorzugsweise eine Mehrzahl von magnetischen Quadrupoleinrichtungen, besonders bevorzugt ein Diplett und/oder ein Triplett und/oder ein Quadruplen und/oder ein Mul- tiplett an Quadrupoleinrichtungen und/oder zumindest eine, vorzugsweise eine Mehrzahl von Solenoideinrichtungen und/oder zumindest eine, vorzugsweise eine Mehrzahl von Helmholtzspuleneinrichtungen und/oder zumindest eine, vorzugsweise eine Mehrzahl an supraleitenden Magnetfelderzeugungsvorrichtungen und/oder zumindest eine, vorzugsweise eine Mehrzahl an normalleitenden Magnetfelderzeugungsvorrichtungen aufweist. Ins- besondere Magnetfelder haben sich zur Ablenkung von speziell geladenen Teilchen als besonders vorteilhaft erwiesen. Dementsprechend erweist sich die Verwendung von Magnetfelderzeugungsvorrichtungen als vorteilhaft. Die explizit genannten Einrichtungen haben sich darüber hinaus als für die Ablenkung von insbesondere geladenen Teilchen als geeignet und in der Regel auch als vorteilhaft erwiesen. Insbesondere ist die Verwendung von Quadrupoleinrichtungen (insbesondere eine Mehrzahl von Quadrupoleinrichtungen)
von Vorteil, wenn relativ kleine Winkelbereiche fokussiert werden sollen. So- lenoideinrichtungen haben sich insbesondere dann als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn vergleichsweise große Winkelbereiche fokussiert werden sollen. Typischerweise handelt es sich bei Solenoideinrichtungen um typi- scherweise langgezogene Spuleneinrichtungen, oftmals in Form einer Art Luftspule, welche in Spulenlängsrichtung vom Teilchenstrahl„durchschossen" werden. In aller Regel weisen derartige Solenoide auch in Einzelstellung gute Fokussierungseigenschaften auf. Darüber hinaus ist die Wechselwirkung von insbesondere geladenen Teilchen mit Magnetfeldern in aller Regel energieabhängig, insbesondere dann, wenn die Teilchenflugrichtung und die Magnetfeldrichtung geeignet zueinander angeordnet sind. Auf diese Weise können unter Verwendung von Magnetfelderzeugungsvorrichtungen, insbesondere unter Verwendung der genannten Magnetfelderzeugungsvorrichtungen, auf besonders einfache Weise energieabhängige Fokussie- rungsvorrichtungen ausgebildet werden. Die Verwendung von supraleitenden Spulen kann sich insbesondere als vorteilhaft erweisen, wenn vergleichsweise starke Magnetfelder erzeugt werden sollen, welche insbesondere vergleichsweise konstant sein sollen. Normal leitende Magnetfelderzeugungsvorrichtungen sind dagegen besonders dann von Vorteil, wenn die zu erzeu- genden Magnetfelder über einen besonders großen Bereich schwanken sollen. Selbstverständlich ist auch an eine Kombination von supraleitenden und von normalleitenden Magnetfelderzeugungsvorrichtungen zu denken, insbesondere derart, dass ein starkes Magnetfeld (welches typischerweise von der supraleitenden Magnetfelderzeugungsvorrichtung erzeugt wird) durch ein kleineres, zeitlich veränderliches Magnetfeld (welches typischerweise von einer normalleitenden Magnetfelderzeugungsvorrichtung erzeugt wird) überlagert und dadurch„moduliert" wird.
Weiterhin kann es sich als vorteilhaft erweisen, wenn bei der Energiefiltervor- richtung eine Mehrzahl an Fokussierungsvorrichtungen und/oder eine Mehrzahl an Magnetfelderzeugungsvorrichtungen vorgesehen werden, wobei die
Fokussierungsvorrichtungen und/oder die Magnetfelderzeugungsvorrichtungen zumindest teilweise und/oder zumindest bereichsweise in unterschiedliche Richtungen fokussierend wirken. Bei Verwendung einer Mehrzahl an Fokussierungseinrichtungen bzw. Magnetfelderzeugungsvorrichtungen ist es gegebenenfalls möglich, eine einzelne Fokussierungseinrich- tung/Magnetfelderzeugungsvorrichtung kleiner bzw. schwächer auszubilden und in Kombination mit anderen Fokussierungseinrichtun- gen/Magnetfelderzeugungsvorrichtungen dennoch den gewünschten Gesamteffekt zu erzielen. Darüber hinaus ist es (insbesondere bei Verwendung von Quadrupoleinrichtungen) durch die Verwendung einer Mehrzahl von Fokussierungseinrichtungen und/oder Magnetfelderzeugungsvorrichtungen möglich, eine Ablenkung in unterschiedliche Richtungen zu bewirken, die insbesondere auch fokussierend sein kann. Auf diese Weise kann beispielsweise die gesamte x-y-Ebene auf einen Punkt (gegebenenfalls auch auf eine Gerade oder dergleichen) fokussiert werden, sodass die Gesamtakzeptanz der Vorrichtung (bzw. die Gesamtemittanz des schlussendlich erzeugten Strahls aufweisend Teilchen, bevorzugt Ionen) deutlich erhöht werden kann. Die Fokussierung muss dabei - wie bereits erwähnt - nicht notwendigerweise symmetrisch (insbesondere rotationssymmetrisch) sein. Im Gegenteil kann beispielsweise an eine n-zählige Symmetrie gedacht werden, insbesondere mit n = 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 und dergleichen. Grundsätzlich ist es aber auch möglich die Energiefiltervorrichtung so auszubilden, dass diese lediglich in einer einzelnen Richtung fokussierend wird. Weiterhin ist es bevorzugt, wenn bei der Energiefiltervorrichtung sich bei zumindest einer Fokussierungseinrichtung die Energieabhängigkeit zumindest zeitweise und/oder zumindest teilweise und/oder zumindest bereichsweise als Verschiebung des Brennpunkts äußert, insbesondere als Verschiebung des Brennpunkts in Längsrichtung äußert. Eine derartige Ver- Schiebung des Brennpunkts ist speziell bei der Verwendung von Strahlungs- separationsvorrichtungen von Vorteil, da diese auf vergleichsweise einfache
Weise„ortsauflösend" (bzw.„ortsabhängig") ausgebildet werden können. Der Gesamtaufwand der Energiefiltervorrichtung kann dann besonders einfach sein. Insbesondere ist es beispielsweise möglich, dass die Strahlungssepa- rationsvorrichtung als einfache Begrenzungswand mit einer Begrenzungs- kante ausgebildet werden kann. Dies ist entsprechend einfach.
Weiterhin kann es sich als vorteilhaft erweisen, wenn bei der Energiefiltervorrichtung zumindest eine Strahlungsseparationsvorrichtung zumindest bereichsweise und/oder zumindest teilweise als abschnittsweise Absorberein- richtung ausgebildet ist. Von der Erfahrung her sind die von der Energiefiltervorrichtung abzuscheidenden Energiebereiche in der Regel„vor Ort" nicht sinnvoll zu verwenden. Dementsprechend ist eine Absorption („Beseitigung") der entsprechenden Energiebereiche besonders sinnvoll, und darüber hinaus auch in der Regel besonders einfach durchführbar (beispielsweise durch einfaches Vorsehen eines kompakten, strahlenundurchlässigen Materials). Eine derartige Absorption kann sich insbesondere auch im Zusammenhang mit einer gesteuerten Veränderung der durch die Energiefiltervorrichtung hindurchgelassenen Teilchenanzahl als vorteilhaft erweisen. Weiterhin kann es sich als besonders vorteilhaft erweisen, wenn bei der Energiefiltervorrichtung die zumindest eine Strahlungsseparationsvorrichtung zumindest bereichsweise und/oder zumindest teilweise als Blendeneinrichtung und/oder zumindest bereichsweise und/oder zumindest teilweise als axiale Absorbereinrichtung ausgebildet ist, wobei die zumindest eine Blen- deneinrichtung und/oder die zumindest eine axiale Absorbereinrichtung zumindest teilweise und/oder zumindest bereichsweise mit schrägstrahlopti- mierten Oberflächen versehen ist und/oder zumindest teilweise und/oder zumindest bereichsweise eine kegelstumpfartige und/oder eine doppelkegel- stumpfartige Oberfläche aufweist. Bei einer Blendeneinrichtung kann es sich im einfachsten Fall um eine Art Loch handeln, die in einem kompakten Material ausgebildet ist. Es ist nicht notwendig, dass die Lochgröße variabel ist -
jedoch ist es vorteilhaft, wenn dies insbesondere durch geeignete konstruktive Maßnahmen ermöglicht wird. Eine axiale Absorbereinrichtung kann insbesondere in Form einer Art Stange, die insbesondere in der Mitte der optischen Achse angeordnet wird, ausgebildet sein. Vorzugsweise kann die Stange eine kegelstumpfartige Formgebung aufweisen. Die (kegelstumpfar- tig geformte) Stange kann insbesondere dazu verwendet werden, eine (zusätzliche) Abschwächung für zu hohe und/oder zu niedrige Energiebereiche vorzusehen. Oftmals kann sich es jedoch als völlig ausreichend erweisen, dass eine einzelne Blendeneinrichtung vorgesehen wird, um einen bestimm- ten Energieausschnitt hindurch zu lassen, und den Rest abzuschwächen. Lediglich der Vollständigkeit halber ist darauf hinzuweisen, dass selbstverständlich auf völlig unterschiedliche Prinzipien und/oder Formgebungen zurückgegriffen werden kann. Unter dem Begriff einer„schrägstrahloptimierten Oberfläche" ist insbesondere eine Oberfläche zu verstehen, welche unter ei- nem Winkel und/oder in einer Position angeordnet ist, dass ein gerade noch zulässiger Teilchenstrahl (insbesondere maximaler Wert und/oder minimaler Wert der Teilchenenergie) in einer Art„paralleler Inzidenz" zumindest bereichsweise entlang der entsprechenden Oberfläche verläuft. Dies hat den Vorteil, dass - wenn der Teilchenstrahl den zulässigen Grenzwert über- schreitet - dieser über eine besonders lange Distanz hinweg durch ein Material hindurch laufen muss, und dementsprechend stark abgeschwächt wird. Mit einer derartigen Ausbildung ist also in aller Regel eine besonders scharfe Trennung möglich. Zusätzlich oder alternativ kann durch eine derartige Ausbildung aber auch eine besonders effektive Vermeidung von„Verunreinigun- gen" durch Sekundärpartikel (beispielsweise freigesetzte Photonen, Neutronen, Elektronen und dergleichen) vermieden werden. Dies ist entsprechend vorteilhaft. Als besonders geeignete schrägstrahloptimierte Oberflächen erweisen sich in der Regel kegelstumpfartige und/oder doppelkegelstumpfarti- ge Oberflächen. Diese können sowohl einen Festkörper nach außen begren- zen, als auch einen Hohlkörper in einem Materialblock begrenzen (gegebenenfalls auch eine Kombination hiervon).
Weiterhin kann es vorteilhaft sein, wenn die Energiefiltervorrichtung zumindest eine Strahlungsseparationsvorrichtung aufweist, die als richtungsabhängige Strahlungsseparationsvorrichtung, insbesondere als winkelrich- tungsabhängige Strahlungsseparationsvorrichtung ausgebildet ist. Das heißt, dass durch die Strahlungsseparationsvorrichtung in unterschiedliche Richtungen eine unterschiedliche Energiebrandbreite abgetrennt und/oder hindurch gelassen (bzw. abgeschwächt) werden kann. Dies ist beispielsweise durch nichtrotationssymmetrisch wirkende bzw. nichtrotationssymmetrisch ausgebildete Strahlungsseparationsvorrichtungen möglich. Ist die Strah- lungsseparationsvorrichtung beispielsweise als Blendeneinrichtung ausgebildet, so kann eine derartige Richtungsabhängigkeit in Form eines Lochs mit mehreren radial nach außen weisenden zusätzlichen Ausnehmungen ausgebildet werden. Beispielsweise ist an einen, zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun, zehn oder auch mehr sich vorzugsweise radial nach außen erstreckende zusätzliche Ausnehmungen zu denken. Mit einer derartigen Richtungsabhängigkeit (welche in der Regel durch nachfolgende Komponenten, insbesondere durch eine oder mehrere nachgeschaltete Streufolien zum Teil auch wieder beseitigt werden kann) ist es insbesondere mög- lieh, dass nicht nur eine Richtungsabhängigkeit erzeugt wird, sondern (schlussendlich) zusätzlich oder alternativ eine zusätzliche Energieverschmierung realisiert werden kann, die auch insbesondere so ausgestaltet sein kann, dass sich eine gewünschte Energieverteilung ergibt. Als eine besonders bevorzugte Energieverteilung ist in diesem Zusammenhang eine gaussförmige Energieverteilung zu nennen, wobei jedoch auch andere Formen denkbar sind und gegebenenfalls auch vorteilhaft sein können. Eine gaussförmige Überlagerung hat jedoch insbesondere bei medizinischen Anwendungen in der Regel den Vorteil, dass solch eine Überlagerung mehrerer gaussförmiger Kurven im Rahmen eines Scan-Vorgangs (welcher insbeson- dere einen Tiefen-Scan mit umfasst) und der sich hierbei überlagernden Strahlungseinträge als vorteilhaft erweist.
Weiterhin kann es sich als vorteilhaft erweisen, wenn die Energiefiltervorrichtung zumindest eine vorgeschaltete Strahlungsseparationsvorrichtung, welche insbesondere eine Strahlungsseparation hinsichtlich des Raumwinkelbe- reichs der in die Energiefiltervorrichtung eintretenden Strahlung bewirkt, um- fasst. Durch eine derartige Strahlungsseparationsvorrichtung ist beispielsweise ein (in der Regel unerwünschter)„Beschuss" von Teilen der Fokussie- rungseinrichtung (beispielsweise einem Solenoid) und dergleichen effektiv vermeidbar. Dadurch können beispielsweise Sekundärpartikel, wie Elektro- nen, Neutronen und dergleichen vermieden werden. Gegebenenfalls ist auch eine Beschädigung der entsprechenden, ansonsten„beschossenen" Komponenten vermeidbar.
Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn die Energiefiltervorrichtung zumindest eine Strahlungsstreuungseinrichtung, insbesondere für ausgehende Strahlung aufweist, die vorzugsweise als Streufolienvorrichtung ausgebildet ist und/oder wenn die Energiefiltervorrichtung mit zumindest einer nachgeschalteten Fokussierungseinrichtung, insbesondere für die aus der Energiefiltervorrichtung austretende Strahlung, versehen ist. Bei Verwendung einer Streufolieneinrichtung können gegebenenfalls durch den Filtervorgang entstehende unerwünschte räumliche Verteilungen (welche insbesondere nichtsymmetrisch bzw. nicht-rotationssymmetrisch sind) und/oder unerwünschte „Energiekanten" verschmiert werden. Je nach Ausbildung (insbesondere hinsichtlich Material und/oder Materialstärke) der Streufolie kann diese Ver- Schmierung unterschiedlich stark ausgestaltet werden. Eine derartige Streufolieneinrichtung kann insbesondere hinter der letzten Apertur der Energiefiltervorrichtung und/oder in einem ausreichenden Abstand (typischerweise mehrere Zentimeter) vor der letzten Apertur der Energiefiltervorrichtung vorgesehen werden. Durch die Verwendung einer Ausgangs- Fokussierungseinrichtung ist es insbesondere möglich, dass die austretende Strahlung parallelisiert wird, was üblicherweise besonders vorteilhaft ist, ins-
besondere, wenn diese über eine längere Wegstrecke hinweg transportiert werden muss.
Es wird weiterhin eine Teilchenstrahlungsquelle vorgeschlagen, welche zu- mindest eine Targeteinrichtung sowie eine Energiefiltervorrichtung vom vorab genannten Aufbau aufweist. Bei der Teilchenstrahlungsquelle kann es sich insbesondere um eine Teilchenstrahlungsquelle zur Bereitstellung von Teilchenstrahlung mit bestimmten Energien handeln. Bei der Targeteinrichtung (hierbei kann es sich beispielsweise um eine Target-Folie oder derglei- chen handeln) kann es sich insbesondere um eine Laser-Targeteinrichtung handeln, also um eine von einem typischerweise besonders starken Laser bestrahlte Targeteinrichtung. Die resultierende Teilchenstrahlungsquelle kann dann die bereits vorab genannten Merkmale, Eigenschaften und Vorteile in zumindest analoger Weise aufweisen. Auch eine Weiterbildung der Teilchenstrahlungsquelle im vorab beschriebenen Sinne ist selbstverständlich möglich.
Weiterhin wird ein Verfahren zur energieabhängigen Filterung von Strahlung vorgeschlagen, bei dem die Strahlung unter Verwendung zumindest einer energieabhängigen Fokussierungseinrichtung aufgespalten wird und anschließend mittels zumindest einer Strahlungsseparationsvorrichtung Strahlung mit einer erwünschten Energie separiert wird. Bei der Strahlung kann es sich insbesondere um Teilchenstrahlung handeln, wobei die Teilchen besonders bevorzugt geladene Teilchen sein können. Das Verfahren weist die bereits vorab im Zusammenhang mit der Energiefiltervorrichtung genannten Vorteile, Eigenschaften und Merkmale zumindest in Analogie auf. Darüber hinaus kann auch das Verfahren im Sinne der vorherigen Beschreibung modifiziert werden. Schließlich wird auch die Verwendung einer energieabhängigen Fokussierungseinrichtung zur energieabhängigen Filterung von Strahlung, insbeson-
dere von Teilchenstrahlung bevorzugt geladener Teilchen, vorgeschlagen, wobei die Strahlung unter Verwendung der energieabhängigen Fokussie- rungseinrichtung aufgespalten wird und anschließend mittels zumindest einer Strahlungsseparationsvorrichtung Strahlung mit einer erwünschten Energie separiert wird. Durch die vorgeschlagene Verwendung lassen sich die bereits vorab beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile zumindest in Analogie erzielen. Auch kann die vorgeschlagene Verwendung im Sinne der vorherigen Beschreibung zumindest in Analogie erweitert werden bzw. modifiziert werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand vorteilhafter Ausführungsbeispiele und unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Die Fig. zeigen:
Fig. 1 : ein erstes Ausführungsbeispiel für eine Teilchenstrahlquelle in schematischer Ansicht;
Fig. 2: ein zweites Ausführungsbeispiel einer Teilchenstrahlquelle in einer schematischen Ansicht;
Fig. 3: eine typische Transmissionskurve für die in Fig. 2 gezeigte
Teilchenstrahlquelle:
Fig. 4: eine modifizierte Teilchenblende zur Verwendung in einer
Teilchenstrahlquelle in einer schematischen Draufsicht von vorne;
Fig. 5: eine typische Energieverteilungskurve bei Verwendung der in
Fig. 4 dargestellten Teilchenblende;
Fig. 6: ein mögliches Ausführungsbeispiel zur Durchführung eines
Energieselektionsverfahrens.
In Fig. 1 ist in einer schematischen Draufsicht von der Seite eine Teilchenstrahlquelle 2 dargestellt. Die Teilchenstrahlquelle 2 dient der Erzeugung eines (Schwer-)lonen-Teilchenstrahls (Ausgangsstrahl 16; beispielsweise aus
Kohlenstoff-Ionen), der zur Verwendung in einer medizinischen Einrichtung zur Bestrahlung von Tumoren verwendbar ist. Um den vergleichsweise hohen Anforderungen von medizinischen Anwendungen zu genügen, müssen die von der Teilchenstrahlquelle 2 frei gesetzten Teilchen 3 des Ausgangs- Stahls 16 vergleichsweise hohen Anforderungen genügen. Insbesondere muss der freigesetzte Teilchenstrahl 16 weitgehend parallel sein, also einen sogenannten„Pencil-Beam" (bleistiftdünner Teilchenstrahl 16) bilden. Darüber hinaus müssen die im Teilchenstrahl 16 enthaltenen Teilchen 3 in einem vergleichsweise eng begrenzten Energiebereich liegen.
Die„klassische" und derzeit am häufigsten verwendete Methode zur Erzeugung eines derartigen, für medizinische Zwecke geeigneten Teilchenstrahls besteht in der Verwendung von Linearbeschleunigern, meist in Kombination mit Teilchensynchotrons. Derartige Anlagen sind jedoch vergleichsweise aufwändig, teuer, weisen einen hohen Energieverbrauch auf, und haben darüber hinaus ein großes Volumen, insbesondere ein großes Volumen, welches von der Umgebung strahlungstechnisch abgeschirmt werden muss, um eine Belastung der Umwelt durch Teilchenstrahlung (insbesondere Neutronen und/oder radioaktive Strahlung) zu vermeiden.
Demgegenüber basiert die Teilchenstrahlquelle 2 auf einem anderen Beschleunigungsprinzip, nämlich der sogenannten laserinduzierten Teilchenbeschleunigung. Die eigentliche Beschleunigerstufe 4 (in Fig. 1 links zu sehen) weist dazu einen sehr starken Hochleistungspulslaser 5 auf, der typischer- weise eine Leistungsdichte von ca. 1021 Watt/cm2 aufweist. Der vom Laser 5 erzeugte, dünne Laserstrahl 6 wird auf eine Target-Folie 7 gerichtet. Der Laserstrahl 6 trifft die Target-Folie 7 in einem kleinen, im Wesentlichen punktförmigen Bereich (Auftreffbereich 8). Der eigentliche, im Wesentliche ebenfalls punktförmige Beschleunigungsbereich 9 liegt auf der dem Auftreffbe- reich 8 entgegen gesetzten Seite der Target-Folie 7, und zwar unmittelbar benachbart zur Target-Folie 7. Aufgrund der durch den Laserbeschuss ein-
gebrachten Energiemenge kommt es zu einer extremen Erhitzung im Beschleunigerbereich 9, sodass von im Wesentlichen punktförmigen Beschleunigerbereich 9 ein divergierendes Strahlenbündel 10 freigesetzt wird. Das divergierende Strahlenbündel 10 ist vorliegend durch vier, symmetrisch zur Mittelachse 1 1 eingezeichnete Linie dargestellt. Das divergierende Strahlenbündel weist eine im Wesentlichen kontinuierliche Intensitätsverteilung auf, die mit zunehmendem Winkel von der Mittelachse 1 1 abnimmt. Neben der Winkelverbreiterung des erzeugten Strahlenbündels 10 weisen die freigesetzten, im Strahlenbündel 10 befindlichen Teilchen 3 eine große Energieva- riation auf. Bei der genannten Laserleistung sind beispielsweise bei Protonen Teilchenenergien im Intervall zwischen 0 MeV und 250 bis 300 MeV zu erwarten.
Um eine möglichst hohe Teilchenfluenz zu erzielen (mit anderen Worten, um möglichst wenige der erzeugten Teilchen zu„verlieren") wird das divergierende Strahlenbündel 10 durch eine Solenoidspule 12 fokussiert. Der verwendete Solenoid 12 ähnelt von seinen Ablenkungseigenschaften einer optischen Sammellinse, die einen starken chromatischen Abbildungsfehler (also eine starke chromatische Aberration) aufweist. Das heißt, dass Teilchen 3 unterschiedlicher Energie in einem unterschiedlichen Abstand vom Solenoid 12 (bzw. von der Target-Folie 7) auf einen Brennpunkt 13, 14 fokussiert werden. In Fig. 1 sind aus Veranschaulichungsgründen zwei Brennpunkte 13 von Teilchen mit einer„falschen" Energie (genauer: einer zu niedrigen Energie) dargestellt, sowie ein Brennpunkt 14 für Teilchen mit der„korrekten" Energie.
Wie man Fig. 1 gut entnehmen kann, treffen die in einem„falschen" Brennpunkt zusammen laufenden Teilchen 3 in einem Brennpunkt 13 zusammen, der auf (bzw. im) axial angeordneten, stabförmigen Absorber 15 liegt. Dem- entsprechend werden die hierzu korrespondierenden niederenergetischen Teilchen 3 durch den stabförmigen Absorber 15 abgeschwächt und damit
aus dem Ausgangsteilchenstrahl 16„herausgefiltert". Eine vorteilhaftere Ausführungsform ergibt sich, wenn der stabförmige Absorber 15 konusförmig ausgebildet ist, und damit eine schrägstrahloptimierte Formgebung aufweist. Weiterhin ist eine Lochblende 17 mit einem mittig angeordneten Rundloch 18 vorgesehen. Teilchen 3, die die erwünschte Sollenergie aufweisen, werden vom Solenoid 12 in einem Brennpunkt 14 fokussiert, der mittig im Rundloch 18 der Lochblende 17 liegt. Die entsprechenden Teilchen 3 können somit (nachdem sie am stabförmigen Absorber 15 vorbeigeflogen sind) im We- sentlichen ohne abgeschwächt zu werden durch das Rundloch 18 der Loch- blende17 hindurch treten. Entsprechendes gilt für Teilchen 3, die eine geringfügig von der Sollenergie abweichende Energie aufweisen, da das Rundloch 18 eine bestimmte Größe aufweist. Teilchen, die jedoch oberhalb der oberen Grenzenergie liegen, treffen zum größten Teil auf einen Bereich der Lochblende 17 auf, der außerhalb des Randlochs 18 liegt. Dementsprechend werden derartige, hochenergetische Teilchen 3 durch die Lochblende 17 abgeschwächt. Die die Lochblende 17 passierenden Teilchen 3 (also Teilchen mit einer „richtigen" Energie) werden hinter der Lochblende 17 auf eine Streufolie 19 gelenkt. Diese besteht typischerweise aus einem Kunststoffmaterial und hat eine Dicke von einem bis einigen wenigen Millimetern. Die Streufolie 19 bewirkt eine Verschmierung der Filterkurve, sodass die Kanten der Filterkurve weniger steil sind. Darüber hinaus bewirkt die Streufolie 19 auch eine gewisse, typischerweise relativ kleine Winkelaufstreuung der einzelnen Teilchen- Teilstrahlen 3. Da die die Streufolie 19 verlassenden Teilchen 3 eine gewisse (wenn auch vergleichsweise geringe) Winkelstreuung aufweisen, ist dem Energiefilter 1 noch ein weiteres Solenoid 20 nachgeschaltet, welches aus dem leicht divergierenden Teilchenstrahlbündel 3 einen dünnen, parallelen Teilchenstrahl 16 formt. Zusätzlich ist eine Verschiebung der Lochblende 17
entlang der Mittelachse 1 1 des Energiefilters 1 vorgesehen (dies kann beispielsweise durch einen Linearmotor oder einen Steppermotor unter Verwendung einer Zahnstange realisiert werden). Die Verschiebbarkeit der Lochblende 17 ist durch einen Verschiebepfeil 21 angedeutet. Durch die Verschiebung der Lochblende 17 ist es möglich, dass die Energie der durch den Energiefilter 1 hindurch tretenden Teilchen 3 verändert werden kann. Dementsprechend kann die Energie des das Energiefilter 1 verlassenden Teilchenstrahls 6 variiert werden. Eine derartige Veränderung der Teilchenenergie ist erforderlich, um beispielsweise eine Tiefenvariation des Bragg- Peaks in einem Zielmaterial (beispielsweise in einem Gewebe) variieren zu können. Zusätzlich oder alternativ ist es auch möglich, eine derartige Energievariation durch eine Veränderung der Stärke des Magnetfelds im Solenoid 12 zu realisieren. Die Streufolie 19 kann im Übrigen nicht nur im Wesentlichen am "Ende" des Energiefilters 1 vorgesehen werden (so wie dies in Fig. 1 eingezeichnet ist), sondern auch bereits vor der Lochblende 17. Sinnvollerweise sollte zwischen der Lochblende 17 und einer vorgeschalteten Streufolie 19 ein gewisser Abstand liegen (typischerweise mehrere Zentimeter) damit sich die durch die Streufolie 19 bewirkte Streuung auch tatsächlich glättend auf die Energieselektion auswirkt.
Weiterhin sind in Fig. 1 Größenveränderungspfeile 22 eingezeichnet. Diese symbolisieren, dass die Größe des Rundlochs 18 in der Lochblende 17 ver- änderlich ausgeführt ist. Dies kann beispielsweise nach Art einer Irisblende oder dergleichen realisiert werden. Durch die Veränderung der Größe des Rundlochs 18 in der Lochblende 17 ist es möglich, die Breite der Filterkurve (und damit die Breite des Intervalls an durchgelassenen Energien) zu vergrößern bzw. zu verkleinern. Insbesondere ist es dadurch auch möglich, dass die relative Breite des Energieintervalls bei einer Veränderung der durchgelassenen Energiehöhe im Wesentlichen konstant gehalten werden
kann. Eine derartige Verstellmöglichkeit ist typischerweise bei medizinischen Anlagen erwünscht.
Im Übrigen ist es auch möglich, eine zweite Lochblende vorzusehen, insbe- sondere in einem zwischen der Target-Folie 7 und dem stabförmigen Absorber 15 liegenden Bereich. Insbesondere kann eine zweite Lochblende benachbart vor und/oder hinter oder auch innerhalb der Solenoidspule 12 vorgesehen werden. Bei Vorhandensein zweier Lochblenden kann durch eine gleichzeitige Größenvariation beider Lochblenden eine Variation des durch den Energiefilter 1 hindurch gelassen Teilchenanteils, und damit eine Intensitätsvariation der den Energiefilter 1 verlassenden Teilchen 3 realisiert werden (ohne dass dabei der durch den Energiefilter 1 ausgefilterte Energiebereich wesentlich geändert wird). Der von der Teilchenstrahlquelle 2 erzeugte und freigegebene Ausgangsteilchenstrahl 16 kann anschließend in an sich bekannter Weise einem Behandlungsraum, insbesondere einem im Behandlungsraum befindlichen Patienten (nicht dargestellt) zugeführt werden. In Fig. 2 ist eine gegenüber Fig. 1 modifizierte Version einer Teilchenstrahlquelle 24 dargestellt. Der Unterschied besteht dabei im Wesentlichen im unterschiedlichen Aufbau des Energiefilters 23.
Zunächst wird - analog zur in Fig. 1 gezeigten Teilchenstrahlquelle 2 - der von einem Laser 5 erzeugte Laserstrahl 6 auf eine Target-Folie 7 gelenkt, sodass ein divergierendes Teilchenstrahlbündel 10 mit Teilchen 3 unterschiedlichster Energien und Ausgangswinkel erzeugt wird.
Das divergierende Teilchenstrahlbündel 10 wird zunächst einem Stopper- block 25 zugeführt. Hierbei handelt es sich um einen Klotz aus einem gut energieabsorbierenden Material (beispielsweise Blei), der mittig zur Mittelli-
nie 1 1 eine kegelstumpfartige Ausnehmung 26 aufweist. Die Ausnehmung ist so geformt, dass ein Auftreffen von Teilchenstrahlung 3 auf die Oberflächen der (eingeschalteten) Solenoidanordnung 27 vermieden wird. Dadurch wird einerseits die Solenoidanordnung 27 geschont, andererseits wird die Erzeu- gung von Sekundärstrahlung (Gammastrahlung, Elektronenstrahlung, Neutronenstrahlung und dergleichen) verhindert. Die kegelstumpfartige Ausnehmung 26 ist so geformt, dass die Kegelspitze im punktförmigen Beschleunigerbereich 9 läge. Dementsprechend verläuft die Oberfläche der Ausnehmung 26 parallel zu den Teilchenstrahlen 3 unmittelbar benachbart zur Oberfläche der Ausnehmung 26. Mit anderen Worten ist die Ausnehmung 26 schrägstrahloptimiert. Teilchenstrahlen 3 mit einem geringfügig geringeren Winkel als dem Winkel der Ausnehmung 26 passieren den Stopperblock 25 ungehindert. Teilchenstrahlen 3 mit einem geringfügig größeren Winkel durchlaufen dagegen die Dicke des Stopperblocks 25 vollständig, und wer- den daher ausreichend stark abgeschwächt.
Die Solenoidanordnung 27 besteht im vorliegenden Ausführungsbeispiel des Teilchenfilters 23 aus einer supraleitenden Spule 28 und einer normalleitenden Spule 29. Vorliegend sind die beiden Spulen 28, 29 der Solenoidanord- nung 27 konzentrisch zueinander angeordnet. Denkbar wäre jedoch auch eine beispielsweise serielle Anordnung in Richtung der Mittelachse 1 1 des Energiefilters 23. Der supraleitende Solenoid 28 bewirkt ein starkes, jedoch konstantes Magnetfeld. Mit Hilfe des normalleitenden Solenoids 29 kann diesem Magnetfeld jedoch ein zusätzliches, insbesondere zeitlich variables Magnetfeld überlagert werden. Dadurch kann der (energieabhängige) Fokus von Teilchen 3 einer bestimmten Energie längs der Mittelachse 1 1 des Energiefilters 23 durch„elektrische Maßnahmen" verschoben werden. Insbesondere können hierdurch die Energiefiltereigenschaften des Energiefilters 23 variiert werden.
Im vorliegend dargestellten Ausführungsbeispiel des Energiefilters 23 ist ein Blenden-Block 30 vorgesehen. Der Blenden-Block 30 weist in seinem Inneren eine doppelkegelstumpfartige Ausnehmung 31 auf. Die Ausnehmung 31 ist so geformt, dass sie jeweils parallel zu Teilchen 3 mit der höchsten, noch zulässigen (nicht abgeschwächten) Energie bzw. der niedrigsten, noch zulässigen (nicht abgeschwächten) Energie verlaufen. Dementsprechend ist die Oberfläche der Ausnehmung 31 des Blenden-Blocks 30 schrägstrahlop- timiert ausgeführt. Auch hier ist der Effekt - wie vorab bereits erläutert - dass entweder keine Abschwächung erfolgt oder eine Abschwächung über die gesamte Länge des Blenden-Blocks 30 hinweg erfolgt.
Wie durch den Verschiebepfeil 21 angedeutet, kann auch beim vorliegend dargestellten Ausführungsbeispiel des Energiefilters 23 der Blenden-Block 30 parallel zur Mittelachse 1 1 verschoben werden. Gegebenenfalls ist auch an eine Veränderbarkeit der Ausnehmung 31 (insbesondere hinsichtlich Größe und/der Formgebung) zu denken.
Die den Blenden-Block 30 verlassenden Teilchen 3 werden einer Streufolie 19 (analog zum in Fig. 1 dargestellten Energiefilter 1 ) zugeführt, wo diese leicht aufbereitet werden und hinsichtlich ihrer Energiebereiche verschmiert werden. Anschließend werden die Teilchen 3 in einem nachgeschalteten So- lenoid 20 zu einem parallelen Strahlenbündel 16„parallelisiert".
In Fig. 3 ist ein typisches Energiespektrum eines Ausgangteilchenstrahls 16 dargestellt. Dabei ist längs der Abszisse 32 die Teilchenenergie im MeV und längs der Ordinate 33 die relative Transmission dargestellt. Wie man sieht weist die Filterkurve 34 abgeflachte seitliche Flanken 35 auf (insbesondere aufgrund der Durchlässigkeit des Rundlochs 18 sowie des Einflusses der Streufolie 19) sowie ein flaches Plateau 36 auf.
Für manche Anwendungen ist das flache Plateau 36 der Filterkurve 34 unerwünscht. Gerade bei der Behandlung eines Tumors durch eine Raster- Scan-Applikation mit Hilfe eines bleistiftdünnen Teilchenstrahls ist es erwünscht, dass die Filterkurve ein gaussförmiges Profil aufweist. Denn eine Überlagerung unterschiedlicher gaussförmiger Profile resultiert erneut in einem gaussförmigen Profil, sodass die Berechnung der Bestrahlungsplanung - und damit die anschließende eigentliche Bestrahlung - genauer und einfacher erfolgen kann. Um die in Fig. 3 dargestellte Filterkurve 34„gauss-artig zu machen" ist es möglich, anstelle eines Blenden-Blocks 30 mit einer im Wesentlichen kreisförmigen Ausnehmung 31 einen Blenden-Block 37 zu verwenden, der einen geeignet ausgebildeten Durchgangsquerschnitt 38 aufweist. Ein mögliches Ausführungsbeispiel für einen Blenden-Block 37 mit einer geeigneten Ausnehmung 38 ist in Fig. 4 gezeigt. Hierbei ist der Blenden-Block 37 in einem schematischen Querschnitt dargestellt. Die Querschnittsebene steht dabei senkrecht auf der Mittelachse 1 1 des Energiefilters. Beispielsweise kann der Blenden-Block 37 anstelle des Blenden-Blocks 30 des in Fig. 2 dargestellten Energiefilters 23 verwendet werden.
Wie man sieht, weist die Ausnehmung 38 in der Mitte ein zentrales Loch 39 auf. Am äußeren Rand dieses zentralen Lochs 39 sind - vorliegend vier - keulenartige Erweiterungen 40 der Ausnehmung 38 zu erkennen. Selbstver- ständlich ist es möglich, dass auch eine andere Anzahl an keulenartigen Erweiterungen 40 genutzt wird. Vorliegend sind die keulenartigen Erweiterungen 40 jeweils identisch geformt; es ist jedoch durchaus denkbar, dass die keulenartigen Erweiterungen 40 jeweils unterschiedlich ausgebildet sind. Durch die spezielle Formgebung der keulenartigen Erweiterungen 40 ist es möglich, dass bezüglich der Energie keine scharfe Abschnittskante auftritt,
sondern unterschiedliche Energien mit unterschiedlichen prozentualen Anteilen durch den Blenden-Block 37 hindurch treten können. Die in Fig. 4 dargestellte Ausnehmung ist dabei so gestaltet, dass sich schlussendlich eine annähernd gaussförmige Ausgestaltung der Filterkurve 41 (siehe Fig. 5) ergibt.
Bei der Formgebung der Ausnehmung 38 (insbesondere der keulenförmigen Erweiterungen 40) ist dabei darauf zu achten, dass die relative Transmission einer Teilchengruppe zur Energie mit zugehörigem Radius Rb die Beziehung T = F(RB) / (RB2 x π) gegeben ist, wobei FB = F(RB) die nicht durch Absor- bermaterial belegte Fläche innerhalb der Ausnehmung 38 ist.
Darüber hinaus ist die Ausnehmung 38 derart geformt, dass sich erneut eine schrägstrahloptimierte Oberfläche der Ausnehmung 38 ergibt. Für Querschnitte, die in Richtung der Mittelachse 1 1 vor oder hinter der in Fig. 4 dar- gestellten Querschnittsebene liegen, ist die Ausnehmung 38 dementsprechend größer bzw. kleiner auszuführen.
Schließlich ist in Fig. 6 noch kurz ein Verfahren 42 zur energieabhängigen Filterung von Teilchenstrahlung 3 geladener Teilchen dargestellt. Dazu wer- den in einem ersten Verfahrensschritt 43 die beispielsweise von einem hochenergetischen Laser 5 im Zusammenhang mit einem Target 7 erzeugten elektrisch geladenen Teilchen 3 durch eine geeignete Vorrichtung (beispielsweise ein oder mehrere Solenoide 12, 27, 28, 29) auf einen geeigneten Brennpunkt 14 fokussiert. In einem zweiten Verfahrensschritt 44 werden die auf den Brennpunkt 14 fokussierten Teilchen 3 von den sonstigen Teilchen 3 abgetrennt (wobei bevorzugt die sonstigen Teilchen 3 abgeschwächt werden). Somit erhält man am Ende 45 des Verfahrens 42 (wobei das Verfahren 42 selbstverständlich noch modifiziert werden kann) einen fokussierten Teilchenstrahl 16 mit Teilchen 3 geeigneter Energie.
Bezugszeichenliste:
1 . Energiefilter 23. Energiefilter
2. Teilchenstrahlquelle 24. Teilchenstrahlquelle
3. Teilchen 30 25. Stopperblock
4. Beschleunigerstufe 26. Ausnehmung
5. Laser 27. Solenoidanordnung
6. Laserstrahl 28. Supraleitendes Solenoid
7. Target-Folie 29. Normalleitendes Solenoid
8. Auftreffbereich 35 30. Blenden-Block
9. Beschleunigerbereich 31. Ausnehmung
10. Divergierendes Strahlen32. Abszisse
bündel 33. Ordinate
1 1. Mittelachse 34. Filterkurve
12. Solenoidspule 40 35. Flanke
13. Brennpunkt (falsche Ener36. Plateau
gie) 37. Blenden-Block
14. Brennpunkt (richtige Ener38. Ausnehmung
gie) 39. zentrales Loch
15. Stabförmiger Absorber 45 40. Erweiterungen
16. Ausgangsteilchenstrahl 41. Filterkurve
17. Lochblende 42. Verfahren zur Energie ab¬
18. Rundlich hängigen Filterung von
19. Streufolie Strahlung
20. Solenoid 50 43. Fokussierung auf Brenn¬
21.Verschiebungspfeil punkt
22. Größenveränderungspfeil 44. Abtrennung von Teilchen