Dosisaufbaueffekt

Tiefendosiskurven unterschiedlicher Strahlenqualitäten in einem gewebeäquivalenten Phantom

Unter Dosisaufbau (auch Dosisaufbaueffekt genannt) versteht man den Anstieg der Strahlendosis bei Eintritt hochenergetischer Photonenstrahlung (>>511keV) oder Partikelstrahlung in einen Absorber.

Mit zunehmender Photonenenergie nimmt die Wahrscheinlichkeit einer Vorwärtsstreuung aufgrund der Eigenschaften des Klein-Nishina-Wirkungsquerschnitts zu. Die Energie des Sekundärelektrons E_e' nach Streuung des einfallenden Photons ν um einen Winkel φ errechnet sich zu:

E_e'(φ) = E_ν − E_ν'(φ) $=E_{\nu}\left(1-\frac{1}{1+\frac{E_{\nu}}{m_ec^2}(1-\cos(\phi))}\right)$

(Siehe Herleitung der Compton-Formel)

Mit zunehmender Photonenenergie strebt cos(φ) gegen 1 und damit der Ausdruck in der Klammer gegen 1. Also verringert sich die Restenergie, die nach einer Compton-Streuung im gestreuten Photon verbleibt bzw. nimmt der Anteil der vom Compton-Elektron aufgenommenen Energie zu.

In Materialien niedriger Ordnungszahl liegt die Reichweite von Elektronenstrahlung bei einigen Zentimetern. Trifft ein Strahl hochenergetischer Photonenstrahlung (einige MeV) beispielsweise auf Gewebe (reich an Wasser, daher niedrige Ordnungszahl), so nimmt die Strahlungsintensität hinter der Oberfläche zu, denn zur primär von der Photonenstrahlung erzeugten Ionendosis addiert sich die durch die Sekundärelektronen „aufgebaute“ Ionendosis. Bei der Strahlentherapie macht man sich diesen Effekt zunutze, um die Strahlenbelastung der Hautoberfläche im Vergleich zum Zielgewebe abzusenken.

Ein starker Dosisaufbau findet auch beim Eintritt von Teilchen (Neutronen, Protonen, Schwerionen) in einen Absorber statt. Ursächlich ist hier jedoch die Abhängigkeit des Wirkungsquerschnitts eines Teilchens von seiner kinetischen Energie. Der stark ausgeprägte Dosisaufbau wird bei der Partikeltherapie ausgenutzt, um eine optimale Dosisverteilung zu erzielen.

Quellen

• Krieger / Petzold: Strahlenphysik, Dosimetrie und Strahlenschutz, Band 1 Grundlagen; B.G. Teubner Stuttgart 1992