Hoe is vacuüm betrokken bij medische versnellers? Stralingstherapie mogelijk maken

Het ontwerp van de medische versneller die wordt gebruikt om de energie te genereren die nodig is voor bestralingstherapie is een belangrijk onderdeel van het behoud van zoveel mogelijk gezonde cellen. Het vermogen om de straal te focussen en de energie ervan te beheersen zijn beide belangrijke onderdelen van het richten op kankercellen.

Een andere belangrijke factor is het type balk dat wordt gebruikt. Zoals eerder vermeld, worden X-ray stralen het meest gebruikt, maar andere soorten stralen worden steeds populairder.

Een voorbeeld is het gebruik van protonentherapie, waarbij een protonenstraal wordt gebruikt in plaats van röntgenstralen.

Omdat protonen heel wat energie nodig hebben om te versnellen, zijn de medische versnellers die voor protontherapie worden gebruikt meestal groter dan andere medische versnellers. Het zijn meestal cyclotron-achtige ontwerpen in plaats van de lineaire versnellers die worden gebruikt om stralen af te geven die bestaan uit lichtere deeltjes, zoals fotonen of elektronen.

Het belangrijkste voordeel van het gebruik van een protonenstraal is dat protonen geen straling afgeven voorbij een bepaalde afstand in het lichaam. Dit komt omdat protonen slechts een bepaalde afstand in het lichaam doordringen, die afhankelijk is van hun energie. Deze relatie stelt artsen in staat om beter te controleren waar de protonenstralen hun energie afgeven; het beschadigt dus minder gezond weefsel.

Een ander type straal dat kan worden gebruikt is een neutronenstraal in een proces dat Boron Neutron Capture Therapy wordt genoemd. Dit type stralingstherapie is iets anders, omdat er ook een tumorzoekend geneesmiddel nodig is dat boor-10 bevat. Wanneer de patiënt wordt blootgesteld aan een laagenergiestraal van neutronen, worden veel van de neutronen door boor-10 geabsorbeerd.

Deze absorptie creëert een reactie die deeltjes met een hoge energielading uitstoot op korte afstand. Deze deeltjes vernietigen vervolgens het omringende weefsel, dat bestaat uit de kankertumorcellen. Deze techniek veroorzaakt minimale schade aan het omringende gezonde weefsel. Deze nieuwe manieren van bestralingstherapie tonen aan dat de medische gemeenschap steeds beter wordt in het vernietigen van kankercellen en tegelijkertijd gezond weefsel behoudt. 

Vacuümtechnologie is een essentieel onderdeel van medische versnellers, omdat ze onder hoogvacuüm moeten werken. Zoals besproken in een vorige blog, beperken hoogvacuümomstandigheden straal-gasinteracties, wat ook kan worden aangeduid als het vergroten van het middelvrije pad van deeltjes in het vacuüm, zoals protonen en neutronen in de bovenstaande voorbeelden.

Als een protonen- of neutronenstraal bij atmosferische druk wordt gecreëerd, zou hij slechts een kwestie van nanometers afleggen voordat hij door luchtmoleculen wordt onderbroken. Wanneer de druk echter wordt verlaagd tot 10-5 mbar of lager, kunnen de protonen en neutronen veel langere afstanden afleggen. Hierdoor kunnen de stralen versnellen tot de energieniveaus die nodig zijn voor bestralingstherapie, waarbij de straal door de accelerator kan lopen en op een precieze plaats op een patiënt kan worden gericht.

Typische pompen die nodig zijn voor medische versnellersystemen zijn:

• ruwpompen, meestal droog om de kans op olieverontreiniging te verkleinen
• en turbomoleculaire pompen, die nodig zijn om de druk tot de vereiste niveaus te verlagen. In sommige gevallen zijn, afhankelijk van de stralingsniveaus die door de versnellers worden uitgestraald, pompen met externe elektronica nodig.