Ionenstrahlen für die Weltraumforschung M. Scholz / D. Schardt Biophysik.

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1 Ionenstrahlen für die Weltraumforschung M. Scholz / D. Schardt Biophysik

2 Von der Therapie zur Weltraumforschung? Kosmische Strahlung besteht im wesentlichen aus Ionenstrahlen (Protonen … Eisen) Auf der Erde: Abschirmung durch Magnetfeld und Lufthülle Bei Aufenthalt im Weltall kann kosmische Strahlung zu erheblichen Schädigungen in Geweben und Material führen Ziele: Verständnis von Mechanismen/Ausmass der Schädigung Entwicklung von Gegenmassnahmen (Abschirmung)

3 Ursprung der kosmischen Strahlung Sonne Sonneneruption Protuberanzen (p,He) Galaxien Supernovae (p...Fe)

4 Dosisbelastung 1 mSv / Jahr 1 mSv / Tag 10000 mSv / Tag Strahlentherapie: 30 x 2000 mSv/Tag Polarlichter

5 Strahlenbelastung in der Weltraumfahrt M. Durante

6 Wirkung der kosmischen Strahlung Krebsinduktion Spätschäden in Geweben (z.B. Linsentrübung) Akute Strahlenschäden Dosis

7 Teilchen- und Energiespektrum Kinetische Energie [MeV/u] Teilchenfluenz Zusammensetzung der galaktischen kosmischen Strahlung

8 Wirkung pro Teilchen Die Rolle der schweren Ionen Schwere Teilchen zeigen auch bei hohen Energien eine deutlich erhöhte biologische Wirksamkeit Modell (Cucinotta et al.)

9 Beitrag verschiedener Ionensorten Wilson et al., 1985 Biologisch Effektive Dosis hinter 2cm Al-Abschirmung

10 Photonen Ionen Ursache für die hohe Wirksamkeit Vergleich von Ionen- und Photonenstrahlen (Emission von Sekundärelektronen) Zell- Kern

11 Biologische Detektion von Schadensspuren p21-Protein-Akkumulation entlang der Spur von 200 MeV/u Eisen-Ionen J. Heede-Rudolph et al. 10 m

12 Unsicherheit in Risikoabschätzungen Unsicherheiten in Risikoabschätzungen betragen zwischen 400% und 1500% Der grösste Teil der Unsicherheit ist durch mangelnde strahlenbiologische Kenntnisse bedingt. Ziel der NASA: Reduktion der Unsicherheit auf 50%

13 D. Bettega et al. Indikator für Krebsinduktion: Zelltransformation

14 Problem: Niedrigdosis-Bereich Bei Teilchenstrahlen: Niedrige Dosis niedrige Teilchenfluenz Bystander-Effekt

15 Ausblick Zukünftige Projekte: Schwerpunktverlagerung Therapie Strahlenschutz Ergebnisse finden generelle Anwendung (Strahlenschutz allgemein; Therapie: Sekundärtumore) Volles Teilchen- und Energie-Spektrum ist wichtig