Aufbaueffekt

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Der Aufbaueffekt bezeichnet den Dosisaufbau mit zunehmender Tiefe, aufgrund der Vorwärtsstreuung der Sekundärteilchen.

Tritt Photonenstrahlung in Gewebe ein, kommt es zu Wechselwirkungen (Absorption und Streuung), bei der Sekundärteilchen entstehen. Ursächlich für die deponierte Energiedosis sind hauptsächlich die durch Ionisationen erzeugten Sekundärelektronen, die auf ihrem Weg durch das Gewebe (fast) ihre gesamte Bewegungsenergie auf den Absorber abgeben. Während die anfängliche Photonenfluenz seit dem Strahleintritt exponentiell abnimmt, steigt die Fluenz der geladenen Teilchen an. Die Tiefe des Dosismaximums entspricht ungefähr der mittleren Reichweite der Elektronen, die in den oberflächennahen Schichten entstanden sind, da ab dieser Tiefe die Anzahl wechselwirkender geladener Teilchen exponentiell abnimmt. Im Maximum stimmt folglich die Anzahl der herausgelösten und gestoppten Elektronen überein (Sekundärelektronengleichgewicht). Anschließend sinkt die Teilchenfluenz der Elektronen, und die Tiefendosis nimmt ab. Aufgrund der Streuung und der Strahldivergenz liegt das Maximum etwas näher an der Oberfläche.

Der Aufbaueffekt kann auch mit der Umwandlung der Kerma in Energiedosis erklärt werden. Während am Ort des Strahleintritts die Energiedosis gleich Null ist, ist die Photonenfluenz und damit die auf Sekundärteilchen übertragene kinetische Energie (Kerma) maximal. Durch den mit zunehmender Tiefe exponentiell abfallenden Photonenfluss, sinkt auch die Kerma. Gleichzeitig steigt die Energiedosis durch die zunehmende Anzahl wechselwirkender geladener Sekundärteilchen. Im Dosismaximum erreicht die Energiedosis das Niveau der Kerma, bevor sie anschließend beide gemeinsam mit zunehmender Tiefe abnehmen.

Da bei kleinen Photonenenergie (< 400 kV) die mittlere Reichweite der Sekundärelektronen sehr gering ist, liegt das Dosismaximum direkt an der Oberfläche. Zudem ist die Wahrscheinlichkeit der Vorwärtsstreuung (Klein-Nishina-Wirkungsquerschnitt) größer, weshalb das Dosismaximum umso tiefer liegt, je höher die Energie.

In der Partikeltherapie überwiegt die Lateralstreuung, sodass kein Aufbaueffekt vorhanden ist.

Darstellung von Tiefendosiskurven typischer Strahlenqualitäten (Röntgenstrahlung, MeV-Elektronen, -Photonen und -Protonen).
Darstellung von Tiefendosiskurven typischer Strahlenqualitäten (Röntgenstrahlung, MeV-Elektronen, -Photonen und -Protonen).

Weitere Informationen zu den Wechselwirkungen von Photonen in Gewebe findest du auf unserer entsprechenden Seite zur Wechselwirkung der Materie.

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