Strahlverluste

Strahlverluste bezeichnet in der Beschleunigertechnik der Teilchenphysik den Verlust von Teilchen aus einem kontrollierten Strahl, sodass sie nicht mehr im vorgesehenen Strahlpfad oder im Ziel verbleiben. Solche Verluste treten auf, wenn Teilchen durch Wechselwirkungen oder Ungenauigkeiten aus dem Strahlkreis herausfallen, oder wenn sie durch Begrenzungen des Strahlwegs an die Wände gelangen. Strahlverluste beeinflussen die Leistungsfähigkeit eines Beschleunigers, erhöhen die Strahlbelastung von Bauteilen und können zu Aktivierung und Schäden führen.

Ursachen von Strahlverlusten sind unter anderem Streuung mit Restgas im Vakuum, Streuung an Materialien oder Kollimatoren, sowie Streuungen innerhalb des Strahls (Intrabeam-Streuung). In Elektronen- und Synchrotronbeschleunigern kann auch die emittierte Synchrotronstrahlung eine Energieverteilung erzeugen, wodurch Teilchen mit abweichender Energie außerhalb der zulässigen Toleranzen liegen und aus dem Strahl fallen. In Hochleistungs-Batch- oder Pulssystemen tragen außerdem Effekte wie der Touschek-Effekt zur Verlustbildung bei. Nicht alle Verluste sind unerheblich; ein kontrolliertes Loss-Budget ist Voraussetzung für Betriebssicherheit und Zielgenauigkeit.

Messung und Überwachung erfolgen üblicherweise durch Strahlverlust-Detektoren (BLMs), Dicken- und Aktivierungsmessungen sowie Überwachung der Energie- und Positionsabweichungen des Strahls. Die Auswirkungen reichen von Strahlenschäden und Bauteilaktivierung bis zu reduzierter Zielgenauigkeit und möglicher Gefährdung von Personal.

Zur Minderung von Strahlverlusten dienen verbesserte Vakuumqualität, gezielte Kollimation, optimierte Strahloptik, Halo-Kontrolle und robuste Schutz- sowie Feedback-Systeme. In medizinischen Anwendungen, wie der Teilchenradiotherapie, ist die Minimierung von Strahlverlusten besonders wichtig, um Dosissicherheit und Gewebeschonung zu gewährleisten.