Studentische Arbeiten des Instituts LRT2

Hier finden Sie Doktor-, Diplom, Master-, Bachelor- und Studienarbeiten, die unter Betreuung des Institutsleiters Herr Prof. Dollinger entstanden sind.

JabRef references
Matching entries: 0
settings...

2017

Ein Szintillationsdetektor für die Positronenannihilation zur Korrelation von Lebensdauer und 3D-Impuls
Ulrich Ackermann; Dissertation, Universität der Bundeswehr München, 2017.
Abstract: In dieser Arbeit wurde ein orts- und zeitauflösender Szintillationsdetektor für Four-Dimensional Age Momentum Correlation (4D-AMOC) Messungen für die Positronenannihilation entwickelt. Mit dem Szintillationsdetektor und einem gepixelten Ge-Detektor wurden die weltweit ersten 4D-AMOC-Messungen am Scanning Positron Microscope (SPM) Interface an der Positronenquelle Neutron Induced Positron Source Munich (NEPOMUC) am Forschungsreaktor FRM II durchgeführt. Bei 4D-AMOC-Messungen wird der dreidimensionale Impuls des mit einem Positron annihilierenden Elektrons in Koinzidenz mit der Positronenlebensdauer ermittelt. Somit können Aussagen über Defekttypen im Festkörper und deren jeweilige chemische Umgebung gemacht werden. Der dreidimensionale Elektronenimpuls wird aus der Messung der Energie eines der beiden Annihilationsquanten, sowie aus der Winkelkorrelation beider Annihilationsquanten bestimmt. Die Positronenlebensdauer erhält man aus der zeitlichen Differenz zwischen der Implantation und Annihilation des Positrons in der Probe. Für 4D-AMOC-Messungen wird ein schneller ortssensitiver Szintillationsdetektor (Zeit und Ort) in Koinzidenz mit einem ortsensitiven Ge-Detektor (Energie und Ort) benötigt. Der in dieser Arbeit entwickelte orts- und zeitauflösende Szintillationsdetektor bestand aus einem Microchannel Plate Image Intensifier (MCPII) mit 40 mm aktivem Durchmesser und einer externen 2D-Backgammon Anode, sowie einem CeBr3-Pixelarray (Pixelgröße: 2,5 ⋅ 2,5 ⋅ 8 mm3; Pixelpitch 3,3 mm). Bei einer Gammaenergie von 511 keV wurde eine Eigenzeitauflösung im Bereich des Zentrums des Szintillationsdetektors von 320 ps (FWHM) erreicht. Die Ortsauflösung war bei einer Gammaenergie von 511 keV nur durch den Pixelquerschnitt von 2,5 ⋅ 2,5 mm2 bestimmt. Mit dem orts- und zeitauflösenden Szintillationsdetektor und einem gepixelten Ge-Detektor wurden 4D-AMOC-Messungen am SPM Interface durchgeführt. Die untersuchten Proben waren eine Goldfolie und eine Kohlenstofffolie. Die Instrumentenfunktion (Strahlpulsung und Szintilltionsdetektor) am SPM Interface betrug 540 ps (FWHM), die transversale Elektronenimpulsauflösung 17⋅10-3 m0c (FWHM) und die longitudinale Elektronenimpulsauflösung 5⋅10-3 m0c (FWHM). Aus den gemessenen 4D-AMOC-Spektren, in denen der Betrag des dreidimensionalen Elektronenimpulses in Abhängigkeit der Zeit aufgetragen ist, konnten die Positronenlebensdauern sowie deren zugehörigen diskreten Impulszustände ermittelt werden.
BibTeX:
	@phdthesis{Ackermann2017diss,
	  author = {Ulrich Ackermann},
	  title = {Ein Szintillationsdetektor für die Positronenannihilation zur Korrelation von Lebensdauer und 3D-Impuls},
	  school = {Universität der Bundeswehr München},
	  year = {2017},
	  url = {http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:706-5196}
	}
	
Radio Frequency Energy Elevation and Characterization of a Pulsed Positron Microbeam
Marcel Dickmann; Dissertation, Universität der Bundeswehr München, 2017.
Abstract: This thesis concerns the implementation of the renewed Scanning Positron Microscope (SPM) interface, including the positron elevator, at the high intensity positron source NEPOMUC at the Munich research reactor FRM II. The interface transfers the NEPOMUC beam into a pulsed microbeam of high brightness in order to reach the stringent requirements of the microscope. With the SPM itself it is possible to measure spatially resolved positron annihilation lifetime spectra in order to investigate defects for material science.

The in-pile positron source NEPOMUC provides a once-re-moderated positron beam of 3.0⋅107 e+/s , 20 eV kinetic energy, about 2 mm diameter and a transverse phase space volume in the range of 4.2 mm2eV·me. To generate a beam spot of ≤ 2 μm on the sample, the SPM requires a phase space of less than 0.7 mm2eV·me. For this reason, the interface is equipped with an additional re-moderation stage, which enhances the beam brightness. With every additional component, however, the manual beam alignment becomes more delicate and time consuming. Therefore, devices for beam characterization and automated beam alignment have been developed and applied with great success. Furthermore, a serious problem is that every re-moderation step leads to a loss of several keV total beam energy. Limitations, which issue from the low beam energy and the restricted space between microscope and interface, prevent an increase of the kinetic beam energy by a conventional radio frequency accelerator. Thus, we developed a new device, which increases the potential beam energy without altering any other beam parameters. To stress the differences we call the setup elevator. This final device is indispensable to operate the SPM at NEPOMUC. To verify that the high beam quality, which is achieved by the SPM interface, gets not lost as a result of the energy elevation, we determined the transverse phase space as 0.012 mm2eV·me for an 1-keV-elevated beam. The results show that the elevator concept and design work. In addition, the elevator is also of advantage for other positron beam facilities, since it offers the possibility to bias source and sample on the same potential.

BibTeX:
	@phdthesis{Dickmann2017diss,
	  author = {Marcel Dickmann},
	  title = {Radio Frequency Energy Elevation and Characterization of a Pulsed Positron Microbeam},
	  school = {Universität der Bundeswehr München},
	  year = {2017},
	  url = {http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:706-5478}
	}
	
A position sensitive time of flight setup forheavy ion elastic recoil detection analysis
Stephan Eschbaumer; Dissertation, Universität der Bundeswehr München, 2017.
Abstract: The measurement of elemental concentrations as a function of depth is vital for the understanding of the physical properties and thereby quality of thin, functional layers produced and utilized in e.g. microelectronics and in the semiconductor technology. In this work, a position sensitive time of flight setup (TOF-E) for the quantitative analysis by high energetic (EP &ap; 0.2 MeV⋅A) heavy ion elastic recoil detection (ERD) was developed and installed at the scattering chamber of the Q3D magnetic spectrograph located at the Munich Tandem Accelerator. The spectrometer is utilized for the quantifcation of the high resolution, single element depth profiles obtained with the Q3D magnetic spectrograph and as stand alone ERD detection system for the simultaneous analysis of all elements from 1 ≤ M ≤ 178 with high depth resolution. A high energy- and thereby depth resolution can only be achieved by the correction of kinematic effects of the scattering process. Thus, the first timing detector, as well as the ionization chamber based energy detector were designed to additionally offer a position sensitivity. Using an electrostatic lens which images the secondary electrons created by the recoil ions on penetration of a thin carbon foil in forward emission direction, a position resolution of 0.6 mm (FWHM) was achieved by the first time detector. In combination with a position resolution of the energy detector of 2.4 mm (FWHM), which is acquired by a drift time measurement of the ionization electrons within the gas volume, the true scattering angle of each recoil ion can be determined with an angular resolution of 2.5 mrad (FWHM). This allows to reduce the contributions of the kinematic effects on the energy resolution from 3.3% to 0.4%. By the detection of secondary electrons in backward emission direction within the first timing detector and within a second timing detector, an overall time resolution of 280 ps (FWHM) was achieved. In standard ERD measurements this allows, utilizing a 40 MeV ‍197Au projectile beam at an incident angle of 4° to achieve a surface energy resolution from the time of flight information of 0.76% and thereby a depth resolution of 2.3 nm (FWHM). Furthermore, the setup allows elemental separation up to a mass of 40 with a mass resolution of ΔM < 1. At high projectile energies (EP &ap; 1.3 MeV⋅A), the setup also offers the ability to perform ERD analysis utilizing a TOF-ΔE-ERes technique. The benefit of this technique is given by combining the inherent mass sensitivity of the TOF-E method with the sensitivity of the ΔE-ERes method to the nuclear charge. Both together allow to create unique filter conditions for background suppression and an overall sensitivity enhancement. This was demonstrated for the diffcult case of the detection of low nitrogen amounts within diamond. A sensitivity of 10 ppm was achieved with this technique, which is better by two orders of magnitude compared to conventional ΔE-ERes analysis. In addition to that, the method also allows for isotope separation in a medium heavy mass range of 12 ≤ M leg 40, which is not possible with the ΔE-ERes method.
BibTeX:
	@phdthesis{Eschbaumer2017diss,
	  author = {Stephan Eschbaumer},
	  title = {A position sensitive time of flight setup forheavy ion elastic recoil detection analysis},
	  school = {Universität der Bundeswehr München},
	  year = {2017},
	  url = {https://athene-forschung.rz.unibw-muenchen.de/node?id=121342}
	}
	
3D Hydrogen Microscopy at the Munich Proton Microprobe SNAKE
Marcus Moser; Dissertation, Universität der Bundeswehr München, 2017.
Abstract: The coincidence analysis of proton-proton (pp) scattering events from a MeV proton microprobe is an unique method for 3D hydrogen microscopy, where sub-ppm atomic sensitivity is achieved in light materials with μm depth and lateral resolution using 17 MeV protons. Up to 25 MeV protons can be used with a new detector system at the Munich microprobe SNAKE. Hence, the analysis of unsupported samples with high mass density or large thickness up to e.g. 50 μm tungsten, 150 μm silicon or 250 μm plastics becomes possible. At these energies, new challenges arise and are solved in this thesis for the dedicated setup at the Munich Tandem accelerator: (1) The optimum beam brightness and stability is required in particular for μm lateral resolution in large depth as well as for meeting reasonable measurement times. Therefore, a new multicusp ion source has been installed at the 14-MV Tandem accelerator with the brightness of up to B = 27 μAmm-2mrad-2MeV-1 at the space charge limit of 30 kV extraction potential. Beam transport calculations are performed and reveal the limits due to the Tandem accelerator stripper foil in conjunction with the intrinsic astigmatism and possible parasitic in uences on Bmax = 23.5 μAmm-2mrad-2MeV-1. It brings up the injection parameters and improvements for a future injection system to get an optimized phase space volume for an optimum brightness Bexp at the experiment. With the existing system, even Bexp = 2μAmm-2mrad-2MeV-1 has been achieved. This is 20 times more than with the previously used proton source and equals the originally suggested design value for the microprobe SNAKE. Additionally, it was required to construct and install a new water-cooled beam micro slit system as an object aperture for SNAKE. It includes a possibility of tandem stability control as well as combined heating and cooling pipe system that minimizes vibrations and temperature dilatation to less than 1 μm even up to 250 W blockedbeam power. (2) At the data analysis, the efficiency of the angular and coincidence filtering has been calibrated using a special Monte-Carlo simulation code. This enables an accuracy better than 5% for the quantification of the hydrogen content independent of the thickness of the sample, the atomic number/composition or density. The simulation has been verified on multilayered sandwich targets, demonstrating a depth calibrating from the energy signal of the protons with an accuracy of better than 1% of the sample thickness. As a basic requirement, the energy dependent scattering cross section data have been evaluated with a precision of 0.2%. Furthermore, detectors energy resolution of better than 30 keV for 17 MeV protons has been achieved with a new calibration method using elastic and inelastic scattering signals of thin foils. This allows correction of energy loss effects in the pixels of the detector and finally optimizes the sensitivity to the sub-ppm level. The system has been successfully applied for measuring the hydrogen content in buckled niobium hydrogen films showing enrichment in the buckels and confirming theory of hydrogen release with relevance to hydrogen storage devices.
BibTeX:
	@phdthesis{Moser2017diss,
	  author = {Marcus Moser},
	  title = {3D Hydrogen Microscopy at the Munich Proton Microprobe SNAKE},
	  school = {Universität der Bundeswehr München},
	  year = {2017},
	  url = {https://athene-forschung.rz.unibw-muenchen.de/node?id=121394}
	}
	
Nanoskopische Analyse von DNA Doppelstrangbrüchen in menschlichen Krebszellen nach Ionenbestrahlung
Judith Reindl; Dissertation, Universität der Bundeswehr München, 2017.
Abstract: Ionisierende Strahlung induziert beim Durchgang durch menschliche Zellen Doppelstrangbrüche mit unterschiedlicher Dichte und Komplexität abhängig vom Linearen Energietransfer (LET) der Teilchen. Diese Arbeit beschreibt die quantitative, höchstauflösende STED (engl.: stimulated emission depletion) Mikroskopie an menschlichen Zellen mit einer lateralen Auflösung von  100 nm. Die Zellen wurden hierzu am Rasterionenmikroskop SNAKE am 14 MV Tandembeschleuniger in Garching oder der alpha-Bestrahlungsquelle an der Universität der Bundeswehr München bestrahlt.

Damit konnten strukturelle und funktionale Domänen der Anlagerung von Proteinen, welche für das Auffinden und die Reparatur von Doppelstrangbrüchen verantwortlich sind, detailliert untersucht werden.Weitergehend konnten diese Domänen mit der Chromatinstruktur höherer Ordnung, also der Lage der DNA innerhalb des Zellkerns, verknüpft werden. Hierzu wurde die Korrelation der wichtigen Reparaturproteine 53BP1,γH2AX, Rad51 sowie Brca1 nach hoch- und niedrig-LET Bestrahlungen untersucht. Hierbei zeigen γH2AX und 53BP1, obwohl sie der gleichen Reparaturdomäne, dem sogenannten ''flanking chromatin'' zugeordnet werden nur teilweise Korrelation, welche unabhängig vom linearen Energietransfer der Teilchen ist. 53BP1 und Rad51 schließen sich ebenso LET unabhängig gegenseitig aus, was deren unterschiedliche Rolle während der Reparatur und die Zugehörigkeit zu verschiedenen Domänen widerspiegelt. Als Mediator zwischen den beiden Proteinen und somit Domänen wurde Brca1 identifiziert, welches ähnliche Zeitverläufe, wie Rad51 zeigt, jedoch nur teilweise räumlich mit Rad51 korreliert. Weitergehend wurden bei den Proteinen 53BP1 und γ-H2AX, welche sich nach Kohlenstoffbestrahlung in (540 ± 60) nm großen IRIF (engl.: ionizing radiation induced foci) und nach Protonenbestrahlung in (410 ± 30) nm großen IRIF anlagern, Nanostrukturen innerhalb der IRIF identifiziert. Diese Strukturen haben unabhängig vom LET eine Größe von 120 nm - 140 nm und entsprechen der ebenso LET unabhängigen IRIF Größe von Rad51 von (142 ± 13) nm, welche selbst keine Nanostruktur zeigen. Diese Strukturen in Kombination mit den Korrelationsmessungen lassen sich mit der Chromatinstruktur höherer Ordnung verbinden. So konnte Rad51 als direkte Markierung des Schadensorts identifiziert werden, welche in einer Region von dekondensierter DNA liegt, dem sogenannten Perichromatin. Dies hat eine Breite von 100 nm - 200 nm und wird um den Schaden in einem größeren Bereich durch das Protein 53BP1 stabilisiert. Das phosphorylierte Histon H2AX (γ-H2AX) markiert hingegen direkt die Chromatin Territorien und somit die DNA. Als zweites wesentliches Ergebnis wurde die initiale Anzahl an IRIF des Schadensmarkers DNA-PKcs wenige Minuten nach Bestrahlung mit Hilfe höchstauflösender STED Mikroskopie bestimmt. Die IRIF haben eine mittlere Größe von  190 nm, was die Trennung von DSB ermöglicht, welche nur durch solch kleine Abstände getrennt sind. Für 27 MeV Kohlenstoffbestrahlung (LET = 500 keV/μm) am Rasterionenmikroskop SNAKE in Garching wurden (4,5 ± 0,9) IRIF/μm und für 20 MeV Lithiumbestrahlung (LET = 116 keV/μm) wurden (2,8 ± 0,5) IRIF/μm . Beides verbessert nicht nur bisherige Messungen um einen Faktor  3 sondern übersteigt auch die Anzahl von durch Monte- Carlo basierten Simulationen mit PARTRAC vorhergesagten Schadenszahlen um einen Faktor 2 - 2,5. Diese Messungen stellen damit eine gegenüber bisherigen Messungen essentiell verbesserte Datenbasis dar, um die erhöhte relative biologische Wirksamkeit von hoch-LET Strahlung besser modellieren und damit verstehen zu können.

BibTeX:
	@phdthesis{Reindl2017diss,
	  author = {Judith Reindl},
	  title = {Nanoskopische Analyse von DNA Doppelstrangbrüchen in menschlichen Krebszellen nach Ionenbestrahlung},
	  school = {Universität der Bundeswehr München},
	  year = {2017},
	  url = {https://athene-forschung.rz.unibw-muenchen.de/node?id=120718}
	}
	
Gezielte Bestrahlung zellulärer und nukleärer Substrukturen am Ionenmikrostrahl SNAKE
Christian Siebenwirth; Dissertation, Universität der Bundeswehr München, 2017.
Abstract: In dieser Arbeit wurde ein Aufbau zur gezielten Bestrahlung von zellulären und nukleären Substrukturen am Rasterionenmikroskop SNAKE entwickelt, erfolgreich installiert und charakterisiert. Diese Entwicklung bildete die methodische Grundlage für die Untersuchung der Sensitivität des Nucleolus im Zellkern auf ionisierende Strahlung.

Das präsentierte neue Zielbestrahlungskonzept ermöglicht es, Substrukturen in Zellen mit einer Genauigkeit von besser als (0,4 ± 0,7) μm in X-Richtung und (-0,2 ± 0,8) μm in Y-Richtung mit einzelnen, abgezählten Ionen zu bestrahlen. So wird ein Nucleolus mit 3 μm Durchmesser von einem einzeln applizierten Ion zu mehr als 80% Wahrscheinlichkeit getroffen. Die Bestrahlung von 15-20 Zellen eines Kamerablickfeldes dauert dabei etwa 1 min, wodurch auf einer Probe mehr als 1000 Zellen pro Stunde gezielt bestrahlt werden können.

Diese methodische Entwicklung macht die Behandlung neuer Fragestellungen in der Strahlenbiologie möglich und wird schon erfolgreich für Projekte, wie der Untersuchung der Strahlensensitivität von Mitochondrien oder dem Vergleich von UV-Mikrobestrahlungen mit Ionenbestrahlungen angewendet. Als treibende Idee dieser Entwicklung wurde in dieser Arbeit erstmals mit einer gezielten Nucleolusbestrahlung mit 55 MeV Kohlenstoffionen die Hypothese getestet, ob der Zellkern homogen auf Strahlung sensitiv ist. Dazu wurde gezielt der Nucleolus oder der Zellkern mit ausgesparten Nucleoli mit 3 Ionen auf einen Punkt bestrahlt, was auf den Zellkern gemittelt etwa 1,1 Gy entspricht, und ein Zytokineseblock-Mikrokerntest durchgeführt. Es ergaben sich mit (0,34 ± 0,04) nach Nucleolusbestrahlung (NB) und (0,35 ± 0,04) nach „Zellkern ohne Nucleolus“-Bestrahlung (ZB) die gleichen Mikrokernraten pro doppelkerniger Zelle, die aber deutlich erhöht zu den Kontrollpositionen mit (0,073 ± 0,019) und (0,073 ± 0,022) sind. Nach NB wurde eine signifikant höhere Doppelkernrate von (0,60 ± 0,04) pro bestrahlter Zelle beobachtet als nach ZB mit (0,508 ± 0,023). Bei unbestrahlten Zellen lag die Doppelkernrate bei (0,600 ± 0,024). Offensichtlich wird der Zellzyklus nach NB etwas weniger verzögert als nach ZB. Bei beiden Endpunkten ist der Unterschied jedoch deutlich geringer als man anhand des DNADichteunterschieds annehmen würde (DNA-Dichte im Nucleolus ≈ 5% DNA-Dichte im Zellkern). Damit wirken sich im Nucleolus erzeugte DNA-Schäden scheinbar schwerer aus als im restlichen Zellkern.

Zusätzlich wurde überprüft, ob eine gezielte Bestrahlung des Nucleolus mit 1, 10, 50 und 100 Kohlenstoffionen eine Stressantwort der Nucleoli in der Zelle hervorruft. Eine auftretende nucleoläre Segregation mittels Färbung des UBF-Proteins, wie nach UV-Bestrahlung beobachtet wird, wurde weder in allen Nucleoli eines Zellkerns noch an dem bestrahlten Nucleolus in Folge der Ionenbestrahlung beobachtet. Jedoch ergab die Analyse der Transkription, dass an der Stelle eines Nucleolustreffer zu mehr als (90 ± 20)% das Signal des 5EU-Einbaus in die rRNA des Nucleolus verringert ist. Während-auch keine generelle Umverteilung des Parp1-Proteins über den kompletten bestrahlten Nucleolus beobachtet wurde, kam es jedoch zu (57 ± 15)% lokal an der Stelle-des reduzierten 5EU-Signals zu einer lokalen Verringerung des Parp1-Signals. Dies lässt auf eine von der Ionenzahl unabhängige lokale Hemmung der rRNA-Transkription -im Nucleolus schließen.

Abstract:

In this thesis, a setup for targeted irradiation of cellular and nuclear substructures at the ion microbeam SNAKE was developed, successfully installed and characterized. This development builds the methodical basis for investigations into the sensitivity of the nucleolus, which is in the nucleus, to ionizing radiation.

The presented new targeted irradiation concept enables the irradiation of substructures in the nucleus with an accuracy of less than (0.4 ± 0.7) μm in X-direction and (-0.2 ± 0.8) μm in Y-direction with single counted ions. Thus a nucleolus of 3 μm diameter is hit by a single applied ion with a probability of more than 80%. Irradiation of 15-20 cells in one field of view of the microscope camera takes about 1 min, whereby in one sample more than 1000 cells per hour can be irradiated.

This methodical development enables the investigation of new questions in radiobiologyand is successfully used in projects like the investigation of the radiation sensitivity of mitochondria or the comparison of UV microirradiations with ion irradiations. For the first time, as the main motivation for this development, in this
thesis the hypothesis was tested by a targeted irradiation of the nucleolus with 55 MeV carbon ion, if the nucleus is homogenously sensitive towards radiation. For
this purpose, the nucleolus or the nucleus without the nucleoli were irradiated with 3 ions in one spot, which equates to an average dose of 1.1 Gy to the nucleus. Following the irradiation a cytokinesis-block micronucleus assay done. The micronuclei yield per binucleated cell were similar with (0.34 ± 0.04) after nucleolus irradiation (NB) and (0.35 ± 0.4) after ''nucleus without nucleolus'' irradiation (ZB), but clearly higher than at the control positions with (0.073 ± 0.019) and (0.073 ± 0.022). After NB a significantly higher yield in binucleated cells of (0.60 ± 0.04) was investigated than after ZB with (0.508 ± 0.023). In unirradiated cells the yield of binucleated cells was (0.600 ± 0.024). Obviously, after NB the cell cycle is less delayed than after ZB. However, in both endpoints the difference is clearly smaller than expected using the DNA density difference (DNA density in the nucleolus ≈ 5% DNA density in the nucleus). So DNA damages caused in the nucleolus seem to have more impact than in the residual nucleus.

Additionally, it was tested, if targeted irradiation of the nucleolus with 1, 10, 50 and100 carbon ions induces a stress response in the nucleoli. An occurring nucleolar segregationusing a staining of the protein UBF, as observed after UV irradiation, couldnot be observed in all nucleoli of the nucleus nor in the irradiated nucleolus using ions. However, analysis of the transcription showed, that at the spot of a nucleolus hit with more than (90 ± 20)% probability the signal of the incorporation of 5EU in the rRNA of the nucleolus is decreased. While no general reorganization of Parp1 in the complete irradiated nucleolus was observed, (57 ± 15)% of the spots with reduced 5EU signal showed a local reduction of the Parp1 signal. Thus, independent of the ion number the rRNA transcription in the nucleolus was locally inhibited.

BibTeX:
	@phdthesis{Siebenwirth2017diss,
	  author = {Christian Siebenwirth},
	  title = {Gezielte Bestrahlung zellulärer und nukleärer Substrukturen am Ionenmikrostrahl SNAKE},
	  school = {Universität der Bundeswehr München},
	  year = {2017},
	  url = {http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:706-5214}
	}
	
Aufbau und Test eines Lambda-Viertel-Resonators für das Scanning Positron Microscope Interface
Björn Wanja; Studienarbeit, Universität der Bundeswehr München, 2017.
BibTeX:
	@thesis{Wanja2017sa,
	  author = {Björn Wanja},
	  title = {Aufbau und Test eines Lambda-Viertel-Resonators für das Scanning Positron Microscope Interface},
	  school = {Universität der Bundeswehr München},
	  year = {2017}
	}
	

2016

Proton Minibeam Radiotherapy
Stefanie Girst; Dissertation, Universität der Bundeswehr München, 2016.
Abstract: The risk of developing adverse side effects in the normal tissue after radiotherapy is often limiting for the dose that can be applied to the tumor. Proton minibeam radiotherapy, a spatially fractionated radiotherapy method using sub-millimeter proton beams, similar to grid therapy or microbeam radiation radiotherapy (MRT) using X-rays, has recently been invented at the ion microprobe SNAKE in Munich. The aim of this new concept is to minimize normal tissue injuries in the entrance channel and especially in the skin by irradiating only a small percentage of the cells in the total irradiation field, while maintaining tumor control via a homogeneous dose in the tumor, just like in conventional broad beam radiotherapy. This can be achieved by optimizing minibeam sizes and distances according to the prevailing tumor size and depth such that after widening of the minibeams due to proton interactions in the tissue, the overlapping minibeams produce a homogeneous dose distribution throughout the tumor.

The aim of this work was to elucidate the prospects of minibeam radiation therapy compared to conventional homogeneous broad beam radiotherapy in theory and in experimental studies at the ion microprobe SNAKE. Treatment plans for model tumors of different sizes and depths were created using the planning software LAP-CERR, to elaborate suitable minibeam sizes and distances for the individual tumors. Radiotherapy-relevant inter-beam distances required to obtain a homogeneous dose in the target volume were found to be in the millimeter range.

First experiments using proton minibeams of only 10 μm and 50 μm size (termed microchannels in the corresponding publication Zlobinskaya et al. 2013) and therapy-conform larger dimensions of 100 μm and 180 μm were performed in the artificial human in-vitro skin model EpiDermFTTM (MatTek). The corresponding inter-beam distances were 500 μm, 1 mm and 1.8 mm, respectively, leading to irradiation of only a few percent of the cells in the skin tissue, but with significantly increased doses (up to 5000 Gy) compared to the average dose of 2 Gy, which was applied homogeneously in further skin samples for comparison. Gaussian-shaped minibeams of even larger sizes (σ = 260 μm and 520 μm, inter-beam distance 1.8 mm) were analyzed in further experiments to evaluate the effect of increasing beam sizes as in deeper-lying tissues. Acute side effects were quantified via the MTT tissue viability test and the release of inflammatory proteins into the culture medium and showed improved results for minibeam compared to homogeneous irradiation. Genetic damage, an indicator for secondary tumor induction, was analyzed via the micronucleus test in the epidermal keratinocytes and was less than half for minibeams up to 180 μm size compared to homogeneous fields. Increasing minibeam sizes, i.e. increasing fractions of irradiated skin receiving a dose higher than the average dose of 2 Gy) increased the number of micronuclei per divided cell, but never exceeded the genetic damage induced by a homogeneous dose distribution.

A more authentic and representative in-vivo skin model, accounting for higher complexity with blood vessels, further cell types, follicles glands and especially a working immune system, was used in the next step to further examine the side effects of minibeam radiotherapy compared to homogeneous irradiation. The central part of the ear of adult BALB/c mice was irradiated with 20 MeV protons, using an average dose of 60 Gy in a field of 7.2×7.2 mm2. The 4×4 minibeams of nominal 6000 Gy had a size of 180×180 μm2 and inter-beam distances of 1.8 mm, as in previous in-vitro skin experiments. Minibeam irradiation induced no ear swelling or other visible skin reaction at any time, while significant ear swelling (up to 4-fold), skin reddening (erythema) and desquamation developed in homogeneously irradiated ears 3-4 weeks after irradiation. Loss of hair and sebaceous glands only occurred in the homogeneous irradiation fields and did not recover during the monitoring phase of 90 days.

Taken together all theoretical considerations and experimental findings, proton minibeam radiation therapy appears suitable for the implementation in clinical tumor therapy using protons and/or heavy ions, as it reduces side effects in the normal tissue compared to conventional broad beam irradiation. However, the upper limit of the minibeam size for tissue sparing and the technical feasibility are still to be elucidated as current technologies might have to be improved and adapted for the generation of sub-millimeter proton beams of energies up to 250 MeV at therapy plants.

BibTeX:
	@phdthesis{Girst2016diss,
	  author = {Stefanie Girst},
	  title = {Proton Minibeam Radiotherapy},
	  school = {Universität der Bundeswehr München},
	  year = {2016},
	  url = {http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:706-4569}
	}
	
Double-Strand Break Distributions along high-LET Particle Tracks in Human HeLa Cells
Josef Huber; Masters-Thesis, Universität der Bundeswehr München, 2016.
Abstract: Ionizing radiation finds widespread application in cancer treatment because it induces DNA double-strand breaks (DSB), which are causal to the killing of tumor cells and are ultimately required for a patient’s recovery. Based on its clinical relevance, it is of great importance to study the influence of radiation quality on the number of induced DSB. In previous experiments, the number of observed damage sites in the cell for low-LET X-rays matched well with the number of DSB predicted by simulations. However, for high-LET ionizing radiation, a saturation in the number of damage sites was observed that is less than the predicted number of DSB. The cause of this saturation is attributed to the method of visualizing DSB. It is performed by imaging the distribution of proteins like 53BP1 and γH2AX, which are involved in DSB-signalling and form 1 μm-sized ionizing radiation induced foci (IRIF) at these sites. Due to a decreased spacing between consecutive DSB with increasing LET, single DSB can no longer be resolved within the IRIF. The proteins KU70/80 and DNA-PKcs might be a promising alternative to these conventional damage markers, since one copy each binds to the end of double-stranded DNA immediately after damage induction. Thus, for these proteins significantly smaller IRIF are expected, which might allow the visual- ization of single DSB.

The aim of this work was to count every DSB that is induced by high-LET ionizing radiation in human HeLa cells. For this, the IRIF-formation of DNA-PKcs and KU70/80 was tested and examined. Induction of DSB was achieved by irradiation with α-particles and small angle irradiation at the ion microprobe SNAKE with lithium and carbon ions. Visualization of the target proteins’ distribution in the cell was accom- plished through the method of indirect secondary immunofluorescence staining and imaging was performed with the help of a super-resolution STED-microscope.

In the experiments, no IRIF-formation was detected for primary antibodies specifically targeting KU80 and DNA-PKcs after α-irradiation. The abundant presence of 400000 proteins of each type masked the signal of single proteins bound to double-stranded DNA, indicating that the proteins are not suitable for the counting of single DSB in their indistinguishable collective natural state. DNA-PKcs bound to DSB reportedly undergo phosphorylation at Thr2609, which leads to the dissociation from the DSB. Although this way the expected strong localisation at sites of DSB is lost, it allows for the discrimination of DNA-PKcs proteins that are not involved in damage response. Based on these findings in the relevant literature, the experiments were carried out and IRIF-formation for a primary antibody specific to phosphorylated DNA-PKcs was tested positive after α-particle irradiation. Furthermore, particle tracks were visible after lithium and carbon ion irradiation for samples fixed 2, 3 and 5 minutes post- irradiation. Evaluation of 30 particle tracks for each time point yielded an average number of 2.5±0.4 IRIF per micron after 2 minutes, which increased to 3.2±0.6 IRIF per micron 5 minutes after irradiation for lithium ions with LET=116±10 keV/μm. For carbon ions with LET=500±80 keV/μm , the number of observed IRIF increased from 4.1±0.6 per micron to 4.5±0.7 per micron from 2 to 5 minutes after irradiation. The increase for both ion types can be attributed to a delayed accumulation of protein to a fraction of DSB, which become accessible by changes in the conformation of hete- rochromatin at later times. PARTRAC simulations predict 2.7±0.4 DSB per micron for lithium and 10.2±2.2 DSB per micron for carbon ions. The number of observed IRIF for lithium ions exceeded the number from linear scaling of low-LET X-rays and matched well with the predicted number from PARTRAC. However, the observed number of IRIF for carbon ions was only half the number of the predicted DSB by PARTRAC. Thus, it is concluded that the goal of counting single DSB for high-LET irradiation can only be partly fulfilled: up to LET=116±10 keV/μm , the average spacing between DSB can be resolved by the IRIF-size with diameters from 188±36 nm to 205±49 nm. However, at LET=500±80 keV/μm , the decreased average spacing between consecutive DSB can no longer be resolved and is exceeded by the minimal observed IRIF-diameter of 178±40 nm. PARTRAC takes into account that DSB in close vicinity may not be resolvable and provides a reduced number of observable IRIF, which is derived by assigning all DSB within 150 nm to one observable cluster. This results in a predicted number of 3.3±0.3 observable IRIF per micron for carbon ions, which is matched and partly exceeded by the actual observed number of IRIF per micron. This indicates that the experimental results of this thesis are compatible with PARTRAC simulations.

BibTeX:
	@mastersthesis{Huber2016ma,
	  author = {Huber, Josef},
	  title = {Double-Strand Break Distributions along high-LET Particle Tracks in Human HeLa Cells},
	  school = {Universität der Bundeswehr München},
	  year = {2016}
	}
	
Geometrical Constraints for Proton Minibeam Radiotherapy
Matthias Sammer; Masters-Thesis, Universität der Bundeswehr München, 2016.
Abstract: A novel approach to reduce (often limiting) side effects in radiotherapy is the proton minibeam radiotherapy. The application of sub-millimeter proton beams spares a large number of cells within the irradiation fi especially in the entrance channel, result- ing in a lower response effect. Moreover, due to Multiple Coulomb scatter, the proton minibeams spread with depth and by adjusting the inter beam distances, a homogeneous dose distribution in the tumor can be achieved. Thus, proton minibeam radiotherapy reduces side effects due to spatial fractionation while a homogeneous dose distribution in the tumor delivers a well-known tumor control.
The aim of this work was to carry out detailed investigations of geometrical constraints in proton minibeam radiotherapy in simulations and in experiments. The simulations of proton minibeam scenarios were analyzed for different beam arrangements. Pencil minibeams were arranged on a quadratic and a hexagonal lattice. Planar line minibeams were arranged on a simple grid. First, a homogeneity constraint was elaborated for the different scenarios. Adjusting the scenarios so that all arrangements are homogeneous for the same beam size, the pure dose distributions were analyzed and delivered the fi hint that the best tissue sparing appears for the hexagonally arranged pencil minibeams. Moreover, a comparison was established by the calculation of idealized but realistic dimen- sioned treatment plans for the different minibeam arrangements (hexagonal, quadratic and line with initial minibeam size of 200 µm and a second line minibeam of 75 µm width) as well as for a conventional broadbeam scenario in a water phantom. The dose simulations were used to calculate a mean cell survival over depth, using the linear-quadratic model, for a 2 Gy and 10 Gy tumor dose. This allows the direct comparison of dose distributions on a modeled cellular level. The cell survival shows a tremendous effect, especially in the entrance channels (σ0 = 200 µm), with up to  91 % (87 %) cell survival for hexagonally arranged pencil beams, 90 % (86 %) for quadratic arranged pencil beams, 77 % (68 %) for the line beam arrangement with σ0 = 200 µm and 58 % (2 %) for the broadbeam irradi- ation with a tumor dose of 2 Gy (10 Gy). The pencil minibeams result in the best cell survival curves with small benefit for the hexagonal arrangement.
In the second part of the work, an experimental approach of geometrical constraints on single channels is investigated. Within an in-vivo mouse skin model the irradiation of mice ears with only one single channel of diff t sizes was investigated. 70 kV x-rays were applied on the ear with an average beam dose of 60 Gy for 7 different beam sizes (0.5, 1, 2, 3, 4, 5, 6 mm). No ear swelling was measured for irradiated ears with beamsizes ≤ 2 mm and no ear reddening was observed for beamsizes ≤ 1 mm over the monitoring time of 25 days after irradiation. Histological sections were made on day 25, which is the time-point for the expected maximum reaction, and did not deliver any hints on radiation damage for beamsizes ≤ 1 mm.
BibTeX:
	@mastersthesis{Sammer2016ma,
	  author = {Sammer, Matthias},
	  title = {Geometrical Constraints for Proton Minibeam Radiotherapy},
	  school = {Universität der Bundeswehr München},
	  year = {2016}
	}
	
Feinstruktur von BRCA1- und Rad51-Foci nach α-Bestrahlung
Benjamin Schwarz; Masters-Thesis, Ludwig-Maximilians-Universität München, 2016.
Abstract: DNA-Doppelstrangbrüche (DSB) sind kritische Schäden für das Überleben einer Zelle, wobei eine Vielzahl von extra- und intrazellulärer Faktoren zu einem DSB führen können. Aus diesem Grund hat die Natur besonders spezialisierte und dadurch gleichfalls komplexe Methoden zur DSB-Reparatur entwickelt. Einer dieser Prozesse ist die Homologe Rekombination (HR), bei welcher durch ein komplexes Zusammenspiel verschiedenster Proteine, akkumuliert in so genannten Foci, unter Verwendung des homologen Schwesterchromatids, die losen DNA-Enden wieder zusammengefügt werden. Wichtige Schlüsselfunktionen übernehmen dabei die Proteine Rad51 und BRCA1, wobei ihr gesamtes Aufgabenspektrum noch nicht bekannt ist. Die geringe Größe solcher Foci von wenigen 100 nm macht eine Abbildung ihrer inneren Strukturen für herkömmliche Lichtmikroskopie aufgrund der beugungsbegrenzten Auflösung von 250 nm unmöglich. In dieser Arbeit wurden immunhistochemische Methoden in Kombination mit STED Mikroskopie (STimulated Emission Depletion) verwendet, um die Feinstruktur der Reparaturfoci α-strahlungsinduzierter DSB an Hand von BRCA1 und Rad51 unterhalb der Beugungsgrenze abzubilden und über die Zeit von 24h zu charakterisieren. Dabei deuten die Ergebnisse der Korrelationsanalyse auf drei Phasen gemeinsamer Aktion am Doppelstrangbruch hin, welche in Early Stage, Processing Stage und Late Stage aufgeteilt werden können. Des Weiteren weisen Intensitätsplots quer durch einzelne Foci gemessen, auf eine lokale Exklusion der beiden Proteine im Zentrum des DSB hin und stärken Hypothesen, welche keinen direkten Protein-Protein-Kontakt beschreiben.

DNA Double-Strand Breaks (DSB) are critical damages for a living cell. A variety of extra- and intracellular factors are able to induce DSB. Therefore, nature developed several specific and complex DSB-Repair mechanisms. One of them is homologous recombination (HR). It depends on a complex interaction between different proteins, accumulating in so called foci. These proteins use the homologous sister chromatid as a template to rejoin the loose DNA ends. The proteins BRCA1 and Rad51 have a key function in HR, but their specific responsibilities are not completely understood yet. The small size of the foci (few 100 nm) rules out a resolution via light microscopy because of the diffraction barrier of 250 nm. During this thesis, immunohistochemistry and STED microscopy (STimulated Emission Depletion) was used to image foci of BRCA1 and Rad51 during the repair of α-radiation induced DSB with a resolution below the diffraction limit. The resulting data of the correlation analysis of BRCA1 and Rad51 imply a subdivision of BRCA1 and Rad51 interaction in 3 phases during HR (early stage, processing stage, late stage). Intensity plots of the localization of BRCA1 and Rad51 show local exclusion within the foci and therefore support predictions of non-existing direct protein interaction.

BibTeX:
	@mastersthesis{Schwarz2016ma,
	  author = {Schwarz, Benjamin},
	  title = {Feinstruktur von BRCA1- und Rad51-Foci nach α-Bestrahlung},
	  school = {Ludwig-Maximilians-Universität München},
	  year = {2016}
	}
	

2015

Erste ortsauflösende Positronen Lebensdauerspektroskopie am Scanning-Positron-Microscope Interface
Johannes Mitteneder; Masters-Thesis, Hochschule München, 2015.
Abstract: Das Scanning-Positron-Microscope (SPM) ist ein Instrument zur zerstörungsfreien Materialuntersuchung mittels der Positronen Lebensdauerspektroskopie. Positronen sind sensitiv für Materialdefekte wie Leerstellen, Versetzungen oder Korngrenzen.
An Defekten variiert die lokale Elektronendichte und damit die mittlere Lebensdauer der Positronen im Probenmaterial.
An der Universität der Bundeswehr wurde das SPM an einer Labor-Positronenquelle betrieben. Für einen höheren Positronenfluss wird das SPM zukünftig durch das SPM-Interface an die Reaktor Positronenquelle NEPOMUC gekoppelt. Durch den höheren Fluss des Positronenstrahls sollen kürzere Messzeiten erreicht werden.
Das SPM-Interface verbessert die Strahleigenschaften, indem es die Divergenz und den Strahldurchmesser des Positronenstrahls verkleinert. Zusätzlich formt das SPM-Interface die Positronenpulse aus dem kontinuierlichen Positronenstrahl von NEPOMUC.
Die Pulsung des Strahls wird als Startsignal für die Lebensdauermessungen benötigt. Damit passt das SPM-Interface den Positronenstrahl von NEPOMUC an die Bedürfnisse des SPM an.
Am SPM sollen ortsauflösende Positronen Lebensdauerspektroskopie Messungen mit einer Ortsauflösung von unter 1 µm und einer Pulsbreite von weniger als 150 ps erreicht werden. Dazu sind mehrere Stufen der Pulsformung und Fokussierung nötig.
Um die projektierten Ziele des SPM zu erreichen, muss am Abschluss des SPM-Interfaces ein Strahldurchmesser kleiner 200 µm und eine Pulsbreite von unter 250 ps (FWHM) erreicht werden. Die hohen Ansprüche an die Strahleigenschaften am Abschluss des SPM-Interfaces dienen außerdem dem effizienten Einkoppeln des Positronenstrahls in das SPM.
Um die Strahleigenschaften am Abschluss des SPM-Interfaces zu bestimmen, wurden mehrere Messungen durchgeführt. Die Messungen liefern die Grundlage für die Planung des weiteren Aufbaus des SPM an der Quelle NEPOMUC.
Für die Vermessungen des Strahlprofils des SPM-Interfaces wurde der Strahl mit einer Micro-Channel-Plate (MCP) direkt beobachtet. Der Bereich der höchsten Intensität des Positronenstrahls ist kreisförmig mit einem Durchmesser von 4mm FWHM. Das Intensitätsprofil ist gaußförmig. Durch eine Abbildung des Strahls mit einer elektrostatischen Linse auf die MCP konnte ein Strahldurchmesser von 2mm FWHM bei einer Brennweite von mm erreicht werden. Mit dieser Messung kann die kinetische Energie der transversalen Bewegung der Positronen auf 70meV abgeschätzt werden.
Ein rundes Strahlprofil mit gaußförmiger Intensität ist die Voraussetzung für die weiteren Messungen. In dieser Arbeit wurde eine Probenkammer zur ortsauflösenden Lebensdauerspektroskopie für das SPM-Interface gebaut. Die Probenkammer fokussiert den gepulsten Strahl mit Hilfe einer magnetischen Linse. Der magnetisch fokussierte Strahl kann durch Scannig-Spulen über eine Probe gerastert werden. Mit Hilfe der Probenkammer sind so ortsauflösende Messungen zur Bestimmung des minimal erreichbaren Strahldurchmessers möglich.
Als Grundlage für die ortsaufgelösten Messungen muss die erreichbare Zeitauflösung bekannt sein. Die Zeitauflösung ergibt sich durch die totale Zeitauflösung des Detektors und der Pulsbreite der erzeugten Positronenpulse. Für Pulsbreiten von unter 250 ps muss der kontinuierliche Positronenstrahl der Quelle NEPOMUC in mehreren Schritten zu Pulsen geformt werden. Dazu werden am SPM-Interface ein Sägezahn-Vorbuncher und zwei Sinus-Buncher sowie ein Chopper genutzt. Zur Bestimmung der Pulsbreite sind alle Pulsungkomponenten einzeln eingestellt und optimiert worden. Der Zeitfokus kann durch geeignete Einstellungen der Buncher- Amplitude und der Driftgeschwindigkeiten auf den Probenort in der Kammer gelegt werden. Durch die 50MHz Frequenz der Pulsung erreichen die Positronen alle vielfache von 20 ns die Probenposition t_n =n 20 ns (n e N). Liegt der Zeitfokus auf der Probe, ist die zeitliche Verteilung der ankommenden Positronen um t_n minimal. Die FWHM der gemessenen zeitlichen Verteilung (für viele Positronen aus mehreren Pulsen), der im SPM-Interface gepulsten Positronen entspricht der Pulsbreite.
Die Pulsbreite T_Puls wurde auf gute (257+/-3) ps bestimmt. Aus dem Vergleich der Zählrate mit und ohne Pulsung an der Probenposition ergibt sich ein Wirkungsgrad der Pulsung von 70%.
Am späteren Aufbau des SPM werden die im SPM-Interface erzeugten Pulse noch einmal gebuncht. Damit können aus den im SPM-Interface vorgeformten Pulsen schärfere Pulse im Bereich von 150 ps erzeugt werden.
Mit der erreichten Pulsbreite sind die Positronen Lebensdauermessungen mit der für das SPM-Interface gebauten Probenkammer möglich. Die Probenkammer erlaubt durch die im Laufe der Arbeit gebaute Hardware und in LabView programmierte Software vollautomatisierte ortsaufgelöste Positronen Lebensdauermessungen. Um mögliche Einstellungen der elektrischen Potenziale in der Kammer sowie für den Strom der fokussierenden magnetischen Linse für die Messungen zu finden, ist der Strahlverlauf in der Probenkammer mit COMSOL Multiphysics® simuliert worden. Vor den Messungen am SPM-Interface ist die Probenkammer auf Vakuumdichtigkeit und Hochspannungsfestigkeit bis 10 kV getestet worden. Die Tests verliefen problemlos, nach einem längeren Abpumpen wurde ein Druck von 1 10^(-6) mbar erreicht.
Aus den Messungen mit der Probenkammer des SPM-Interfaces soll der minimal erreichbare Strahldurchmesser bestimmt werden. Dazu wurden ortsaufgelöste Messungen durchgeführt. Die Probenkammer des SPM-Interfaces erlaubt einen Scan- Bereich von 1,5 x 1,5 mm. Der Scan-Bereich ist dabei weitestgehend frei von Verzeichnungen.
Durch die Geometrie der Probenkammer und die Abschirmung des Detektors sind Messungen mit geringem Untergrund möglich. Als Untergrund zählen alle 511 keV-Quanten, die nicht von einer Annihilation im Probenmaterial stammen. Das Peak zu Untergrund Verhältnis beträgt 1000. Damit ist die Aufnahme guter Einzelspektren ausgewählter Orte der Probe möglich. Mit Hilfe von Line-Scans ist die Ortsauflösung in der Probenkammer zu (180+-10) µm bestimmt. Um diesen Strahldurchmesser zu erreichen, wurde der Positronenstrahl in der Probenkammer mit der magnetischen Linse des zweiten Remoderators des SPM fokussiert. Durch die Verwendung dieser Linse ist am weiteren Aufbau des SPM ein vergleichbar kleiner Strahldurchmesser auf dem zweiten Remoderator möglich. Der Remoderator wirkt als gepulste Positronenquelle für die Positronen Lebensdauermessungen in der Probenkammer des SPM. Mit einem Quellendurchmesser von ca. 200 µm und der schmalen Energieverteilung des remoderierten Strahls sind Strahldurchmesser um 1 µm beim finalen Aufbau des SPM möglich.
Der Aufbau der Probenkammer des SPM-Interfaces sowie die durchgeführten Messungen waren sehr erfolgreich. Die in dieser Arbeit erreichten Ergebnisse erlauben den finalen Aufbau des SPM. Durch die Kenntnis des Strahldurchmessers kann die Positronen-Strahloptik zum Ankoppeln des SPM an das SPM-Interface effektiv ausgelegt werden. Schon mit dem Aufbau der Probenkammer des SPM-Interfaces sind Positronen Lebensdauerspektroskopie Messungen mit guter Orts- und sehr guter Zeitauflösung möglich.
Positronen Lebensdauermessungen mit einer Pulsbreite von 260 ps, einem Strahldurchmesser von 180 µm und mit einr hoher Intensität von 2000 Counts pro Sekunde sind weltweit einzigartig. Sie sind nur am Scanning-Positron-Microscope Interface mit der in dieser Arbeit gebauten Probenkammer des SPM-Interafces der Universität der Bundeswehr an der Positronenquelle NEPOMUC möglich.
BibTeX:
	@mastersthesis{Mitteneder2015ma,
	  author = {Mitteneder, Johannes},
	  title = {Erste ortsauflösende Positronen Lebensdauerspektroskopie am Scanning-Positron-Microscope Interface},
	  school = {Hochschule München},
	  year = {2015}
	}
	

2014

Improvement of the Pulsed Low Energy Positron System (PLEPS) for complex problems in materials science
Luca Ravelli; Dissertation, Universität der Bundeswehr München, Fakultät für Luft- und Raumfahrttechnik, 2014.
Abstract: This thesis concerns the application and the improvement of the Pulsed Low Energy Positron System (PLEPS) at the high intensity positron source NEPOMUC at the Munich research reactor FRM-II. This system is used for the defect study in complex materials. Positrons are the ideal probe for non-destructive investigations of vacancy-like defects in matter. The combination of positron lifetime spectroscopy with a pulsed, monochromatic positron beam of variable energy conveys information on the type and the concentration of defects down to the sub-ppm range and their depth-profile with nm resolution. Defect structures in two materials were investigated with PLEPS for this thesis. First, we studied strontium titanate (STO), which is a material of great relevance in modern oxide electronics. The cation vacancies (strontium and titanium vacancies, VSr and VTi, respectively) were identified in STO films deposited by Pulsed Laser Deposition (PLD). It was also shown, that in commercially available STO substrates only titanium vacancies with a concentration of (1.26±0.16) ppm could be detected and that upon annealing in the same conditions as for the PLD procedure a 400 nm thick layer of titanium-oxygen divacancies VTi-O was introduced. The second investigation was performed in permanently densified silica glasses. In combination with XRD measurements the structure evolution upon densification was analyzed. In particular, it was demonstrated that the average inter-tetrahedral void radius measured with PLEPS permits to predict the shift of the first sharp diffraction peak of the static structure factor as a function of the density. In the second part of this work, from the experience gained with PLEPS in the course of this thesis, the limits of the apparatus were analyzed, measures to improve the quality of the positron lifetime spectra measured with PLEPS were identified and tested. Comprehensive simulations were performed to understand the structures in the background of the measured lifetime spectra and possible countermeasures were found. Modifications of the pulsing system allowed to a) improve the time resolution of PLEPS to about 250 ps, b) measure precisely positron lifetime longer than 3 ns, which enhances the capabibility of PLEPS for the determination of free volumes in polymer samples and membranes and c) get rid of disturbing structures in the background of the positron lifetime spectra. Thus, PLEPS in combination with the high intensity positron source NEPOMUC can be considered as the most productive pulsed positron beam for defect depth-profiling in materials currently available world-wide.
BibTeX:
	@phdthesis{Ravelli2014diss,
	  author = {Ravelli, Luca},
	  title = {Improvement of the Pulsed Low Energy Positron System (PLEPS) for complex problems in materials science},
	  school = {Universität der Bundeswehr München, Fakultät für Luft- und Raumfahrttechnik},
	  year = {2014},
	  url = {http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:706-3513}
	}
	
Erprobung von Szintillator-Detektoren bei tiefen Temperaturen
Johannes Schütze; Masters-Thesis, Universität der Bundeswehr München, 2014.
BibTeX:
	@mastersthesis{Schuetze2014ma,
	  author = {Schütze, Johannes},
	  title = {Erprobung von Szintillator-Detektoren bei tiefen Temperaturen},
	  school = {Universität der Bundeswehr München},
	  year = {2014}
	}
	
A Microbeam Slit System for High Beam Currents
Thomas Vallentin; Masters-Thesis, Universität der Bundeswehr München, 2014.
Abstract: A new microbeam slit system for high beam currents of 10 µA was built up to improve the brightness transport of a proton beam with a kinetic energy of up to 25 MeV into the microprobe SNAKE. The new slit system features a position accuracy of less than 1 µm under normal operating conditions and less than 2 µm if the beam is switched on and off [1]. The thermal management with a powerful watercooling and potential-free thermocouple feedback controlled heating cables is optimized for constant slit aperture. The transparent zone is reduced to 0.7 µm due to the use of mechanically lapped tungsten as slit tip material to reduce small angle scattering effects and to reduce the number of ions passing the slits with low energy loss. The slits feature electrical isolation of the slit tip to make slit current monitoring possible, e.g. for tandem feedback control. With the high possible thermal power input of 250 W we could measure for the first time the high-energy beam brightness B_exp of injected beams with high emittances of eps_in = 2pi mmmrad. The brightness B_exp transported into the microprobe was improved to B_exp = 2 µA/(mm2 mrad2 MeV) and therefore brightness loss through the tandem accelerator was around 25 %. The higher transported brightness B_exp gives the opportunity to achieve the high resolution of the single ion, cell irradiation setup [8, 7] ( 320 nm) also at higher current of I_exp = 100 pA for materials analysis [5].
BibTeX:
	@mastersthesis{Vallentin2014ma,
	  author = {Vallentin, Thomas},
	  title = {A Microbeam Slit System for High Beam Currents},
	  school = {Universität der Bundeswehr München},
	  year = {2014}
	}
	

2013

Einfluss der zeitlichen und räumlichen Fokussierung auf die strahlenbiologische Wirksamkeit von Protonen.
Christoph Greubel; Dissertation, Universität der Bundeswehr München, 2013.
Abstract: In dieser Arbeit wurde der Einfluss von auf Nanosekunden gepulster (zeitlich fokussierter) Dosisdeposition, im zweiten Teil von auf Submikrometer (räumlich) fokussierter Dosisdeposition auf die relative biologische Wirksamkeit, RBE, studiert. Die Effekte gepulster Bestrahlung auf Nanosekunden Zeitskala sind vor allem für eine mögliche Anwendung der Laserbeschleunigung von Ionen in der Tumortherapie, welche die Dosisdeposition auf einer Nanosekunden Zeitskala erwarten lässt, von Bedeutung. Zur Untersuchung wurde die Wachstumsverzögerung von zwei menschlichen Plattenepitelkarzinomen aus dem Mund- und Rachenraum, FaDu und XF354, im Mausmodell nach Bestrahlung mit einer Fraktion von nominell 20 Gy gemessen. In Ermangelung geeigneter lasergetriebener Ionenstrahlen wurde hierzu mittels konventioneller Technik am Rasterionenmikroskop SNAKE am Müchener Tandembeschleuniger ein auf 1,3 ns (volle Halbwertsbreite) gepulster 23 MeV Protonenstrahl mit einer Fluenz pro Einzelpuls von bis zu 109 cm-2 präpariert, sowie ein kontinuierlicher Protonenstrahl zur Dosisdeposition auf Millisekunden Zeitskala für direkte Vergleichsmessungen. Die Bestrahlung der maximal 4 mm tiefen und 7 mm im Durchmesser messenden Tumore erfolgt voxelweise, wobei die komplette Fluenz eines Voxels mit einem Nanosekunden Puls appliziert wird. An jedem Punkt im Tumor deponiert mindestens ein Puls eine Dosis zwischen 1,0 Gy und 2,7 Gy. Der RBE für die Wachstumsverzögerung von FaDu Tumoren bezüglich 6 MV Röntgenstrahlung wurde nach kontinuierlicher Dosisdeposition zu 1,10 ± 0,14, nach gepulster Dosisdeposition zu 1,22 ± 0,17 gemessen. Auch für die XF354 Tumore konnte kein signifikanter Unterschied in der Wachstumsverzögerung gemessen werden. Die Messungen zeigen keine Anzeichen für eine geänderte Wirksamkeit von Nanosekunden gepulster Dosisdeposition. Im zweiten Teil der Arbeit wurden die Auswirkungen von räumlich fokussierter Dosisdeposition am Endpunkt der Induktion von dizentrischen Chromosomen und Mikrokernen untersucht. Durch die Submikrometer Fokussierung von niedrig-LET 20 MeV Protonen kann eine räumliche Dosisverteilung generiert werden, welche qualitativ jener von Schwerionen mit hohem LET ähnelt, so dass die Wirkung von dichtionisierender hoch-LET Strahlung modelliert werden kann. Hierzu wurden AL-Zellen mit einer Dosis von jeweils 1,7 Gy in drei verschiedenen Modi bestrahlt: Die Bestrahlung mit Submikrometer fokussierten 20 MeV Protonen folgt einer 5,4 µm x 5,4 µm Matrix, wobei 117 Protonen pro Matrixpunkt appliziert werden. Die Bestrahlung mit 55 MeV Kohlenstoffionen erfolgt im selben Muster mit je einem Ion pro Matrixpunkt. Zufällig verteilte 20 MeV Protonen werden mit einer Fluenz von 4,01 µm-2 appliziert. Der RBE für die Induktion von Mikrokernen steigt durch die Fokussierung der Protonen von 1,28 ± 0,07 nach zufällig verteilter Protonenbestrahlung auf 1,48 ± 0,07 nach fokussierter Protonenapplikation, der RBE für die Induktion von dizentrischen Chromosomen steigt von 1,41 ± 0,14 auf 1,92 ± 0,15. Der von Kohlenstoffionen induzierte RBE ist mit 2,20 ± 0,09 für Mikrokerne und 3,21 ± 0,27 für dizentrische Chromosomen nochmal deutlich höher. Die signifikante Erhöhung der Induktion von Chromosomenaberrationen alleine durch die Fokussierung der Protonen und damit der räumlichen Dosisverteilung zeigt, dass die räumliche Dosisverteilung für den RBE maßgeblich ist. Die Experimente stellen somit die erste experimentelle Bestätigung der Grundannahme des Local Effect Models dar, welches in der Tumortherapie mit schweren Ionen zur Modellierung des RBE für die Dosisplanung verwendet wird. Rechnungen mit dem Local Effect Model III zeigen jedoch, dass dieses den RBE für die Endpunkte der Chromosomenaberrationen für die drei Bestrahlungsmodi zwar qualitativ, nicht aber quantitativ beschreiben kann.
BibTeX:
	@phdthesis{Greubel2013diss,
	  author = {Greubel, Christoph},
	  title = {Einfluss der zeitlichen und räumlichen Fokussierung auf die strahlenbiologische Wirksamkeit von Protonen.},
	  school = {Universität der Bundeswehr München},
	  year = {2013},
	  url = {http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:706-3415}
	}
	
Untersuchung des zeitlichen Verhaltens von Siliziumphotomultipliern
Johannes Schütze; Bachelors-Thesis, Universität der Bundeswehr München, 2013.
Abstract: Diese Bachelorarbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung des zeitlichen Verhaltens von Siliziumphotomultipliern (SiPMs). Dazu werden die Zeitauflösungen verschiedener SiPMs der Firma Ketek ermittelt. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Untersuchung des Zeitverhaltens bei unterschiedlichen Versorgungsspannungen. Im Folgenden wird zunächst die Funktionsweise von SiPMs, sowie die Funktionsweise der verwendeten Messelektronik erklärt. Anschließend wird der Ablauf der einzelnen Messmethoden erläutert. Zum Abschluss werden die Ergebnisse dargestellt und es wird auf Besonderheiten, die während der Messungen aufgetreten sind, eingegangen.
BibTeX:
	@mastersthesis{Schuetze2013ba,
	  author = {Schütze, Johannes},
	  title = {Untersuchung des zeitlichen Verhaltens von Siliziumphotomultipliern},
	  school = {Universität der Bundeswehr München},
	  year = {2013}
	}
	

2012

Super resolution microscopy of repair foci after ion irradiation of human HeLa cells
Judith (Seel) Reindl; Masters-Thesis, Ludwigs-Maximilians-Universität München, 2012.
Abstract: High LET (linear energy transfer) irradiation of living cells using heavy ions generates a high amount of DNA double-strand breaks (DSB) in close vicinity to each other along the ion track. Various repair proteins cluster to the damage sites, such as gH2AX and 53BP1, forming so-called repair foci of a gross size of about 1 µm. Due to the fact that one focus covers more than one DSB, a fine-structure within the focus can be expected. First indications for such a fine-structure were found in wide field images of
cells taken one hour after irradiation with 55MeV carbon ions in a 5x5 µm matrix performed at the ion microprobe SNAKE. While a typical focus with the diameter of about 1 µm can be easily resolved using a conventional fluorescence microscope, its substructures cannot be resolved due to the diffraction limit of about 250 nm in conventional fluorescence microscopy. Therefore, for analyzing foci fine-structures systematically, super-resolution microscopy techniques like structured illumination microscopy (SIM), stimulation emission depletion microscopy (STED) or localization microscopy (SPDM) which provide a lateral resolution of about 130 nm (SIM) to 50 nm (SPDM) fwhm are utilized. Since with these techniques the lateral resolution is even better than the z-resolution we used an irradiation configuration, where the cells are irradiated at a small angle to the image plane. Thus, the complete ion track appears as a line within one layer of a 3D microscope image. Due to these improvements the super resolution images clearly indicate a fine-structure when e. g. 53BP1 is stained with two colors.
For quantification of the results the Pearson correlation coefficient is calculated for a pixel wise shift in x-direction as well as in y-direction of one color channel with respect to the other (Van Steensel approach). This proves the existence of a fine-structure of a scale of about 200-230 nm, which becomes obvious by an extra correlation peak with a fwhm of this size. Using the same Van Steensel approach with images where one color marks 53BP1 and the other gH2AX, it can be shown that there is no total correlation of the fine-structure between 53BP1 and gH2AX on the small scale.
Using the product of the difference of the mean (PDM) for 2D profiles the images where one protein is labeled with two colors show large regions with total correlation of the to color channels and only small regions at the rim of the focus with no total correlation. In addition, in the PDM approach two different damage markers each labeled in one color show colocalisation in small regions inside the focus but anticorrelation in the outer regions of the focus. These analysis lead to different results:
first of all a single repair marker seems to cluster systematically to the damage site and not in a random way. Secondly 53BP1 and gH2AX cluster in a different way and therefore no full colocalisation can be reached.
With this experimental and analytical methods it is possible to determine the way of clustering to DSB of one single DNA damage marker to clarify the structure of a DSB and the structure of the chromatin architecture as well as the comparison of two
damage markers to get deeper understanding to the interaction of repair markers and repair proteins and at the end decode the way of DNA repair.
BibTeX:
	@mastersthesis{Reindl2012ma,
	  author = {Reindl, Judith (Seel)},
	  title = {Super resolution microscopy of repair foci after ion irradiation of human HeLa cells},
	  school = {Ludwigs-Maximilians-Universität München},
	  year = {2012}
	}
	
Charakterisierung von Siliziumphotomultipliern
Johannes Schütze and Christoph Hager; Studienarbeit, Universität der Bundeswehr München, 2012.
BibTeX:
	@thesis{SchuetzeHager2012sa,
	  author = {Schütze, Johannes and Hager, Christoph},
	  title = {Charakterisierung von Siliziumphotomultipliern},
	  school = {Universität der Bundeswehr München},
	  year = {2012}
	}
	
Brillanzverlust durch die Kohlenstoffstripperfolie beim Strahltransport im Garchinger Tandembeschleuniger
Benedikt Urban; Bachelors-Thesis, Universität der Bundeswehr München, 2012.
Abstract: Die Verteilung von Wasserstoff in Materialien ist ein technisch äußerst relevanter Forschungsgegenstand der Materialphysik. Am SNAKE können mittels Proton- Proton Streuung Wasserstoffverteilungen in Materialien quantitativ bestimmt werden.
Einzigartig ist, dass Wasserstoffverteilungen an Strukturen im mm-Bereich aufgelöst werden können. Die laterale Auflösung (Strahldurchmesser) des bestehenden Systems beträgt derzeit ca. 1 mm. Um diese zu verbessern, wurde eine hochbrillante Ionenquelle aufgebaut, die bei besserer Strahlqualität gleichen Ionenstrom an der Probe zur Verfügung stellt.
Nach Inbetriebnahme und ersten Messungen wurde festgestellt, dass sich ein erheblicher Verlust der Brillanz einstellt und somit Einbußen bei der Strahlauflösung. Die Brillanz am Experiment ist um einen Faktor 20 schlechter als die Ausgangsbrillanz. Es gilt zu untersuchen, inwieweit eine Steigerung der Brillanz durch Variation des Strahleinschusses in den Beschleuniger möglich ist. Im Rahmen dieser Arbeit soll ein vorhandenes Simulationsprogramm sowie existierende Strahltransportrechnungen auf die Strahleigenschaften der nun hochbrillanten Quelle adaptiert werden. Auf dieser Basis sollen die Transporteigenschaften mit existierenden Messungen verglichen und validiert werden.
Ziel dieser Arbeit ist es, das benötigte Phasenraumvolumen direkt vor der Stripperfolie zu bestimmen, als Folge des nötigen Phasenraums am SNAKE. In einem weiteren Schritt ist es mithilfe des genauen Phasenraumvolumens möglich, die Brillanzverschlechterung aufgrund der Kleinwinkelstreuung beim Umladungsprozess im Inneren des Terminals nachzuvollziehen und den Strahlengang diesbezüglich zu optimieren.
BibTeX:
	@mastersthesis{Urban2012ba,
	  author = {Urban, Benedikt},
	  title = {Brillanzverlust durch die Kohlenstoffstripperfolie beim Strahltransport im Garchinger Tandembeschleuniger},
	  school = {Universität der Bundeswehr München},
	  year = {2012}
	}
	
Design und Simulation eines temperaturstabilisierten Schlitzsystems für den Transport eines hochbrillanten Protonen-Mikrostrahls
Thomas Vallentin; Bachelors-Thesis, Universität der Bundeswehr München, 2012.
Abstract: Die Verteilung von Wasserstoff in Materialien ist ein technisch äußerst relevanter Forschungsgegenstand der Materialphysik. Am Experiment SNAKE können mittels Proton-Proton Streuung Wasserstoffverteilungen in Materialien quantitativ bestimmt
werden. Einzigartig ist, dass Wasserstoffverteilungen an Strukturen im µm-Bereich aufgelöst werden können. Die laterale Auflösung (Strahldurchmesser) des bestehenden Systems beträgt derzeit ca. 1 µm. Um diese zu verbessern wurde eine hochbrilliante Ionenquelle aufgebaut, die bei besserer Strahlqualität gleichen Ionenstrom an der Probe zur Verfügung stellt. Dies führt zur thermischen Überlastung des aktuell verwendeten Mikroschlitzsystems, welches maÿgeblich für die erreichbare Auflösung verantwortlich ist.
Ziel dieser Arbeit ist es mittels Finite-Elemente-Simulationen die Anforderungen an ein neues Mikroschlitzsytem unter maximaler Strahllast zu untersuchen. Das System muss 10 µA Strahlstrom und Protonen mit Energien von bis zu 25 MeV standhalten.
Auf Grund der nötigen Empfindlichkeit des Systems wird besonders auf die Unsicherheitsabschätzung der Randbedingungen eingegangen. Als kritischer Punkt stellte sich die hochgenaue Strahlstrommessung im nano-Ampere Bereich heraus, die bei hohen Temperaturen an den Mikroschlitzen zur Tandemreglung benötigt wird. Als idealer Werkstoff zeigte sich Aluminiumnitrid (AlN), welches eine hohe Wärmeleitfähigkeit von bis zu k = 180W/(mK) und ein gutes Isolationsvermögen mit rho_v = 5 x 10^5
Ohm m bei Schlitztemperaturen <400°C aufweist. Zur Kompensation von Strahllastschwankungen wird das Schlitzsystem auf eine konstante Temperatur vorgeheizt. Dabei wird die existierende Glühdrahtheizung wegen der hohen Glühemission durch potentialfreie Mantelheizer ersetzt. Zur Gewährleistung eines hohen Isolationswiderstandes wird die Temperatur durch eine effektive Wasserkühlung möglichst niedrig gehalten. Die Geometrie der Wasserkühlung wurde so ausgelegt, dass turbulenzinduzierte Druckschwankungen und somit parasitäre Vibrationen verhindert werden. Diese würden die erzielbare Auflösung deutlich verschlechtern.
Diese Arbeit zeigt, dass die Anforderungen an das neue Mikroschlitzsystem erfüllt werden können. Dabei kann unter Betracht aller Einflussgrößen eine sehr geringe Unschärfe der Objektgröÿe von <1,7 µm mit einer Positionierungsgenauigkeit von <0,3 µm im konstanten Betrieb gezeigt werden.
Durch den Einsatz dieses neu definierten Mikroschlitzsystems wird eine Erhöhung der Auflösungen in den sub-µm-Bereich erwartet.
BibTeX:
	@mastersthesis{Vallentin2012ba,
	  author = {Vallentin, Thomas},
	  title = {Design und Simulation eines temperaturstabilisierten Schlitzsystems für den Transport eines hochbrillanten Protonen-Mikrostrahls},
	  school = {Universität der Bundeswehr München},
	  year = {2012}
	}
	

2011

Anomalous subdiffusion of DNA repair protein foci after ion microirradiation.
Stefanie Girst; Diplomarbeit, Technische Universität München, 2011.
Abstract: DNA repair processes, starting after the irradiation of cell nuclei, can be made visible by tagging DNA repair proteins (here MDC1) with the green fluorescent protein GFP, so that microscopic accumulations of the repair proteins ( at the ion-induced
damages (mostly DNA double-strand breaks) can be observed and analyzed "live" under a fluorescence microscope.
The aim of this work is to determine the dynamics of the MDC1-foci in the nucleus. Living U2OS osteosarcoma cells were irradiated in a 5x5 µm^2 matrix pattern with one carbon ion (43MeV) per point or 32 protons (20 MeV) respectively at the ion microprobe SNAKE at the Munich 14MV Tandem accelerator. The relative movement (i.e. the distance) of neighboring foci within the living cells was monitored over several hours "online" at the irradiation site at SNAKE. This relative measure is more robust against cell movement than absolute position determination. The distribution of the change of distance dl between two foci in a time interval dt is a measure for the underlying diffusion. The square of its standard deviation sigma^2(dt) is in general described by
sigma^2(dt) = G*dt^a, with a = 1 for normal, a < 1 for anomalous subdiffusion.
The diffusion data gathered in the performed experiments are in agreement with an anomalous subdiffusion. The anomalous diffusion exponent found is a = 0.50 +/- 0.04 for both proton and carbon irradiation on a time scale of dt =10 s till 10 000 s,
indicating that the degree of anomality does not depend on the density of double-strand breaks. The transport coefficient G and thus the apparent and the instantaneous diffusion coefficient, however, were clearly bigger in proton-irradiated cell nuclei
(G = (7+/-2)x10^(-3) µm^2/s^0.5) than in those irradiated with the higher-LET carbon ions (G = (3 +/- 1) x 10^(-3) µm^2/s^0.5). This probably arises from the fact that protons produce isolated double-strand breaks (DSBs) which move faster than the larger number of DSBs that form the foci in a carbon ion track.
BibTeX:
	@mastersthesis{Girst2011da,
	  author = {Girst, Stefanie},
	  title = {Anomalous subdiffusion of DNA repair protein foci after ion microirradiation.},
	  school = {Technische Universität München},
	  year = {2011}
	}
	
Echtzeitbeobachtung schneller Reaktionskinetiken in lebenden Zellen nach Ionenmikrobestrahlung
Volker Hable; Dissertation, Universität der Bundeswehr München, 2011.
Abstract: Diese Arbeit beschreibt den Aufbau einer Lebendzellmikroskopieumgebung am Rasterionenmikroskop SNAKE, welches am Münchner 14 MV Tandembeschleuniger installiert ist. An dessen Zellbestrahlungsplatz können lebende Zellen mit Protonen und Schwerionen unter Lebendbedingungen mit einer Genauigkeit von ca. 0,5 µm und mit genau definierter Dosis bestrahlt werden. Die nach der Bestrahlung im Zellkern ablaufenden Reparaturvorgänge können durch eine mikroskopische Betrachtung der an der Reparatur beteiligten Proteine analysiert werden. Hierfür ist die Markierung dieser Proteine mittels Fluoreszenzfarbstoffen nötig. Dazu werden die Zellen auf gentechnischem Wege so verändert, dass an Proteine, die an der Reparatur der ioneninduzierten Schäden beteiligt sind, Fluoreszenzproteine (z. B. GFP, green fluorescent protein) angehängt werden. Mikroskopische Proteinanlagerungen an die Schadensorte, sogenannte Foci, können mit dem im Rahmen dieser Arbeit realisierten Aufbau unmittelbar nach und sogar während der Bestrahlung "online“ analysiert werden. Ein kommerziell erhältliches Fluoreszenzmikroskop (Zeiss Axiovert 200M) wurde hierzu am Bestrahlungsplatz angebracht. An dessen Probentisch befinden sich die Zellen während der Bestrahlung und der nachfolgenden Mikroskopie unter optimalen Umgebungsbedingungen in neu entwickelten Zellkulturgefäßen. Erste Experimente an dem neuen Aufbau dienten der Untersuchung von Kinetiken (= zeitlicher Ablauf der Focibildung) der Proteine Mdc1, 53BP1 und Rad52. Nach Applizierung einer mittleren Dosis von 4,4 Gy mit 55 MeV Kohlenstoffionen mit einem linearen Energietransfer LET = 310 keV/µm beginnt Mdc1 nach T0 = 17 ± 2 s mit der Anlagerung an die Schadensorte. Dies geschieht mit einer Zeitkonstante t = 98 ± 11 s. Wird dieselbe Dosis mit 20 MeV Protonen appliziert (LET = 2,65 keV/µm), läuft die Focibildung langsamer ab (T0 = 73 ± 16 s, t = 1050 ± 270 s). Eine höhere Bestrahlungsdosis durch Erhöhung der pro Punkt applizierten Protonen beschleunigt die Kinetik. Die Zeitkonstanten des Proteins 53BP1 weisen keine solch ausgeprägte Abhängigkeit von der Bestrahlungsart auf. Für alle Bestrahlungsbedingungen liegt hier T0 in der Größenordnung von 100 s und t in der Größenordnung von 300 s. Das nur qualitativ betrachtete Reparaturprotein Rad52 zeigt eine deutlich langsamere Kinetik, die allerdings wieder stark von der Dosis und vom LET der Strahlung abhängt. Während bereits ca. zehn Minuten nach Bestrahlung mit 4,7 Gy mit 55 MeV Kohlenstoffionen erste Foci sichtbar werden, dauert deren Erscheinen nach Applizierung von 5,7 Gy durch 20 MeV Protonen (117 Protonen pro Punkt) ca. drei Stunden. Eine Erhöhung der pro Punkt applizierten Protonenzahl auf 256 (und somit der Dosis auf 12 Gy) verkürzt diese Zeit auf ca. eine Stunde. Eine weitere Verdopplung von Protonenzahl und Dosis führt zu einem Sichtbarwerden der Foci nach weniger als zehn Minuten.
BibTeX:
	@phdthesis{Hable2011diss,
	  author = {Hable, Volker},
	  title = {Echtzeitbeobachtung schneller Reaktionskinetiken in lebenden Zellen nach Ionenmikrobestrahlung},
	  school = {Universität der Bundeswehr München},
	  year = {2011},
	  url = {http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:706-2487}
	}
	
Subdiffusion von DNS-Doppelstrangbrüchen unter dem Einfluss von Zellkernverformungen
Michael Haum; Bachelors-Thesis, Universität der Bundeswehr München, 2011.
Abstract: Die Untersuchung von Schäden an biologischem Material durch ionisierende Strahlung stellt immer noch ein großes Forschungsgebiet von Medizin und Biologie dar. Insbesondere die Reparaturvorgänge nach der Schädigung der DNS im Zellkern werfen noch viele offene Fragen auf, dabei vor allem die der gefährlichsten Doppelstrangbrüche (DSB). Für ein besseres Verständnis der raumzeitlichen Dynamik der DSB wurden lebende Zellen am Münchner 14 MV Tandembeschleuniger mit 43 MeV Kohlenstoff-Ionen beschossen, um so die DNS gezielt zu schädigen und die erzeugten DSB über die sich dort gebildeten fluoreszenzmarkierten Reparaturproteincluster („Foci“) zu beobachten.
Für die Analyse der Dynamik wurde die zeitliche Änderung der Abstände benachbarter Foci ( l≈5μm ) herangezogen. Die Standardabweichung der Abstandsänderung über ein Zeitintervall dt kann mit der Gleichung sigma^2= G * dt^a beschrieben werden, die eine Aussage über die Art der Diffusion macht. Es zeigte sich, dass der Diffusionsexponent mit a=0,49±0,05 deutlich kleiner ist als der einer normalen Diffusion ( a=1 ) und der Transportkoeffizient bei G=(1,7± 0,6) x 10^(−3) μm^2/s^0,49 liegt, sodass der Bewegung eine anomale Subdiffusion zugrunde liegt [S. Girst, 2011]. Durch die Betrachtung der Abstände anstelle von absoluten Positionen soll ausgeschlossen werden, dass eine Bewegung oder Deformation der gesamten Zelle unbeabsichtigt
in die Auswertung mit einfließt.
Ziel dieser Arbeit war es zu untersuchen, ob auch bei der Auswertung von größeren Foci-Abständen eine anomale Subdiffusion vorliegt. Hierfür wurden die Abstandsänderungen eines Foci zu seinem übernächsten Nachbarn ( l≈10μm ) herangezogen. Es ergab sich, dass auch hier eine anomale Subdiffusion vorliegt, mit dem Diffusionsexponenten a=0,58± 0,03 und dem Transportkoeffizienten G=(1,6± 0,3) x 10^(−3) μm^2 /s^0,58 . Trotz des größeren Diffusionsexponenten liegt auch nach dieser Auswertung eine anomale Subdiffusion vor, sodass das für kleine Abstände gefundene Ergebnis bestätigt wird. Der größere Diffusionsexponent ist allerdings ein Hinweis darauf, dass sich bei großen Foci-Abständen eine Verformung der Zelle in der Auswertung stärker
bemerkbar macht.
BibTeX:
	@mastersthesis{Haum2011ba,
	  author = {Haum, Michael},
	  title = {Subdiffusion von DNS-Doppelstrangbrüchen unter dem Einfluss von Zellkernverformungen},
	  school = {Universität der Bundeswehr München},
	  year = {2011}
	}
	
Differential Proton-Proton Scattering Cross Section for energies between 1.9 MeV and 50 MeV
Marcus Moser; Masters-Thesis, Hochschule München, 2011.
Abstract: We present a phase shift analysis of differential elastic proton-proton scattering cross sections (dσ/dO)_pp in the energy range from 1.9 MeV to 50 MeV and laboratory scattering angles θ_lab = 15 . . . 75. It results in an accurate representation of the experimental data by an analytical function for (dσ/dO)_pp (E, θ). The average statistical error of the resulting data fit is 0.2%. For a fast evaluation we extract an [E, θ]-matrix for (dσ/dO)_pp with a negligible interpolation error smaller than 0.02%. This data may be relevant for data evaluation for hydrogen analysis when using proton-proton scattering.
BibTeX:
	@mastersthesis{Moser2011ma,
	  author = {Moser, Marcus},
	  title = {Differential Proton-Proton Scattering Cross Section for energies between 1.9 MeV and 50 MeV},
	  school = {Hochschule München},
	  year = {2011}
	}
	
Eine hochbrillante Multicusp H-/D- Ionenquelle am Münchener Tandembeschleuniger
Marcus Moser; Studienarbeit, Hochschule München, 2011.
Abstract: Proton-proton scattering at the Munich microprobe SNAKE gives the unique possibility for sensitive 3D hydrogen microscopy [1]. We have installed a new multicusp ion source for negative hydrogen ions manufactured by HVEE [2] at the Munich tandem accelerator. The aim is boosting the proton beam brightness and hence optimizing the microprobe's lateral resolution and its sensitivity in hydrogen detection. The source operates at the space charge limit at its extraction site and therefore enables an optimum emittance of 15-20 Am^(−2)rad^(−2)eV^(−1) and brightness at the principal limit for conventional ion sources. The emittance is two orders of magnitude larger than that of the ECR source that was used before in combination with charge exchange for negative hydrogen production. For injection into the tandem accelerator, the extraction current of up to 1.5 mA H− is reduced to about 10 μA. Thus, we only accelerate the high brightness core of the beam that is further restricted in size and divergence by micro slit systems in front of SNAKE. We present the performance of the installed source and show the beam characteristics at the focal plane of SNAKE. In addition we show first 3D hydrogen microscopy on geological samples with a new multi-strip detector matrix consisting of four 5x5 cm^2, 1 mm thick strip detectors in a configuration parallel to the beam. The new detector setup enables us to use up to 25 MeV of incoming protons stopping all scattered protons from proton-proton scattering in the detector.
BibTeX:
	@thesis{Moser2011sa,
	  author = {Moser, Marcus},
	  title = {Eine hochbrillante Multicusp H-/D- Ionenquelle am Münchener Tandembeschleuniger},
	  school = {Hochschule München},
	  year = {2011}
	}
	
Konstruktion und Aufbau einer positionierbaren, kollimierten Gammaquelle zur Kalibrierung eines gepixelten Germaniumdetektors für die Positronenannihilation
Ricardo Riedel; Studienarbeit, Universität der Bundeswehr München, 2011.
BibTeX:
	@thesis{Riedel2011sa,
	  author = {Ricardo Riedel},
	  title = {Konstruktion und Aufbau einer positionierbaren, kollimierten Gammaquelle zur Kalibrierung eines gepixelten Germaniumdetektors für die Positronenannihilation},
	  school = {Universität der Bundeswehr München},
	  year = {2011}
	}
	

2010

Quantitative Analyse der LET- und Strahlungsdosisabhängigkeit von Proteinkinetiken nach Ionenmikrobestrahlung
Christian Burgdorf; Diplomarbeit, Universität der Bundeswehr München, 2010.
Abstract: In dieser Arbeit wurde eine quantitative Analyse von Proteinkinetiken nach Ionenmikrobestrahlung hinsichtlich einer LET- und Strahlungsdosisabhängigkeit durchgeführt.
Zur Auswertung der ablaufenden Reparaturprozesse wurden die mit dem Rasterionenmikroskop SNAKE fluoreszenzmikroskopisch aufgenommenen Zeitserien analysiert. In diesen Zeitserien bildeten sich in bestrahlten Bereichen innerhalb von verschiedenen Zeitintervallen Foci aus. Diese Foci beschreiben Orte, in denen sich die Konzentration von Proteinen erhöht, was mit der Anlagerung von Reparaturproteinen an beschädigten DNA-Sequenzen gleich zusetzen ist. Bei Beobachtung dieser Focibildung wurde des Weiteren deutlich, dass die Foci mit den Bestrahlungsorten kolokalisieren.
In dieser Arbeit wurden die Kinetiken der Proteine MDC1 und 53BP1 mit Hilfe von Helligkeitsmessungen ihrer Foci ausgewertet. Eine entwickelte Modellfunktion wurde an die gemessenen Helligkeitsverläufe angepasst. Die Proteinanlagerung und der Proteinabbau wurden mit Hilfe von zwei Zeitkonstanten Tau_1 und Tau_2 charakterisiert. Eine mögliche zeitliche Verzögerung beim Start des Reparaturvorganges konnte mit einem Zeitoffset T0 modelliert werden.
Zum Abschluss der Helligkeitsmessungen wurden probenübergeifend einzelne Bestrahlungsexperimente zusammengefasst, die unter gleichen biophysikalischen Bedingungen durchgeführt wurden. Die Klassifizierung erfolgte nach der verwendeten Strahlungsart und -dosis sowie nach dem untersuchten Reparaturprotein.
Hinsichtlich einer LET- und Strahlungsdosisabhängigkeit konnten für das Reparaturprotein MDC1 nach 20MeV H+, wie auch bei einer 55MeV C+ Bestrahlung, Abhängigkeiten festgestellt werden. Dabei zeigte sich für die Bestrahlung mit H+, dass die Erhöhung der Strahlungsdosis von 4,8 Gy auf 12,05 Gy (Faktor 2,5) eine Beschleunigung der Anlagerungszeit Tau_1,( 4,8 Gy) = 1052 ± 272 s zu Tau_1,(12,05 Gy) = 522 ± 148 s zur Folge hatte. Das Starten der Reparaturprozesse hingegen war nahezu konstant nach einem Zeitoffset von
T0,(4,8 Gy) = 73 ± 16 s und T0,(12,05 Gy) = 80 ± 11 s.
Für die Zeitkonstanten nach 55MeV C+ Bestrahlung zeigte sich ein ähnliches Bild, wobei deutlich wurde, dass weitaus geringere Strahlungsdosen nötig waren, um vergleichsweise schnelle Reaktionen für die Proteinanlagerung zu erreichen. Die Zeit für den Anlagerungsprozess wurde mit steigender Strahlungsdosis weiter verringert. Bei einer Dosis von 3,1Gy betrug Tau_1,(3,1 Gy) = 218 ± 55 s, die sich bei der Dosis von 4,4 Gy auf Tau_1,(4,4 Gy) = 98 ± 11 s verringerte. Eine signifikante Dosisabhängigkeit für die Offset-Zeiten
T0 konnte nicht bestimmt werden (T0,(3,1 Gy) = 14 ± 4 s, T0,(4,4 Gy) = 17 ± 2 s).
Die Auswertung des zweiten Reparaturproteins 53BP1 erbrachte für die Bestrahlung mit 20MeV H+ keine linearen Dosisabhängigkeiten. Die Werte für die Zeitkonstanten Tau_1 liegen in niedrigen (3,4 Gy) und hohen Strahlungsdosisbereichen (13,7 Gy) nahezu konstant
bei Tau_1,(3,4 Gy) = 237 ± 33 s und Tau_1,(13,7 Gy) = 226 ± 60 s. Für den mittleren Dosisbereich ist mit Tau_1,(6,9 Gy) = 460 ± 100 s die benötigte Zeit für die Proteinanlagerung doppelt so groß. Derselbe Effekt ist auch bei der Offset-Zeit T0 zu erkennen (T0, 3,4 Gy = 118 ± 14 s, T0, 6,9 Gy = 160 ± 12 s, T0, 13,7 Gy = 120 ± 22 s).
Die Auswertung des 53BP1 nach 55 MeVC+ Bestrahlung erbrachte ein Tau_1,(6,3 Gy) = 375 ± 58 s und einen Zeitoffset T0,(6,3 Gy) = 89 ± 8 s. Dabei wurde deutlich, dass sich die Zeitkonstanten für unterschiedliche Strahlungsarten trotz einer ähnlichen applizierten Strahlungsdosis stark unterschieden. Dennoch zeigte sich, wie bei der Untersuchung von MDC1, dass 55MeV C+ bestrahlte 53BP1 Proben eine schnellere Reaktion zeigten.
BibTeX:
	@mastersthesis{Burgdorf2010da,
	  author = {Burgdorf, Christian},
	  title = {Quantitative Analyse der LET- und Strahlungsdosisabhängigkeit von Proteinkinetiken nach Ionenmikrobestrahlung},
	  school = {Universität der Bundeswehr München},
	  year = {2010}
	}
	
Tumorbestrahlung mit gepulsten und kontinuierlichen Protonen am Mausmodell.
Christian Siebenwirth; Diplomarbeit, Technische Universität München, 2010.
Abstract: Zur Qualifizierung der Tumortherapie mit gepulsten Protonenstrahlen mit Pulsbreiten von 1 ns, wie sie bei der Laserbeschleunigung erzeugt werden, wurden am Münchner 14 MV Tandembeschleuniger menschliche Tumore am Mausmodell mit 20 Gy bestrahlt. Anhand des Parameters der Tumorwachstumsverzögerung wurde überprüft, ob ein Unterschied in der relativen biologischen Wirksamkeit (RBW) zwischen Protonenstrahlung, die ihre Dosis in Pulsen der Breite von 1 ns applizieren, und kontinuierlicher Protonenbestrahlung auftritt.
Da es noch keine laserbeschleunigten Ionenstrahlen in hinreichender Qualität gibt, um eine Tumorbestrahlung durchzuführen, wurde am Rasterionenmikroskop SNAKE ein laserbeschleunigter Protonenstrahl simuliert. Dazu wurde das 5 MHz Pulsungssystem des Tandembeschleunigers verwendet, das ein 23 MeV Protonenstrahl mit einer Pulsbreite von 1 ns erzeugt. Durch die Fokussierung des Strahls an SNAKE auf einen Durchmesser von 100 μm konnte in einem einzelnen Puls eine Ionenstrahldichte von 10^9 Protonen/cm² erreicht werden und so eine Dosis von 20 Gy mit einem Puls im Target deponiert werden. Die Strahlflecke wurden in lateraler Richtung durch Strahlablenkung und Bewegen des Tumors inklusive Maus zu einem homogenen Feld von ca. 1 cm² zusammengesetzt. Die homogene Tiefendosis wurde mittels Aluminiumplättchen als diskrete Energieabsorber kurz vor dem Target verwirklicht. So besaß das homogen bestrahlte Gesamtvolumen eine Tiefe von 4,8 mm und einen Durchmesser von 9 mm. Durch die Realisierung der kontinuierlichen Protonenbestrahlung am selben Gerät, wurden systematische Fehler im Vergleich der beiden Bestrahlungsarten minimiert.
Zur Kontrolle der Protonenfluenz diente ein vor dem Tumor platzierter Gafchromic EBT2 Film, der in Abhängigkeit von der durch die Protonen deponierten Dosis verdunkelt. Damit konnte die Dosis der gepulsten und kontinuierlichen Bestrahlung mit einer relativen Genauigkeit von 3 % rekonstruiert werden.
Es wurden insgesamt 11 XF354 und 12 FaDu Tumore bestrahlt, davon 12 im gepulsten und 11 im kontinuierlichen Modus. Die sich aus der Dosisrekonstruktion ergebende mittlere Tiefendosis lag für die gepulsten Bestrahlungen durchschnittlich bei 17,6 Gy mit einer Breite von 0,2 Gy bzw. für die kontinuierliche Bestrahlung bei 19,6 Gy mit einer Breite von 0,3 Gy. Annähernd die Hälfte des 10 % Dosisunterschieds zwischen gepulst und kontinuierlicher Bestrahlung konnten auf systematische Fehler der Bestrahlungsdurchführung und der Dosisrekonstruktion zurückgeführt werden. Diese sind
in zukünftigen Experimenten einfach zu korrigieren. Die andere Hälfte liegt vermutlich in der Strahlstrommessung begründet und sollte nach näheren Untersuchungen ebenfalls reduziert werden können.
Bei den XF354 Tumoren erreichte ein Tumor je Bestrahlungsmodus das dreifache Bestrahlungsvolumen, das für die Wachstumsverzögerung als Bezugspunkt dient, wobei die Wachstumsverzögerung 103 d für die gepulste und 35 d für die kontinuierliche Bestrahlung ergab. Die übrigen Tumore wurden kontrolliert, wodurch sich wegen der geringen Statistik keine Aussage über eine unterschiedliche RBW treffen lässt. Für die FaDu Tumore konnte eine mittlere Wachstumsverzögerung von (34 ± 4) d aus fünf gepulst bestrahlten und (36 ± 4) d aus vier kontinuierlich bestrahlten nicht kontrollierten Tumoren bestimmt werden.
Die gewonnenen Ergebnisse zeigen keinen signifikanten Unterschied bezüglich der Tumorwachstumsverzögerung von gepulster und kontinuierlicher Protonenbestrahlung.
BibTeX:
	@mastersthesis{Siebenwirth2010da,
	  author = {Siebenwirth, Christian},
	  title = {Tumorbestrahlung mit gepulsten und kontinuierlichen Protonen am Mausmodell.},
	  school = {Technische Universität München},
	  year = {2010}
	}
	

2008

Quantitative Analyse von Proteinkinetiken nach Bestrahlung lebender Zellen mit energetischen Schwerionen am Rasterionenmikroskop SNAKE
Tino Brüning; Diplomarbeit, Universität der Bundeswehr München, 2008.
BibTeX:
	@mastersthesis{Bruening2008da,
	  author = {Brüning, Tino},
	  title = {Quantitative Analyse von Proteinkinetiken nach Bestrahlung lebender Zellen mit energetischen Schwerionen am Rasterionenmikroskop SNAKE},
	  school = {Universität der Bundeswehr München},
	  year = {2008}
	}
	
Realisierung einer Schnittstelle für die externe Steuerung der Software AxioVision 4.6.3 in Verbindung mit dem Rasterionenmikroskop SNAKE
Christian Burgdorf; Studienarbeit, Universität der Bundeswehr München, 2008.
BibTeX:
	@thesis{Burgdorf2008sa,
	  author = {Burgdorf, Christian},
	  title = {Realisierung einer Schnittstelle für die externe Steuerung der Software AxioVision 4.6.3 in Verbindung mit dem Rasterionenmikroskop SNAKE},
	  school = {Universität der Bundeswehr München},
	  year = {2008}
	}
	

2007

Entwicklung von Auswertemethoden zur Bestimmung von Proteinkinetiken nach Zellbestrahlungen am Rasterionenmikroskop SNAKE
Tino Brüning; Studienarbeit, Universität der Bundeswehr München, 2007.
BibTeX:
	@thesis{Bruening2007sa,
	  author = {Brüning, Tino},
	  title = {Entwicklung von Auswertemethoden zur Bestimmung von Proteinkinetiken nach Zellbestrahlungen am Rasterionenmikroskop SNAKE},
	  school = {Universität der Bundeswehr München},
	  year = {2007}
	}
	

2006

Mikroskopisch genaue Zellbestrahlung mit hochenergetischen Ionen.
Andreas Hauptner; Dissertation, Technische Universität München, 2006.
Abstract: Im Rahmen der Arbeit wurde die physikalisch-biologische Schädigungswirkung von hochenergetischer Ionenstrahlung in Modell-Zellkernen auf mikroskopischer Ebene abgeschätzt. Zur Durchführung von Bestrahlungsexperimenten wurde am Rasterionenmikroskop SNAKE des Münchener 14 MV Tandembeschleunigers ein Einzel-Ionen-Bestrahlungsaufbau für lebende Zellen realisiert. An HeLa-Zellen konnten damit Bestrahlungen mit einer räumlichen Auflösung von 0,5 µm durchgeführt und mittels Immunofluoreszenz-Methoden Proteine nachgewiesen werden, die an der Reparatur von DNA-Doppelstrangbrüchen beteiligt sind. Dies ermöglichte das Studium der Chromatin-Dynamik an geschädigten Zellkernbereichen sowie die Charakterisierung eines neu entdeckten "Konkurrenzeffekts" der DNA-Reparatur nach fraktionierter Bestrahlung. Durch Änderung der Bestrahlungsgeometrie konnten Schädigungsereignisse in Form sogenannter Foci entlang von Ionenspuren mit hoher Auflösung untersucht und mit Modellrechnungen verglichen werden.
BibTeX:
	@phdthesis{Hauptner2006diss,
	  author = {Hauptner, Andreas},
	  title = {Mikroskopisch genaue Zellbestrahlung mit hochenergetischen Ionen.},
	  school = {Technische Universität München},
	  year = {2006},
	  url = {http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:91-diss20060915-1726116123}
	}
	

2005

Dynamik der Verteilung von DNA-Reparaturfaktoren in lebenden Zellen nach fraktionierter Bestrahlung am Rasterionenmikroskop SNAKE
Christoph Greubel; Diplomarbeit, Technische Universität München, 2005.
BibTeX:
	@mastersthesis{Greubel2005da,
	  author = {Greubel, Christoph},
	  title = {Dynamik der Verteilung von DNA-Reparaturfaktoren in lebenden Zellen nach fraktionierter Bestrahlung am Rasterionenmikroskop SNAKE},
	  school = {Technische Universität München},
	  year = {2005}
	}
	

2004

Untersuchung der Dynamik von DNA-Reparaturproteinen nach Bestrahlung lebender Zellen am Rasterionenmikroskop SNAKE.
Volker Hable; Diplomarbeit, Technische Universität München, 2004.
Abstract: In dieser Arbeit wurde die Dynamik der Reparaturvorgänge von DNA-Schäden in biologischen Zellen nach Schwerionenbestrahlung untersucht. Dazu wurden lebende HeLa-Zellen am Rasterionenmikroskop SNAKE mit 100MeV Sauerstoff-Ionen des Münchner 14MV Tandembeschleuniger bestrahlt. Die dort installierte Bestrahlungseinrichtung ermöglicht es, Zellkernen eine definierte Anzahl von Ionen und somit eine definierte Dosis mikroskopisch genau zu applizieren. Die erreichbare Strahlauflösung konnte im Rahmen dieser Arbeit mittels einer 50 Hz-Pulsung in x auf 0.55μm fwhm und in y auf 0.40μm verbessert werden. Durch die Entwicklung mikrostrukturierter Zellträgerfolien wurde das Auffinden der bestrahlten Zellen deutlich erleichtert und somit erstmals Experimente zur gezielten Bestrahlung einzelner Zellkerne ermöglicht.
Die schwersten Schäden, die hochenergetische Ionen in Zellkernen bewirken, sind Doppelstrangbrüche der DNA. Zu deren Reparatur stehen der Zelle verschiedene Mechanismen zur Verfügung. An der Reparatur direkt oder indirekt beteiligte Proteine
wie gH2AX, 53BP1, Rad51 und Mdc1 werden an Doppelstrangbrüchen angehängt und bilden sogenannte Foci aus. Ihre Funktion und Dynamik wurde in dieser Arbeit untersucht. Mittels biochemischer Prozesse wurden diese Proteine nach der Bestrahlung
angefärbt und unter dem Fluoreszenzmikroskop in einer Fokusserie abgebildet. So gewonnene und rechnergestützt entfaltete, dreidimensionale Bilder lieferten die Grundlage für eine quantitative Auswertung der Proteinverteilungen, um so die Dynamik der
Reparaturproteine zu studieren.
In Zeitreihenstudien wurde in der Zellkernmitte innerhalb der ersten 2 – 4 Stunden nach Bestrahlung ein Anwachsen der Focigröße (fwhm) von 1.2μm auf 1.5μm bei gH2AX und von 0.8μm auf 1.1μm bei 53BP1 beobachtet. In den folgenden zwei Stunden
fällt sie wieder in etwa auf den Anfangswert ab, und bleibt über 24 Stunden nahezu konstant. Am Zellkernrand wächst die Größe der gH2AX-Foci von ebenfalls 1.2μm innerhalb der ersten Stunde um knapp 0.1μm an und fällt daraufhin auf ca. 0.8μm
ab.
Des weiteren wurde die Bewegung der geschädigten DNA im Zellkern untersucht. Die hierbei gewonnenen Ergebnisse sind mit dem Modell einer Diffusion verträglich. Die Diffusionskonstante ließ sich zu (7 · 10^(−7) ± 4 · 10^(−7))μm^2/s bestimmen. Dabei waren keine signifikanten Unterschiede zwischen Zellkernmitte und -rand erkennbar.
Darüber hinaus wurde durch markiertes Bestrahlen zu zwei verschiedenen Zeitpunkten festgestellt, dass in Zellkernen, die gerade Doppelstrangbrüche reparieren, neu hinzukommende Strahlenschäden eine Unterversorgung von Protein 53BP1 erleiden.
Dieser Effekt tritt auf, wenn die Zeitdauer zwischen den beiden Bestrahlungen unter einer Stunde liegt.
BibTeX:
	@mastersthesis{Hable2004da,
	  author = {Hable, Volker},
	  title = {Untersuchung der Dynamik von DNA-Reparaturproteinen nach Bestrahlung lebender Zellen am Rasterionenmikroskop SNAKE.},
	  school = {Technische Universität München},
	  year = {2004}
	}
	
Dreidimensionale Wasserstoffmikroskopie mittels Proton-Proton-Streuung
Patrick Reichart; Dissertation, Technische Universität München, 2004.
Abstract: Mit der Methode der Proton-Proton-Streuung zum Wasserstoffnachweis wurde ein Verfahren entwickelt, um unter Einsatz eines fokussierten 17 MeV Protonenstrahls Wasserstoffverteilungen auf mikroskopischer Skala quantitativ mit einer sub-ppm Nachweisgrenze dreidimensional abzubilden. Die Realisierung am Rasterionenmikroskop SNAKE am Münchener 14 MV Tandembeschleuniger mit einem großen ringförmigen, segmentierten Detektor und einem komplexen Analysesystem ermöglicht eine Nachweisgrenze von 0.08 at-ppm bei einer lateralen Auflösung von 0.6 μm und einer Tiefenauflösung besser als 5 μm. Mit den hohen Protonenenergien können Proben bis einige 100 μm untersucht werden. Damit konnte erstmals nachgewiesen werden, dass in künstlich hergestellten polykristallinen Diamantschichten der Wasserstoff hauptsächlich an den Korngrenzen lokalisiert ist. In weiteren Experimenten wird das Potential für zukünftige Anwendungen zur Untersuchung organischer Materialien oder innerer Grenzflächen demonstriert.
BibTeX:
	@phdthesis{Reichart2004diss,
	  author = {Reichart, Patrick},
	  title = {Dreidimensionale Wasserstoffmikroskopie mittels Proton-Proton-Streuung},
	  school = {Technische Universität München},
	  year = {2004},
	  url = {http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:91-diss2004030314833}
	}
	

2002

Aufbau und Charakterisierung des Hochenergie Rasterionenmikroskops SNAKE
Gerd Datzmann; Dissertation, Technische Universität München, 2002.
Abstract: Im Rahmen der Arbeit wurde am Münchner Tandembeschleuniger das Hochenergie Rasterionenmikroskop SNAKE (Supraleitendes Nanoskop für Angewandte Kernphysikalische Experimente) aufgebaut und charakterisiert. Die speziell dafür entwickelte supraleitende Multipollinse kann Protonen- und Schwerionenstrahlen mit einem Masse-Energieprodukt bis 160 MeV×u auf Mikrometergröße und kleiner fokussieren. SNAKE ist ein vielseitiges Werkzeug für Materialanalyse und -modifikation. Einen Schwerpunkt bildet dabei eine quantitative dreidimensionale Wasserstoffanalytik
BibTeX:
	@phdthesis{Datzmann2002diss,
	  author = {Datzmann, Gerd},
	  title = {Aufbau und Charakterisierung des Hochenergie Rasterionenmikroskops SNAKE},
	  school = {Technische Universität München},
	  year = {2002},
	  url = {http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:91-diss2002050313488}
	}
	
Elektronisch stimulierte Wasserstoffdesorption von Diamantoberflächen
Christian Goeden; Dissertation, Technische Universität München, 2002.
Abstract: Im Rahmen dieser Arbeit wurden zwei Instrumente zur stimulierten Desorption (ESD) negativer und positiver Ionen von Festkörperoberflächen unter Elektronenbeschuß (Anregungsenergie 0.5 - 300 eV) aufgebaut und betrieben. Damit wurde die stimulierte Wasserstoffdesorption von Diamantoberflächen untersucht. Die Ergebnisse werden in Bezug auf die technische Verwendbarkeit des Prozesses zum Bau einer brillanten Ionenquelle dargestellt. Darüberhinaus zeigen die Ergebnisse einen signifikanten Einfluß von ESD-Prozessen auf die Diamant-Niederdrucksynthese. Der lange bekannte Einfluß der Dotierung auf das Wachstum wird damit erklärbar.
BibTeX:
	@phdthesis{Goeden2002diss,
	  author = {Goeden, Christian},
	  title = {Elektronisch stimulierte Wasserstoffdesorption von Diamantoberflächen},
	  school = {Technische Universität München},
	  year = {2002},
	  url = {http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:91-diss2002072313551}
	}
	

2001

Ein Rasterionenmikroskop für hochenergetische Ionen
Oliver Schmelmer; Dissertation, Technische Universität München, 2001.
Abstract: Im Rahmen der Arbeit wurden am Münchener Tandem Beschleuniger wesentliche Komponenten des Rasterionenmikroskops SNAKE (Supraleitendes Nanoskop für Angewandte Kernphysikalische Experimente) zur Materialanalyse und -modifikation aufgebaut. SNAKE dient zur Fokussierung von hochenergetischen Ionenstrahlen auf einen Strahldurchmesser von 100 nm. Für den sensitiven Nachweis mittelschwerer bis schwerer Elemente (Z > 26) wurde das Potential der teilcheninduzierten Röntgenfluoreszenzanalyse (PIXE, Particle Induced X-ray Emission) mit 16 MeV Protonen und 70 MeV Kohlenstoffionen untersucht.
BibTeX:
	@phdthesis{Schmelmer2001diss,
	  author = {Schmelmer, Oliver},
	  title = {Ein Rasterionenmikroskop für hochenergetische Ionen},
	  school = {Technische Universität München},
	  year = {2001},
	  url = {http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:91-diss2001072513284}
	}
	

1999

Der 0°-Spektrograph am Raster-Ionenmikroskop SNAKE.
Andreas Hauptner; Diplomarbeit, Technische Universität München, 1999.
Abstract: Das Ziel dieser Arbeit bestand im Aufbau und der Inbetriebnahme des 0°-Spektrographen am Raster-Ionenmikroskop SNAKE. Dieses Instrument erweitert die vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten des Ionenmikroskops um Transmissionsmessungen mit einer Energieauflösung im Bereich von dE/E   1 x 10^(-5). Dadurch werden sowohl Dickenmessungen mit Auflösungen bis zu einatomaren Schichten als auch ganz grundlegende Experimente möglich, die sich mit der Wechselwirkung zwischen hochenergetischen Ionen und Materie beschäftigen.
Die ionenoptischen Grundlagen des Spektrographen werden ausführlich behandelt. Der vertikale 90°-Magnet als zentrales Element erlaubt dabei eine ionenoptische Abbildung in die Fokalebene mit hoher Qualität. Um die projektierte Energieauflösung
zu erreichen, ist jedoch eine weitergehende, flexible Fokussierung des Ionenstrahls notwendig.
Daher wurde der Spektrograph durch zwei Quadrupol-Linsen vervollständigt.
Um den Spektrographen betreiben zu können, wurde ein CCD (charge coupled device) Zeilensensor als Fokalebenendetektor gewählt. Dieser bietet eine Ortsauflösung von 14µm. Seine prinzipielle Eignung für die Detektion sowohl von leichten wie auch
von schweren Ionen wurde experimentell mit 20 MeV Protonen und 90 MeV Schwefelionen nachgewiesen. Bei 20 MeV Protonen konnten dabei effektive Zählraten von ca. 100kHz erreicht werden. Es zeigte sich, dass die Strahlenbeständigkeit des CCD-
Detektors ausreicht, um auf einem Pixel des Detektors zwischen 10^7 und 10^8 Protonen nachzuweisen.
In ersten Experimenten konnte die Einsetzbarkeit des Spektrographen einschließlich des Fokalebenendetektors demonstriert werden.
Mit 20 MeV Protonen wurde eine relative Energieauflösung von dE_(FWHM)/E = 1.3 x 10^(-4) erreicht und Energieverlustmessungen an Goldfolien durchgeführt. Die Auflösung war hier noch durch den Strahl beschränkt.
In einer Strahlzeit mit 90 MeV Schwefelionen wurde eine relative Energieauflösung von dE_(FWHM)/E = 3.8 x 10^(-5) erreicht. Dadurch scheint die projektierte Energieauflösung und damit auch der Einsatz des 0°-Spektrographen für die geplanten Experimente in absehbarer Zeit möglich.
BibTeX:
	@mastersthesis{Hauptner1999da,
	  author = {Hauptner, Andreas},
	  title = {Der 0°-Spektrograph am Raster-Ionenmikroskop SNAKE.},
	  school = {Technische Universität München},
	  year = {1999}
	}
	
Entwicklung eines Detektors zur 3-dimensional ortsauflösenden Wasserstoffanalytik mittels Proton-Proton-Streuung.
Patrick Reichart; Diplomarbeit, Technische Universität München, 1999.
Abstract: Mit dem neuen Raster–Ionenmikroskop SNAKE (Supraleitendes Nanoskop für Angewandte Kernphysikalische Experimente) am Münchener 15MV Tandembeschleuniger wird eine Einrichtung zur Verfügung stehen, mit der 20MeV Protonen bei einem Strahlstrom von 100 pA auf einen Strahlfleck von 100 nm Durchmesser fokussiert werden können. Dies eröffnet die Möglichkeit eines sensitiven, 3–dimensionalen Nachweises von Wasserstoffverteilungen unter Anwendung der sogenannten Proton–Proton–Streuung. Dabei ermöglicht die koinzidente Detektion der gestreuten Projektilprotonen und der rückgestreuten Wasserstoffkerne in Transmissionsrichtung hinter der Probe einen untergrundfreien Nachweis der Proton–Proton–Streuereignisse.
In dieser Arbeit werden die wesentlichen Merkmale der Proton–Proton–Streuung für dieWasserstoffanalytik diskutiert und die experimentellen Anforderungen für ein sensitives Detektorsystem zur tiefenaufgelösten Wasserstoff–Mikroskopie erarbeitet.
Der große Vorteil der Methode ist die geringst mögliche Strahlenschädigung in der Wasserstoffanalytik mit Ionenstrahlen, aufgrund eines gegenüber reiner Coulombstreuung 500–fach überhöhten Streuquerschnitts bei hohen Protonenenergien.
Zusätzlich kann fast der komplette Raumwinkel hinter der Probe für einen Nachweis genutzt werden. Daher wird das Verhältnis des Nachweisquerschnitts zum Schädigungsquerschnitt größer als in irgendeiner vergleichbaren Ionenstrahl–Analysetechnik und eine Wasserstoffanalyse bei Konzentrationen unter 100 ppm oder die Analyse von biologischen Proben jeweils mit sub–μm–Auflösung möglich.
Tiefenprofile von Wasserstoffverteilungen können durch die Analyse der Summenenergie der beiden Protonen gewonnen werden. Durch die hohe Projektilenergie ist zudem eine Untersuchung von Schichtdicken über 200 μm möglich.
In der Arbeit wurde ein Silizium–Streifendetektor mit 48 Streifen und 16 Sektoren aufgebaut, mit dem es möglich ist, einen Raumwinkel von 2.3 sr für die Proton–Proton–Streuung zu nutzen und gleichzeitig eine optimale Tiefenauflösung zu erreichen. Mit einer Winkelauflösung von unter 1° können die geometrischen Effekte so stark begrenzt werden, daß zur hohen lateralen Auflösung Tiefenauflösungen unter 10 μm erzielt werden.
Die Signalauslese wurde unter Verwendung einer speziell angepaßten Vielkanal–Elektronik mit einer Integration in das Beschleuniger–Datenaufnahmesystem realisiert. In einem ersten Experiment konnte die Funktion des Detektorsystems und die Sensitivität der Methode demonstriert werden.
BibTeX:
	@mastersthesis{Reichart1999da,
	  author = {Reichart, Patrick},
	  title = {Entwicklung eines Detektors zur 3-dimensional ortsauflösenden Wasserstoffanalytik mittels Proton-Proton-Streuung.},
	  school = {Technische Universität München},
	  year = {1999}
	}
	

1998

Aufbau einer Quelle hochbrillanter, negativer Ionen.
Christian Goeden; Diplomarbeit, Technische Universität München, 1998.
BibTeX:
	@mastersthesis{Goeden1998da,
	  author = {Goeden, Christian},
	  title = {Aufbau einer Quelle hochbrillanter, negativer Ionen.},
	  school = {Technische Universität München},
	  year = {1998}
	}
	

1997

Eine supraleitende Multipollinse zur Fokussierung hochenergetischer Ionen.
Gerd Datzmann; Diplomarbeit, Technische Universität München, 1997.
BibTeX:
	@mastersthesis{Datzmann1997da,
	  author = {Datzmann, Gerd},
	  title = {Eine supraleitende Multipollinse zur Fokussierung hochenergetischer Ionen.},
	  school = {Technische Universität München},
	  year = {1997}
	}