Das Jahr des Tigers

Das nun kommende chinesische Sternzeichen ist der Tiger. Das bekam ich vor allem über die Aktion zum chinesischen Neujahr in Guild Wars 2 mit, zumal zuerst mein Mann, später ich je eine Woche erkältet waren. Doch mein Mann hat – einfach so, nicht zum Valentinstag – noch einen anderen Hinweis geliefert…

Vorbereitung…

Ein Lego-Tiger! Ich mag Tiger, erwähnte ich das schon? Besonders toll: Nur die Enden der Streifen auf dem Körper des Tigers sind Prints – der Rest ist aus einfarbigen Lego-Teilen gebaut! Bögen und invertierte, runde Steigungen bilden aus einfarbigen Lego-Teilen geschwungene Streifen in schwarz-orange! Ganz großartig!

Aufbau! Hier sieht man sehr gut die aus arches und inverted slopes round gebauten Streifen.

Den Tiger kann man auch herrlich bewegen – der vordere Teil des Rumpfes, natürlich der Kopf, auch der hintere Teil des Rumpfes und die Beine sind mit Kugel- und Achsen-Gelenken beweglich! Und so kann man tolle Dinge tun:

Ein wirklich großartiges Modell! Was ein Geschenk von meinem Mann – einfach so, einfach so schenkt er mir einen Tiger! Unseren Plüschtigern gefällt er auch!

[KuK] Neuzugang und Idee

Am vergangenen Freitag besuchte mich ein Freund, um den Beschleuniger LAToyA CoRE zu besichtigen. Er kam mit einem Geschenk – stellte mich vor die Wahl: Weihnachten, Geburtstag, oder gleich aufmachen? Es gibt da nur eine Antwort drauf: Ja!

Und wie soll ich sagen: Der Neuzugang ist ein Lego-Chemiker, der direkt mit einem mit grüner, fluoreszierender Flüssigkeit gefüllten Erlenmeyer-Kolben anrückte. Er ist nun an der Synchrotronstrahlenquelle USSyRI tätig:

Und so kam mir die Idee, dass nach dem Aufbau des ILBP (Institut für Lego-Beschleuniger-Physik) und der Planung und dem Aufbau ITEL (Institut für den Therapeutischen Einsatz von Lego, Motto: „Ionentherapie – ein ITEL besser!“) noch ein weiteres Institut an der Großforschungseinrichtung LAToyA CoRE angesiedelt werden wird: Das ISLA (Institut für Synchrotronstrahlungs-Lego-Anwendungen).

Daher heißt auch der Neuzugang Herr Prof. Dr. Bonita. Denn er wird sich am Telefon wie folgt melden: „ISLA, Bonita am Apparat.“ Die Warteschleifenmusik ist natürlich von Madonna…

Iteration um ein ITEL

Wenn man sich in der Wissenschaft Stück für Stück einem Wert oder Zusammenhang nähert, kann man das mit Folgen oder Reihen tun. Stück für Stück nähert man sich an, und je näher man kommt, um so kleiner werden die Schritte, die man auf das Ziel hin tut.

Wenn es zum Beispiel eine Annäherung an die Kreiszahl pi wäre, könnte man sich Dezimale für Dezimale annähern – im nullten Schritt ist’s eine 3, im ersten 3,1, im zweiten 3,14 und so weiter. In der Realität läuft das zwar etwas anders, weil sich der Genauigkeitsgewinn pro Schritt nicht an Dezimalen orientiert. Wenn die Schritte (wie im obigen, modellhaften Beispiel) immer kleiner werden, kann man optimalerweise sagen, das die Folge oder Reihe „konvergiert“, also auf einen Wert hinstrebt – hier auf die Zahl pi.

Oft sind diese Schritte – nullter, erster, zweiter, dritter… mit einer „Laufvariable“ benannt, die oftmals „i“ heißt. Geht die Laufvariable gegen unendlich, werden die Änderungen sehr klein, die Genauigkeit sehr gut und der Aufwand sehr groß. Also bricht man irgendwann ab, wenn man die gewünschte Genauigkeit von Wert oder Funktion erreicht hat. Teils wohnt gut funktionierenden Folgen und Reihen eine automatische Verkleinerung der Änderung mit anwachsender Laufvariable „i“ inne – es steht also irgendwo der Ausdruck eins geteilt durch „i“. Ganz analog zu einem Drittel (eins durch drei), einem Viertel (eins durch vier) und so weiter, spricht man von einem i-tel. Diesen Witz habe ich mir beim Institut für Therapeutischen Einsatz von Lego (ITEL) erlaubt – es heißt eben ITEL, und das impliziert, dass durch die dortige Forschung die Therapie „um ein i-tel besser wird“.

Um ein i-tel besser ist auch mein Entwurf des ITEL-Gebäudes geworden:

Natürlich ist noch einiges zu tun: Das EG muss noch ausgestattet werden, im OG wird es noch einen Flur, ein Zimmer für die Pflegenden und einen Raum für bildgebende Verfahren geben. Aber es geht Stück für Stück, schrittweise, eben iterativ voran!

Es ist vollbracht

Nach einer langen Planungsphase – hier gezeigt immer wieder mit Render-Bildern aus dem Planungsprogramm Studio – und einer Bestell- und Bauphase ist es nun so weit. Gestern habe ich das letzte Teilmodell, die Ionentherapie PaTSy, im beleuchteten Video mit ein paar Erklärungen gezeigt. Hier ist sie, die Gesamtübersicht!

Die Gesamtansicht der Beschleunigeranlage LAToyA CoRE.

Mittlerweile sind alle Komponenten aufgebaut und auf der blauen Acrylglasplatte angeordnet. In Gelb links unten das B-Mesonen-Experiment BIFoCal (B-Meson Identification and Forward Calorimeter) für Präzisionsmessungen der CP-Verletzung im B-Mesonen-System, dahinter in weiß, schwarz und dunkelrot der Kollisionsdetektor PASTA CoDe (Physics And Semiconductor Application Collision Detector), das Entdeckungsinstrument, in dem zum Beispiel nach neuen Teilchen gesucht würde. Dahinter als weißes Becken mit gelbem Geländer außen und schwarzem innen sowie langem Strahlrohr, von rechts kommend, das Transmutationsexperiment FaNTASy (Fast Neutron Transmutation Accelerator-driven System). Oberhalb der Bildmitte die Ionentherapie mit Gantry, genannt PaTSy (Particle Therapy System). Der Kran steht auch noch da – und vor ihm die Beschleunigereinheit AMUR (Acceleration Mechanism Unit for storage Ring) und noch weiter vorne die Synchrotron-Strahlenquelle USSyRI (Ultrabrillant Source of Synchtrotron-Radiation using Interferometry) mit Undulator und Experimentierhütte. Im Inneren des Rings der Kontrollraum und der Vorbeschleuniger IMBABS (Injection Mechanism for Balls of Acrylonitrile Butadiene Styrene).

Auf den Ersatz-Magneten für den Ring liegt zwischen FaNTASy und PaTSy das Betriebsbuch, wie es die Genehmigung verlangt. Das wird auch regelmäßig geführt – für mich macht das nicht nur wegen der Anlage selbst Spaß, sondern auch, weil es ein Dr.-Who-Notizbuch ist.

Ca. 6300 Teile sind verbaut, davon drei Lego-Motoren, zwei Batterie-Boxen, dazu diverse Kabel, Powerbricks und LED-Steine von Light Stax. Derzeit läuft das Verfahren zur Genehmigung des erweiterten Betriebs. Ein paar Ideen habe ich freilich noch, die ich gerne umsetzen würde – klein gedacht eine Platte, die den Kabelsalat zwischen BIFoCal und USSyRI ein bisschen ordnet. Etwas größer gedacht könnte das Institutsgebäude des Instituts für Lego-Beschleuniger-Physik (ILBP) ganz rechts angebastelt werden – ein Technic-Brick mit Pins drin ist dafür installiert, ein Plan dafür existiert auch schon. Mehr in Richtung Zukunftsmusik geht ein Auditorium am Beschleuniger, dort, wo gerade das Betriebsbuch liegt, sowie ein Gebäude des Instituts für therapeutischen Einsatz von Lego (ITEL), dort, wo gerade der Kran steht. Die eigentliche Anlage ist aber nun fertig.

Die Technische Universität von Noppenstein (TUN) freut sich über ihre neue Forschungseinrichtung, und an der KAT (Klemmbaustein-Akademie für Technik) werden auch schon Kurse für Lego-Strahlenschutzbeauftragte vorbereitet.

Und doch noch eins…

Eigentlich hatte ich mir vorgenommen, meine Mediathek hier in Sachen Speicherplatz zu schonen, indem ich künftige Videos nachbearbeitet auf Youtube veröffentliche und dann hier verlinke. Da aber nun (bis auf acht Ecken des Teppichs im Bestrahlungsraum – da fehlen noch je vier Tile modified 2×2 in Dreiecksform in dark turquoise bzw. medium azure) auch die Ionentherapie fertig ist, muss ich doch nochmal…

Da ein paar Fragen aufkamen, als ich das Modell und das Video davon meinen Freunden gezeigt habe: Ionentherapie ist eine Form der Strahlenherapie in der Behandlung von Krebs. Dabei werden beschleunigte Protonen oder auch schwerere Atomkerne als Strahlung verwendet. Um zu erklären, warum das besonders ist, mache ich einen kleinen Exkurs in die „konventionelle“ Strahlentherapie.

Konventionelle Strahlentherapie verwendet beschleunigte Elektronen und bestrahlt den Tumor entweder mit den schnellen Elektronen oder mit der Strahlung, die bei deren Abbremsen in einem Metalltarget entsteht. Diese Bremsstrahlung entspricht besonders harter Röntgenstrahlung. Damit umgebendes Gewebe geschont wird und nur die Tumorzellen von der Strahlung zerstört werden, bestrahlt man meist aus mehreren verschiedenen Richtungen – eine bewegliche Strahlführung (Gantry) wird also benutzt. Brems- und Elektronenstrahlung richten aber auf ihrem Weg durch den Körper, während sie sich abschwächen, immer weniger Schaden an – würde ich aus einer Richtung bestrahlen und der Tumor sitzt in zehn Zentimetern Tiefe unter der Haut, würde die Haut und das zwischen Tumor und Haut liegende Gewebe mehr Strahlung abbekommen als der Tumor selbst. Daher die bewegliche Strahlführung.

Alternativ können auch radioaktive Stoffe genutzt werden – gebräuchlich sind Afterloading und das sogenannte Gamma-Knife. Im ersteren Falle wird (meistens in einer vorhandenen Körperhöhle) ein Applikationsschlauch gelegt, damit weder der Patient noch der Arzt lange der Strahlung ausgesetzt sind, bevor der Strahler am Ort des Tumors ist, und dann automatisch in dem Schlauch ein Strahler dorthin bewegt, dort kurz belassen und wieder zurückgezogen. Das eignet sich natürlich nur für Tumore, die nah an natürlichen oder chirurgisch schaffbaren Kanälen liegen. Das Gamma-Knife widerum setzt auf viele „kleinere“ Strahler, deren Strahlen sich an einem Punkt kreuzen – und diesen Punkt richtet man auf den Tumor. Wieder kriegt von jedem Strahler von außen die Haut mehr ab als der Tumor, aber durch das Überkreuzen wird dann doch der Tumor vor allem, das umgebende Gewebe weniger bestrahlt.

Daneben gibt es noch Therapie mit offenen, im Rahmen von Medikamenten in den Körper gebrachten radioaktiven Stoffen, zum Beispiel radioaktives Iod bei Schilddrüsenkrebs. Natürlich kriegt auch der Rest des Körpers dabei etwas ab, bevor das Iod in der Schulddrüse angekommen ist – aber das funktioniert dennoch recht gut.

Ionentherapie ergänzt die genannten Werkzeuge nun. Denn es gibt durchaus tief im Körper liegende Tumore, die von Gewebe umgeben sind, das unbedingt geschont werden muss. Es wäre also echt schön, wenn es Strahlung gäbe, die auf ihrem Weg zum Tumor wenig Schaden anrichtet, am Tumor selbst aber auf kurzer Strecke fast alle ihre Energie deponiert und somit an den Tumorzellen einen großen Schaden anrichtet. Elektronen, Bremsstrahlung, Gammastrahlung, sie alle verhalten sich nicht so. Wäre doch schön, wenn… indes, solche Strahlung gibt es. Atomkerne wie Protonen (Atomkern des Wasserstoffs) oder Kohlenstoff-Kerne… eigentlich alle Atomkerne haben nämlich die Eigenschaft, dass sie bei bestimmter Geschwindigkeit (oder eher Bewegungsenergie) „minimalionisierend“ sind. Sie bewegen sich also mit großem Tempo durch zum Beispiel gen Körper und geben nur ganz wenig Energie ab. Wären sie schneller, würden sie mehr Schaden anrichten, wären sie langsamer, ebenfalls.

Wenn man nun die Geschwindigkeit bzw. Bewegungsenergie der Ionen richtig wählt und sehr genau weiß, wie viel Gewebe zwischen der Haut und dem Tumor liegt, kann man dafür sorgen, dass die Ionen im zu schonenden Gewebe „minimalionisierend“ sind, aber mit diesem geringen Energieverlust genau am Beginn des Tumors so langsam werden, dass sie nicht mehr minimalionisierend sind – und binnen kurzer Strecke all ihre Energie abgeben und dabei am Tumor enormen Strahlenschaden anrichten. Diesen „Berg“ oder „Gipfel“ der Energieabgabe nennt man den Bragg-Peak. Den Bragg-Peak macht sich die Ionentherapie zu nutze – Protonen, Kohlenstoff-Ionen oder auch andere Atomkerne werden passgenau so schnell auf den Körper gestrahlt, dass sie beim Eindringen und bis zum Beginn des Tumors minimalionisierend sind und dann die Tumorzellen – bildlich gesprochen – regelrecht verbrennen. Leider ist die Methode aufwändig – man braucht dafür einen Teilchenbeschleuniger, und zwar einen etwas größeren als für konventionelle Strahlentherapie mit Linearbeschleuniger.

Natürlich kann man immer besser werden. Wie bei konventioneller Strahlentherapie kann man umgebendes Gewebe auch noch zusätzlich schützen, in dem man nacheinander von verschiedenen Seiten einstrahlt, die Strahlen haben dann ihren Bragg-Peak im Tumor und kreuzen sich im Tumor. Ionen ablenken ist aber ein bisschen aufwändiger als Elektronen ablenken…

Wenn Ihr nun nur Bahnhof verstanden habt, erklären Euch zum Beispiel die Seiten des Heidelberger Ionentherapiezentrums oder auch der Wikipedia-Eintrag dazu gerne mehr oder besser, als ich das hier kann. Genau vom Gantry, der beweglichen Strahlführung des Heidelberger Ionentherapiezentrums, habe ich mich aber inspirieren lassen, als ich an meinem Beschleuniger LAToyA CoRE das Particle Therapy System PaTSy gebaut habe. Und genau dieses ist heute fertig geworden:

PaTSy, erster Eindruck mit Original-Ton. Nachsynchronisieren haben wir – weil ich es einfach dringend online bringen wollte – noch nicht angefangen. Am Ende ein kleiner Flug vom Gantry zum Bestrahlungsraum, um den sich die Bestrahlungsvorrichtung dreht.

Es werde Licht!

Gestern gab es „Firstlight“ am Beschleuniger LAToyA CoRE. Dabei habe ich all die Lichter, die mit Hilfe von Light Stax Steinen und Powerbricks installiert sind, zwar schon an gehabt. Bei angeschalteter Deckenbeleuchtung und Tageslicht vor dem Fenster sieht man davon aber nicht allzu viel. Dabei fiel mir auch auf, dass der innere Ring deutlich langsamer läuft als der äußere. Das lag im Wesentlichen an der Geometrie. Einen kleinen Fehler konnte ich schon gestern ausmerzen: Die Bälle wurden zu schräg auf die Führungsschiene geschleudert. Eine Plate 3×2, um die Führungsschiene drei Millimeter nach innen zu bringen, brachte mich der Sache schon deutlich näher. Nun war aber deutlich sichtbar noch immer ein Problem da, denn so richtig schnell wurde es auf dem Innenring noch nicht.

Ich vermutete, dass es daran lag, dass der Innen- und der Außenring vom selben Gummireifen angetrieben werden – die Kugeln innen bekommen also ihren Schwung von der Außenseite ihrer Bahn, die auf dem äußeren Ring von innen. 100% sicher war ich mir noch nicht, ob das so eine große Rolle spiele… aber ich beschloss dennoch, erstmal eines der großen Zahnräder, die für das Getriebe des Ionentherapie-Gantry vorgesehen waren, aus dem Vorrat zu nehmen und einen zweiten Motor mit derselben Übersetzung zu installieren, wie das für das mittlere Rad der Fall ist – und damit das innere Rad anzutreiben.

Und siehe da, es brachte was! Der innere Ring läuft nun sogar einen Ticken kraftvoller als der äußere, und es ist eine wahre Freude, wie die Bälle durch die Gegend rasen! So deutlich war der Tempogewinn, dass ein Baufehler auf dem inneren Ring nun auffiel: Ich hatte an einer Stelle abgeschrägte Platten genau verkehrt herum verbaut. Eigentlich sollte die Schräge ein bisschen nach innen ausbrechende Kugeln wieder zurück an die Führungsschiene lenken. Da die Platten aber verkehrt herum angebracht waren, zeigte die quer zur Richtung der Kugeln stehende Seite nah an den Strahl heran – und so flogen mir ein paar Kugeln beeindruckend durch die Gegend. Eine weiße vom Innenring fand ich danach sogar im Außenring wieder. Aber auch dieses Malheur wurde beseitigt, und dann musste ich es probieren!

Licht aus, Light Stax an!

Light Stax Action bei LAToyA CoRE. Fr. Dr. Minischmidt steht in der Zentrale am Hauptschalter und freut sich!

Ich denke, im Interesse des Speicherplatzbedarfs wird das das letzte rein auf den Highway Tales veröffentlichte Video vom Beschleuniger – ich werde künftig meinen Mann requirieren, mir bei der Bearbeitung zu helfen, und dann einen entsprechenden Youtube-Kanal einrichten. Für diese Maschine lohnt sich das, glaube ich! Ebenfalls denke ich, dass es sich lohnen wird, beim Beschleunigermodul AMUR (rechts und schattig im Video) noch Beleuchtung zu installieren, so dass man auch hier die Bälle sieht. Gerade bei Dunkelheit und mit Beleuchtung sieht man die Bälle durch ihr Aufblinken im Licht gegen den blauen Untergrund der Acrylglasplatte besser! Das gilt es zu nutzen.