In treatment of cancer using high energetic radiation the problem arises how to irradiate the tumor without damaging the healthy tissue in the immediate vicinity. In order to do this, intensity modulated radiation therapy (IMRT) is used. In this thesis, the general goal is to modulate the homogeneous radiation field delivered by an external accelerator using a multileaf collimator in comparison with beam modifying devices. In order to generate intensity modulated fields in a static mode with multileaf collimators, the heuristic algorithm of Galvin, Chen and Smith is used. This method aims at finding a segmentation with a small number of segments, taking account of mechanical constraints such as leaves can move only in one direction, on one row, the right and left leaves cannot overlap (Interleaf Collision) and also every element between the leaf and the side of the collimator to which the leaf is connected is also covered (no holes in leaves). During the implementation of the algorithm, the initial intensity matrix with the desired radiation rates is inserted and using essential transformations, a positive combination of special matrices, segments, corresponding to fixed positions of multileaf collimator are obtained. All calculations end with the superposition of segments which leads to the creation of the 3-D matrix that will be used to irradiate the tumor. The algorithm is implemented in C++. The calculations are fast and the procedure is user friendly. The model is implemented for the case of protection the spinal cord while treating a tumor in the neck area. Furthermore, dose distributions obtained with this model and beam modifying devices in the neck area were compared. / Κατά τη θεραπεία του καρκίνου με χρήση υψηλής ενέργειας ακτινοβολίας, πρόβλημα αποτελεί ο περιορισμός της ακτινοβολίας στον όγκο στόχο και ο περιορισμός της συμμετοχής του υγιούς ιστού, της γειτονικής περιοχής, στο ελάχιστο. Προκειμένου να επιλυθεί το πρόβλημα αυτό χρησιμοποιείται ακτινοθεραπεία με πεδία ακτινοβολίας διαμορφωμένης έντασης (Ιntensity Μodulated Radiαtion Therapy – IMRT), με τη βοήθεια των κατευθυντήρων πολλαπλών φύλλων (Multileaf Collimators- MLC). Στόχος της συγκεκριμένης διπλωματικής εργασίας είναι η διαμόρφωση του ομοιογενούς πεδίου ακτινοβολίας, που διανέμεται μέσω του γραμμικού επιταχυντή χρησιμοποιώντας κατευθυντήρα πολλαπλών φύλλων και η σύγκριση των αποτελεσμάτων της προσομοίωσης με τις συσκευές διαμόρφωσης δέσμης (Beam Modifying Devices). Προκειμένου να παραχθούν τα διαμορφωμένης έντασης πεδία ακτινοβολίας, σε στατική μορφή, χρησιμοποιήθηκε ο αλγόριθμος των Galvin, Chen και Smith. H μέθοδος αποσκοπεί στην τμηματοποίηση του πίνακα με τα επιθυμητά ποσοστά ακτινοβολίας σε έναν μικρό αριθμό τμημάτων “segments”, λαμβάνοντας υπόψιν μηχανικούς περιορισμούς. (i) Τα φύλλα δύναται να κινηθούν μόνο κατά μήκος μιας διεύθυνσης, (ii) σε μια γραμμή, το αριστερό και το δεξί φύλλο δεν μπορούν να επικαλυφτούν (Interleaf Collision) και (iii) κάθε στοιχείο μεταξύ του φύλλου και της πλευράς του διαμορφωτή, με την οποία είναι συνδεδεμένο, είναι πάντα καλυμμένο (Νo holes in leaves). Κατά την υλοποίηση του αλγορίθμου, εισάγεται ο αρχικός πίνακας με τα επιθυμητά ποσοστά ακτινοβολίας και με τη χρήσης κατάλληλων μετασχηματισμών, προκύπτει ένας συνδυασμός από ειδικούς πίνακες (segments), οι οποίοι αντιστοιχούν σε θέσεις των κατευθυντήρων πολλαπλών φύλλων και θα χρησιμοποιηθούν για την ακτινοβόληση του όγκου. Ο αλγόριθμος υλοποιήθηκε σε C++. Οι υπολογισμοί είναι γρήγοροι και η διεργασία είναι φιλική προς το χρήστη. Το μοντέλο υλοποιήθηκε για την περίπτωση προστασίας της σπονδυλικής στήλης κατά τη θεραπεία όγκου στην περιοχή του λαιμού. Τέλος, οι κατανομές δόσεις που προέκυψαν με την προαναφερθέν μοντέλο συγκρίθηκαν με αυτές των συσκευών διαμόρφωσης δέσμης.

Η παρούσα εργασία εστιάζει στη διαδικασία δημιουργίας του χάρτη απωλειών ρεύματος της δέσμης ηλεκτρονίων κατά μήκος της Tρίτης Πειραματικής Διάταξης για το Συμπαγή Γραμμικό Επιταχυντή του Ευρωπαϊκού Κέντρου Πυρηνικών Ερευνών CERN (Beam Loss Map for Clic Test Facility 3). Ο χάρτης απωλειών χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό των σημείων στα οποία υπάρχει απώλεια ρεύματος των φορτίων της δέσμης. Ο προσδιορισμός των σημείων αυτών είναι πρωτεύουσας σημασίας, τόσο από θεωρητική όσο και από πρακτική πλευρά, επειδή πιθανές απώλειες συνεπάγονται αυξημένους κινδύνους έκθεσης σε ακτινοβολία για τον άνθρωπο, πιθανές βλάβες στα μαγνητικά στοιχεία, αλλά και μείωση της ισχύος της δέσμης. Στο πρώτο μέρος της εργασίας, παρουσιάζεται το Ευρωπαϊκό Κέντρο Πυρηνικών Ερευνών και οι πειραματικές εγκαταστάσεις στις οποίες έγινε η παρούσα εργασία. Στη συνέχεια, περιγράφεται η συλλογή και ανάλυση των δεδομένων με στόχο την χαρτογράφηση των σημείων απώλειας ρεύματος δέσμης στο σύμπλεγμα του CTF3. / The Diploma Thesis focuses on creating the Beam Loss Map for Compact Linear Collider Test Facility 3, at CERN. The goal of the project is the allocation of the points where beam current losses occur. Defining these points is of great importance, because any loss of beam current, especially at the maximum energy of 150 MeV, can induce radiation activation along the machine, which is dangerous for both the hardware and the personnel who need to service the machine. In the first part of the project, CERN, LHC and CLIC are presented. The second part contains data analysis, presentation of the calibration procedure of the BPMs, the new scaling factors and finally the Beam Loss Map for CTF3.