Der Bericht stellt eine fünfjährige Forschungs- und Entwicklungsarbeit vor, die auf den Aufbau einer beschleunigerbasierten Forschungsinfrastruktur der nächsten Generation für die Krebstherapie mit Ionenstrahlen und die biomedizinische Wissenschaft in Südosteuropa abzielt. Die Anlage, die auf dem SEEIIST-Gelände errichtet werden soll, wird bewährte europäische Ionentherapie-Technologie mit innovativen Merkmalen kombinieren, die die Leistung der bestehenden Kohlenstoff-Ionen-Zentren zu übertreffen versprechen. Die Planung baut auf den Erfahrungen des PIMMS-Projekts auf, das zwischen 1996 und 2000 erfolgreich in den Zentren CNAO und MedAustron durchgeführt wurde, sowie auf den jüngsten Fortschritten in der Beschleunigerwissenschaft.
Das technische Herzstück des Vorschlags ist ein Synchrotron, das Kohlenstoffionen auf 5000 MeV beschleunigen kann, die Energie, die für die Behandlung tiefliegender, strahlenresistenter Tumore erforderlich ist. Das Grundlayout folgt dem in PIMMS verwendeten FODOF-Gitter mit 16 Dipolmagneten und zwei langen, dispersionsfreien geraden Abschnitten, die die Injektion, Beschleunigung und Extraktion vereinfachen. Der Umfang des Rings beträgt etwa 55 m und entspricht damit der Größe der derzeitigen europäischen Anlagen. Zwei alternative Gitterkonzepte werden derzeit untersucht. Das erste reduziert die Anzahl der Magnete, was die Kosten senken und den Betrieb vereinfachen könnte, während die dispersionsfreien Abschnitte beibehalten werden. Das zweite, ein von der Universität Melbourne vorgeschlagenes Design mit doppeltem Achromat (DBA), verwendet nur 12 Dipole und erreicht ebenfalls einen Umfang von 55 m, allerdings mit weniger Quadrupolen, was eine kompaktere und kostengünstigere Lösung darstellt.
Eine dritte, supraleitende Option wird in Zusammenarbeit mit der TERA Foundation und einem Konsortium aus europäischen Laboratorien und Industriepartnern verfolgt. Bei diesem Design werden herkömmliche warme Magnete durch um 90° gekippte, supraleitende Dipole mit Cosinus-Theta (CCT) ersetzt, die bei 3,5 T arbeiten, sowie durch einen 4 T Gantry-Magneten desselben Typs. Die CCT-Geometrie ermöglicht es, verschachtelte Wechselgradienten-Quadrupole (AG-CCT) in dieselbe Spule zu integrieren und so den Platzbedarf insgesamt zu verringern. Das supraleitende System wird mit einem konventionellen NbTi-Leiter gebaut, wobei geplant ist, auch Nb₃Sn- und Hochtemperatur-Supraleiter (HTS) zu testen. Die Prototyp-Magnete sollen bis 2025 im Rahmen der EU-Programme I.FAST und HITRIplus gebaut und getestet werden, die auch die finanzielle Unterstützung für das Projekt bereitstellen.
Die radiobiologische Modellierung ist eine Schlüsselkomponente des Designs. Der Bericht erörtert die Verwendung des Modells der lokalen Wirkung (LEM) zur Vorhersage der relativen biologischen Wirksamkeit (RBW) über den Bragg-Peak und hebt die Bedeutung des linearen Energietransfers (LET) und der Dosisfraktionierung hervor. Die Anlage wird in der Lage sein, hochpräzise Spread-Out-Bragg-Peaks (SOBPs) mit flachen Dosisverteilungen zu liefern, wie dies in aktuellen Zentren wie NIRS, HIT und CNAO demonstriert wird. Das Design umfasst auch FLASH-Mode-Fähigkeiten, die ultraschnelle Dosisraten erfordern und die Toxizität für normales Gewebe verringern sollen.
Die Zusammenarbeit, die dem Projekt zugrunde liegt, ist breit angelegt und multinational. Zu den wichtigsten Partnern gehören die Stiftung CNAO (Pavia, Italien), das Paul Scherrer Institut (Villigen, Schweiz), das CERN (Genf, Schweiz), die Universität Aarhus (Dänemark), die Universität Heidelberg (Deutschland) und die Stiftung TERA (Italien). Der Redaktionsausschuss unter der Leitung von Ugo Amaldi, Elena Benedetto, Panagiota Foka, Sandro Rossi und Maurizio Vretenar koordiniert die wissenschaftlichen und technischen Aktivitäten. Das Projekt wird durch EU-Forschungsprogramme finanziert, mit zusätzlicher Unterstützung durch nationale Agenturen in den beteiligten Ländern. Im Laufe der fünfjährigen Laufzeit wird das Konsortium ein detailliertes technisches Design, Prototyp-Magnete und eine umfassende Bewertung der klinischen und forschungsbezogenen Fähigkeiten der Einrichtung liefern, um das SEEIIST-Zentrum als ein führendes Zentrum für Ionenstrahltherapie und biomedizinische Forschung in Südosteuropa zu positionieren.