Aufgaben der Strahlenphysik

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1 Strahlenphysik und Strahlenschutz im Wandel der Zeiten Milestones und Perspektiven H. Aiginger TU-Wien, Atominstitut der Österreichischen Universitäten Aufgaben der Strahlenphysik 1. Strahlenphysik und Strahlenschutz zu definieren 2. Die historische Entwicklung Highlights zu skizzieren und ihre kulturgeschichtliche Rolle zu unterstreichen 3. Entwicklungen der Schule der Strahlenphysik im Bereich des Atominstitutes zu listen 4. Perspektiven, Notwendigkeiten und Bedürfnisse für die Zukunft aufzuzeigen. 5. Einige Feststellungen Serendipity, Risk-Benefit, Ursache Wirkung falls es die Zeit erlaubt 1

2 W.C. Röntgen 9. November 1885: Experimenten mit einer neuen Gasentladungsröhre Entdeckung der Röntgenstrahlen (Photonenstrahlung) Doppellauf Jagdgewehr mit Kugeln im Lauf 2

3 Zahlreiche Publikationen von W.C. Röntgen Antoine-Henri Becquerel Radioaktivität von Uranerzen -Zerfall (eigentlich " -minus-zerfall ) Photoplatte durch die ionisierende Strahlung von Uransulfat geschwärzt wurde. Dabei zerfällt ein gebundenes Neutron im Urankern in ein Proton unter Emission eines Elektrons mit einer auffallend langen Halbwertszeit von 18 min. 3

4 E. Rutherford Art und Eigenschaften der Alpha-, Beta- und Gammastrahlung. Streuversuche mit Alphateilchen eine erste Bestätigung des Atommodells (1911) Center of excellence (Wirkungsquerschnitte). J.J. Thomson Entdecker des Elektrons Ionisation von Gasen Interpretation des Lichtes (Photonenstrahlung) als elektromagnetische Welle, in deren Feld Elektronen zu Schwingungen angeregt werden und so eine neue elektromagnetische Welle aussenden (Thomson-Streuung) Streuung von höherenergetischen Photonenfeldern an gebundenen Elektronen bezeichnet man als Raleighstreuung (Elastische Streuung). 4

5 Weitere Milestones A. Einsteins quantitativer Interpretation des Photoeffektes A.H. Comptons Erklärung der nach ihm benannten Streuung wellenlängendispersiven Bragg-Lamellen: Vermessung der inneren Übergänge der Atomschalen Bestätigung des Moseleysches Gesetzes klare Einordnung der Elemente im Periodensystems Möglichkeit der qualitativen und quantitativen Analyse von Proben (RFA Röntgenfluoreszenzanalyse) K.M. Siegbahn, A. Larsen und L. Waller: Totalreflexion von Röntgenstrahlen beim Auftreffen auf Materie Grenzwinkel der Totalreflexion Moseleysches Gesetz H. G. J. Moseley untersuchte (1913) zuerst systematisch eine Reihe aufeinander folgender Elemente im periodischen System (Ca-Zn). Er benützte zur Registrierung der Spektren eine Filmplatte und als dispersives Medium einen Ferrocynkaliumkristall. für jedes Element Spektrallinien, mit unterschiedlicher Intensität Das Moseleysche Gesetz beschreibt die Lage der K α -Linien im Röntgenspektrum (Übergang eines Elektrons von der L- Schale zur K-Schale). 5

6 Strahlenschutz 1928 Definition der Röntgeneinheit als physikalische Einheit der Dosis messtechnische Realisation Gründung der International Commision on Radiation Units and Measurements (ICRU) zunächst nur Fragen der medizinisch-radiologischen Dosen Milestones in Österreich Aufbruch des freigewordenen Österreichs in Richtung Internationalisierung (z.b. CERN Beitritt) Gute Zusammenarbeit mit nationalen und internationalen Strahlenschutzgruppen und Organisationen Gründung des Österreichischen Verbandes für Strahlenschutz (ÖVS) Beitritt zur International Radiation Protection Association (IRPA) 6

7 Höhepunkte der interdisziplinären Zusammenarbeit Konzeption und organisatorische Überwachung des Low Level Laboratoriums (LLC) in Wien- Arsenal Kalibrierung des Hochempfindlichen Ganzkörperzählers im AKH (ortsauflösend) professionelle Zusammenarbeit mit nahezu allen Universitätskliniken und Schwerpunktsspitälern Projekt MedAustron LLC Arsenal H. Aiginger, F.J. Maringer, D. Rank, E. Unfried: A new Laboratory for routine low-level measurements (BVFA Arsenal, Wien) Nuc Instr. and Methods, B17 (1986)

8 Hochempfindliche Ganzkörperzähler AKH-Wien 8

9 Perspektive Beschleunigerphysik in Österreich Medizinbeschleunigerzentrum MedAustron Lehrveranstaltungen zum Thema der TU-Wien Strahlenphysik Medizinische Anwendungen der Strahlenphysik Physikalische und gesellschaftliche Aspekte des Strahlenschutzes Teilchenbeschleuniger Praktische Übungen aus Strahlenphysik Übungen am Teilchenbeschleuniger Seminar Technische und medizinische Anwendung der Strahlenphysik Projektarbeiten aus angewandter und medizinischer Strahlenphysik Privatissima für Diplomanden und Doktoranten 9

10 Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA) Totalreflexionsprobenträgern (Anregung unter dem Grenzwinkel der Totalreflexion) Steigerung der Empfindlichkeit für die energiedispersive Röntgenfluoreszenzanalyse um bis zu sieben Größenordnungen bei geringen Probenvolumina Anwendnungen: Lösung technischer Fragen Medizin Umwelt Oberflächenanalyse Energiefilterung und zum Einsatz als Röntgenspiegel Totalreflexionsfluoreszenzanalyse (TXRF) TXRF RFA detector 10

11 Experimental setup for TXRF SR-TXRF setup at HASYLAB, Hamburg Sample Reflector detector Ta-wedge 11

12 Österreichische Kooperationen an internationalen Beschleunigerzentren intensiven Kontakten zu internationalen Synchrotronstrahlungsquellen Projekt MedAustron Zahlreiche ähnliche Problemkreise der angewandten Strahlenphysik Ergibt eine langjährige Kooperation mit dem CERN in Genf, dem Paul Scherrer Institut in Zürich und der Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) in Heidelberg Eine ähnlich starke Kooperation besteht mit vielen klinisch tätigen Medizinphysikern Zusammenfassung und Perspektiven Erhaltung und Erweiterung der strahlenphysikalischen Aktivitäten ist sinnvoll und dringend notwendig! Zahlreiche Perspektiven wurden den beteiligten Teams und deren Geldgebern auf der Basis einer jahrzehntelangen Vorarbeit aufgezeigt und stehen zur Diskussion 12