1.1 Einsatzbereiche ionisierender Strahlungsquellen Arten ionisierender Strahlungsquellen 13

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1 Inhalt Abschnitt I: Teilchenbeschleuniger 1 Überblick über die Strahlungsquellen Einsatzbereiche ionisierender Strahlungsquellen Arten ionisierender Strahlungsquellen 13 2 Grundlagen zur Teilchenbeschleunigung und Strahloptik Relativistische Energien und Massen Prinzip der Beschleunigung geladener Teilchen Grundlagen zur Strahloptik mit elektrischen und magnetischen Feldern Wirkung elektrischer Felder auf geladene Teilchen Wirkung magnetischer Felder auf geladene Teilchen Teilchenführung mit Magnetfeldern Schwache und starke Fokussierung mit Magnetfeldern* 43 Aufgaben 49 3 Elektronen- und Ionenquellen Elektronenquellen Die Kathoden von Röntgenröhren Fokussierung der Elektronenstrahlenbündel Elektronenkanonen für Beschleuniger Quellen für positive Ionen Einschlussquellen für hohe Ionenströme Die Plasmatrons Die Penning-Ionenquellen Die HF-Ionenquellen Elektronenstrahl-Ionenquellen Quellen für negative Ionen 81 Aufgaben 88 4 Die Röntgenröhre Röntgenspektren Entstehung der Röntgenbremsstrahlung Intensitätsspektren der Röntgenbremsstrahlung* 93

2 4 Inhaltsverzeichnis Wirkungsgrad bei der Erzeugung von Röntgenbremsstrahlung Charakteristische Röntgenstrahlung Filterung von Röntgenspektren Darstellung von Röntgenspektren im Wellenlängenbild Abbildungseigenschaften von Röntgenstrahlern Extrafokalstrahlung Winkelverteilungen von Röntgenstrahlung Bauformen von Röntgenröhren Technische Aspekte beim Anodenaufbau von Röntgenröhren Theorie zur thermischen Belastbarkeit der Anoden von Röntgenröhren* 142 Aufgaben Gleichspannungsbeschleuniger Cockcroft-Walton-Beschleuniger Marx-Generatoren Van de Graaff-Beschleuniger Gleichspannungsbeschleuniger mit HF-Generatoren 155 Aufgaben Hochfrequenzgeneratoren Das Magnetron Klystrons Hohlwellenleiter und Hohlraumresonatoren* Hohlwellenleiter* Hohlwellenleiter mit Irisblenden* Hohlraumresonatoren* 170 Aufgaben Linearbeschleuniger Phasenfokussierung in Linearbeschleunigern* Beschleuniger mit Wideröe-Struktur RFQ-Beschleuniger Beschleuniger mit Alvarez-Struktur Elektronenlinearbeschleuniger Energiegewinn der Elektronen bei der Hochfrequenzbeschleunigung* 184

3 Inhaltsverzeichnis Das Wanderwellenprinzip Das Stehwellenprinzip Vergleich von Wander- und Stehwellenprinzip 190 Aufgaben Medizinische Elektronenlinearbeschleuniger Anforderungen an medizinische Elektronenbeschleuniger Aufbau von medizinischen Elektronenlinearbeschleunigern Der Strahlerkopf im therapeutischen Elektronenbetrieb Umlenkung und Fokussierung des Elektronenstrahlenbündels Homogenisierung des Elektronenstrahlenbündels Kollimation des Elektronenstrahls Der Strahlerkopf im Photonenbetrieb Bremsstrahlungserzeugung und Auslegung des Bremstargets Homogenisierung des Photonenstrahlenbündels Kollimation des Photonenstrahlenbündels Das Doppeldosismonitorsystem Keilfilter zur Formung von Photonenfeldern Portal-Imaging-Systeme Strahlenschutzprobleme an medizinischen Elektronenlinearbeschleunigern Baulicher Strahlenschutz Apparativer Strahlenschutz Materialaktivierungen Das Cyberknife 256 Aufgaben Ringbeschleuniger Einteilung der Ringbeschleuniger Das Betatron Zyklotrons Funktionsweise und Bauformen von klassischen Zyklotrons Relativistische Zyklotrons Zyklotrons für die Protonentherapie Mikrotrons Synchrotrons 301

4 6 Inhaltsverzeichnis Die räumliche Fokussierung der Teilchen im Synchrotron* Phasenfokussierung relativistischer Teilchen im Synchrotron* Das Rhodotron für industrielle Anwendungen 308 Aufgaben Synchrotronstrahlung und Speicherringe* Entstehung der Synchrotronstrahlung* Speicherringe zur Erzeugung von Synchrotronstrahlung* 315 Aufgaben 319 Abschnitt II: Kernreaktoren und Neutronenquellen 12 Kernreaktoren Grundlagen zur Kernspaltung Spaltbare Materialien Neutroneninduzierte Kernspaltung Spaltfragmentverteilungen Funktionsweise von Kernreaktoren Überblick über technische Bauformen von Kernreaktoren Sonderformen von Kernreaktoren Die Garchinger Forschungsreaktoren Der natürliche Reaktor in Gabun 348 Aufgaben Neutronenquellen und ihre Anwendungen Überblick über die Neutronenquellen Energie von Neutronen Reaktorneutronen Neutronenquellen mit spontanen Spaltern Neutronenerzeugung mit geladenen Teilchen aus Beschleunigern Spallationsquellen Neutronen-Fusionsgeneratoren mit Deuterium und Tritium Zyklotron-Neutronenquellen Neutronenquellen über den Kernphotoeffekt Radioisotop-Neutronenquellen vom Typ (,n) 368

5 Inhaltsverzeichnis Anwendungen von Neutronenstrahlungen Neutronen-Aktivierungsanalysen Schwächung von thermischen Neutronen* Bildgebung mit Neutronen Anwendung von Neutronen in der Medizin 382 Aufgaben 384 Abschnitt III: Radionuklide und ihre Anwendungen 14 Radionukliderzeugung Spezifische Aktivität radioaktiver Strahler* Erzeugung neutronenreicher Nuklide durch Kernspaltung Neutronenaktivierungen Erzeugung von Positronenstrahlern Radionuklidgeneratoren Der Molybdän-Technetiumgenerator Weitere Radionuklidgeneratoren* 402 Aufgaben Radionuklide in der Medizin Radionuklide für strahlentherapeutische Anwendungen Radionuklide für die Nuklearmedizin 411 Aufgaben Kobaltbestrahlungsanlagen für die Medizin Kobaltstrahler Konventionelle isozentrische Kobaltanlagen Das stereotaktische Kobaltbestrahlungsgerät Gammaknife 422 Aufgaben Afterloadinganlagen für die Medizin Prinzip des medizinischen Afterloadings Strahlungsquellen für das medizinische Afterloading Erzeugung der therapeutischen Dosisleistungsverteilungen 429 Aufgaben 432

6 8 Inhaltsverzeichnis 18 Technische Anwendungen von Radionukliden Radionuklidbatterien Materialprüfungen Füllstandsmessungen und Ionisationsrauchmelder Strahlensterilisation Kunststofferzeugung und Modifikation 442 Aufgaben 445 Abschnitt IV: Anhang 19 Tabellenanhang Einheiten des Internationalen Einheitensystems SI, abgeleitete Einheiten Physikalische Fundamentalkonstanten Daten von Elementarteilchen, Nukleonen und leichten Nukliden Strahlungsfeldgrößen Elemente des Periodensystems Daten zur Kernspaltung Relative Spaltausbeuten bei der thermischen Spaltung von 235 U für bestimmte Massenzahlen A und die wichtigsten Spaltfragmente Neutronenzahlen pro Spaltakt und Neutroneneinfangquerschnitte Literatur Lehrbücher und Monografien Wissenschaftliche Einzelarbeiten Gesetze, Verordnungen und Richtlinien zum Strahlenschutz, gültig für die Bundesrepublik Deutschland 20.4 Nationale und internationale Protokolle und Reports zu Strahlungsquellen Wichtige Internetadressen Aufgabenlösungen 474 Sachregister

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