Strahlungsquellen für Technik und Medizin

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Peter Mann
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1 Hanno Krieger Strahlungsquellen für Technik und Medizin Teubner

2 Inhalt Abschnitt I: Teilchenbeschleuniger 1 Überblick über die Strahlungsquellen Anwendungen von Strahlungsquellen Arten von 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* 42 3 Elektronen- und Ionenquellen Elektronenquellen Die Kathoden von Röntgenröhren Fokussierung der Elektronenstrahlenbündel Elektronenkanonen für Beschleuniger Ionenquellen Einschlussquellen für hohe lonenströme Die Plasmatrons Die Penning-Ionenquellen Die HF-Ionenquellen Elektronenstrahl-Ionenquellen Quellen für negative Ionen 79 4 Die Röntgenröhre Röntgenspektren Entstehung der Röntgenbremsstrahlung Intensitätsspektren der Röntgenbremsstrahlung* Wirkungsgrad bei der Erzeugung von Röntgenbremsstrahlung Charakteristische Röntgenstrahlung 99

3 Inhaltsverzeichnis 4.2 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* 138 Gleichspannungsbeschleuniger Cockcroft-Walton-Beschleuniger Marx-Generatoren Van de Graaff-Beschleuniger Gleichspannungsbeschleuniger mit HF-Generatoren 150 Hochfrequenzgeneratoren Das Magnetron Klystrons 155 Linearbeschleuniger Hohlwellenleiter und Hohlraumresonatoren* Hohlwellenleiter* Hohlwellenleiter mit Irisblenden* Hohlraumresonatoren* Phasenfokussierung in HF-Beschleunigern* Beschleuniger mit Wideröe-Struktur RFQ-Beschleuniger Beschleuniger mit Alvarez-Struktur Elektronenlinearbeschleuniger Energiegewinn der Elektronen bei der Hochfrequenzbeschleunigung* Das Wanderwellenprinzip Das Stehwellenprinzip Vergleich von Wander-und Stehwellenprinzip 179 Medizinische Elektronenlinearbeschleuniger Anforderungen an medizinische Elektronenlinearbeschleuniger 183

4 Inhaltsverzeichnis Aufbau von medizinischen Elektronenlinearbeschleunigem 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 Elektronenlinearbeschleunigem Baulicher Strahlenschutz Apparativer Strahlenschutz Materialaktivierungen Das Cyberknife Ringbeschleuniger Einteilung der Ringbeschleuniger Das Betatron Zyklotrons Funktionsweise und Bauformen von klassischen Zyklotrons Relativistische Zyklotrons Zyklotrons für die Protonentherapie Mikrotrons Synchrotrons Die räumliche Fokussierung der Teilchen im Synchrotron* Die Phasenfokussierung der Teilchen im Synchrotron* Das Rhodotron für industrielle Anwendungen Synchrotronstrahlung und Speicherringe Entstehung der Synchrotronstrahlung Speicherringe zur Erzeugung von Synchrotronstrahlung 300

5 Inhaltsverzeichnis Abschnitt II: Radionuklidproduktion 11 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 Neutronenquellen Reaktorneutronen Strahlentherapeutische Anwendung von Reaktorneutronen Neutronenquellen mit Beschleunigem Spallationsquellen Fusionsgeneratoren Zyklotron-Neutronenquellen Neutronenquellen mit spontanen Spaltern Neutronenstrahler vom Typ (a,n) Radionukliderzeugung Spezifische Aktivität radioaktiver Strahler* Erzeugung neutronenreicher Nuklide durch Kernspaltung Neutronenaktivierungen Erzeugung von Positronenstrahlern Radionuklidgeneratoren für die Nuklearmedizin Der Molybdän-Technetiumgenerator Weitere Radionuklidgeneratoren* 363

6 Inhaltsverzeichnis Abschnitt III: Strahlungsquellen mit radioaktiven Strahlern 14 Radionuklide für die medizinische Radiologie Radionuklide für strahlentherapeutische Anwendungen Radionuklide für die Nuklearmedizin Perkutane Kobaltbestrahlungsanlagen Kobaltstrahler Konventionelle isozentrische Kobaltanlagen Das stereotaktische Kobaltbestrahlungsgerät Gammaknife Afterloadinganlagen Prinzip des medizinischen Afterloadings Strahlungsquellen für das medizinische Afterloading Erzeugung der therapeutischen Dosisleistungsverteilungen Anhang Einheiten des Internationalen Einheitensystems SI, abgeleitete Einheiten Physikalische Fundamentalkonstanten Daten von Elementarteilchen, Nukleonen und leichten Nukliden Strahlungsfeldgrößen Elemente des Periodensystems Literatur Lehrbücher und Monografien Deutsche Normen zur Dosimetrie und zum Strahlenschutz Gesetze, Verordnungen und Richtlinien zum Strahlenschutz, gültig für die 404 Bundesrepublik Deutschland 18.4 Nationale und internationale Protokolle und Reports zu Dosimetrie und 405 Strahlenschutz 18.5 Wissenschaftliche Einzelarbeiten Wichtige Intemetadressen 415 Sachregister 417

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