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Das vorliegende Buch ist der zweite Band einer dreibändigen Lehrbuchreihe zur Strahlungsphysik und zum Strahlenschutz. In diesem Band werden die physikalischen und technischen Grundlagen der Strahlungsquellen dargestellt. Jedes Kapitel ist in einen grundlegenden und einen weiterführenden Teil untergliedert. Die weiterführenden Abschnitte können bei der ersten Lektüre ohne Verständnisschwierigkeiten übersprungen werden. Einleitende Überblicke und Zusammenfassungen sowie eine Vielzahl farbiger Abbildungen erleichtern die Orientierung und unterstützen die Wiederholung des Stoffes. Die vorliegende dritte Auflage wurde aktualisiert und mit zahlreichen zusätzlichen Übungsaufgaben sowie weiteren Inhalten im Tabellenanhang erweitert.

 

 

Aus dem Inhalt:

Abschnitt I: Teilchenbeschleuniger / / 1 Überblick über die Strahlungsquellen 9 / 1.1 Einsatzbereiche ionisierender Strahlungsquellen 9 / 1.2 Arten ionisierender Strahlungsquellen 13 / / 2 Grundlagen zur Teilchenbeschleunigung und Strahloptik 17 / 2.1 Relativistische Energien und Massen 17 / 2.2 Prinzip der Beschleunigung geladener Teilchen 20 / 2.3 Grundlagen zur Strahloptik mit elektrischen und magnetischen Feldern 27 / 2.3.1 Wirkung elektrischer Felder auf geladene Teilchen 29 / 2.3.2 Wirkung magnetischer Felder auf geladene Teilchen 34 / 2.3.3 Teilchenführung mit Magnetfeldern 40 / 2.3.4 Schwache und starke Fokussierung mit Magnetfeldern* 43 / Aufgaben 49 / / 3 Elektronen- und Ionenquellen 50 / 3.1 Elektronenquellen 50 / 3.1.1 Die Kathoden von Röntgenröhren 5 0 / 3.1.2 Fokussierung der Elektronenstrahlenbündel 5 7 / 3.1.3 Elektronenkanonen für Beschleuniger 60 / 3.2 Quellen für positive Ionen 65 / 3.2.1 Einschlussquellen für hohe Ionenströme 69 / 3.2.2 Die Plasmatrons 71 / 3.2.3 Die Penning-Ionenquellen 72 / 3.2.4 Die HF-Ionenquellen 74 / 3.2.5 Elektronenstrahl-Ionenquellen 78 / 3.3 Quellen für negative Ionen 81 / Aufgaben 88 / / 4 Die Röntgenröhre 89 / 4.1 Röntgenspektren 92 / 4.1.1 Entstehung der Röntgenbremsstrahlung 92 / 4.1.2 Intensitätsspektren der Röntgenbremsstrahlung* 93 / 4.1.3 Wirkungsgrad bei der Erzeugung von Röntgenbremsstrahlung 99 / 4.1.4 Charakteristische Röntgenstrahlung 102 / 4.2 Filterung von Röntgenspektren 105 / 4.3 Darstellung von Röntgenspektren im Wellenlängenbild 116 / 4.4 Abbildungseigenschaften von Röntgenstrahlen 117 / 4.5 Extrafokalstrahlung 121 / 4.6 Winkelverteilungen von Röntgenstrahlung 123 / 4.7 Bauformen von Röntgenröhren 126 / 4.8 Technische Aspekte beim Anodenaufbau von Röntgenröhren 134 / 4.9 Theorie zur thermischen Belastbarkeit der Anoden von Röntgenröhren* 142 / Aufgaben 147 / / 5 Gleichspannungsbeschleuniger 148 / 5.1 Cockcroft-Walton-Beschleuniger 148 / 5.2 Marx-Generatoren 150 / 5.3 Van de Graaff-Beschleuniger 151 / 5.4 Gleichspannungsbeschleuniger mit HF-Generatoren 155 / Aufgaben 158 / / 6 Hochfrequenzgeneratoren 159 / 6.1 Das Magnetron 159 / 6.2 Klystrons 161 / / 7 Hohlwellenleiter und Hohlraumresonatoren* 167 / 7.1 Hohlwellenleiter* 167 / 7.2 Hohlwellenleiter mit Irisblenden* 169 / 7.3 Hohlraumresonatoren* 170 / Aufgaben 174 / / 8 Linearbeschleuniger 175 / 8.1 Phasenfokussierung in Linearbeschleunigem* 176 / 8.2 Beschleuniger mit Wideröe-Struktur 178 / 8.3 RF Q-Beschleuniger 180 / 8.4 Beschleuniger mit Alvarez-Struktur 182 / 8.5 Elektronenlinearbeschleuniger 184 / 8.5.1 Energiegewinn der Elektronen bei der Hochfrequenzbeschleunigung* 184 / 8.5.2 Das Wanderwellenprinzip 185 / 8.5.3 Das Stehwellenprinzip 187 / 8.5.4 Vergleich von Wander- und Stehwellenprinzip 190 / Aufgaben 194 / / 9 Medizinische Elektronenlinearbeschleuniger 195 / 9.1 Anforderungen an medizinische Elektronenbeschleuniger 195 / 9.2 Aufbau von medizinischen Elektronenlinearbeschleunigem 197 / 9.3 Der Strahlerkopf im therapeutischen Elektronenbetrieb 199 / 9.3.1 Umlenkung und Fokussierung des Elektronenstrahlenbündels 201 / 9.3.2 Homogenisierung des Elektronenstrahlenbündels 204 / 9.3.3 Kollimation des Elektronenstrahls 212 / 9.4 Der Strahlerkopf im Photonenbetrieb 216 / 9.4.1 Bremsstrahlungserzeugung und Auslegung des Bremstargets 216 / 9.4.2 Homogenisierung des Photonenstrahlenbündels 219 / 9.4.3 Kollimation des Photonenstrahlenbündels 224 / 9.5 Das Doppeldosismonitorsystem 231 / 9.6 Keilfilter zur Formung von Photonenfeldern 233 / 9.7 Portal-Imaging-Systeme 244 / 9.8 Strahlenschutzprobleme an medizinischen Elektronenlinearbeschleunigern 248 / 9.8.1 Baulicher Strahlenschutz 249 / 9.8.2 Apparativer Strahlenschutz 250 / 9.8.3 Materialaktiviemngen 252 / 9.9 Das Cyberknife 256 / Aufgaben 263 / / 10 Ringbeschleuniger 264 / 10.1 Einteilung der Ringbeschleuniger 264 / 10.2 Das Betatron 265 / 10.3 Zyklotrons 271 / 10.3.1 Funktionsweise und Bauformen von klassischen Zyklotrons 271 / 10.3.2 Relativistische Zyklotrons 277 / 10.3.3 Zyklotrons für die Protonentherapie 283 / 10.4 Mikrotrons 294 / 10.5 Synchrotrons 301 / / / 10.5.1 Die räumliche Fokussierung der Teilchen im Synchrotron* 304 / 10.5.2 Phasenfokussierung relativistischer Teilchen im Synchrotron* 306 / 10.6 Das Rhodotron für industrielle Anwendungen 308 / Aufgaben 310 / 11 Synchrotronstrahlung und Speicherringe* 311 / 11.1 Entstehung der Synchrotronstrahlung* 311 / 11.2 Speicherringe zur Erzeugung von Synchrotronstrahlung* 315 / Aufgaben 319 / / Abschnitt II: Kernreaktoren und Neutronenquellen / / 12 Kernreaktoren 320 / 12.1 Grundlagen zur Kernspaltung 320 / 12.1.1 Spaltbare Materialien 320 / 12.1.2 Neutroneninduzierte Kernspaltung 322 / 12.1.3 Spaltfragmentverteilungen 329 / 12.2 Funktionsweise von Kernreaktoren 331 / 12.3 Überblick über technische Bauformen von Kernreaktoren 339 / 12.4 Sonderformen von Kernreaktoren 342 / 12.4.1 Die Garchinger Forschungsreaktoren 342 / 12.4.2 Der natürliche Reaktor in Gabun 348 / / Aufgaben 351 / 13 Neutronenquellen und ihre Anwendungen 352 / 13.1 Überblick über die Neutronenquellen 352 / 13.2 Energie von Neutronen 354 / 13.3 Reaktomeutronen 356 / 13.4 Neutronenquellen mit spontanen Spaltern 358 / 13.5 Neutronenerzeugung mit geladenen Teilchen aus Beschleunigern 359 / 13.5.1 Spallationsquellen 359 / 13.5.2 Neutronen-Fusionsgeneratoren mit Deuterium und Tritium 361 / 13.5.3 Zyklotron-Neutronenquellen 364 / 13.6 Neutronenquellen über den Kemphotoeffekt 367 / 13.7 Radioisotop-Neutronenquellen vom Typ (a,n) 368 / 13.8 Anwendungen von Neutronenstrahlungen 372 / 13.8.1 Neutronen-Aktivierungsanalysen 3 72 / 13.8.2 Schwächung von thermischen Neutronen* 375 / 13.8.3 Bildgebung mit Neutronen 379 / 13.8.4 Anwendung von Neutronen in der Medizin 3 82 / Aufgaben 384 / / Abschnitt III: Radionuklide und ihre Anwendungen / / 14 Radionukliderzeugung 385 / 14.1 Spezifische Aktivität radioaktiver Strahler* 3 86 / 14.2 Erzeugung neutronenreicher Nuklide durch Kernspaltung 389 / 14.3 Neutronenaktivierungen 389 / 14.4 Erzeugung von Positronenstrahlem 395 / 14.5 Radionuklidgeneratoren 397 / 14.5.1 Der Molybdän-Technetiumgenerator 398 / 14.5.2 Weitere Radionuklidgeneratoren* 402 / / Aufgaben 406 / 15 Radionuklide in der Medizin 407 / 15.1 Radionuklide für strahlentherapeutische Anwendungen 407 / 15.2 Radionuklide für die Nuklearmedizin 411 / / Aufgaben 415 / 16 Kobaltbestrahlungsanlagen für dieMedizin 416 / 16.1 Kobaltstrahler 416 / 16.2 Konventionelle isozentrische Kobaltanlagen 419 / 16.3 Das stereotaktische Kobaltbestrahlungsgerät Gammaknife 422 / Aufgaben 424 / / 17 Afterloadinganlagen für die Medizin 425 / 17.1 Prinzip des medizinischen Afterloadings 425 / 17.2 Strahlungsquellen für das medizinische Afterloading 427 / 17.3 Erzeugung der therapeutischen Dosisleistungsverteilungen 429 / Aufgaben 432 / / 18 Technische Anwendungen von Radionukliden 433 / 18.1 Radionuklidbatterien 433 / 18.2 Materialprüfungen 436 / 18.3 Füllstandsmessungen und Ionisationsrauchmelder 439 / 18.4 Strahlensterilisation 440 / 18.5 Kunststofferzeugung und Modifikation 442 / Aufgaben 445 / / Abschnitt IV: Anhang / / 19 Tabellenanhang 446 / 19.1 Einheiten des Internationalen Einheitensystems 81, abgeleitete Einheiten 446 / 19.2 Physikalische Fundamentalkonstanten 450 / 19.3 Daten von Elementarteilchen, Nukleonen und leichten Nukliden 451 / 19.4 Strahlungsfeldgrößen 452 / 19.5 Elemente des Periodensystems 453 / 19.6 Daten zur Kernspaltung 456 / 19.6.1 Relative Spaltausbeuten bei der thermischen Spaltung von 235U für bestimmte Massenzahlen A und die wichtigsten Spaltfragmente / 19.6.2 Neutronenzahlen pro Spaltakt und Neutroneneinfangquerschnitte 459 / 19.7 Überblick über die Dosisgrößen 460 / 20 Literatur 462 / 20.1 Lehrbücher und Monografien 462 / 20.2 Wissenschaftliche Einzelarbeiten 464 / 20.3 Gesetze, Verordnungen und Richtlinien zum Strahlenschutz, gültig für die 469 / / Bundesrepublik Deutschland / 20.4 Nationale und internationale Protokolle und Reports zu Strahlungsquellen 472 / 20.5 Wichtige Intemetadressen 473 / 21 Aufgabenlösungen 476 / Sachregister 497