Radionuclide

I. Grundbegriffe des Atomaufbaues und Möglichkeiten zur Herstellung von Radionucliden.- A. Atomkernaufbau und Isotopie.- 1. Protonen und Neutronen als Kernbausteine.- 2. Symbolische Schreibweise für Atomkerne.- 3. Begriff der Isotopie, stabile Isotope.- 4. Isotopenhäufigkeit.- 5. Atomgewicht und Isotopengewicht.- 6. Massendefekt, Bindungsenergie.- B. Künstliche Herstellung von radioaktiven Atomkernen.- 1. In der Natur vorkommende, radioaktive Atomkerne.- 2. Erste künstliche Atomumwandlung.- 3. Verschiedene Möglichkeiten zur künstlichen Erzeugung radioaktiver Atomkerne (Radionuclide).- a) Umwandlung stabiler Atomkerne in radioaktive durch Beschuß mit ?-Teilchen.- b) Erzeugung von radioaktiven Atomkernen mit Hilfe von hochbeschleunigten, geladenen Teilchen.- c) Radioaktive Spaltprodukte.- d) Erzeugung von Radionucliden durch Beschuß mit Neutronen.- e) Atomumwandlung mittels ? Strahlen.- 4. Gleichzeitige Erzeugung mehrerer Arten von radioaktiven Atomkernen.- 5. Trägerlose Substanzen.- 6. Umwandlungswahrscheinlichkeit.- a) Definition des Wirkungsquerschnittes.- b) Erforderliche Mindestenergie von geladenen Teilchen.- c) Wirkungs querschnitt von Neutronen.- 7. Van de Graaff-Generator, Kaskadengenerator.- 8. Das Cyclotron als Teilchenbeschleuniger.- 9. Physikalische Vorgänge im Kernreaktor.- II. Wechselwirkung von ?-, ?- und Strahlung mit Materie.- A. Anregung und Ionisation.- 1. Anregung von Atomen.- 2. Ionisation.- 3. Primäre, sekundäre und totale Ionisation.- 4. Energieverlust von Elektronen durch Ionisation.- 5. Ionisationsdichte, spezifische Ionisation.- 6. Bildung von negativen Ionen.- B. Streuung und Absorption von Elektronen.- 1. Streuung von Elektronen.- 2. Absorption monoenergetischer Elektronen.- 3. Veränderung der Energie Verteilung von Elektronen.- C. Verhalten von Zerfallselektronen beim Durchgang durch Materie.- 1. Vergleich mit monoenergetischen, geladenen Teilchen.- 2. Maximale Reichweite von Zerfallselektronen.- D. Verhalten von ?-Strahlung beim Durchgang durch Materie.- 1. Absorption und Streuung von ?-Strahlung.- a) Photoelektrischer Effekt.- b) Compton-Effekt.- c) Paarbildung.- 2. Absorptionsgesetz.- 3. Abhängigkeit der ?-Absorption von der ?-Energie und der Art des Absorbermaterials.- 4. Compton-Absorption und Compton-Streuung.- 5. Energieverteilung der ?- Quanten.- 6. Energie Verteilung der Sekundärelektronen.- 7. Zuwachsfaktor.- E. Wechselwirkung von ?-Strahlung mit Materie.- III. Nachweisgeräte für radioaktive Strahlung.- A. Ionisationskammer, Elektroskop, Proportionalzähler und Geiger-Müller-Zählrohr.- 1. Ionisationskammer.- a) Aufbau und Wirkungsweise.- b) Messung der gesammelten elektrischen Ladung.- c) Nulleffekt.- 2. Elektroskop.- a) Aufbau und Wirkungsweise.- b) Durchführung der Messungen.- c) Meßgenauigkeit und Nachweisempfindlichkeit.- 3. Geiger-Müller-Zählrohr.- a) Prinzipieller Aufbau eines Zählrohres, Zählrohrcharakteristik.- b) Entladungsmechanismus beim Geiger-Müller-Zählrohr.- c) Zeitlicher Verlauf des Zählrohrimpulses und der Zählrohr Spannung. Begriff der Totzeit und Erholungszeit.- d) Nachentladung beim Geiger-Müller-Zählrohr.- e) Nicht selbstlöschende und selbstlöschende Zählrohre.- f) Der Nulleffekt eines Geiger-Müller-Zählrohres.- g) Lebensdauer von selbstlöschenden Zählrohren.- h) Halogenzähler.- i) Impulsverstärker zur Registrierung von Zählrohrimpulsen.- 4. Proportionalzähler.- B. Szintillationszähler.- 1. Prinzipieller Aufbau und Wirkungsweise eines Szintillationszählers.- 2. Nachweisempfindlichkeit des Szintillationszählers.- a) Strahlenabsorption im Leuchtkristall.- b) Geringe Intensitätsverluste des entstehenden Luminescenzlichtes auf dem Wege zur Photozelle (Photomultiplier).- c) Eigenschaften des Photomultipliers.- d) Großes zeitliches Auflösungsvermögen des Szintillationszählers.- 3. Nulleffekt des Szintillationszählers.- 4. Charakteristik des Szintillationszählers.- IV. Der radioaktive Zerfall.- A. Zerfallsgesetz und Zerfallskurven.- 1. Natürliche und künstliche Radionuclide.- 2. Verschiedene Zerfallsarten.- a) ?-Zerfall.- b) ?-Zerfall.- 3. Radioaktives Zerfallsgesetz.- 4. Zerfallskonstante, Halbwertzeit, mittlere Lebensdauer.- 5. Radioaktive Einheiten.- 6. Gesamtzahl der radioaktiven Atomkerne eines Präparates.- 7. Zerfallskurve für ein Gemisch von zwei oder mehr Arten von Radionucliden.- a) Genetisch unabhängige Radionuclide.- b) Genetisch voneinander abhängige Radionuclide.- 8. Radioaktives Gleichgewicht.- B. Umwandlungsarten eines Radionuclids beim ?-Zerfall.- 1. Energieverteilung der Zerfallselektronen beim ??- und ?+-Zerfall.- 2. K-Einfang.- 3. ?-Emission, Kern-?-Strahlung.- 4. Kernisomerie.- 5. Innere Umwandlung.- 6. Zerfallsschemata.- C. Genauigkeit radioaktiver Messungen.- 1. Statistische Meßgenauigkeit.- a) Statistische Natur der Radioaktivität.- b) Mittlerer statistischer Fehler.- c) Gaußsches Fehler-Fortpflanzungsgesetz.- d) Mittlerer statistischer Fehler einer Differenzmessung.- e) Mittlerer statistischer Fehler für den Quotienten zweier Differenzen.- f) Günstige Aufteilung der Gesamtmeßdauer auf Präparatmessung und Nulleffektmessung.- g) Mittlerer statistischer Fehler für Ratemeter und Ionisationskammer.- h) Statistische Reinheit.- 2. Zählverluste durch begrenztes Auflösungsvermögen des Meßgerätes.- a) Ermittlung der Zählverluste bei bekanntem Auflösungsvermögen.- b) Direkte experimentelle Bestimmung der Zählverluste.- c) Totzeitbestimmung mit Hilfe von zwei Präparaten.- d) Verminderung der Zählverluste durch Verwendung von Untersetzern.- 3. Systematische Fehlerquellen.- V. Nachweis radioaktiver Strahlung.- A. Allgemeine Bemerkungen zum Nachweis radioaktiver Strahlung.- 1. Hohe Empfindlichkeit des radioaktiven Nachweises.- 2. Relative und absolute Messungen.- 3. Auswahl von Radionucliden.- 4. Herstellung von Meßproben.- B. Nachweis von ?-Strahlung bei radioaktiven Präparaten in fester Form.- 1. Einleitende Bemerkung.- 2. Versuchsanordnung.- 3. Abhängigkeit des Meßeffektes vom Abstand des Präparates vom Zählrohr.- 4. Geometriefaktor, punktförmige und kreisförmige Präparate.- 5. Absorption von ?-Strahlen.- a) Absorptionsgesetz.- b) Gleichzeitige Bestimmung zweier Radionuclide in ein und demselben Präparat.- c) Absorption der ?-Strahlung im Zählrohrfenster und in der Luftschicht.- d) Einfluß des schrägen Durchgangs der ?-Teilchen durch Luftschicht und Zählrohrfenster.- 6. Selbstabsorption von ?-Strahlung.- a) Begriffsbestimmung.- b) Selbstabsorption bei dünner Präparatschicht.- c) Dicke Präparatschicht.- d) Selbstabsorption für verschieden dicke Präparate.- e) Berechnung des Selbstabsorptionskoeffizienten.- 7. Selbststreuung.- 8. RückStreuung.- C. Messung von ?-Strahlen emittierenden Präparaten in flüssiger Form.- 1. Vorteile der Methode.- 2. Bestimmung der Aktivität kleiner Flüssigkeitsproben.- 3. Messung von Flüssigkeitsproben von etwa 15 cm3 Volumen.- a) Veallscher Flüssigkeitszähler.- b) Einfluß verschiedener Flüssigkeitsdichte auf den Meßeffekt.- c) Nulleffekt des Veallschen Zählers.- 4. Aktivitätsmessung großer Flüssigkeitsmengen.- 5. Messung von sehr schwach radioaktiven Flüssigkeiten.- D. Nachweis energiearmer ?-Strahlung in gasförmigem Zustand (Messung von C14, H3 oder S35).- 1. Vorteile und Nachteile des Gaszählers.- 2. Geiger-Müller-Zählrohre als Gaszähler.- 3. Proportionalzähler zur Ausmessung gasförmiger radioaktiver Präparate.- 4. Herstellung gasförmiger C14- oder H3-Proben und Füllung des Gaszählers.- 5. Messung gasförmiger, radioaktiver Proben in der Ionisationskammer.- E. Anwendung flüssiger Szintillatoren zur Messung von C14- und H3-markierten Substanzen.- 1. Vorteile und Nachteile des Flüssig-Szintillationszählers.- 2. Eigenschaften der Szintillationsflüssigkeit, Lösungsmittel, primäre und sekundäre Leuchtstoffe.- 3. Verminderung der Nachweisempfindlichkeit durch Löschen des Phosphorescenzlichtes (quenching).- 4. Nachweisempfindlichkeit.- F. Nachweis von ?-Strahlung mit dem Geiger-Müller-Zählrohr oder dem Szintillationszähler.- 1. Zweckmäßigkeit der Messung von ?-Strahlung.- 2. ?-Nachweisempfindlichkeit.- a) Von Geiger-Müller-Zählrohren.- b) ?-Empfindlichkeit von Szintillationszählern.- 3. Beispiel von ?-Messungen mit dem Geiger-Müller-Zählrohr oder dem Szintillationszähler.- a) Thoriumbestimmung durch Absorptionsmessung weicher -?Strahlung.- b) Selbstabsorptionserscheinung bei -?Strahlung.- c) Abstandsgesetz bei ?-Strahlung.- 4. ?-Spektroskopie.- a) Einkanal-Analysator.- b) Mehrkanal-Analysator.- c) Graukeil-Spektroskopie.- d) Möglichkeiten zur Unterdrückung oder Reduzierung des Comptonkontinuums.- G. Nachweis von ?-Strahlung.- 1. Einleitende Bemerkungen.- 2. ?-Zähler nach Ward.- 3. ?-Nachweis mit den Szintillationszählern.- H. Messung intensitätsarmer Präparate.- J. Absolute Messungen.- 1. Geeichte Standardpräparate.- 2. Absolutbestimmung der Aktivität durch Berücksichtigung von Selbstabsorption, Streuung, Absorption, Rückstreuung, Geometriefaktor.- 3. Berücksichtigung des Zerfallsschemas.- 4. 4?-Zählrohr.- 5. Koinzidenzmethode.- K. Verdünnungsanalyse.- L. Aktivierungsanalyse.- 1. Einleitende Bemerkungen.- 2. Beschreibung der Aktivierungsanalyse.- 3. Größe der induzierten Aktivität.- 4. Neutronenquellen.- a) Kernreaktor als Quelle langsamer Neutronen.- b) Teilchenbeschleuniger.- c) Erzeugung von Neutronen durch Beschuß von Beryllium mit ?-Teilchen.- 5. Absolut- und Vergleichsmethode.- 6. Vor- und Nachteile der Aktivierungsanalyse.- 7. Messung der induzierten Aktivität.- a) Direkte Messung der induzierten Aktivität.- b) Auswertung einer Zerfallskurve.- c) Absorptionsmessungen.- d) Internal Standard-Methode.- e) Zuhilfenahme der ?-Spektroskopie oder einer Koinzidenzmessung.- 8. Messung kurzlebiger Radionuclide.- 9. Fehlerbetrachtungen.- a) Unterschiedliche Bestrahlungsbedingungen.- b) Selbstabschirmung.- c) Fehlerquellen durch konkurrierende Kernprozesse.- M. Analyse durch Papierchromatographie oder Papierelektrophorese unter Zuhilfenahme von Radionucliden.- N. Autoradiographie.- 1. Methode und Anwendungsbereich.- 2. Physikalische Grundlagen.- a) Photographischer Vorgang.- b) Auflösungsvermögen eines Autoradiogrammes.- c) Beeinflussung des Auflösungsvermögens.- d) Experimentelle Bestimmung des Auflösungsvermögens.- e) Abschätzung der günstigsten Belichtungsdauer.- 3. Herstellung von Präparatschnitten.- a) Fixieren der Probe.- b) Entwässern.- c) Einbetten.- d) Schneiden mit dem Mikrotom.- e) Färbung der Präparatschnitte.- 4. Photographische Emulsionen.- 5. Verschiedene Techniken zur Herstellung von Autoradiogrammen.- a) Kontaktmethode.- b) Verwendung von flüssigen Emulsionen.- c) Strippingfilm-Methode.- d) Finksche Methode.- e) Autoradiographie unter Verwendung flüssiger Emulsionen (wetprocess-autoradiography).- 6. Artefakte.- 7. Quantitative Autoradiographie.- a) Vergleichsmessung mit Autoradiogrammen, welche mit Strahlungsquellen bekannter Aktivität aufgenommen worden sind.- b) Auszählung der ausgeschiedenen Silberkörner.- c) Photometrische Bestimmung der Schwärzung in einem Autoradiogramm.- d) Beobachtung und Auszählen der entwickelten Körner einzelner Bahnspuren.- VI. Anwendungsbeispiele.- A. Verwendung von Radionucliden als Tracer.- 1. Studium der Infusionstherapie nach operativen Eingriffen am Magen.- 2. Synthese und Resorbierbarkeit einer mit C14 markierten organisch-chemischen Verbindung, radioaktiv kontrolliert.- 3. Studium des Oxydationsmechanismus von Propen.- 4. Kontrolle der chemischen Trennung zweier Substanzen.- 5. Nachweis der Luftradioaktivität.- 6. Zur Diagnostik der Schilddrüsenfunktion unter Verwendung von Radiojod.- 7. Lokalisierung von Hirntumoren mit Hilfe von Positronenstrahlen.- B. Einige technische Anwendungsbeispiele.- 1. Radioaktive Überwachung einer Phosphorofenausmauerung.- 2. Standmessungen.- 3. Dichtebestimmung mit Hilfe radioaktiver Strahlung.- a) Dichtemessung bei Flüssigkeiten.- b) Kontinuierliche Analyse von Schwefel in Gasen.- 4. Dickenmessung mit radioaktiver Strahlung.- 5. ?-Radiographie.- a) Methode.- b) Abbildungsschärfe.- c) Belichtungsdauer.- d) Strahlungsquellen und ihr Anwendungsbereich.- e) Anwendungsbeispiele.- f) Transportbehälter zur Aufnahme des radioaktiven ?-Strahlers.- VII. Strahlenschutz.- A. Strahlenbelastungen.- 1. Strahlenbelastungen bei der Anwendung von Radionucliden.- 2. Strahlenbelastung durch Umwelts- und Zivilisationseinflüsse.- B. Erste Strahlenschutzverordnung.- 1. Genehmigung zum Bezug und zur Verwendung radioaktiver Stoffe.- 2. Ärztliche Untersuchung.- 3. Versicherungsschutz.- C. Objektives Maß einer Strahlenbelastung.- 1. Strahlungseinheiten.- 2. Maximal zulässige Dosis bzw. Dosisleistung.- 3. Abschätzung und Messung der Strahlendosisleistung.- a) Inkorporierte Strahlung.- b) Strahlenbelastungen von außen.- D. Strahlenschutz.- 1. Abschirmung gegen ?- und ?-Strahlung.- 2. Vorsichtsmaßnahmen.