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Inhalt 1 Strahlungsarten 1.1 Teilchenstrahlung (Die atomare Energiceinheit eV 14, Relativistische Massenzunahme von Elektronen 15, Der klassische Grenzfall 17) 1.2 Wellenstrahlung (ElektromagnetischeWellenpakete 22) 1.3 Dualismus Teilchen-Welle* (Zusammenfassung 27) 2 Atombau 2.1 Die Atomhülle 2.1.1 Aufbau der Atomhülle 2.1.2 Anregung und Ionisation von Atomhüllen 2.1.3 Hüllenstrahlung (Charakteristische Photonenstrahlung 40, Augerelektronenemission 41, Zusammenfassung 43) 2.2 Der Atomkern (Dichte der Kenunaterie 45, Atomkemrnodelle 46, Das Tröpfchenmodell 47, Bindungsenergie und Massendcfekt 50, Energiegewim durch Spaltung und Fusion 52, Anrcgung von Atomkernen und Separation von Nukleonen 52, Einige wichtige Begriffe der Atomund Kernphysik 54, Zusammenfassung 55) 3 Radioaktivität 3.1 Radioaktive Umwandlungsarten (Energieverhältnissebei Betaumwandlungen 61) 3.1.1 Der Alphazerfall (Die Massen- und Energiebilanz beim Alphazerfall* 64) 3.1.2 Die ß--Umwandlung (Die Massen- und Energiebilanz beim P--Zerfall* 68) 3.1.3 Die ß'-Umwandlung (Die Massen- und Energiebilanz beim P'-Zerfall* 70) 3 1.4 Der Elektroneneinfang (EC) 3.1.5 Der Gammazerfall 3.1.6 Die Innere Konversion (IC) 3.1.7 Spontane Kernspaltung, Neutronen- und Protonenzerfall (zusamrncnfassung81) 3 . 2 Das Zeitgesetz fGr den radioaktiven Zerfall 3.2.1 Aktivitätsdefinitionen (Aktivität 82, Spezifische Aktivität 83, Aktivitätskonzentration 84, Qucllstärkc 84, Ausbcutc 84) 3.2.2 Formulierung des Zerfallsgesetzes (Zerfallskonstante und Halbwcrtzeit bei konkurrierenden Zcrfallcn* 88, Biologische Halbwertzeit 90) 3.2.3 Aktivitatsanalvse und radioaktives Gleichgewicht* (Aktivitätsanalvse für ein inh t ~ c s s u n ~ . v oLebcnsn stabilcs ~ochtekuklid92, Das radioaktivc ~ c i c h ~ e w i c96, daucrn, Halbwcrtzeitcn und Zcrfallskonstanten 98, Aktiviemngsanalysc 99, Zusam- 6 Inhaltsverzeichnis menfassung 99) 3.3 Natürliche Radioaktivität 3.3.1 Die kosmogenen Radionuklide 3.3.2 Die primordialen Radionuklide (Primordiale Radionuklide mit stabilen Tochternukliden 103, Die natürlichen Zerfallsreihen 105, Zusammenfassung 109) 3.4 Künstliche Radioaktivität (Radionukliderzeugung durch Kernreaktionen 110, Radionuklidgewinnung durch Kernspaltung 111, Zusammenfassung 111) 4 Wechselwirkung ionisierender Photonenstrahlung mit Materie 4.1 Der Photoeffekt (Ordnungszahlabhängigkeit des Photoabsorptionskoeffizienten 114, Energieabhängigkeit des Photoabsorptionskoeffizienten 115, Zusammenfassung 117) 4 2 Der Comptoneffekt (Relativistische Berechnung des Winkels und der Energie des gestreuten Photons 119, Vanation der Streuphotonenenergiemit dem Streuwinkel 121, Vanation der Streuphotonenenergiemit der Energie des primären Photons 122, Zusammenfassung 124) 4.3 Die Paarbildung durch Photonen im Coulombfeld (Begründung der Notwendigkeit eines Stoßpartners bei der Paarerzeugung* 126, Zusammenfassung 127) 4.4 Die klassische Streuung 4.5 Kernphotoreaktionen (Zusammcnfassung 13 1) 4.6 Die Bedeutung der verschiedenen Photonenwechselwirkungsprozesse in der medizinischen Radiologie und im Strahlenschutz (Zusammenfassung 133) 4.7 Schwächung eines schmalen und monoenergetischen Photonenstrahlenbündels beim Durchgang durch Materie (Zusammenfassung 140) 4.8 Schwächung schmaler heterogener Photonenstrahlenbündel* (Aufiärtung 141, Zusammenfassung 142) 4.9 Homogenität von Rontgenstrahlung* (Eigen- und Zusatzfiltemng an einer Röntgenröhre 145, Normalstrahlung 145) 4.10 Schwächung ausgedehnter, divergenter Photonenstrahlenbündel in dicken Absorbern* (Divergenzeinfluß 147, Sckundärstrahlung 148, Bestimmung der Schwächung von 137 Cs-Photoncnstrahlung in Kupfer und Blei 149, Zusammenfassung 152) 4.11 Wirkungsquerschnitt* 4 12 Schwächungskoefizienten bei Stoffgemischen und Verbindungen* 4 13 Energieumwandlung von Photonenstrahlung in Materie (Zusammenfassung 159) 4.14 Energieabsorption von Photonenstrahlung in Materie (Zusammenfassung 162) 5 Wechselwirkung von Elektronenstrahlung mit Materie 5 1 Das Stoßbremsvermogen für Elektronen (Klassische Abschätzung des Energieverlaufs des Sto5bremsvermogens* 167, Massenstoßbremsvermbgen 169, Dichtecffekt* 169, Datcnsammlungcn 170) Inhaltsverzeichnis 7 5.2 Das Strahlungsbremsvermögen f i r Elektronen 5.3 Das totale Bremsvermögen f i r Elektronen (Verhältnis von Stoß- und Strahlungsbremsvermögen 174, Beschränktes Massenbremsvermögen 175, Zusammenfassung 175) 5.4 Energiespektren von Elektronen in Materie 5.5 Richtungsänderungen von Elektronen, Streuvermögen (Zusammenfassung 18 1) 5.6 Rückstreuung und Transmission von Elektronen 5.7 Bahnlänge und Reichweiten von monoenergetischen Elektronen (Zusammenfassung 186) 5.8 Reichweiten und Transmission von P-Strahlung (Zusammenfassung 188) 6 Wechselwirkung schwerer geladener Teilchen 6.1 Das Bremsvermögen &r schwere geladene Teilchen (Stoßbremsvermögen 192, Ladungsaustausch 194, Strahlungsbremsvermögen195, Zusammenfassung 195) 192 6.2 Reichweiten schwerer geladener Teilchen (Restenergie eines nicht relativistischen geladc- 195 nen Teilchens 198, Zusammenfassung 199) 6.3 Negative Pi-Mesonen 7 Wechselwirkung von Neutronenstrahlung mit Materie meutronen- 199 201 Wirkungsquerschnitte201, Arten von Neutronenwechselwirkungen 203, Klassifikation der Ncutronen nach ihrer Energie 203, Kennzeichnung von Neutronenreaktioncn204) 7.1 Elastische Neutronenstreuung (Labor- und Schwerpunktsystem 205, Neutronenrestenergie 206 206, Energieübertrag 207, Vielfachstreuung208, Moderation und Lethargie von Neutronen* 208, Neutronenwechselwirkungen mit menschlichem Gewebe 210) 7.2 Inelastische Neutronenstreuung 21 1 7.3 Neutroneneinfangreaktionen (Langsame Neutronen 212, Schnelle Neutronen 2 15) 212 7 4 Neutroneninduzierte Kernspaltung und Spallation (Zusammenfassung 217) 216 8 Ionisierung, Energieübertragung U.Dosisleistungskonstanten "8 8.1 lonisiemngsvermögen und Ionisierungsdichte (Locker und dicht ionisicrcndc Strahlungen 2 18 220, Bragg-Kurvcn 220) 8 . 2 Der Lineare Energietransfer (LET) 222 8 3 Stochastische Meßgroßen fur die Mikrodosimetrie* 224 8.4 Dosisleistungskonstanten (Berechnung der Dosisleistungskonstanten' 227, Gammastralilenkonstante r 23 I, Dosisleistungskonstantcn tiir dcn Strahlenschutz 23 1) 227 9 Grundlagen zur Strahlenbiologie 9 1 Aufbau von menschlichen Zellen (Membranen 234, Zellorganellen 236, Zcllkern 237, DNS 238, Chromosomcn 242, Mutationen 243, Die Zellzyklusphasen 243) 233 234 8 Inhaltsverzeichnis 9.2 Die strahlenbiologische Wirkungskette in Zellen (Direkte Strahlenwirkungen247, Indirekte Strahlenwirkungen248, Zusammenfassung 249) 245 9.3 DNS-Schäden und ihre Reparatur (Typen von DNS-Schäden 250, Chrornosomenaberra- 250 tionen 25 1, Reparatur von Schäden an der DNS 252, Photoreparatur 253, Dunkelreparaturen 254, Zusammenfassung 258) 9.4 Dosiseffekt-Beziehungen 258 9.4.1 Dosiswirkungskurven und Überiebenskuwen für deterministische Schäden (Das 258 Ein-Treffer-Modell 263, Das Mehr-Target-Ein-Treffer-Modell261, Das Ein-TargetMehr-Treffer-Modell 262, Mehrkornponenten-Modelle 262, Das Linearquadratische Modell 263) 9.4.2 Dosiseffektku~enfür stochastische Strahlenwirkungen (Zusammenfassung266) 264 9.5 Relative Biologische Wirksamkeit (RBW) (Zusammenfassung268) 267 9.6 Parameter der Strahienwirkung 268 9.6.1 Der Sauerstoffeffekt 269 9.6.2 Chemische Modifikatoren der Strahlenwirkung (Radioprotektoren 271, Radiosen- 271 sitizer 272) 9.6.3 Abhängigkeit der Strahienwirkungen von der Zellzyklusphase 273 9.6.4 Abhängigkeit der Strahlenwirkung vom zeitlichen Bestrahlungsmuster (Repara- 275 tur 275, Reoxygeniemng 277, Redistribution 277, Repopulation 277) 9.6.5 Einflüsse des morphologischen Differenziemngsgrades der Zellen 279 9.6.6 Volumeneffekte der Strahlenwirkung 280 9.6.7 Ternperaturabhängigkeit der Strahlenwirkung (Zusammenfassung283) 280 10 Dosisgrößen und Strahlenschutzbegriffe 10.1 Physikalische Dosisgrößen 284 10 2 Allgemeine Strahlenschutzbegriffe 285 10.3 Die neuen Dosisgroßen irn Strahlenschutz 288 10.3.1 Aquivalentdosis 290 10.3.2 Die Ortsdosisgrößen 292 10.3.3 Die Personendosisgrößen 294 10.3.4 Die Körperdosisgrößen (Die Organ-Äquivalentdosis294, Die Effektive Dosis 296) 294 10.4 Die bisherigen Dosisgrößen im Strahlenschutz* 299 10.4.1 Die bisherigen Dosismeßgrößen* 299 10.4.2 Die bisherige Größe Aquivalentdosis* 300 Inhaltsverzeichnis 10.4.3 Die bisherige Größe Effektive Aquivalentdosis* 9 302 11 Strahlenexposition, Strahlenwirkung und Strahlenrisiko 11.1 Der Standardmensch* 303 11.2 Natürliche Strahlenexposition des Menschen 306 11.2.1 Externe Strahlenexposition (Terrestrische Strahlenexposition307, Dosisleistungen 306 im Freien 307, Dosisleistungen in Gebäuden 309, Kosmische Strahlung 3 10) 11.2.2 Interne Strahlenexposition durch natürliche Radionuklide (Interne Strahlenexpo- 3 13 sition durch kosmogene Radionuklide 3 14, Interne Strahlenexpositiondurch pnmordiale Radionuklide 3 15, Zusammenfassung 3 19) 11.3 Zivilisatorisch bedingte Strahlenexposition des Menschen 3 19 11.3.1 Medizinische Strahlenexposition (Röntgendiagnostik und interventionelle Radiolo- 320 gie 320, Nukleamedizinische Diagnostik und Therapie 325) 11.3.2 Sonstige zivilisatorische Strahlenexpositionen (Kernwaffentests 326, Energic- 326 und Wärmeerzeugung durch fossile Brennstoffe 327, Kernenergie 328, Weitere zivilisatorische Strahlungsquellen 328, Benifliche Strahlenexposition329, Zusammenfassung natürliche und zivilisatorische Strahlenexposition 33 1) 11.4 Deterministische Strahlenwirkungen am Menschen (Teilkörperexpositionen 333, Hautrc- 332 aktionen 333, Augenlinse 335, Blutbildendes System 335, Keimdrüsen 337, Ganzkörpercxposition 337, Zusammenfassung 340) 11.5 Stochastische Strahlenwirkungen 340 11.6 Abschätzungen des stochastischen Stahlenrisikos 342 11.6.1 Abschätzung des Krebsrisikos 342 11.6.2 Genetisches Schadensrisiko 347 11.6.3 Risiken pränataler Strahlenexposition 348 11.6.4 Risikobewertung in der medizinischen Radiologie (Zusammenfassung zum stochastischen Strahlenrisiko35 1) 349 12 Praktischer Strahlenschutz 12.1 Rechtliche Grundlagen des Strahlenschutzes 353 353 12.1.1 Das System des Strahlenschutzrechtes 353 12.1.2 Wichtige Einzelheiten aus Strahlenschutz- und Röntgenverordnung (Stcllung von Strahlenschutzvcrantwortlichemund -beauftragten 355, Strahlenschutzbereiche 357) 355 12.2 Grenzwerte 360 12.3 Allgemeine Maßnahmen zur Verringerung der Strahlenexposition 365 12.4 Berechnung von Abschirmungen und Schutzwänden* (Dircktionisierendc Strahlung 369, 369 Neutronenstrahlung 370, Gammastrahlung 37 1, Röntgenstrahlung 376) 12 5 Abschätzung von Organdosen in der medizinischen Radiologie (Quellenkonzept 382, Konversionsfaktor-Methode384, Bildempfängerkonzept 384) 380 12.6 Strahlenexposition des medizinischen Personals an Röntgenarbeitsplätzen (Strahlen- 386 exposition irn Nutzstrahl einer Röntgenanlage 387, Strahlenexposition im Streustrahlungsfeld einer Röntgenanlage 388) 13 Anhang 13.1 Einheiten des Internationalen Einheitensystems SI 390 13.2 Zahlenwerte und Einheiten physikalischer Fundamentalkonstanten 392 13.3 Massenschwächungskoefizienten $p für monoenergetische Photonen 393 13.4 MassenphotonenwechseIwirkungskoeffizientenfur Stickstoff (Z = 7) 395 13.5 Massenenergieabsorptionskoefizienten p d p für monoenergetische Photonen 396 13.6 Massenstoßbremsvermögen f i r monoenergetische Elektronen 399 13.7 Massenstrahlungsbremsvermögen für monoenergetische Elektronen 402 13 8 Bremsstrahlungsausbeuten fiir monoenergetische Elektronen 403 13.9 Dichten wichtiger dosimetrischer Substanzen 404 13 10 Gewebe-Lu&-Verhältnisse, Patienenschwächungsfaktoren und Konversionsfaktoren 404 fiir diagnostische Röntgenstrahlung 14 Literatur 407 14.1 Lehrbücher und Monografien 14.2 Wissenschaftliche Einzelarbeiten 14.3 Nationale und internationale Protokolle und Reports zu Dosimetrie und Strahlenschutz 41 1 14.4 Gesetze und Verordnungen der Bundesrepublik Deutschland 415 14 5 Deutsche Industrie-Normen zu Dosimetrie und Strahlenschutz Sachregister
