Radioactive Isotopes in Physiology Diagnostics and Therapy, Volume 1 / Künstliche Radioaktive Isotope in Physiologie Diagnostik und Therapie, Erster Band [1 ed.] 978-3-642-49477-2, 978-3-642-49761-2

Table of contents :
Front Matter....Pages II-XLIII
Allgemeiner Nachweis radioaktiver Isotope....Pages 1-120
Die einzelnen Isotope und Besonderheiten ihrer Bestimmung....Pages 121-304
Determination of tritium in biological material....Pages 305-310
Nachweis stabiler Isotope....Pages 311-320
Autoradiographie....Pages 321-352
Aspects of the biological Effects of Radiation....Pages 353-374
Late Effects of Internally Deposited Radioisotopes....Pages 375-392
Medikamentöse Beeinflussung des Strahlenschadens....Pages 393-404
Therapeutische Möglichkeiten bei Inkorporation von Radioisotopen....Pages 405-416
Die maximal zulässige Strahlenbelastung....Pages 417-439
Strahlenschutz....Pages 440-483
Bau und Einrichtung nuclearmedizinischer Abteilungen....Pages 484-535
Historische Übersicht der Anwendung von Isotopindicatoren....Pages 536-570
Darstellung isotop markierter Verbindungen....Pages 571-576
Reinheitskriterien isotop markierter Verbindungen....Pages 576-580
Lokalisierung des Isotopes....Pages 580-584
Ermittlung von Einzelheiten bei Reaktionsabläufen....Pages 585-590
Einige allgemeine Bemerkungen über die Anwendung von Isotopindicatoren....Pages 591-595
The Mathematical Treatment of Metabolic Processes....Pages 596-618
Isotopes as a tool in biochemical analysis....Pages 619-638
Radioactive Isotopes in the Study of the Pasteur and Crabtree Effects....Pages 639-643
The Use of Isotopes in the Study of Sugar Transport in Mammalian Cells and Tissues....Pages 644-665
Radioaktive Isotope bei Untersuchungen zum Citronensäurecyclus....Pages 666-704
The use of glucose- 14 C in the study of the pathways of glucose metabolism in mammalian tissues....Pages 705-751
Stoffwechsel der Fettsäuren und Fette....Pages 752-772
Der Stoffwechsel der Phosphatide und verwandter Stoffe....Pages 773-803
Stoffwechsel der Sterine und Steroide (mit Ausnahme der Steroidhormone)....Pages 804-827
Metabolism of Amino Acids and Protein....Pages 828-919
Metabolism of N and S Methyl Groups....Pages 920-944
The use of isotope technique in studies of purine and pyrimidine metabolism....Pages 945-959
Enzymatic Synthesis of Ribonucleic Acid....Pages 960-972
Use of Radioactive Isotopes in the Enzymatic Synthesis of DNA....Pages 974-978
The Biosynthesis of Porphyrins....Pages 979-1000
Isotope bei Untersuchungen an Vitaminen....Pages 1001-1141
Anwendung von radioaktiven Isotopen in der Enzymforschung....Pages 1142-1185
Proteohormone....Pages 1186-1188
Metabolism of Adrenaline and Related Compounds....Pages 1189-1196
Biochimie des hormones thyroïdiennes....Pages 1197-1222
Steroid Hormone Metabolism....Pages 1223-1241
Isotope bei Untersuchungen des Mineral- und Wasserhaushaltes (außer Schwermetallen und Spurenelementen)....Pages 1242-1327
Back Matter....Pages 1329-1371

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RADIOACTIVE ISOTOPES IN PHYSIOLOGY DIAGNOSTICS AND THERAPY CONTRIBUTORS A. C. AlSENBERG · H.W. BANS I · A. J. BASSHAM · J. BECKER · H. BILLION· S. B. BINKLEY · ]. L. BORN H. BRANSON · R.CARLSON · C.E.CARTER·A.CATSCH · R.K.CRANE · H. DEBUCH · R.I.DORFMAN D.E. OUGGAN · D.C.VAN DYKE · R.FISCHER ·A.FLECKENSTEIN ·W.R.FRISELL· H.GOTTE H. GRISEBACH . E. HARBERS · L. HEILMEYER · H. C. HEINRICH · E.J. HELMREICH · G. HERRMANN G. VON HEVESY · G.HOHNE ·A.HOLLDORF · C.VON HOLT· H.HOLZER ·W.HORST· O.HUG L.JAENICKE · E.V.JENSEN · P. M. JOHNSTON · P. KARLSON · J. KATZ · F. KAUDEWITZ · W.KEIDERLING G. KOCH· A. KORNBERG · P. KOHNE · H. A. KUNKEL· L. F. LAMERTON · K. LANG · N. LANG J.H.LAWRENCE · H.LETTRE · H.LIEBL· H.MACHLEIOT · C.G.MACKENZIE · P. H.MAURER R.MICHEL·J.H.MOLLER· H.MUTH · D.NACHMANSOHN · H.NETTER· S.OCHOA · T.T.ODELL H. OESER · J.ROCHE · M.ROTHSTEIN · F. SANGALU · R.W.SCHAYER · K.E. SCHEER · K. SCHMEISER H. A. E. SCHMIDT · C. SCHOLTISSEK · G. SCHUBERT · 0. SHEMI N · P. SIEKEVITZ · H. SUND H. TARVER · E.O.TITUS · C.A. TOBlAS · R. TSCHESCHE · A. C. UPTON · K. WALLENFELS · P. WAS ER G. WELCH· J. K. WHITEHEAD · H. P. WOLFF

EDITED BY

H. SCHWIEGK AND F.TURBA SECOND REVISED AND ENLARGED EDITION

VOLUME I WITH 423 FIGURES

Springer-V erlag Berlin Heide1berg GmbH 1961

KUNSTLICHE

RADIOAKTIVE ISOTOPE IN PHYSIOLOGIE DIAGNOSTIK UND THERAPIE BEARBEITET VON A.C.AISENBERG · H.W.BANSI ·J.A.BASSHAM · J.BECKER · H. BILLION· S. B. BINKLEY · J.L.BORN H.BRANSON · R. CARLSON · C.E. CARTER ·A.CATSCH · R. K. CRANE · H.DEBUCH · R.I.DORFMAN D.E.DUGGAN · D. C.VANDYKE · R.FISCHER · A.FLECKENSTEIN ·W.R.FRISELL· H.GOTTE H. GRISEBACH · E. HARBERS · L. HEILMEYER · H. C. HEINRICH· E.J. HELMREICH · G. HERRMANN G. VON HEVESY · G. HOHNE· A. HüLLDORF · C. VON HOLT· H. HOLZER· W. HORST· 0. HUG L.JAENICKE · E. V.JENSEN · P.M.JOHNSTON · P. KARLSON · J.KATZ· F.KAUDEWITZ· W. KEIDERLING G. KOCH· A. KORNBERG · P. KOHNE · H.A. KONKEL · L. F. LAMERTON · K. LANG· N. LANG J. H. LAWRENCE · H. LETIRE · H. LIEBL · H. MACHLEIDT · C.G. MACKENZIE · P. H.MAURER R. MICHEL· J. H. MOLLER · H. MUTH · D. NACHMANSOHN · H. NETTER · S. OCHOA · T. T. ODELL H. OESER · J. RüCHE· M. ROTHSTEIN · F. SANGALU · R. W . SCHAYER · K. E. SC H EER· K. SCHMEISER H.A.E. SCHMIDT · C. SCHOLTISSEK · G.SCHUBERT · D. SHEMIN · P. SIEKEVITZ · H.SUND H. TARVER · E. 0. TITUS · C.A. TOBJAS · R. TSCHESCHE · A. C. UPTON · K. WALLENFELS · P. WASER G.WELCH · J.K.WHITEHEAD · H. P.WOLFF

HERAUSGEGEBEN VON

H. SCHWIEGKUND F.TURBA ZWEITE NEUBEARBEITETE UND ERWEITERTE AUFLAGE

ERSTER BAND MIT 423 ABBILDUNGEN

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Alle Rechte, insbesondere das der Übersetzung in fremde Sprachen, vorbehalten Ohne ausdrückliche Genehmigung des Verlages ist es auch nicht gestattet, dieses Buch oder Teile daraus auf photomechanischem Wege (Photokopie, Mikrokopie) zu vervielfältigen ISBN 978-3-642-49477-2 ISBN 978-3-642-49761-2 (eBook) DOI 10.1007/978-3-642-49761-2 Copyright 1961 by Springer-Verlag Berlin Heidelberg Ursprünglich erschienen bei Springer-Verlag OHG. Berlin · Göttingen · Heidelberg 1961 Softcoverreprint of the bardeover Istedition 1961

Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, daß solche Namen im Sinn der \\rarenzeichen- und MarkenschutzGesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften

Geleitwort Wenn ich das hier nunmehr in zweiter Auflage erscheinende Werk: "Radioaktive Isotope in Physiologie, Diagnostik und Therapie" durchblättere, dann überkommt mich ein Staunen, fast auch eine gewisse Bedrückung. Ich sehe, was aus einem noch vor 50 Jahren in den Kinderschuhen steckenden Wissenschaftsgebiet heute geworden ist. Als ich mich 1906 auf Vorschlag von Sir WILLIAM RAMSAY in London entschloß, mich ganz dem Gebiete der Radioaktivität zu widmen, da habe ich, um die Literatur gut kennenzulemen, einige Jahre lang alle in das Gebiet fallenden Arbeiten für eine Zeitschrift allein referiert. Nachdem Dr. LISE MEITNER sich zu gemeinsamer Arbeit mit mir verbunden hatte, referierten wir zusammen mehrere Jahre lang alle neu erscheinenden Arbeiten, sie die physikalischen, ich die chemischen. Das war damals noch möglich. Ein entscheidender Fortschritt war 1910 die Aufstellung des Begriffs der Isotopie durch FREDERICK SODDY und ein paar Jahre später die Ausnützung der gleichen chemischen Eigenschaften isotoper Atomarten für physikalisch-chemische und chemische Probleme, die Indikatorenmethode von v. HEVESY und PANETH. Damals konnten L. MEITNER und ich noch die ganze Literatur überblicken und etwas darüber sagen. Von ihrer Verwendung für medizinische Zwecke war noch nicht die Rede. Es bedurfte hierzu noch einer langen Entwicklung. Sie war gezeichnet durch einige "Sternstunden" der Forschung. Solche Sternstunden waren 1919 die erste künstliche Umwandlung der Atome durch RUTHERFORD, die Entdeckung des Neutrons durch CHADWICK (1932) und die erste Herstellung künstlich aktiver Atomarten durch das Ehepaar JouoT-CURIE (1934). Immer handelte es sich bei diesen neuen Erkenntnissen um die Gewinnung und Verwendung absolut unwägbarer Substanzmengen. So konnte RuTHERFORD noch im Jahre 1933 auf einer Tagung der British Association seine Meinung über die großen Entdeckungen der Physik und Chemie der letzten Jahre folgendermaßen zusammenfassen: "Die Umwandlungen des Atoms sind für den Wissenschaftler von außerordentlichem Interesse, aber wir können die Atomenergie nicht so weit kontrollieren, daß sie praktisch von Wert werden könnte, und ich glaube, daß wir dazu wahrscheinlich nie in der Lage sein werden. Unser Interesse auf diesem Gebiet ist rein wissenschaftlich, aber die Versuche, die jetzt gemacht werden, werden uns zu einem besseren Verständnis der Struktur des Atoms verhelfen." Aber es kam anders. Es kam anders durch das Neutron, mit dessen Hilfe, zuerst von FERMI und seinen Mitarbeitern praktisch alle Elemente des Periodischen Systems zu künstlichen Umwandlungen veranlaßt werden konnten bis hinauf zum Uran, dem damals höchsten Element des Periodischen Systems. Beim Uran ergaben sich besonders verwickelte Vorgänge, die von HAHN, MEITNER und STRASSMANN genauer studiert wurden und die schließlich zu der Auftindung der Zerspaltung des Urans und des Thoriums durch HAHN und STRASSMANN Ende 1938 geführt haben. Da bei dieser Zerspaltung als Nebenreaktion zusätzlich Neutronen emittiert werden - von HAHN und STRASSMANN vermutet, von j_OLIOT und amerikanischen Forschern nachgewiesen-, war der Weg zu einer Kettenreaktion gewiesen.

VI

Geleitwort

Die während des Krieges entwickelten Anlagen der gesteuerten Kettenreaktion zur Gewinnung des Plutoniums, des Materials der Atombombe, werden heute als Atom- oder Kernreaktoren zur friedlichen Verwendung der Atomkernenergie verwendet. Für die Zukunft werden wir damit in der Lage sein, die schwindenden Vorräte an natürlichen Treibstoffen zur Stromerzeugung durch Atomstrom zu ersetzen. Für die Forschung ist die Möglichkeit der Gewinnung künstlich radioaktiver Isotope heute wichtiger als die Stromherstellung. Gegenüber den wenigen in der Natur vorkommenden, für die Isotopenforschung wichtigen langlebigen Radioelementen Radium, Mesothor, Radiothor haben wir die Möglichkeit, eine große Zahl wichtiger Vertreter der chemischen Elemente bis zu wägbaren Mengen in Gestalt stärkster Strahlenquellen oder aber als Indikatoren, als Spurensucher, für die mit ihnen chemisch gleichen inaktiven Elemente zu gewinnen. Aus dem Pflänzchen, dessen Wachstum vor 50 Jahren noch ein Einzelner verfolgen konnte, wurde ein Baum mit mächtigen Ästen und Zweigen. Zu Physik und Chemie, zu Technik und Landwirtschaft ist die medizinische Forschung in ihren vielen Teilgebieten getreten. Hier zeigen sich die künstlichen Isotope als besonders fruchtbare Nutznießer der neuen Entwicklung. In den USA sind von 1939 bis 1958 etwa 40000 Arbeiten als offizielle Arbeiten der Atomic-Energy-Commission durchgeführt worden, die entsprechende Zahl für Großbritannien belief sich während derselben Zeit auf 11000-12000. Das vorliegende Werk über "Radioaktive Isotope in Physiologie, Diagnostik und Therapie" gibt uns eine ausführliche Zusammenfassung über das auf diesem Gebiet heute schon Erreichte und läßt uns Ausblicke tun auf das, was wir für die nächste Zukunft noch erwarten dürfen. ÜTTO HAHN

Inhaltsverzeichnis des ersten Bandes Erster Teil

Allgemeine, physikalische, chemische und biologische Grundlagen Das Arbeiten mit Isotopen

Seite

Allgemeiner Nachweis radioaktiver Isotope. Von KuRT ScHMEISER. Mit 106 Abbildungen A. Physikalische Grundlagen . . . . . . . . . . . . I. Stabile und radioaktive Isotope . . . . . . 1. Protonen und Neutronen als Kernbausteine 2. Stabile Isotope . . . . . . . . . . . . . 3. Massenzahl, Atomgewicht, Isotopengewicht, Masseneinheit und ihr zugeordnete Energie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II. Herstellung von künstlich-radioaktiven Isotopen . . . . . 1. Stabile und radioaktive Isotope, erste Kernumwandlung . 2. Heute übliche Methoden zur Herstellung von Radioisotopen a) Erzeugung von Radioisotopen im Reaktor b) Herstellung von Radioisotopen im Zyklotron. 3. Wirkungsquerschnitt einer Kernreaktion .

1 1 2 5 6 6 7 7 9 10

III. Durchgang von Elektronen durch Materie 1. Streuung von Elektronen . . . . . . 2. Anregung und Ionisation . . . . . . 3. Energieverteilung von Elektronen nach Durchsetzen von Materie

12 12 12 14

IV. Durchgang von y-Strahlen durch Materie

15

. . . . . . . . . . .

V. Grundsätzliches über Meßgeräte zum Nachweis radioaktiver Strahlung 1. Überblick über bestehende Typen von Nachweisgeräten 2. Ionisationskammer . . . . . . . . . . . . . . . . a) Aufbau und Wirkungsweise einer Ionisationskammer b) Messung des Ionisationsstromes . . c) Nulleffekt einer Ionisationskammer d) Das Elektroskop . . . . . . . . . 3. Das Geiger-Müller-Zählrohr . . . . . a) Aufbau und Wirkungsweise . . . . b) Entladungsmechanismus beim Geiger-Müller-Zählrohr c) Begriff der Totzeit und Erholungszeit d) Zählrohr-Nachentladungen e) Selbstlöschende Zählrohre . . . . . . f) Nulleffekt . . . . . . . . . . . . . g) Neufüllung eines Zählrohres, Auswechseln des Zähldrahtes h) Impulsverstärker für Geiger-Müller-Zählrohre 4. Proportionalzählrohre . . . . . 5. Der Szintillationszähler . . . . . . . . . . . a) Große Nachweisempfindlichkeit . . . . . . b) Wirkungsweise und Aufbau des Szintillationszählers c) Nulleffekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . d) Empfindlichkeit und Auflösungsvermögen des Szintillationszählers e) Verschiedene Arten von Szintillationszählern. VI. Der radioaktive Zerfall 1. Radioaktivität . . . 2. Zerfallsgesetz a) Zerfallsgleichung . b) Zerfallskurve für ein einzelnes Radioisotop. c) Zerfallskurve für ein Gemisch von zwei Radioisotopen d) Radioaktive Familien, Radioaktive Ketten e) Radioaktive Einheiten . . . . . . . . . 3. Trägerlose Substanzen - Spezifische Aktivität

19 19 21 21 22 22 22 24 24 25 26 27 27 28 28 29 30 31 31 32 34 35 36

37 37 37 37 39 39

40 41 42

VIII

Inhaltsverzeichnis des ersten Bandes Seite

4. Verschiedene Zerfallsarten a) ot-Strahlung b) ß-Strahlung . . . . . . . . . . . . . . . ot) Energieverteilung von ß-Strahlen, S. 43. - ß) K-Einfang, S. 45 c) y-Strahlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ot) Kem-y-Strahlung, S. 46. - ß) Innere Umwandlung, S. 46. y) Kemisometrie, S. 46 5. Zerfallschemata . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6. Gleichzeitige Erzeugung mehrerer Arten von Radioisotopen 7. Eigenschaften von radioaktiven Isotopen

42 42 43 46 47 47 49

VII. Genauigkeit von radioaktiven Messungen . 60 I. Hohe Nachweisempfindlichkeit 60 2. Berechnung von Meßfehlern . . 60 a) Statistische Fehler . . . . . 60 b) Mittlerer statistischer Fehler 64 c) Berechnung des mittleren statistischen Fehlers, wenn die Meßgröße von mehreren Einzelmessungen abhängt. . . . . . . . . . . . . . . . . 65 d) Mittlerer, statistischer Fehler für Ratemeter und Ionisationskammer . . . 68 3. Zählverluste infolge der zeitweisen Unempfindlichkeit des Zählrohres . 68 a) Rechnerische Erfassung der Zählverluste . . . . . . . . . . . 68 b) Bestimmung des Auflösungsvermögens der Gesamtzählanordnung 70 c) Direkte Bestimmung der Zählverluste . . . . . . . . . . . . 70 d) Verminderung der Zählverluste durch Verwendung von Untersetzern 71 4. Berücksichtigung des radioaktiven Zerfalls im Laufe einer Meßreihe 71 5. Verwendung von Standardpräparaten . . . 71 6. Hinweise zur Verringerung von Meßfehlern 72 B. Messungen an radioaktiven Substanzen . . . . . .

I. ·ß-Messungen von radioaktiven Präparaten in fester Form I. Relative und absolute Messungen . . . . . . . . . . 2. Zählanordnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. Vorzunehmende Korrektionen an den beobachteten Meßeffekten a) Abhängigkeit des Meßeffektes vom Abstand Präparat-Nachweisgerät ot) Experimentelle Bestimmung der Abstandkorrektion, S. 75 ß) Rechnerische Ermittlung der Abstandkorrektion, Geometrie einer Zählrohranordnung, S. 76 b) Der Einfluß seitlicher Präparatverschiebung . . . . . . . . . . c) Absorption von ß-Strahlung . . . . . . . . . . . . . . . . . ot) Absorptionsvorgang, S. 78. - ß) Absorptionsgesetz für ß-Strahlung, S. 78. - y) Maximale Reichweite, S. 80. - Cl) Absorption von ß-Strahlung im Zählrohrfenster und in der Luftschicht zwischen Präparat und Zählrohr, S. 81 d) Selbstabsorption e) Selbststreuung f) Rückstreuung . . g) Berücksichtigung des Zerfallschemas bei absoluten Messungen

74 74 74 74 75 75

78 78

83 87 87 88

II. Absolutmessung mit besonderen Meßmethoden I. Absolutmessung mit dem 4 n-Zähler . . . . . . . . 2. Absoluteichung mit der Koinzidenzmethode . . . .

89 89 91

III. Messung von radioaktiven Substanzen in flüssiger Form I. Einfache Messung geringer Substanzmengen 2. Veallsches Flüssigkeits-Zählrohr. . . . . . . . . . 3. Große Flüssigkeitsmengen . . . . . . . . . . . . 4. Messung von sehr schwach radioaktiven Flüssigkeiten

92 92 93 95 96

IV. Messung gasförmiger radioaktiver Substanzen

98

V. Nachweis von y-Strahlung . . . . . . . I. Geiger-Müller-Zählrohr . . . . . . . 2. y-Messung mit dem Szintillationszähler 3. y-Spektroskopie a) Einkanal-Analysator . . . . . . . b) Mehrkanal-Analysator . . . . . . c) Kombinierter Impulshöhen-Analysator

103 103

104 104

104 105 105

Inhaltsverzeichnis des ersten Bandes

IX Seite

4. Studium der Schilddrüsenfunktion . . . a) Mit Hilfe eines Geiger-Zählrohres b) Verwendung eine Szintillationszählers 5. Lokalisierung von Hirntumoren mittels Positronenstrahlern 6. Messung der Körperaktivität . . . . . . . . . . . . . VI. Messung von schwachen Präparaten energiearmer ß-Strahlen VII. Aktivierungsanalyse

107 107 109 111 112 115 116 118

Literatur Die einzelnen Isotope und Besonderheiten ihrer Bestimmung. Von GüNTER HERRMANN Mit 73 Abbildungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

121

A. Chemische und radiochemische Methoden beim Arbeiten mit Isotopen

121

I. Auswahl und Herstellung der Isotope . I. Gesichtspunkte bei der Auswahl . .

a) Herstellung, spezifische Aktivität b) Reinheit . . . . . . . . c) Halbwertszeit, Strahlung . . . . 2. Szilard-Chalmers-Reaktion . . . . 3. Chemisches Verhalten trägerfreier Radioisotope a) Trägerfreie Isotope . . . . . . . . . . . b) Mitfällung, Adsorption . . . . . . . . . . c) Radiokolloide . . . . . . . . . . . . . d) Wertigkeit, Komplexbildung, Gleichgewichtslage 4. Chemische Verfahren bei der Gewinnung radioaktiver Isotope a) Träger, Isotopenaustausch b) Mitfällung, Adsorption . . . c) Radiokolloidbildung . . . . d) Auslaugen . . . . . . . . e) Elektrochemische Verfahren f) Lösungsmittelextraktion . . g) Papierchromatographie h) Ionenaustauscher . . . . . i) Destillation, Verdampfung, Kondensation

II. Vorbereitung biologischer Proben zur Aktivitätsmessung I. Probenahme, Vorbehandlung, direkte Messung a) Probenahme und Vorbehandlung . . . . . . . . b) Direkte Messung . . . . . . . . . . . . . . . c) Allgemeine Gesichtspunkte zur Verarbeitung, Isotopieeffekt 2. Trockene Veraschung 3. Nasse Veraschung a) Salpetersäure . . . b) Schwefelsäure c) Formamid . . . . d) Alkalische Zersetzung e) Perchlorsäure . . . . f) Verluste durch Verfiüchtigung. 4. Vakuumtechnik . . . . . . . .

121 121 121 123 124 125 127 127 127 130 130 131 131 132 132 132 132 132 133 133 133 134 134 134 135 135 136 137 138 139 139 139 140 141 142

III. Herstellung von Präparaten für die Aktivitätsmessung, Besonderheiten bei der 145 Messung . . . . . . . . . . . . . 145 I. Zweck und Umfang der Präparation . . . . . . . . . . . . . 147 2. ß-Strahler in fester Form . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 a) Ausschaltung der Selbstabsorption, allgemeine Gesichtspunkte 148 b) Eindampfen von Lösungen . . . . 150 c) Sedimentation, dicke feste Proben . 152 d) Filtration. . . . . . . . 155 e) Elektrolyse, Aufdampfen 156 f) Bedecken der Präparate . 156 g) Besondere Maßnahmen bei fensterlosen Zählrohren 157 h) Messung von Papierchromatogrammen . . . . . .

X

Inhaltsverzeichnis des ersten Bandes Seite

3. ß-Strahler in Lösungen und Suspensionen. . . . . a) Messung mit externem Detektor . . . . . . . b) Messung strömender Lösungen . . . . . . . . c) Messung mit internem Detektor: flüssige Szintillatoren . cx) Allgemeines, Meßanordnung, S. 163. - ß) Szintillatoren, Lösungsmittel, Löscheffekte, S. 165. - y) Probebereitung, S. 171. - ())Messung von Suspensionen und Emulsionen, S. 175. - e) Meßvorgang, Bestimmung mehrerer Isotopen in derselben Probe, S. 176 4. ß-Strahler in gasförmigem Zustand 5. y-Strahler . . . . . . . . . . 6. cx-Strahler . . . . . . . . . . B. Die einzelnen Isotope und ihre Bestimmung I. Kohlenstoff . . . . . . . . . . . I. Isotope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. Übersicht über die Methoden zur Bestimmung von Kohlenstoff 14 3. Direkte Messung biologischer Proben und isolierter Verbindungen a) Mit externem Detektor b) Mit flüssigen Szintillatoren . . . . . . . 4. Verbrennung . . . . . . . . . . . . . . a) Allgemeines . . . . . . . . . . . . . b) Trockene Verbrennung im Sauerstoffstrom cx) Verschiedene Verfahren, S. 185. - ß) Verfahren von CHRISTMAN, ANDERSON et al., S. 186 c) Trockene Verbrennung im Bombenrohr . . . . . . . . . . . . . . . cx) Nach WILZBACH und SvKES, S. 190. - ß) Nach SIMON, DANIEL und KLEBE, S. 190. - y) Nach BucHANAN und CoRCORAN, S. 192. ())Nach GöTTE, KRETZ und BADDENHAUSEN; sonstige Verfahren, S. 193 d) Nasse Verbrennung nach VAN SLYKE . . . . . . . . . . . . . . . cx) Oxydationsmischung, Durchführung, S. 194. - ß) Absorptionsflüssigkeiten für Kohlendioxyd, S. 195. - y) Diffusionsmethode; Verfahren von CLAYCOMB, HUTCHENS und VAN BRUGGEN, S. 197. - ()) Diffusionsmethode mit Nachspülen; Verfahren von LINDENBAUM, SCHUBERT und ARMSTRONG, S. 198. - e) Nasse Verbrennung im Treibgasstrom; Verfahren von SKIPPER et al., S. 199.- Cl Nasse Verbrennung mit manometrischer Kohlenstoffbestimmung; Verfahren von v AN SLYKE et al. und RUTSCHMANN und SCHÖNIGER, S. 202. - f]) Direkte Messung der Verbrennungsgase; Verfahren von NEVILLE, S. 205 e) Nasse Verbrennung mit Persulfat und sonstige Methoden 5. Messung von Kohlenstoff 14 nach der Verbrennung a) Messung als festes oder gelöstes Carbonat . . . . . . . b) Messung als Kohlendioxyd . . . . . . . . . . . . . . cx) Anwendung der Ionisationskammer, S. 209. - ß) Allgemeines zur MessunginZählrohren, S. 210.- y) ZählungimAuslösebereich, S. 213.()) Zählung im Proportionalbereich, S. 214. - e) Zählung mit Szintillationszählern, S. 216. - C) Messung in strömenden Gasen, insbesondere Atemluft, S. 216 6. Zusammenfassung und Vergleich der verschiedenen Verfahren

II. Wasserstoff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I. Isotope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. Übersicht über die Methoden zur Bestimmung von Tritium . . 3. Direkte Messung biologischer Proben und isolierter Verbindungen a) Mit externem Detektor, Papierchrornatogramme b) Mit flüssigen Szintillatoren . . . . . . 4. Überführung des Tritiums in die Meßform . a) Abdestillation von Wasser . . . . . . b) Verbrennung zu Wasser . . . . . . . cx) Im Sauerstoffstrom, S. 226. - ß) Verbrennung im Bombenrohr, S.227 c) Überführung in ·wasserstoff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . cx) Umwandlung der Substanz in Wasserstoff-Methan nach WILZBACH, S. 229. - ß) Umsetzung mit Zink oder Magnesium bei höheren Temperaturen, S. 230. - y) Umsetzung mit Calcium bei Zimmertemperatur, sonstige Verfahren, S. 232

160 160 161 163

177 178 179 179 180 180 181 182 182 183 184 184 185 189

193

207 208 208 209

217 222 222 222 224 224 225 226 226 226 229

Inhaltsverzeichnis des ersten Bandes

XI Seite

III.

IV.

V.

VI.

VII.

VIII. Literatur

233 d) Umwandlung in andere Zählgase . . . . . . ß) Umsetzung mit ct) Umsetzung mit Metallcarbiden, S. 234. GRIGNARD-Reagentien, S. 234 234 e) Anwendung von Austauschreaktionen . . . . 235 5. Messung von Tritium . . . . . . . . . . . . 235 a) Messung als Wasser mitflüssigen Szintillatoren 235 b) Gaszählung als Wasserdampf . . . . . . . 236 c) Messung mit der Ionisationskammer . . . . 236 d) Gaszählung als Wasserstoff . . . . . . . . 237 e) Gaszählung als Methan, Acetylen und Butan 237 f) Messung in strömenden Gasen. . . . . . . 240 6. Zusammenfassung und Vergleich der verschiedenen Verfahren 241 Stickstoff, Sauerstoff, Phosphor und Schwefel 241 I. Stickstoff und Sauerstoff 241 2. Phosphor . . . 244 3. Schwefel . . . 244 a) Isotope . . . 244 b) Veraschung 246 c) Präparation. 247 d) Messung 248 Halogene 248 I. Fluor 248 2. Chlor. 249 3. Brom und Astat 249 4. Jod . . . . . 249 a) Isotope . . . 251 b) Bestimmung 252 Alkalimetalle 252 I. Natrium . . . 253 2. Kalium . . . . 254 3. Lithium, Rubidium, Caesium und Francium 255 Erdalkalimetalle . . . . . . 255 I. Beryllium und Magnesium. . . 255 2. Calcium . . . . . . . . . . 257 3. Strontium, Barium und Radium 258 Chrom, Mangan, Eisen, Kobalt, Kupfer und Zink 258 I. Chrom . 259 2. Mangan 260 3. Eisen 262 4. Kobalt 264 5. Kupfer 265 6. Zink . 266 Die Isotope der restlichen Elemente 274

Determination of tritium in biological material. By ELWOOD V. }ENSEN. \Vith I Figure References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

305

Nachweis stabiler Isotope. Von HELMUT LrEBL. Mit 6 Abbildungen I. Stabile Isotope als Indicatoren 2. Apparate . . . . . a) Ionenerzeugung . . . . . . b) Massentrennung. . . . . . c) Ionennachweis . . . . . . d) Käufliche Massenspektrometer 3. Analyse der wichtigsten Isotope a) Restgase b) Wasserstoff c) Kohlenstoff d) Stickstoff . e) Sauerstoff . f) Zur Auswertung Literatur

311 311 312 312 312 314 316 316 316 317 317 318 318 319 320

310

Inhaltsverzeichnis des ersten Bandes

XII

Seite

Autoradiographie. Von EBERHARD HARBERS. Mit 18 Abbildungen

321

A. Physikalische Grundlagen der Autoradiographie I. Strahlenwirkung auf die Photoemulsion II. Auflösungsvermögen . . . . . . . . . . III. Dosierung der Radioelemente und Expositionszeit

322 322 325 327

B. Autoradiographische Methoden I. Kontakt-Methode . . II. "Mounting"-Verfahren III. Stripping-Film

328 328 330 331

IV. Flüssige Emulsionen . V. Weitere autoradiographische Verfahren

332 334

C. Gewebsvorbehandlung . . . . . . . . . I. Allgemeines zur Gewebsvorbehandlung li. Selektive Darstellung bestimmter Gewebsfraktionen 1. Nucleinsäuren ·2. Phospho-Proteine . . . . 3. Proteine . . . . . . . . 4. Thyreoglobulin . . . . . 5. Sulfo-Mucopolysaccharide

334 334 336 337 340 340 341 341

D. Quantitative Autoradiographie I. Photometrische Bestimmung des Schwärzungsgrades der Emulsion . II. Auszählung von Sirbergranula pro Flächeneinheit III. Bahnspurauszählung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

342 342 342 342

E. Ergänzende Hinweise zur Herstellung autoradiographischer Präparate.

343

F. Aussagemöglichkeiten autoradiographischer Untersuchungen

344

Literatur

348

353 Aspects of the biological Effects of Radiation. By L. .F. LAMERTON. With 2 Figures 353 Introduction 353 The physical basis of the interaction between radiation and matter . 354 The spatia.l distribution of ionisation 357 Nurober of ion-pairs produced perröntgen . . . . . . . . . . 357 Radiation chemistry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Quantitative data on the concentration and distribution of the various types of 358 radicals and ions . . . . . . . . . . . . . . . 359 The primary biological effects of radiation . . . . . . 360 Application of the target theory to virus inactivation 360 Cytological effects of radiation . . . . . . . . . . . . 363 Biochemical basis of radiation effect . . . . . . . . 363 Survival curves for mammalian cells . . . . . . . 364 General conclusions on mechanism of action of radiation on cells 364 Effects of radiation on various tissues . . 365 Response of the small intestine . . . . . . . . . . . . . . 365 Response of the blood forming tissues . . . . . . . . . . . 366 Radiation effects on other tissues . . . . . . . . . . . . . 367 Effects of protraction of radiation exposure on tissue response. 369 Delayed effects of radiation . . . . . . . . . . . . 370 . . . . . . . . . . . . . . . . Clinical data 371 Experimental data . . . . . . . . . . . . . . 372 General conclusions on radiation-induced tumours . 372 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Late Effects of Internally Deposited Radioisotopes. By T. T. ÜDELL JR., and A. C. UPTON

375

A. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375 B. Physical and biological factors influencing the effects of internally deposited radioisotopes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375

Inhaltsverzeichnis des ersten Bandes

XIII Seite

C. D.

E.

F. G. H.

I. Uptake and distribution . . . II. Half Iives of intemal emitters . III. Q'uality of emitted radiations . IV. Maximum permissible concentration of intemal radioisotopes Effects of inhaled radioactivity on the respiratory tract Bane-seekingradioelements . . I. Radium and mesothorium II. Strontium-90 III. Strontium-89 IV. Calcium-45 . V. Plutonium . VI .. Rare earths Radioelements deposited predominantly in soft tissue I. Thorium . . . . . : . . II. Polonium-210 (radium F) III. Colloidal gold IV. Iodine . . . · V. Astatine-211 VI. Sulfur-35 VII. Phosphorus-32 Radioisotopesintracer experiments Exposure to fallout from nuclear detonations I. Formation offallout II. Biological effects of fallout Conclusions

375 376 376 376 377 378 378 380 381 381 381 382 383 383 383 384 384 385 385 386 386 386 386 387 388

References . . . . . . . . . . . .

388

Medikamentöse Beeinflussung des Strahlenschadens. Von Ar.EXANDER CATSCH Mit 1 Abbildung

393

Literatur

401

Therapeutische Möglichkeiten bei Inkorporation von Radioisotopen Von ALEXANDER CATSCH. Mit 3 Abbildungen

405

Literatur

414

Die maximal zulässige Strahlenbelastung.Von GERHARD ScHUBERT, GüNTER HöHNE und HANSA. KüNKEL . . . . I. Einleitung . . . . . . . . 2. Dosis und Dosisleistung. . . 3. Maximal zulässige Dosen . . a) Ganzkörperbestrahlungen b) Teilkörperbestrahlungen . c) Die höchstzulässigen Dosen für besondere Bevölkerungsgruppen und für die Gesamtbevölkerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4. Strahlenbelastung bei Inkorporation von radioaktiven Substanzen . . . . . . . a) Dosisberechnung bei inkorporierten radioaktiven Substanzen . . . . . . . . a) ß-Strahler, S. 426. - ß) y-Strahler, S. 427. - y) Mischstrahler, S. 428 b) Maximal zulässige Konzentrationen radioaktiver Substanzen in Trinkwasser ~d Atemluft

417 417 419 422 423 424 424 425 425 429

Weiterführende Literatur

439

Strahlenschutz. Von ÜTTO HuG und HERMANN MuTH. Mit 17 Abbildungen

440

I. Grundsätze des Strahlenschutzes beim Umgang mit radioaktiven Nukliden . 1. Schutz gegen Strahlung von außen . . . a) Schutz gegen a-Strahlung von außen b) Schutz gegen ß-Strahlung von außen c) Schutz gegen y-Strahlung von außen 2. Strahlung von innen, Schutz gegen Inkorporation 3. Verhütung radioaktiver Kontamination . . . . . 4. Einteilung der Arbeit mit Radionukliden in Gefahrenklassen

440 440 441 441 443 44.6 448 452

XIV

Inhaltsverzeichnis des ersten Bandes Seite

II. Praktischer Strahlenschutz 1. Organisatorisches, Vorschriften 2. Personelle Voraussetzungen . . 3. Strahlenschutzmessung; Meß- und Warngeräte . a) Messung der Ortsdosis, der Dosisleistung und der Kontamination b) Messung der Personendosis . . . . c) Prüfung der Radioaktivität der Luft 111. Gesundheitsüberwachung . . . . . . . 1. Ärztliche Untersuchungen . . . . . . 2. Physikalische Messungen zum Nachweis inkorporierter Radionuklide a) Messung der aus dem Körper austretenden y-Strah1ung b) Messung von gasförmigen radioaktiven Stoffen in der Ausatmungsluft c) Messung der Aktivität der Körperausscheidungen IV. Maßnahmen bei Unfällen . . . . . I. Vorsorgliche Maßnahmen 2. Erste Hilfe und Dekontamination 3. Dokumentation

454 454 456 457 458 461 466 466 466 471 471 475 475 476 476 477 479

Literatur

480

Bau und Einrichtung nuclearmedizinischer Abteilungen. Von HANS GöTTE und

H. A. E. ScHMIDT. Mit 41 Abbildungen

484

A. Vorbemerkungen

484

B. Planung I. Grundsätzliche Überlegungen 1. Raumbedarf . . . . . . 2. Lage der Abteilung und Anordnung der Räume 3. Baukosten . . . . . . . . . . . . . . . . II. Beispiele verschiedener Typen von nuclearmedizinischen Abteilungen . 1. Zentrales Institut eines Klinikums . . . . . . a) Verwaltungs-, Dienst- und Aufenthaltsräume b) Umkleide-, Wasch- und Duschräume c) Krankenstation . . . . . . . . . . . . . d) Aktivitätenlager, Therapie- und Diagnostikräume e) Wissenschaftliche Laboratorien f) Tierställe und Tierlaboratorien . . . . . . . . . g) Technische Räume . . . . . . . . . . . . . . 2. Nuclearrnedizinische Abteilung einer Klinik oder eines Krankenhauses a) Verwaltungs-, Dienst- und Aufenthaltsräume b) Umkleide-, Wasch- und Duschräume . . . . . . . . . . . . c) Krankenstation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . d) Aktivitätenlager, Diagnostik- und Therapieräurne, Laboratorien e) Technische Räume . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. Nuclearrnedizinische Abteilung eines kleineren Krankenhauses 111. Hinweise auf weitere Vorschläge

484 484 484 485 487 488 488 489 489 490 491 492 494 495 495 495 497 497 497 497 498 499

C. Bauliche Besonderheiten I. Laboratorien 1. Allgerneines 2. Fußböden, Wände 3. Abzüge 4. Spülen . . . . . 5. Energieanschlüsse 6. Sprechanlage

499 499 499 500 501 503 504 504

II. Abwasser . . . . . 1. Allgerneines 2. Dekontarninationsverfahren . . . . 3. Beispiel einer Dekontaminationsanlage III. Luftanlagen . . . 1. Allgerneines 2. Art der Abluft a) Laboratoriumsabluft

504 504 505 505 506 506 506 506

Inhaltsverzeichnis des ersten Bandes

XV Seite

b) Raumabluft . . . . . . . c) Abluft der Handschuhboxen 3. Art der Anlagen . . . . . . a) Die zentrale Luftanlage . . b) Einzelentlüftung jedes Arbeitsraumes 4. Bauweise der Anlage a) Material. Technische Daten b) Filterung . . . . . . . . c) Klimaanlage und Heizungssystem d) Aktivitätskontrolle IV. Lager für Radiounelide

507 507 507 507 508 508 508 509 510

510 510

D. Einrichtungen . . . . . .

514

I. Allgemeine Richtlinien

514

II. Spezielle Strahlenschutz- und Laborgeräte. !. Geräte für Arbeiten mit ß-Strahlern . . 2. Geräte für Arbeiten mit y-Strahlern. Fernbedienungsgeräte . 3. Tierkäfige . . . . . . . . . . . . . . 4. Medizinische Spezialgeräte . . . . . . . III. Meß- und Warngeräte für den Strahlenschutz !. Personendosis . . . . . . . . . . 2. Dosisleistung am Arbeitsplatz 3. Kontaminationssuche und -kontrolle . 4. Abwasser- und Luftkontrolle

517 517 521 524 526 528 528 529 530 531

E. Firmenverzeichnis

532

Literatur

534 Zweiter Teil

Radioisotope für Untersuchungen in Physiologie, Pharmakologie und Diagnostik Historische Übersicht der Anwendung von Isotopindicatoren. Von GEORG VON HEVESY

536

Untersuchungen mit in der Natur vorkommenden radioaktiven Isotopen . . .

537

Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

537

Die Anwendung künstlicher radioaktiver, sowie angereicherter stabilelfisqtope . . . 537 Wasserstoff, S. 537. - Literatur, S. 538. - Phosphor, S. 539. - Literatur, S. 543. - Kohlenstoff, S. 546. - Literatur, S. 549. - Natrium, S. 550. - Literatur, S. 551. - Kalium, S. 552. - Literatur, S. 552. - Rubidium und Caesium, S. 553. - Literatur, S. 553. - Calcium, Strontium und Barium, S. 553. - Literatur, S. 554. - Seltene Erden und Americium, S. 554. - Literatur, S. 555. Zirkon, S. 555. - Literatur, S. 555. - Vanadium, S. 555. - Literatur, S. 555. Mangan, S. 555. - Literatur, S. 556. - Chrom, S. 556. - Literatur, S. 556. Niobium und Tantal, S. 556. - Literatur, S. 556. - Molybdän und Rhenium, S. 556. - Literatur, S. 556. - Eisen, S. 557. - Literatur. S. 558. - Platinmetalle, S. 559. - Literatur, S. 559. - Kobalt und Nickel, S. 559. - Literatur, S. 559. Kupfer, S. 560. - Literatur, S. 560. - Silber, S. 560. - Literatur, S. 560. Gold, S. 560. - Literatur, S. 560. - Beryllium, S. 561. - Literatur, S. 561. Magnesium und Zink, S. 561. - Literatur, S. 561. - Cadmium und Quecksilber, S. 561. - Literatur, S. 561. - Gallium und Indium, S. 562. - Literatur, S. 562. Stickstoff, S. 562. - Literatur, S. 562. - Arsen und Antimon, S. 563. - Literatur, S. 563.- Sauerstoff, S. 563. - Literatur, S. 564. - Schwefel, S. 564. - Literatur, S. 565. - Selen und Tellur, S. 565. - Literatur, S. 565. - Fluor, S. 565. Literatur, S. 566. - Chlor, S. 566. - Literatur, S. 566. - Brom, S. 566. - Literatur, S. 567. - Jod, S. 567. - Literatur, S. 568. - Astatin, S. 570. - Literatur, S. 570. - Edelgase, S. 570. - Literatur, S. 570 Darstellung isotop markierter Verbindungen. Von HANS GRISEBACH. Mit 2 Abbildungen A. Allgemeine Gesichtspunkte bei der Planung und Durchführung von Synthesen B. Markierung mit mehreren Isotopen . . . . . . . . . . . . . . . . . .

571 571 573

XVI

Inhaltsverzeichnis des ersten Bandes Seite

C. Trennung optisch aktiver Antipoden D. Isotopenisomerisierung . . . . . . . . . . . . E. Einführung des Isotops durch Austauschreaktionen F. Spezielle Verfahren zur Einführung von Isotopen G. Biosynthesen . . . . . . . . . . . . . Literatur

574 574 574 574 575 575

Reinheitskriterien isotop markierter Verbindungen A. Chromatographische Methoden . . . . . B. Verteilungkoeffizient und multiplikative Verteilung C. Umkristallisieren bis zur konstanten spez. Aktivität D. Prüfung auf konstante Löslichkeit E. Zufügen von Trägersubstanz . . . . . . . . . . F. Abbau der Verbindung . . . . . . . . . . . . G. Beständigkeit radioaktiv markierter Verbindungen

576 577

578 578 579 579 579 579

Literatur

579

Lokalisierung des Isotopes Literatur

580 584

Ermittlung von Einzelheiten bei Reaktionsabläufen A. Bestimmung der Wirksamkeit einer biosynthetischen Vorstufe B. Ermittlung von biosynthetischen Vorläufern und Zwischenstufen durch Konkurrenzversuche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C. Ermittlung einer Vorstufe aus dem zeitlichen Verlauf der spezifischen Aktivität D. Angriff einer Reaktion an einer bestimmten Stelle im Molekül E. Auftreten einer symmetrischen Zwischenstufe F. Mehrfachmarkierung G. Stereospezifische Markierung . . . . . . . . Literatur

585 585

Einige allgemeine Bemerkungen über die Anwendung von Isotopindicatoren Von GEORG VON HEVESY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a) Fälle, in denen die Anwendung von Isotopindicatoren nicht unbedingt notwendig ist b) Probleme, die nur mit der Hilfe von Isotopindicatoren gelöst werden können c) Markierung von Zellen . . . . . . . . . . . . . . . . . d) Markierung des Gesamtorgans . . . . . . . . . . . . . . . . . . . e) Ursprungsbestimmung mid Bestimmung des Reaktionsweges . . . . . .

586 587 587 588 589 589 589 591 591 591 593 593 594

The Mathematical Treatment of Metabolie Processes. By HERMAN BRANSON. With 6 Figures 596 l. Some definitions and assumptions . . . . . . . 596 2. Isotope dilution studies . . . . . . . . . . . . 598 3. Medical applications of isotope dilution techniques 599 599 4. Studies of uptake and volume of distribution 5. Studies of the kinetics of reactions 601 601 6. Systems in dynamic equilibrium . 603 7. Three-component closed system. . 8. Uptake from a constant precursor. 606 9. Systems not in dynamic equilibrium 608 10. Precursor relations . . . . 609 11. Systems with discrimination 611 612 12. Analog Computer solutions 613 13. Note on procedure References . . . . . . . . . . . 614 Isotopes as a too1 in biochemical ana1ysis. By

J.

K. WHITEHEAD. With 2 Figures .

A. Isotopedilutionanalysis . . . . . . . . . . . . . . l. General equations for use in isotope dilution analysis 2. Accuracy of the isotope dilution method . . . . . . Specific applications. Determination of amino acids using stable isotopes, S. 624. - Determination of body spaces and body composition, S. 624.

619 619 620 622

Inhaltsverzeichnis des ersten Bandes

XVII Seite

B. Isotope derivative analysis . . . . . . . . . C. Activation analysis . . . . . . . . . . . . . 1. Nuclear reactions used in activation analysis 2. General methods in activation analysis . . . 3. Specific applications . . . . . . . . . . . Arsenic, S. 633. - Barium and Strontium, S. 634. - Halogens, S. 634. - Zinc, S. 635. - Sulphur, S. 635. - Phosphorus, S. 635. - Gold, S. 635. - Application of activation analysis to biological material using particles other than neutrons, s. 635. Summary Heferences .

626 629 630 631 633

636 636

Radioactive Isotopes in the Study of the Pasteur and Crabtree Effects By ALAN C. AISENBERG. With 1 Figure . . . . . . . . .

639

A. The I. II. 111.

639 639 640 641

Pasteur Effect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Use of radioisotopes in sturlies of the Pasteur effect in whole cells Use of radioisotopes in sturlies on the Pasteur effect in reconstructed systems

B. The Crabtree Effect I. Introduction. . II. Radioisotopes in study of the Crabtree effect

641 641 642

Heferences . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

642

The Use of Isotopes in the Study of Sugar Transport in Mammalian Cells and Tissues By ERNST HELMREICH and RoBERT K. CRANE. With 8 Figures . . . . . . . lntroduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

644 644

A. Experimental approaches to the study of sugar transport in cells and tissues I. Measurements of sugar transport by following osmotic volume changes of erythrocytes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II. Measurements of sugar transport by determination of the penetrant 1. The use of enzymes for analysis 2. The use of isotopes for analysis . a) Recovery of injected sugars b) Analysis of mixtures of sugars c) Labeling of sugars by exposure to Tritium in the gas phase d) Experiments with 0 18 • • • • • • • e) Radioautography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . f) Neutron activation chromatography . . . . . . . . . . B. Examples of the use of isotopes in the study of sugar transport in cells and tissues I. Diffusion versus selective entrance of sugars in singlecells and skeletal muscle 1. Measurement of extracellular space . . . . . . . . . . . . 2. Measurement of sugar utilization and of "glucose body pools" 3. Interrelationship of sugar penetration and utilization 4. Sugartransport in single cells . . . . . . . . . . . . . . 5. Sugar transport in skeletal muscle . . . . . . . . . . . . . II. The action of insulin on the permeability of skeletal muscle by sugars 1. Bonds involved in attachment of hormones to responsive tissues 2. Morphologie changes due to altered permeability (pinocytosis) Ill. Active transport . . . . . . . . . . . 1. Reabsorption of sugars by the kidney . . . . . . . . . 2. Intestinal absorption of sugars . . . . . . . . . . . . 3. Nature of the chemical band involved in active transport

644 645 645 646 647 647 648 650 650 651 652 652 652 653 655 656 656 657 658 658 659 659 660 661

Literature

662

Radioaktive Isotope bei Untersuchungen zum Citronensäurecyclus Von AUGUST HaLLDORF und HELMUT HoLZER. Mit 12 Abbildungen , A. Einleitung B. Studien über einzelne Reaktionen und über die Sequenz des Citronensäurecyclus

644

666 668 667

Inhaltsverzeichnis des ersten Bandes

XVIII

Seite

I. II. III. IV.

Der Mechanismus der Citratbildung . . . . . Der Übergang von Isocitrat zu oc-Ketoglutarat Die Oxydation von oc-Ketosäuren . . . . . . Studien über das phosphorylierende Enzym ("P-Enzym") .

667 674 675 677

C. Das Vorkommen des Citronensäurecyclus bei verschiedenen Organismen I. Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II. Untersuchungen über die Funktion des Citronensäurecyclus in Mikroorganismen 1. Untersuchungen an Hefezellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. Der Citronensäurecyclus in Micrococcus lysodeicticus und Escherichia coli

677 677 678 678 679

D. Der Citronensäurecyclus als Baustofflieferant . . . . . . . . . . I. Die Beteiligung des Citronensäurecyclus an der Gluconeogenese 1. Der Einbau von markiertem Acetat in Glykogen . . . . . 2. Der Einbau von markiertem Lactat in Glykogen . . . . . II. Die Biosynthese von Aminosäuren aus Intermediärprodukten des Citronensäurecyclus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III. Die Bedeutung des Citronensäurecyclus für die Biosynthese der Porphyrine

681 681 681 685

E. Die Wiederauffüllung des Citronensäurecyclus

689

F. Varianten des Citronensäurecyclus . I. Der Thunberg-Wieland-Cyclus . II. Der Glyoxylatcyclus . . . . . Literatur

693 693 694 698

The use of g1ucose-14 C in the study of the pathways of glucose metabolism in mammalian tissues. By JosEPH KATZ. With 9 Figures . . . . . . . . . . . Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

705 705

A. Recycling via the pentose cycle and the estimation of its contribution to glucose metabolism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1. The distribution of glucose carbon by the pentose pathway. . . . . 2. The use of triose-P derivatives and 14C0 2 for the estimation of the role of the pentose cycle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. Methods for the evaluation of the pathways of glucose metabolism . . . . . . 4. Limitations of the theory . . . . . . . . . . . . . . . ,, . . . . . . . . a) Transketolase exchange, S. 717. - b) Transaldolase exchange, S. 717. c) Transaldolase-transketolase exchange, S. 718. - d) Reversal of the E. M. pathway, S. 718.- e) Utilization of the triosephosphate in the pentose cycle, S. 718

688 688

706 706 712 715 717

B. A survey of the occurrence of the pentose cycle in glucose metabolism in mammalian tissues . . . . . . . . . . . . . . . . . 719 1. Liver . . . . . . . . . . . . . . . . 720 The conversion of pentose into glucose. 726 2. Mammary gland 727 3. Adipose tissue 734 4. Tumors 738 5. Blood . . . . 740 a~

~

7. Intestinal mucosa 8. Brain . . 9. Adrenals - 10. Museie 11. Other tissues 12. In vivo . . . C. The physiological role of the pentose cycle The coupling of the pentose cycle to biological reduction D. Appendix

743 743 744 744 745 745 746 746 747

References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7 48

Stoffwechsel der Fettsäuren und Fette. Von KoNRAD LANG. Mit 2 Abbildungen. A. Die Resorption der Fette . . . . . B. Entfernung der Lipide aus dem Blut . . . . . . . . . . . . . . . . .

752 752 753

XIX

Inhaltsverzeichnis des ersten Bandes

Seite

C. Die Speicherung von Fett . . . . . D. Der I. II. III. IV. V.

755 756 756 760 761 764 765

Abbau der Fettsäuren Die ß-Oxydation der Fettsäuren Die w-Oxydation der Fettsäuren und die Dicarbonsäuren Der Stoffwechsel von Fettsäuren mit einem verzweigten Kohlenstoffskelet Die mehrfach ungesättigten Fettsäuren . . . . . Die Dehydrierung der Fettsäuren in 9,10-Stellung

E. Die Biosynthese von Fett . . . . . . . . . . . . .

766

F. Unterschiede im Stoffwechsel der einzelnen Fettsäuren

769

Literatur

771

Der Stoffwechsel der Phosphatide und verwandter Stoffe. Von HILDEGARD DEBUCH Mit 1 Abbildung . . A. Einleitung B. Glycerinphosphatide . . . I. Chemische Konstitution 1. Gemeinsame Bausteine a) Glycerinphosphorsäure (glycerophosphoric acid) b) Fettsäuren . . . . . . . . . . . 2. Stickstoffhaltige Glycerinphosphatide . a) Lecithin (phosphatidyl-choline) . . b) Cephalin . . . . . . . . . . . . (X) Colamin-Cephalin (phosphatidyl-ethanolamine), S. 775. - ß) SerinCephalin (phosphatidyl-serine), S. 775 c) Plasmalogen (früher: Acetalphosphatid) 3. Die stickstoffreien Glycerinphosphatide . . a) Inositphosphatid (phosphoinositide) . . (X) Monophosphoinositid (phosphatidylinositol), S. 777. - ß) Diphosphoinositid (diphosphoinositide), S. 777 b) Andere stickstoffreie Glycerinphosphatide . . . . . . . . . . . . . . . (X) Diglyceridphosphorsäure (phosphatidic acid), S. 778. - ß) Cardiolipin, S. 778 II. Stoffwechsel . . . . . . . I. Enzymatische Hydrolyse a) Phospholipase A b) Phospholipase B c) Phospholipase C d) Phospholipase D e) Andere Abbaufermente 2. Biosynthese . . . . . . . Intermediärprodukte . . . ß) Diglyceridphosphorsäure, (X) Glycerinphosphorsäure, S. 782. S. 783. - y) Cholin- bzw. Colaminphosphorsäure, S. 784. - .5) Cytidindiphosphatcholin und -colamin, S. 784. - t:) Zusammenfassung, S. 785 3. Allgemeiner Stoffwechsel C. Sphingolipoide (sphingolipides) I. Chemische Konstitution . . I. Gemeinsame Bausteine . a) Sphingosin (1,3-dihydroxy-2-amino-4-octa-dec en (trans)) b) Fettsäuren . . . . . . . . 2. Sphingomyelin (sphingomyeline) 3. Zuckerhaltige Sphingolipoide. . a) Cerebroside (cerebrosides) b) Ganglioside (gangliosides) c) Andere Glykosphingolipoide II. Biosynthese I. Sphingosin 2. Sphingomyelin 3. Cerebroside Literatur

·"

773 773 773 773 773 773 774 774 774 775 776 777 777 778

778 778 779 780 781 781 781 782 782

786 788 788 788 788 789 789 790 790 790 792 792 792 793 793 794

XX

Inhaltsverzeichnis des ersten Bandes Seite

Stoffwechsel der Sterine und Steroide (mit Ausnahme der Steroidhormone) Von HANS MACHLEIDT und RUDOLF TSCHESCHE. Mit 15 Abbildungen

804

A. Biosynthese des Cholesterins . . . . . I. Acetat als Vorstufe des Cholesterins . . . . . . . . . II. Umwandlung von Acetat in Squalen . . . . . . . . . III. Umwandlung von Squalen in Lanosterin und Cholesterin

804 804 809 815

B. Biosynthese anderer Steroide

819

C. Katabolismus von Cholesterin

820

Literatur

824

Metabolism of Amino Acids and Protein. A. Metabolism of Amino Acids. By H. T ARVER and M. RoTHSTEIN. B. Metabolism of Protein. By H. TARVER. With 15 Figures 828 Introduction A. Metabolism of Amino Acids . . I. Transfer of acid into cells 11. Complete oxidation of amino acid carbon 111. The fi.xation of carbon into amino acids 1. Fixation of carbon dioxide . . . . . . 2. Fixation of acetate carbon (EHRENSVÄRD, 1955). 3. Fixation of glucose (Iactate, pyruvate) carbon 4. Isotope competition and incorporation (RoBERTS and coworkers, 1955). IV. Transamination . . . . V. Decarboxylation VI. Peptide band formation I. Glutathione . . . . 2. Glutamine (MEISJ:ER, 1956). 3. Asparagine . . . . . . . 4. Hippuric acid (see also VII, 1, cx, ß) 5. Phenacetylglutamine . . . . . 6. Glycocholic and tanrocholic acid 7. Carnosine and anserine VII. Amino acid biosynthesis and catabolism I. Glycine, serine and alanine a) Sources of carbon . . . . . . . cx) Carbohydrate, S. 844. - ß) Interconversion of glycine and serine (SAKAMI, 1955), S. 844. - y) Hydroxymethyl and formyl groups (HuENNEKENS and coworkers, 1958), S. 845.- 3,0

"-

(2) Cl"8

Br80

Al"•

(1) Cl"8

Zn 69

Ga7o

~ 00

.

(f)

. ""' l5:r: .;c,

."'

:0 (f)

":::~

00

.,o ""-

ll')

6

Cf:)

ll')

::gJ I 6

o_

['..

6

I Io_

I

6

ll')

['..

I

6

......

0

""I

ll')-

......

spielt die Größe der spezifischen Aktivität im allgemeinen keine Rolle. Große Halbwertzeit, geeignete Energie und hohe spezifische Aktivität sind bei therapeutischen Anwendungen von radioaktiven Isotopen jedoch von gleicher Wichtigkeit. Wie einschränkend solche Forderungen nach bestimmten Eigenschaften des Radioisotops sein können,gehtausdemHinweishervor,daß für den Nachweis von Hirntumoren mit Hilfe von darin gespeicherter Radioaktivität als einzig wirklich brauchbarer Positronenstrahler (s . S. 111) nur As 74 in Frage kommt. Unerwünscht, aber häufig nicht vermeidbar, sind Verunreinigungen oder Reimengungen von anderen Radioisotopen. Bis heute läßt sich nur ein Teil der bei der Uranspaltung entstehenden Spaltprodukte und deren Folgeprodukte voneinander trennen. Vielfach ist es notwendig oder zweckmäßig, reine ß-Strahler zu verwenden. In Tab. 13 finden wir die Eigenschaften derwichtigsten Radioisotope zusammengestellt. Wir finden Halbwertzeit, ß- und y-Energie, wobei die Zahlenangaben in den Klammern Aufschluß geben über das Verzweigungsverhältnis. So kann man z. B. bei 19K 40 feststellen, daß bei 100 Zerfällen durchschnittlich 75mal eine ß-Strahlung mit einer maximalen ß-Energie von 3,58 MeV ausgesandt wird, während in den restlichen 25 Fällen die ß-Strahlung eine maximale Energie von nur 2,04 MeV besitzt. Die Zuordnung der in der nächsten Spalte angeführten y-Energien ist im allgemeinen nur mit Hilfe des Zerfallsschemas möglich (s. S. 44). Der Typ des Umwandlungsprozesses, welcher von besonderer Wichtigkeit sein kann, wenn trägerlose Substanzen gefordert werden oder gleichzeitig entstehende Radioisotope unerwünscht sind, sowie Zahlenangaben über die maximal erhältlichen spezifischen Aktivitäten ergänzen die Tabelle. 4*

52

KuRT ScHMEISER: Allgemeiner Nachweis radioaktiver Isotope Tabelle 13

Art des chem. Elementes

Symboldes Radioisotops

Halbwertzeit T

/I-Energie in MeV

Strahlenart

E,...,

Emuw

uSbUl

2,8d

"·{J-,y

" (3) 1,97 (30)

1,41 (63) 0,74 (4)

-

&tsbu'

60d

{J-, i'

2,39 (22) 1,68 (6) 1,07 (4)

0,63 (56) 0,28 (12)

-

&tSbta&

2,7 a

{J-, i'

0,61 (14) 0,44 (12)

0,30 (45) 0,12 (29)

-

18As? 18AU aaAs"

35 d 109m

"{J-, i'

17,5 d

{J-, (J+

aaAs7s

26,5h

{J-, i'

aaAs77

38,7h

{J-, i'

seBatat

13 d

"·i'

" (100)

-

seBataa

7,5 a

"· y, e-

" (100)

-

saBauo

12,8 d

{J-,y

Brom

ssBr82

35,9h

{J-, i'

Cadmium

,8cdna

43,d

{J-, i'

1,61 (97) 0,68 (2)

0,31 (1) 0,19 (0,3)

-

2,3 d

{J-, y, e-

1,11 (61,5) 0,63 (12) 0,85 (1,5) 0,59 (23)

-

Antimon

Argon Arsen

Barium

Caesium

Calcium

(100) 1,25 (100)

"

{J- 1,36 (16) (J+ 1,53 2,97 (50,5) 2,41 (31)

0,69 (16) 0,92 (68)

0,7 (97,8) 0,43 (1,7)

0,16 (0,5)

1,02 (60)

1,76 (16) 0,36 (2,5)

0,48 (40)

Cstst

IOd

"

66

Cs134

2,3a

{J-, i'

&&Cs137

30,0a

{J-, y, e-

1,17 (8)

aoCa'a

164 d

{J-

0,25

-

1,18

0,24

-

0,44

66

-

-

" (100) 0,68 (13) 0,31 (-5) 0,66 (50) 0,083 (-32) 0,52 (92)

--

-

0,16

0,09

53

Eigenschaften von radioaktiven Isotopen Tabelle 13 (Fortsetzung)

y- Energie in Me~

Umwandlungs· prozeß

Bestrahlte Substanz

Sb12am Sb12' Sblll

3,5m

52

2

14

2

Sn

snn• Sn121 Sn128 SnlH

112d 27h 130 d 9d

169,5 • IO-•

20

(n, y) (n, y)

A A

AU AB7

1,65·to-•mC/cc 39 · to-'mC/cc

5 cc 5 cc

p,n

Ge

(n, y)

As 10 8

2,11 {10) 0,99 (5,4) 1,71 {46) 0,60 (100) 1,38 (6,2)

(n, y)

Sb

-

1,3 (100)

2,05 (1,6) 1,40 (0,8) 1,20 (9)

0,64 (8) 0,55 {41)

0,53 0,25

0,16 0,086

0,62 0,50 0,37 0,24

0,21 0,12 usw.

0,36 (74) 0,081 (32) 0,29 (26) 0,070 (6)

Sn11'{n,y) Snlu-+ Sbll& p- (10m)

Ge7& (n, y) Ge77 -+ As77 p- {12 h)

Ge01

Ge71

(n, y)

Ba(N08 ) 1 Ba133 Ba1a&m Balse Csl31

(n, y)

Ba(N08 ) 1 Balsl Bala&m Balae cs1s1

U (n, f) -+Ba140

0,13 0,03

0,54 0,30 0,16

11,4d

29h 85m

cd.1o7 Cd1oo

6,7h 470 d

0,34 {50) 0,52 (25)

0,49 (12)

Cdlu Cd117 In117

49m 2,9h 1,9h

e-: (10)

U {n, f) -+Csl37

(n, y)

50

0,5

Cd

-

35,5 • I0- 3

4,7

(n, y)

0,662 {82)

50

7

0,49 (0,3)

0,605 0,57

26 • I0- 3

34

1,30 (1) 0,94 (2,3)

1,37 1,17 0,80

3

-

Br&O

Bal•o(n, y) Ba1•1-+ CslBl " (13 d) (n, y)

402 · I0-3

LaUO

NH,Br

0,77 0,69 0,61 0,55

2

-

(n, y)

{15) (30) (30) (25)

92

29h

(85) {30) (40) (80)

1,47 1,31 1,03 0,82

ing

mCfg

Sb

0,425 0,176 0,035

Bestrah· lungs· einheit

T

(n, y)

0,637 0,601 0,465

Maximale spez. Aktivität

Isotop

0,68 {3) 0,57 (66)

1,14 {0,7) 1,25 (0,7)

Zusätzlich entstehende Radioisotope

Ba{N08)1 Balsa Ba1a&m BalaD cs.co.

26 • 10-3

Csl34m

-

cs1••

caco.

Ca"

Ca49 Sc' 9

-

50

2

320

5,8d 8,5m 57m

530 • I0-3

18

54

KuRT ScHMEISER: Allgemeiner Nachweis radioaktiver Isotope Tabelle 13 (Fortsetzung)

Art des ehern. Elementes

Symbol des

Radioisotops

Halbwertzeit T

ß-, y, eß-, y, e-

Cer

ssCe141 5sCe144

Chlor

17cps

3,1x105 a

Chrom

24Cr51

27,8 d

'K, y

Eisen

•sFe55

2,94 a

26Fes•

45,1 d

'K ß-, y

32,5 d 285 d

Fluor

9

F1B

1,9 h

Gallium

31Ga72

Germanium

Gold

Hafnium

ß-Energie in MeV

Strahlenart

L __

Emax

I Emittel

0,43 (75) 0,57 (25) 0,31 (76) 0,18 (24) (0,26 (~ 5))

-

-

0,714

---

'K (100) 'K (100)

-

-

1,56 (0,3) 0,27 (46) 0,46 (54)

ß+

0,7

14,1 h

ß-, y

3,17 (8) 2,53 (9) 1,51 (10)

32 Ge71

11,4 d

'K

'K (100)

7oAu1•s

2,69 d

ß-, y, e-

7oAu1••

3,15 d

ß-, y, e-

0,46 (6) 0,30 (70)

72Hf17s

70 d

'K, y, e-

'K (-20)

-

0,96 (31) 0,64 (42)

Indium

46 d

ß-, y, e-

••Inn•

50 d

Is. ü. y, e-

53 ]131

8,04 d

'K, ß,y ß-, y, e-

53 ]132

2,26h

77Ir192

72s

1,37 (0,025) 0,96 (-100) 0,25 (24)

Jod

Iridium

Kalium Kobalt

19 K•o 19 K42

0,34

-

0,2

0,41 (100)

1,98 (96)

0,46

-

(-80)

72Hf1B1

-

--

-

'K (-4)

-

0,82 (1) 0,61 (87)

0,36 (9) 0,25 (3)

ß-, y

2,12 (18) 1,53 (24) 1,16 (23)

0,90 (20) 0,73 (15)

-

74,4 d

'K, ß-, y, e-

0,67 (50) 0,54 (35) 0,26 (8)

0,097 (1)

-

10 9 a

ß-,'K, y ß-, y

1,4

12,5 h

27Co•s

71 d

27coso

5,25 a

'K, ß+, y ß-, y

3,6 (82)

'K (6)

0,17

---

-

2,0 (18)

0,47 (-14)

'K (86)

1,40 -

1,48 (-o, 15) o,306(IOO) 0,099

55

Eigenschaften von radioaktiven Isotopen Tabelle 13 (Fortsetzung)

y-Energie in MeV

Umwandlungsprozeß

Bestrahlte Substanz

Zusätzlich entstehende Radioisotope Isotop

e-: (15)

0,145 (60)

0,134 (8,5) 0,054 0,100 (1,5) 0,042 0,081 (3) 0,034 0,323

(~0) (~0) (~O)

U(n, f)--+Ce 144

-

(n, y)

(~8)

(n, y)

Cr

-

(n, y) (n, y)

0,19 (2,8)

1,29 (43) 1,10 (57)

0,89 (10) 0,83 (83) 0,63 (21)

2,51 (17) 2,49 (10) 2,20 (30)

0,411 (96,4)

e-: (3,6) 0,050 (0,4)

0,209 (11) 0,159 (48)

Ce1B7 CelsB Ce14S Pru•

-

Pr144

-

-

T

mC/g

ing

36h 140 d

3,1

-

2

-

-

-

5

Fe 20 3 , Fe Fe59

3,7

20

Fe20 3 , Fe Fe55

100

20

-

-

-

(n, y)

Ga 20 3

Ga7o

(n, y)

Ge0 2

Ge7s Ge77 As77

(n, y)

.Au

AulBB

Pt

Pt193 Pt197

PtlBB(n, y) Pt199 --+ Aul99 p- (29m)

Bestrahlungseinheit

15

-

-

\

Ce0 2

(n, y)

I

Maximale spez. Aktivität

-

82m 12 h 38,7 h

4d 18h

-

--

-

32

0,5

14

3

810

0,1

2,4

0,5

0,43 (~1) 0,23 (~1) 0,113 ( ~0,5) 0,34 (90) 0,32 (~1) 0,089 (3)

(n, y)

Hf

HflBl

25

2

0,135 (~12) 0,132 (29)

(n, y)

Hf0 2

Hfl7s

32

2

(n, y)

In

Inll•m.

33

0,5

-

Te1•1

-

-

-

--

-

-

0,612 0,480 0,345

(~84) (~12)

0,19 (20) 0,72 1,30

0,28 (5) 0,08 (2)

0,72 (3) 0,64 (9) 0,36 (80) 2,20 1,96 1,40 1,16 0,96

0,78 (85) 0,67 (100) 0,62 (7) 0,53 (27)

(2) (5) (12) (9) (21)

0,613 0,604 0,484 0,464 0,316

0,56

0,308 0,296

U (n, f) Telal --+ J131 p- (24,8m) U (n, f) Te132 --+ J132 p-(27 h)

(n, y)

-

3,2. 103

Ir194

Ir

e- (zus. 32) abgeschätzt

-

1,45

-

-

1,53 (18)

(n, y)

K 2C03

Na•4

1,62 (0,5

0,81 (101)

(n, p)

Ni

1,33 (100)

1,17 (100)

(n, y)

Co

Ni63 c0 som

84 a 10m

-

1

--

-

2,9.

10

168. 10-S

5

990

2

56

KURT ScHMEISER: Allgemeiner Nachweis radioaktiver Isotope Tabelle 13 (Fortsetzung}

Art des chem. Elementes

Symbol des Radioisotops

Halbwertzeit T

P-Energie in MeV

Strahlenart

Em.dZ

Kohlenstoff

804

Krypton

asKrl&

10,6 a

pp-,

Kupfer

aeCu"

12,8h

"· p-, ß+, y

-5600 a

0,05

0,155

y

" (43}

p-: 0,57 ß+: 0,66

uMgiB

21,4 h

p-,

Mangan

a&Mn'l

5,72 d

"· ß+,

uMn&' uMoDD

291 d

Molybdän

"·Y

Natrium

uNall

2,6 a

"· ß+,

11Na1'

15,0h

p-,

y

1,39 (100}

Neodym

soNd147

11,3 d

p-,

y, e-

0,83 (60} 0,60 (15}

Nickel

•aNisa

85 a

p-

68h

y, e-

p-,

14,3 d

16pat

14,3 d

pp-

Platin

78Pt187

18h

p-,

Polonium

a&Pollo

128,4 d

cx,y

Quecksilber

aoHgaoa

Radium E

saRaEilO uRutoa

Ruthenium

47d 4,85d 40d

y

y

" (11}

0,38 (25}

y

y

y, e-

-

--·

-

--

-

1,71

-

0,67 (88,5} 0,47 (0,9} 0,48 (10,6}

-

cx: 5,298 (100}

p-, pp-,

-

0,54

1,71

y, e-

--

--

1,83 (0,06} 0,54 (89}

0,11

-0,33

1,17 0,72 (3} 0,22 (90}

1,0 a

pp-,

18SI6

87,1 d

p-

0,167

uS36

87,1 d

p-

0,167

--

0,21

84 d

Schwefel

"(67}

" (100} 1,23 (85} 0,45 (14} 0,87 (-1}

y

--

-

0,58 (33}

Sc0

11

(38} (19}

0,46 (100}

uRutos Scandium

-

0,062

l&pas

Phosphor

--

0,67 (~ 99,3} 0,15 (2:: 0,7}

Magnesium

-

) EmiUel

0,11 (7}

0,039 1,48 (0,003} 0,36 (-100}

--

-

-

--

0,13

--

-

57

Eigenschaften von radioaktiven Isotopen Tabelle 13 (Fortsetzung)

y-Energie in MeV

Umwandlungs· prozeß

Zusätzlich entstehende Radioisotope

Bestrahlte Substanz

Isotop

I

T

Maximale spez. Aktivität

Bestrahlungseinheit

mCfg

ing

-

-

-

(n, p)

KN03

K"

0,52 (-0,7)

(n, y)

Kr

Kr3'"' Kr87

78m

mCfcc

1,34 (0,5)

(n, y)

Cu

Cu88

5m

69

2

Li8 (n, IX) H 3

Li-Mg Legierung

Al18

2m

-

1

1,45 (100 0,73 (100) 0,94 (100)

Fe56 (p, IXn) Mn..

-

-

-

-

0,84 (100)

Fe56 (d, IX) Mn&&

-

-

-

-

-

Mo03

Mo1•1 Tc89 Tclol

15m

-

-

0,40 (31) 0,032 (96)

1,35 (70) 0,95 (29)

0,18 0,04

0,78 0,74 0,37

1,28 (-100)

(n, y)

0,53 (34) 0,092 (26) usw.

-

-

-

-

Mg2 '(d, IX) Na12 1,37 (100)

2,76 (100)

Mgza (Ha, p) Mgas

(n, y)

Na 8C03 , NaCI, NaHC03

(n, y)

Nd 20 3

(n, y)

Ni

(n, y)

roter Ph.

-

3,05. 10-3

520. 10-3

-

-

Cl28 52B,paz, Ku

38

10

Nduo PmU7 Pmuo

3,4

0,5

Ni15 Co&s

15

5

10 590. 10-3

25

0,5

-

-

(n, p)

5

586 537

5m

0,28 (1,4) 0,19 (2,5) 0,077 (21)

(n, y)

pt

Ptlo3 pt188 Auloo

4,3d 31m 3d

2,3

-

-

150. 10-3

0,279 (83) e-: (17)

0,610 (6) 0,495 (90) usw. (-1)

1,12 (-100) 0,89 (100)

-

-

Bizoo(n, y)Bi21o Bi2 0 3 -+ Po110 ß-(5d) (n, y)

HgO,Hg

-

(n, y)

Ru

8

15m

-

0,8 (1,2. 10-3)

5 cc

-

Hglo7

-

-

Ruo7 Rulo& Tc97 Rh106

20

-80

2

9,1

-

-

6,0

10

Rhlos

-

-

(n, y)

5c.o3

Ca41

790

0,5

(n, y)

5

ps• 537

550. 10-3

20

KCI

Cl38,paz KU Na"'

10,3

10

-

U (n, f)-+R108

Cl86(n, p) 586

5m

58

KuRT ScHMEISER: Allgemeiner Nachweis radioaktiver Isotope Tabelle 13 (Fortsetzung) Art des

ehern. Elementes

Symbol des

Radioisotops

Halbwertzeit T

Strahlenart

ß-Energie in MeV --Emax

j

Emutel

u,y

u (100

ß-, y Js. ü. y, e-

2,86 (3) 2,12 (3)

0,530 (35) 0,087 (59)

0,23

7,5 d

ß-, y

1,04 (91) 0,80 (1)

0,70 (8)

0,26

14Si31

2,65 h

ß-, y

1,47

Strontium

38 Sr89

50 d

ß-, y

1,46 (100)

28 a

ß-

0,61

-

Tantal

38 Sr 90 ,,Tals•

111 d

ß-, y, e-

0,51 usw.

-

Tellur

52Te12'

115d 9,3h

Is. Ü. y, e-

0,68

Thallium

slTl•o•

2,5bis 4,4 a

69Tm170

127 d

ßu, ß-, y, e-

u (4)

Thulium

Selen

3,Se'5

Silber

47 Agno

4 ,Agnl

Silicium

Tritium Wismut Wolfram

Xenon

Yttrium

Zink

----

1

T3

s3Bi210 (RaE) W185 74 ----

54Xe133

39yoo 39 Y91

127 d

270 d

ß-

U,

---

0,72 0,58

---

-

0,018

cx.:

73,2 d

ß-, y, e-

0,37 (10)

5,27 d 2,3 d

ß-, y, eIs. ü. y, e-

0,34

ß-:

0,28

0,77 (96)

(0,15) 0,97 (78)

-

0,87 (22)

X

ß-

Sd

---

(~100)

cx., ß-

12,26 a

-

'- - -

-

5,06 (5 . 10-5) 1,17 (100)

---

-

0,43 (90)

---

64 h 57,~

d

3ozn•5

245 d

3ozn••

14 h 51 m

ßß-, y ß+,u, y Is. Ü. y, eß-

-

---

2,24

0,97

1,55 (~100) 0,36 (0,22)

ß+: 0,325 ß-:

(2)

,

u: (98)

0,90 (100)

___ 0,31

59

Eigenschaften von radioaktiven Isotopen Tabelle 13 (Fortsetzung)

y-Energie in MeV

Umwandlungsprozeß

Zusätzlich entstehende Radioisotope

Bestrahlte Substanz

Isotop

0,402 0,305 0,280 0,265 0,199 0,136

0,121 0,097 0,081 0,066 0,024

(n, y)

Se

SeBlm

1,52 1,39 0,94 0,89 0,81

0,76 0,71 0,68 0,66

(n, y)

Ag

-

(n, y)

Si0 2

-

0,91 (0,02)

(n, y)

SrC03

Sr•• Sr87m

U (n, f)

1,23 (14) 1,22 (28) 1,19 (14) 1,12 (29) 0,222 (10)

0,152 0,100 0,085 0,068 0,066

(10) (11)

e-: (19)

57m

4,7

5

I-

21

5

608. 10-3

2

-

-

-

65 d 2,8 h

srsD,y9o

195 . 10-3

50

76. 10-3

30

-

(n, y)

Ta,Ta 20 5 TalB3

(n, y)

Tc

(n, y)

TlN03

-

-

19

(n, y)

Tm 20 3

-

-

1,25. 10 3

Li6(n, tX) H 3 ·

-

0,77 ) sehr schwach 0,57 J 0,056 (2,5)

e-: (63)

0,232 (15) e-: (85)

-

2

219

1,11 (45)

e-: (6)

150 d 110 d 58d 33d,70m 25m 8d

-

-

-

Bi 20 3

Po21o

-

(n, y)

wo3,W

WlBl w1s1

Xe132 (n, y) Xe132m ~ Xe133 und Is. Ü. (n, y) U(n, f)

1,19 (0,22)

Te121 Te12a Te125 Te129 Te131 J131

(n, y)

(n, y)

-

0,44 (94)

in g

(24) (2)

-

0,081 (37)

Sr90

mCfg

(1)

0,086 (-0) e-: (100)

0,084 (3)

~

T

I

4

----

1,26 (0,07)

-

Bestrah lungseinheit

Pdlo3 Pdlo9

Pd110 (n, y) Pd111 Pd ~ Agln ß- (22m)

0,340 (-8) 0,243 (-1)

Maximale spez. Aktivität

-

Y91

Xe129m 8 d Is.Ü Xe131m 12d,Is.Ü Xe135

Y 20 3 ~

140 d

-

(n, y)

Zn

Zn69

(n, y)

Zn

Zn65

-

150. 10- 3

---

20

--20 1

-

---

80

5

5,7

99 · 10-'mCfcc

-5 cc

9h

-

1,9

I

I I

-

22

20

-

-

-

6,1

15

4,6

15

60

KuRT ScHMEISER: Allgemeiner Nachweis radioaktiver Isotope Tabelle 13 (Fortsetzung)

Artdes chem. Elementes

Symboldes Radioisotops Halbwertzeit T

,8-Energie in MeV

Strahlenart

E.....,

Zinn

Zirkonium

Emillol

5osnus

118d

"· y, e-

" (100)

-

soSn121

27h

p-

0,38

-

,ozre5

65 d

p-,"

0,883 (3) 0,364 (54) 0,396 (43)

-

VII. Genauigkeit von radioaktiven Messungen 1. Hohe Nachweisempfindlichkeit Wir haben an früherer Stelle festgestellt, daß die Nachweiswahrscheinlichkeit eines Geiger-Müller-Zählrohres für energiereiche ß-Strahlung praktisch 100%ig ist. Jedes ß-Teilchen, welches in das Gasvolumen des Zählrohres eindringt, löst also eine Zählrohrentladung aus und wird registriert. Bei Verwendung von Glockenzählrohren oder zylindrischen Zählrohren wird aus rein geometrischen Gründen (gegenseitige Lage von Präparat und Zählrohr) nur etwa jedes zehnte ß-Teilchen erfaßt. Glockenzählrohre haben in günstigen Fällen einen Nulleffekt von etwa 10 Imp.fmin. Wenn die Größe des Nulleffektes eines Glockenzählrohres als Mindestgröße für die Ausmessung eines radioaktiven Präparates angesehen wird, so muß das Präparat also 10 · 10 = 100 beobachtbare p:zerfällefmin aufweisen, d. h. die Aktivität des Präparates müßte sein: 100 60. 3,7 · 107 -

4 51 Io-s '

C

m ·

Bei größerem Aufwand lassen sich auch wesentlich kleinere Meßeffekte mit ausreichender Genauigkeit registrieren. Da I mC Phosphor 32 (trägerlos) ein Gewicht von 3,8 · I0-9 g hat, wäre die gerade noch nachweisbare Mindestgewichtsmenge an reinem Phosphor 32 1,7 · I0-16 g. In der Praxis verwendet man keine vollständig trägerlosen radioaktiven Substanzen, weil z. B. große Meßfehler durch Adsorption eines Teiles der Aktivität an Gefäßwänden zu befürchten sind. Die praktische Nachweisempfindlichkeit nimmt mit der spezifischen Aktivität ab. Je mehr inaktive Substanz zugemischt wird, um so unempfindlicher wird der Nachweis. Es ist interessant, die Empfindlichkeit radioaktiver Messungen mit derjenigen anderer Meßmethoden physikalischer und chemischer Art zu vergleichen. Die radioaktive Methode schneidet bei diesem Vergleich recht günstig ab (s. Tab. 15, S. 62).

2. Berechnung von Meßfehlern a) Statistische Fehler Wenn die Messung der Aktivität eines langlebigen radioaktiven Präparates mehrere Male wiederholt wird, und zwar unter absolut gleichen Meßbedingungen, so ergeben sich im allgemeinen verschiedene Meßergebnisse. Die beobachteten

61

Statistische Fehler Tabelle 13 (Fortsetzung)

y- Energie in MeV

Umwandlungsprozeß

Bestrahlte Substanz

Zusätzlich entstehende Radioisotope Isotop

0,393 (-70) e-: (2)

0,754 (54) 0,722 (43)

(n, y)

Sn

(n, y)

Sn

(n, y)

Zr0 2

•

I

T

Maximale spez. Aktivität

Bestrahlungseinheit

mC/g

in g

Sn119m -250d 164- I0- 3 27 h Sn121 Sn123 40m130d 10m Sn126 Sb115 2,7 a sn12s 40m130d 630 · 10- 3 Sn125 10m Sb1ss 2,7 a NbD5 310- 10-a Zr97 NbD7

20

20

10

Zerfallsereignisse sind voneinander völlig unabhängig, ihre Zahl pro Zeiteinheit unterliegt statistischen Gesetzen. Die beobachteten Impulshäufigkeiten gruppieren sich um einen mittleren Wert. Die Abweichungen von diesem (positiv oder negativ) sind relativ um so kleiner, je größer die insgesamt registrierte Zahl von Impulsen ist (entweder durch stärkeres Präparat oder durch längere Meßdauer). Diese wichtigen Aussagen sollen anband der Tab. 14 und Abb. 40 erläutert werden. Ein Tabelle 14. Schwankungen der Impulshäufigkeit

. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Beobachtete Häufigkeit

5 28 42 65 67 64 42 28 10 7 5 1 0 0

p,. beob .

O~r------.-~----,---------,~

%

m"

Pn= -e-m

"'

(POISSON)

0,014 0,077 0,116 0,179 0,184 0,1'76 0,116 0,077 0,028 0,019 0,014 0,003 0 0

0,0129 0,0561 0,1220 0,1770 0,1920 0,1670 0,1210 0,0750 0,0410 0,0200 0,0086 0,0034 0,0012 0,0004

364 = Zahl der Einzelmessungen m=4,35

~--~~~~~--~~~~------~~a 1 ~· ~

m =47

w

Aussch!agszah!/Zeifeinheif

Abb. 40. BeobachteteVerteilungskurven für verschieden große Effekte

bestimmtes Präparat ist 364mal je 15 sec gemessen worden. Dabei wurde, wie die Tab. 13 zeigt, die Impulshäufigkeit n= 0 ImpulsefiS sec Smal, die Impulshäufigkeit n= I Impulsef15sec 28mal usw. beobachtet. Die relative auf 364 Messungen bezogene) Impulshäufigkeit p,. errechnet sich daraus zu 5:364 = 0,014; 28:364 = 0,077 usw. (s. Tab. 14, Spalte 3). Aus der Tabelle, besonders aber aus der Abb. 40 läßt sich deutlich erkennen, daß sich die beobachteten Meßeffekte um einen Mittelwert m = 4,35 gruppieren, der am häufigsten auftritt. Der Mittelwert m

62

KuRT ScHMEISER: Allgemeiner Nachweis radioaktiver Isotope Tabelle 15. Vergleich der Empfindlichkeit verschiedener Methoden zur Spurenanalyse (Empfindlichkeit in yjcm3)1 Methode

z

Element

Oak Ridge LITR Reactor

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57

H He Li Be B

0,002 0,002 0,1 10•

c

N 0 F Ne Na Mg Al Si

p

s

Cl A K Ca Sc Ti

V

Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te

J

Xe Cs Ba La

I Cu-Funken I Kohlebogen I

3"

Flammen· spektro-

photometer 2

0,02 250,0 10,0

[Empfindliche I Farbreaktion

0,01 150,0 1,0

Kondukte· metrische

Titration

0,04

0,1 0,00035 0,03 0,00005 0,05 0,001 0,2 0,0015 0,004 0,19 0,0001 0,00005 0,01 0,00003 0,45 0,001 0,0015 0,00035 0,002 0,00035 0,002 0,0001 0,0025 0,00015 0,0015 0,03 0,0005 0,015 0,5 0,005

0,1 0,01 0,1 0,1 20,0

0,25 20,0 0,1 0,2 2,0 50,0

0,0015 0,0025 0,0001

0,001 0,1 1,0

0,06 0,002 0,1 0,01

300,0 15,0 5,0 10,0

0,04 0,1 0,1 0,005 0,1 0,05 0,05 0,02 0,5 0,5 0,1 2,0 1,0 5,0 50 3 0,2 0,5 0,01 0,1 0,2 0,05

0,01 0,03 20 6 2,0 0,2 0,2 40,0 4,0 0,2 20,0

0,5 2,0 1,0 5,0 0,5 0,5 0,1 0,05

2,0 2,0 1,0 0,1 2,0 10,0 10,0 0,1

:zoo~:~

0,05 0,02 0,03 0,2 0,02 0,001 0,05 0,025 0,04 0,03 0,016

1,0 1,00 0,06 0,05 0,15 3,0 2,0 0,3 4,0 0,3

0,08 0,1

10,0

-

100,0 100,0 10,0 3,0 1,0 0,0003 2,0 100,0 0,5 10,0 10,0 0,4

200,0

30 6 30 6

0,005 0,00025 0,0055 0,0025 0,000005 0,01 0,0002 0,005 0,0001

0,002 1,0 20,0

0,1 4,0 0,2 4,0

20,0 30,0

0,2 0,05 3,0 4,0 10,0 5,0

10,0 1,0 1,0 0,5 20,0 1,0 10,0

1,5 4,0 0,5 0,5 6,0 0,15 150,0

100,0

15,0

0,1 0,1 50,0

1,0 3,0 5,0

1,0 0,2 0,15

0,13 50,0 0,1 0,2 0,2 0,1 0,1 0,01 0,2 0,03 0,5

I

5,0

1,0 5,0 100,0 2,0 10,0 1,0 25,0

63

Statistische Fehler Tabelle 15 (Fortsetzung) Methode

z

Element

58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93

Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta

w

Re Os Ir

pt

Au Hg Tl Pb Bi Po At Em Fr Ra Ac Th Pa

u

Pu

Oak Ridge LITR Reactor

0,005 0,0001 0,005 0,00003 0,0000015 0,001 0,0002 0,0000015 0,00002 0,001 0,0001 0,0001 0,000015 0,001 0,00035 0,00015 0,00003 0,001 0,000015 0,005 0,00015 0,0065 0,03 0,1 -0,02

I Cu-Funken

Kohlebogen

Flammenspektrophotometer'

0,5 0,2 0,2

20,0 100,0 50,0

0,2 0,02 0,1

100,0

0,5 0,2 0,5 0,05 0,1 2,0 0,5 1,0 0,5 2,0

10,0

5,0 0,02 0,2 5,0 0,05 0,2

10,0

10,0 50,0 5,0 50,0 15,0 1,0 5,0 10,0 5,0 10,0 10,0 15,0 1,0 15,0

-

500,0

2,0 0,2 0,2 0,2

200,0 100,0 1,0 20,0 300,0

-

5,0 5,0 100,0

-

Empfindliche Farbreaktion

0,25

Kondnktometrische Titration

-500,0

0,4 0,05 1,0 2,0 0,2 0,1 0,08 0,03 1,0

3,0 300,0

-

-

-

10,0 -

0,1

0,0005

0,2 2,0 1,0 10,0 5

-

10,0

-

4,0

0,7

W. W.: Science 121, 179 (1955). Nach K Fuss, Beckmann Report 2 (1959) p. 6 Empf. in 10-• Gew.-o/o.

1 MEINKE, 2

3 Proc. 6. int. conference in spectroscopy p. 338 in I0- 8 Atom-%. London: Pergarnon Press 1957. ' Proc. 6. int. conference in spectroscopy p. 309 in 10-• Atom-%. London: Pergarnon Press 1957. 5 Proc. 6. int. conference in spectroscopy p. 289 in y cm- 3 • London: Pergarnon Press 1957. 6 Proc. 6. int. conference in spectroscopy p. 280 in I0- 8 Atom-%. London: Pergarnon Press 1957.

errechnet sich dabei in einfacher Weise aus der Gesamtzahl der beobachteten Impulse (5 X 0 + 28 X 1 + 42 X 2 + · · · ·) dividiert durch die Gesamtzahl der Messungen (364). In Abb. 40 wurden die in Tab. 14 angegebenen p.,-Werte graphisch aufgetragen (Kurve 1). Als Abszisse dient der beobachtete Zahlenwert, als Ordinate die relative, auf die Zahl der Messungen bezogene Häufigkeit, mit welcher dieser Zahlenwert registriert wurde.

64

KuRT ScHMEISER:

Allgemeiner Nachweis radioaktiver Isotope

Die Kurve 2 rechts daneben ist auf ähnliche Art gewonnen worden, nur mit dem Unterschied, daß die Ablesungen alle 30 sec erfolgt sind (Mittelwert nun 8,7 Imp.f30sec.). Um vergleichbare Kurven zu erhalten, wurden ebenfalls 364 Einzelmessungen durchgeführt (Mittelwert 17,4 Imp./60 sec). Bei der Kurve 3 ganz rechts betrug die Meßdauer 60 sec, bei ebenfalls 364 Einzelmessungen. Welche Aussagen erlaubt nun der Vergleich dieser drei Kurven? Wenn wir die Form der drei Kurven betrachten, so möchte man aus der zunehmenden Verbreiterung der Kurven auf eine größere Streuung um den Mittelwert schließen. Was die absolute Größe der Abweichungen vom Mittelwert anbelangt, ist dies auch der Fall. Die Halbwertbreite wächst von Kurve 1 nach Kurve 3. Wenn wir aber danach fragen, wie häufig eine Abweichung vorkommt, die z. B. 50% des mittleren Beobachtungswertes, der ja bei der Auswertung der Meßergebnisse allein verwendet wird, ausmacht, so erhalten wir ein ganz anderes Bild. Bei der Kurve 2 ist die ablesbare Wahrscheinlichkeit p 4, 3 = 0,03, bei Kurve 3 wurde eine Impulshäufigkeit, welche derart stark (um 50%) vom Mittelwert abweicht, so gut wie gar nicht beob~chtet. Man kann bei bekanntem Mittelwert m die Wahrscheinlichkeit berechnen, mit welcher ein anderer, davon abweichender Wert n beobachtet ist. Nach PoiSSON gilt für diese Wahrscheinlichkeit die Beziehung m" !.. =-, e-m. n.

Die mit dieser Beziehung für unser Beispiel errechneten Zahlenwerte findet man in der letzten Spalte der Tabelle. Daß diese Zahlenwerte nicht ganz mit den beobachteten Werten übereinstimmen, darf bei dem kleinen Meßeffekt und der verhältnismäßig kurzen Gesamtmeßdauer nicht überraschen. In der Praxis verwendet man an Stelle der Poissonschen Beziehung das Gaußsehe Fehlergesetz

!,. =

v--=- e-~' 1

(n-m)'

2nm

b) Mittlerer statistischer Fehler

Wir kennzeichnen ein radioaktives Meßergebnis hinsichtlich seiner Meßgenauigkeit durch Angabe eines mittleren, statistischen Fehlers. Wenn in der Zeit t N Ereignisse beobachtet worden sind, so gilt für den mittleren statistischen Fehler (auch Standardabweichung genannt) M=

± VN.

Wir können aus dem oben Gesagten aufgrund statistischer Gesetze die Wahrscheinlichkeit angeben, daß der gemessene Wert um M, 2M, 3M, .... vom mittleren Wert abweicht. So tritt eine Abweichung, die das Doppelte des mittleren statistischen Fehlers ausmacht, im Durchschnitt in 4,6 von 100 Fällen auf. Für eine 3fache Abweichung ist die Wahrscheinlichkeit nur noch 0,27% d. h., durchschnittlich wird in knapp 3 von 1000 Fällen der Meßwert den mittleren Wert um das 3fache des mittleren, statistischen über- bzw. unterschreiten. Die Angabe des mittleren, statistischen Fehlers erhält eigentlich erst seine wesentliche Bedeutung beim Vergleich zweier radioaktiver Messungen. Es ist üblich, zwei Meßergebnisse als verschieden anzusehen, wenn die Differenz der beiden Meßergebnisse größer ist als das Dreifache des mittleren, statistischen Fehlers. Ehe man etwa einen neuen Effekt vermutet, muß man sich selbstverständlich auch über alle anderen Fehlermöglichkeiten im klaren sein.

65

Berechnung des mittleren statistischen Fehlers

Die Angabe des mittleren, statistischen Fehlers M bedeutet, daß durchschnittlich in 32 von 100 Fällen das Meßresultat außerhalb der Grenzen

N-VN

und

N+ VN

liegt. In der Literatur wird häufig der wahrscheinlicheFehleroder auch der 99fi 00 Fehler angegeben. Beim wahrscheinlichen Fehler liegt die Hälfte der Meßwerte außerhalb der Grenzen N- 0,6745 Vff und N + 0,6745 VN Beim 9/ 10- bzw. Grenzen bzw.

99/ 100-Fehler

liegen 10% bzw. I% der Meßwerte außerhalb der

N- 1,6449 VN und N + 1,6449 VJV N- 2,5758 VN und N + 2,5758 VN.

Man kann diese Feststellungen umgekehrt auch so ausdrücken, daß Abweichungen vom Mittelwert, welche größer sind als das 0,6745fache (wahrscheinlicher Fehler) bzw. 1,6449fache (9/ 10-Fehler) bzw. 2,5758fache (99/ 100-Fehler) durchschnittlich beziehentlieh 50, 28, 10, I mal in 100 Fällen auftreten. Wie schon gesagt, legt man bei der Beurteilung eines Meßergebnisses im allgemeinen den 3fachen mittleren statistischen Fehler zugrunde. Vielfach ist der prozentuale, mittlere, statistische Fehler von besonderer Bedeutung

I=~~~%. VN Die vollständige Angabe eines Meßwertes pro Zeiteinheit n Gesagten lauten

E=

N

± v&-

----=

t

n±

=

~ muß nach dem

. . m= ± v·-.;;v-.;;-t • --mit. t

c) Berechnung des mittleren statistischen Fehlers, wenn die Meßgröße von mehreren Einzelmessungen abhängt

Bei allen Nachweisgeräten gibt es einen Nulleffekt, welcher den eigentlichen Meße:ffekt additiv vergrößert. Selbstverständlich ist die Messung des Nulleffektes ebenfalls mit einem Fehler behaftet. Ist allgemeinE eine Größe, die nicht direkt der Beobachtung entnommen werden kann, sondern abhängt von mehreren Meßwerten pro Zeiteinheit nv n 2 ••• , also E

=

I (nv n 2 • • • • ) ,

so ergibt sich für den mittleren Fehler der Größe E

M

wobei ~E, vn 1

=

±

V(

ml

~ ~r + (m2 ; :.

r

durch Differentiation der Funktion E -fE, vn

+-..-. =

l(nv n 2

•.• )

nach nv n 2

2

usw. erhalten werden. Die mittleren Fehler der Beobachtungsgrößen nv n 2 lassen sich aus berechnen. Radioaktive Isotope, 2. Auf!. I

5

66

KuRT ScHMEISER:

Allgemeiner Nachweis radioaktiver Isotope

Wenn die Impulshäufigkeit eines radioaktiven Präparates mit derjenigen des Nulleffektes vergleichbar ist, so muß der statistische Fehler des Nulleffektes mit berücksichtigt werden. Für das Präparat (einschließlich Nulleffekt) seien in t1 min N 1 Impulse beobachtet worden, für den Nulleffekt in t 0 min N 0 Impulse. Impl!lsz(J!J/

Impu!szo!JI

minbzw. sec

minbzw.sec

pro

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70000

0,1

,..!..

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-< durch einen einfachen "'bJJ Prozeß in ""' chemischen die Gasphase überführen 'E0 läßt. Dies ist bei Kohlen- (Zählrohrwand) bewegt. Abb. 83. Kennlinien des Gaszählers bei verschiedenen es,- Konzentrationen In dieser Zeit können die C0 2-Ionenetwa 106 Stöße mit Nachbarmolekülen machen. Bei Zugabe eines geeigneten Gases, z. B. CS 2 , findet eine Ladungsübertragung auf das bisher negative C0 2-Ion statt. BROWN undMILLER haben gefunden, daß bereits 5% CS 2 einen großen Konstanzbereich ermöglichen und lästige Nachentladungen ausreichend vermeiden lassen (s. Abb. 83). BERNSTEIN und BALLENTINE haben für die 0 40 2-Messung die Verwendung von Proportionalzählrohren vorgeschlagen. Auf die Vorteile, wie z. B. kleiner Nulleffekt und die Möglichkeit, neben schwachen Präparaten auch sehr starke Präparate zu messen ohne Änderung der Meßbedingungen, haben wir bereits früher hingewiesen. Als Zählrohrgas hat sich Methan bewährt. Dadurch, daß der Zähler bei Atmosphärendruck betrieben wird, sind die Reproduzierbarkeit der Gasfüllung und damit die Zähleigenschaften bei weitem besser gewährleistet als bei einem Geiger-Müller-Zählrohr. Die Neigung der Zählrohrkennlinie betrug im Arbeitsbereich 3% pro 100 Volt. Unbequem ist bei Gaszählern die Neufüllung. Einmal muß der Zähler nach jeder Messung gut gespült werden, um eine Verfälschung der anschließenden Messung durch noch vorhandene Aktivitätsreste zu vermeiden, andererseits ist die Gasprobe nach einer Messung nicht mehr verwendbar. Die Neufüllung des Zählers beanspruchte bei BERNSTEIN und BALLENTINE insgesamt 7 min. Wie wir bereits oben erwähnt haben, eignet sich reines C0 2 bei Zählrohren wegen der auftretenden Nachentladungen nicht als Füllgas. Wenn man Methan oder Methan-Argon als Zusatzgas wählt, kann die Konzentration von C0 2 nur bis etwa 10% gesteigert werden, ohne wesentliche Verschlechterung der Zähleigen0

+5;3»~1 X

II

I' H

9

7*

100

KuRT ScHMEISER:

Allgemeiner::-.! achweis radioaktiver Isotope

schaften. Die niedrige Konzentration von C0 2 bedeutet aber eine große Einbuße an Empfindlichkeit. Außerdem ist die Impulshäufigkeit sehr empfindlich abhängig von der Zusammensetzung des Füllgases. FREEDMANN und ANDERSON haben eine andere Meßmethode vorgeschlagen, die es gestattet, ohne Verschlechterung der Zähleigenschaften reines C0 2 als Füllgas zu verwenden. Sie machten Gebrauch von einem Messingzählrohr (40 cm Länge und 4 cm Durchmesser), das als Proportionalzählrohr in Verbindung mit einem Impulshöhen-Diskriminator arbeitet (s. später). Die Zählerimpulse werden einem Verstärker, welcher die Impulse linear verstärkt, und anschließend einem Diskriminatorkreis zugeleitet, der alle Impulse unterdrückt, die eine gewisse Größe nicht erreichen oder eine andere, ebenfalls einstellbare Größe überschreiten. Untersetzer, Endstufe und Zählwerk bilden den üblichen Abschluß der Registriereinrichtung. Die Anwendung eines Diskriminators ist im besonderen Maße nützlich, wenn zwei verschiedene Radioisotope mit verschiedenen Strahlentypen (Messung von ß-Strahlen bei gleichzeitiger y-Strahlung) bzw. bei ß-Strahlungen mit verschiedenen Energiespektren ausgemessen werden sollen. Auch dann, wenn sich die beiden Spektren gegenseitig überlappen, ist diese Registriermethode noch vorteilhaft. Bei Messung von (1 4 läßt sich mit der angegebenen schaltungstechnischen Maßnahme das Verhältnis von Proben-Ausschlagszahl zu Nulleffekt um ein Vielfaches erhöhen. Die Methode eignet sich also besonders für sehr schwache Präparate. Um l g Kohlenstoff in Form von C0 2 unterzubringen, müßte das Zählrohrvolumen bei Normaldruck etwa 2000 cm 3 betragen. Das ist ein recht großes Zählervolumen, der Nulleffekt also entsprechend hoch. FALTINGS hat den Gasdruck erhöht. Das bedingt zwar eine höhere Zählerspannung und damit größeren apparativen Aufwand, man kommt aber mit entsprechend kleinerem Zählervolumen aus. Man kann die Meßempfindlichkeit auch dadurch zusätzlich steigern, daß man nicht C0 2 , sondern Gase mit höherem Kohlenstoffgehalt, z. B. C2H 2 , C2H 6 u. a., verwendet. Eine nähere Beschreibung der Methode findet man bei CRATHORN. Bei gasförmigen Absolut-Messungen tritt die Schwierigkeit auf, das empfindliche Zählrohrvolumen zu berechnen. Ein Teil der aktiven Gasprobe befindet sich während der Messung in einem Zählrohrgebiet, in dem kleinere elektrische Feldstärken herrschen und daher mitunter gaz keine Zählrohrentladung zustande kommt, obwohl ein Zerfallsteilchen in diesen Teil des Zählers eingedrungen ist. Es kann aber auch der Fall eintreten, daß ß-Strahlen die Zählrohrwand erreichen, ohne daß sie eine Ionisation eingeleitet haben. Diese beiden Effekte, den ZählrohrEndeffekt und den Zählrohr-Wandeffekt, haben ENGELREMEIER und LIBBY eingehend untersucht. Der Zählrohr-Endeffekt ließ sich quantitativ bestimmen durch Messungen an Zählrohren mit verschiedenem Durchmesser und verschiedener Länge, aber Füllung mit den gleichen Gasproben bekannter Aktivität. Die Messungen sind auf C14 , Ar 37 und Kr 85 ausgedehnt worden. Ein großer Teil des entstehenden Zählverlustes wird allerdings wieder ausgeglichen, weil Strahlung, welche ohne ausreichende Ionisierung die Zählrohrwand erreicht hat, in der Zählrohrwand ein Sekundärelektron auslösen kann und damit die Zählrohrentladung eingeleitet wird. Eine Möglichkeit, den Endeffekt zu eliminieren, wird von CocKROFT und CuRAN angegeben (s. Abb. 84). Die Halte;rung des Zähldrahtes im Innern des Zählrohres ist als Isolator ausgebildet, der von einer Metallhülse umschlossen wird und ebenso wie die Halterung selbst etwa einen Zählrohrradius weit in das Zählrohr hineinragt. Die Metallhülse ist vom Zählrohrgehäuse ebenfalls isoliert. Durch einen veränderlichen äußeren Widerstand R kann erreicht werden, daß das Potential auf der Oberfläche der Hülse gleich dem Potential ist, das im gleichen Abstand r vom

Messung gasförmiger radioaktiver Substanzen

101

Zähldraht auch im Gasraum herrscht. Damit ist die Verzerrung der Feldverhältrisse in der Nähe des Endes des Zähldrahtes ausgeglichen. Die Einstellung des Widerstandes ist nicht kritisch. Mittels dieser Maßnahme ist der Anstieg der Zählerempfindlichkeit am Ende des Zähldrahtes sehr steil. Die noch verbleibende 1 Empfindlichkeitseinbuße am Anfang des Zähldrahteswird kompensiert. Damit ist das Zähl- 11 il % .lso/Q/ion =(:::::!:;Iei rohrvolumen exakt definiert, so daß auch Ab- m.. 'S/_"·r._~_r_ __, solutmessungen möglich sind. Die Messung aktiver Proben in gasförmigem Zustand kann auch mit Hilfe einer Ionisationskammer geschehen. BROWNELL Ci und LocKARDT beschreiben diese Methode sehr ausführlich. Der große Vorteil derselben liegt darin, daß man sehr große Proben messen kann, etwa 11 mMol C0 2 (in festem Zustand maximal 0,4 mMol C0 2 , mit Zählrohr in gas700 förmigem Zustand 0,3-0,8 mMol C0 2). Als weitere Vorteile sind zu nennen: Keine Korrektion infolge Absorption, Selbstabsorption und Streuung, konstante und reproduzierbare Geometrie. Für eine absolute Messung benötigt man allerdings die Kenntnis der mittleren Energie t Jcm 0 der ß-Strahlen, den mittleren Energieverlust Abb. 84. Elimination des Zählrohr-Endeffektes pro erzeugtes Ionenpaar sowie die quantitative (nach A. L. cocKRoFT und s. c. CuRRAN) Bestimmung des Anteils der Strahlung, welcher in der Kammerwand verlorengeht. Sofern Rekombination möglich ist, ist auch diese zu berücksichtigen. Die Abschätzung der beiden letztgenannten Effekte bereitet erhebliche Schwierigkeiten und läßt vielfach eine direkte Absolutmessung mit der Ionisationskammer scheitern. Trotzdem verdient die Methode erwähnt zu werden, weil man sie leicht zu einer absoluten Methode ausbauen kann durch einmaligen Anschluß an eine geeichte radioaktive Substanz. Einzelheiten, ebenso die Theorie der Ionisationskammer, findet man in der Originalarbeit. Mit dem LindemannElektrometer in Verbindung mit einer geeigneten Ionisationskammer lassen sich bei CI 4 0 2 noch Sammelelekfrode 5 Zerfälle/sec nachwei- Abb. 85. Empfindliches Nachweisgerät für ß-Strahler (nach HENRIQUES u. Mitarb.) sen (]ESSE u. Mitarb.). Zwischen den Stromwerten und der Aktivitätsstärke herrscht innerhalb eines ausgedehnten Bereiches (kleinste zur größten Aktivität 1: 5720) Linearität. Mit einer einfachen Zählanordnung nach HENRIQUES u. Mitarb. (s. Abb. 85) konnten in 20 mMol C0 2 (entsprechend etwa 4 g BaS04 ) noch 3 · I0-5 C Kohlenstoff 14 nachgewiesen werden, mit einer Meßgenauigkeit von etwa 2%. Einen Vergleich der verschiedenen Methoden zur Messung von radioaktiven Präparaten erlaubt Tab. 17.

Schirmgitter-Geiger-Zählrohr

Hochdruck-Proportionalzähler

Hochdruck-Proportionalzähler

Ionenkammer

Photoplatte

Gas-Geiger-Zählrohr

Niederdruck-Proportionalzähler

Strömungs-Proportionalzähler (dünne Schicht)

Strömungs-Proportionalzähler (dicke Schicht)

Fenster-Geiger-Zählrohr (dünne Schicht)

Fenster-Geiger-Zählrohr (dicke Schicht)

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

Meßverfahren

II,)

I typische \Verte

Übliche Verfahren;

BERNSTEIN und BALLENTINE

I

11

RoHRINGER und ERODA

I

REINHARZ und VANDERHAEGHE

HENRIQUES und MARGNETTI

FALTINGS

CRATHORN

LIBBY

Autor

III

BaC0 3

BaC0 3

V=

co2 t

V=

p =

p =

0,15

0,5

0,125/5

t=

0,05/2

]0-3/2 (als C)

t=

t=

2,5 . 10- 3/5 (als C)

=

100

24

2

p =

2,7

w-•j3 · w-•

220

500

1

p= P=

8/400

3000

t=

c = 2,4 ·

V=

V=

V=

V Berechnungsgrundlage (v = Vol.[crn'] p =Druck [at.] c = Konz. [gern-•] f =Dicke [gcrn- 2 )]

co2

C20

C 2H 6

C2 H 2

c

Chemische Form

IV

2,5 . I0- 4

8. 10-5

6.

]0-4

5 .

10-11

10-11

10-12

5 . ]0-12

2·

w-•

2 . 10-11 5 . 10-11

]0-4

]0-15

5. 10-11

5 . 10-11

1,4 . 10-11

2,3 . ]0-12

Meßausbeute

Leerwert entspricht Curie

6

5,5

33

~100

~100

~so

~wo

100?

75

5,5

(%)

VIII

VII

5,5. I0- 4

5.

2 • ]0-7

0,02

0,11

0,25

0,66

stoff)

VI Substanzmenge (Mol Kohlen-

Tabelle 17. Vergleich der NachweisemPfindlichkeit verschiedener Meßgeräte

1

Nr.

li

10-10?

10-7

]0-8

w-• 4 · 10-•

2·

1,5. 10-7

7,5 · 10-•

4.

10-s

2,5. 10-9

4,5 .

7,5 . 10-11

6,5.

10-11

Grenzaktivität (Curie/Mol)

IX

......

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