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Eine Methodik zur Entwicklung und Herstellung von Radiumtargets

AutorMark Harfensteller
VerlagHerbert Utz Verlag
Erscheinungsjahr2009
Seitenanzahl196 Seiten
ISBN9783831608492
FormatPDF
KopierschutzDRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis30,99 EUR

Vorwort

Die vorliegende Dissertation entstand während meiner Tätigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (iwb) der Technischen Universität München.

Herrn Prof. Dr.-Ing. Michael Zäh in der Funktion meines Doktorvaters sowie Erstprüfers gilt mein besonderer Dank für die wohlwollende Förderung der vorliegenden Arbeit.

Herrn Prof. Dr.-Ing. Gunther Reinhart gilt ebenso mein besonderer Dank für die Übernahme des Vorsitzes der Prüfungskommission.

Bei Herrn Prof. Dr. phil. nat. Andreas Türler, dem Ordinarius des Instituts für Radiochemie (RCM) der Technischen Universität München, möchte ich mich für die Übernahme des Koreferats und die aufmerksame Durchsicht dieser Dissertation sehr herzlich bedanken.

Darüber hinaus möchte ich mich bei allen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern des Instituts sowie bei allen Studenten, die zum Gelingen dieser Arbeit beigetragen haben herzlich danken. Besonders hervorheben möchte ich hierbei Herrn Dipl.- Ing. Andreas Eursch für die vielen fruchtbaren Diskussionen.

Herrn Dr. Richard Henkelmann, Frau Dr. Eva Kabai, Herrn Dr. Josue Bermudez Moreno vom Institut der Radiochemie der Technischen Universität München sowie Herrn Dr. Ernst Huenges und Herrn Dr. Matthias Mentler den Leitern des Zyklotrons an der Technischen Universität München gilt mein aufrichtiger Dank für die offene, freundschaftliche und interdisziplinäre Zusammenarbeit im dieser Arbeit zugrunde liegenden Actinium-Projekt.

Nicht zuletzt gilt mein Dank meinen Eltern, die den Grundstein für meine Ausbildung gelegt haben. Meiner Frau Stephanie danke ich für die Unterstützung und schier endlose Geduld die notwendig waren, um diese Arbeit zu vollenden.

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Leseprobe
"5 Synthese der Methodik zur Entwicklung der Produktionsprozesse (S. 79-81)

5.1 Allgemeines

Die im Stand der Technik in Kapitel 4 vorgestellten Entwicklungs- und Modellbildungsmethoden sowie Gestaltungsregeln werden im Folgenden zu einer Methodik zusammengestellt. Dabei werden geeignete Methoden ausgewählt und gegebenenfalls so modifiziert, dass sie für die Entwicklung des Herstellungsprozesses eines Radiumtargets geeignet sind. Die Auswahl beruht auf den in Kapitel 3 beschriebenen radiochemischen und physikalischen Anforderungen. Die einzelnen Methoden werden in der Reihenfolge ihrer Anwendung diskutiert. Es wird also mit der Entwicklungsmethode begonnen, die die Organisation betrifft. Dieser folgt die Modellbildungsmethode. Abgeschlossen wird diese Beschreibung durch eine Gestaltungsregel, die für die Entwicklungsmethodik ausschlaggebend ist.

5.2 Überblick über die Methodik

Die Herausforderung dieser Arbeit liegt in der Entwicklung eines Targetherstellungsprozesses für einen radioaktiven Stoff. Versuche mit radioaktiven Stoffen können aufgrund der notwendigen Schutzmaßnahmen vor der radioaktiven Strahlung nur unter besonderen Bedingungen durchgeführt werden. Die Organisation muss bei einer Prozessentwicklung in diesem Umfeld besonders auf die Flexibilität bei der Prozessgestaltung ausgerichtet werden.

Die Methodik nimmt diese Besonderheiten auf und beruht auf drei Hauptelementen: einer Entwicklungsmethode (Diversität), einer Modellbildungsmethode (Ähnlichkeit) und einer Gestaltungsregel (Modularität). Diese sind miteinander verknüpft (s. Abbildung 24), um den speziellen Rahmenbedingungen Rechnung zu tragen.

Um das Risiko eines Fehlschlags bei der Entwicklung zu minimieren, ist es sinnvoll, bei der Prozessentwicklung auf mehrere unabhängige Plattformen zu setzen. Die Methode der Diversifizierung wird in diesem Fall eingesetzt, um gleichwertige Prozesse parallel zu entwickeln.

Um zumindest die Größenordnung der Prozessparameter zu definieren, wird die Ähnlichkeit als Modellbildungsmethode angewandt. Mit Hilfe dieser Methode ist es möglich, ein Modell aufzubauen, welches ohne den gefährdenden Stoff Radium auskommt. Die aus Versuchen mit dem Modell gewonnenen Erkenntnisse können so auf den Prozess übertragen werden. Eine auf Simulation beruhende Modellbildung wird in diesem Fall verworfen, da die zur Validierung der Simulation notwendigen Daten, insbesondere die das Radium betreffenden Parameter, in der erforderlichen Qualität nicht bekannt sind.

Abgerundet wird die Methodik durch die Gestaltungsregel Diskretisierung. Die Diskretisierung ist aufgrund ihrer essentiellen Bedeutung in die Methodik aufgenommen worden. Durch die Diskretisierung eines Prozesses wird dieser in kleine Einzelschritte zerlegt, die überschaubar und dadurch beherrschbar werden. Dies ist vor allem bei sicherheitskritischen Prozessen ein wesentliches Qualitätsmerkmal. Des Weiteren wird durch die Diskretisierung das Aufskalieren, d. h. der Ramp-up, des technischen Prozesses erleichtert.

5.3 Diversität

Die Diversität reduziert das Risiko einer Fehlentwicklung bei Produktionsprozessen mit unbekanntem Verhalten von Prozesskomponenten. Durch den Einsatz der Diversitätsmethode wird die Erfolgswahrscheinlichkeit des Entwicklungsvorhabens gesteigert, da der Fehlschlag einer Entwicklung durch die Redundanz kompensiert wird. Zudem entsteht unter den Teilprojekten ein Wettbewerb, aus welchem letztlich die beste Lösung hervorgeht („natürliche Auslese""). Mit dieser Methode ist aber auch ein höherer Ressourcenverbrauch gekoppelt, da ein und derselbe Prozess zweimal entwickelt wird.

Im Gegensatz zur ursprünglichen Methode sollen für die Entwicklung der Produktionsanlage keine unabhängigen und getrennten Teams gebildet werden (s. Abbildung 25). Stattdessen werden zwei Projekte mit dem gleichen Ziel, aber mit teilweise unterschiedlichen Projektmitarbeitern angesetzt.

In beiden Teams ist jede Fachrichtung (Physik, Radiochemie und Maschinenwesen) vertreten. Diese Variante hat im Vergleich zur ursprünglichen Methode mit zwei komplett unabhängigen Gruppen den Vorteil, dass die Fehler, die durch eine unvollständige oder fehlerhafte Anforderungsliste entstehen, durch die Zusammenarbeit in einer Gruppe deutlich reduziert werden."
Inhaltsverzeichnis
Geleitwort der Herausgeber5
Vorwort6
Inhaltsverzeichnis7
Abkürzungsverzeichnis14
Formelzeichenverzeichnis16
1 Einleitung und Zielsetzung19
1.1 Ausgangssituation und Motivation19
1.2 Ziel der Arbeit26
1.3 Aufbau der Arbeit und Vorgehensweise27
2 Medizinisch eingesetzte Radioisotope29
2.1 Überblick29
2.2 Isotopenanwendung – Beispiele29
2.3 Isotopenproduktion32
3 Physikalische und radiochemische Randbedingungen für die Produktion von Ac- 225 aus Ra- 22641
3.1 Überblick41
3.2 Begriffsbestimmung und Definitionen41
3.3 Das Zyklotron als Teilchenbeschleuniger43
3.4 Nukleare Reaktionen bei der Bestrahlung von Radium- 226 mit Protonen45
3.5 Wechselwirkung zwischen ionisierender Strahlung und Materie48
3.6 Das Zyklotrontarget51
3.7 Medizinische Anforderungen59
3.8 Stoffeigenschaften des Radiums62
3.9 Kreislauf zur Produktion von64
3.10 Sicherheitsanforderungen66
3.11 Automatisierungstechnik in radioaktiven Umgebungen67
3.12 Resultierende Anforderungen an die Produktionstechnik70
4 Stand der Technik73
4.1 Überblick73
4.2 Begriffsbestimmungen74
4.3 Entwicklungsmethoden78
4.4 Modellbildungsmethoden85
4.5 Gestaltungsregeln für Produktionsprozesse92
5 Synthese der Methodik zur Entwicklung der Produktionsprozesse97
5.1 Allgemeines97
5.2 Überblick über die Methodik97
5.3 Diversität99
5.4 Ähnlichkeit100
5.5 Diskretisierung102
6 Anwendung der Methodik105
6.1 Überblick105
6.2 Beschreibung des Prozessablaufs106
6.3 Die Ähnlichkeiten von Radium mit anderen Elementen109
7 Die Entwicklung von zwei Targetherstellungsmethoden115
7.1 Überblick115
7.2 Auswahl der Prozesse115
7.3 Dispensieren des Radiums – die „Droplet“-Methode116
7.4 Elektrochemisches Abscheiden des Radiums – die „ Disc“- Methode135
8 Validierung der Prozesse anhand eines Prototyps147
8.1 Überblick147
8.2 Analyse der Produktionsprozesse147
8.3 Mechanischer Aufbau151
8.4 Steuerungstechnische Umsetzung155
9 Zusammenfassung und Ausblick157
10 Literaturverzeichnis159
11 Anhang178
11.1 Abbildungsverzeichnis178
11.2 Tabellenverzeichnis181

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