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Eine Methodik zur Entwicklung und Herstellung von Radiumtargets

:	Mark Harfensteller
:	Eine Methodik zur Entwicklung und Herstellung von Radiumtargets
:	Herbert Utz Verlag
:	9783831608492
:	1
:	CHF 28.20
:

:	Naturwissenschaft
:	German

:	196
:	DRM
:	PC/MAC/eReader/Tablet
:	PDF

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 dieÜbernahme 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 dieÜbernahme 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.

"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."

	Geleitwort der Herausgeber	5
	Vorwort	6
	Inhaltsverzeichnis	7
	Abkürzungsverzeichnis	14
	Formelzeichenverzeichnis	16
	1 Einleitung und Zielsetzung	19
	1.1 Ausgangssituation und Motivation	19
	1.2 Ziel der Arbeit	26
	1.3 Aufbau der Arbeit und Vorgehensweise	27
	2 Medizinisch eingesetzte Radioisotope	29
	2.1 Überblick	29
	2.2 Isotopenanwendung – Beispiele	29
	2.3 Isotopenproduktion	32
	3 Physikalische und radiochemische Randbedingungen für die Produktion von Ac- 225 aus Ra- 226	41
	3.1 Überblick	41
	3.2 Begriffsbestimmung und Definitionen	41
	3.3 Das Zyklotron als Teilchenbeschleuniger	43
	3.4 Nukleare Reaktionen bei der Bestrahlung von Radium- 226 mit Protonen	45
	3.5 Wechselwirkung zwischen ionisierender Strahlung und Materie	48
	3.6 Das Zyklotrontarget	51
	3.7 Medizinische Anforderungen	59
	3.8 Stoffeigenschaften des Radiums	62
	3.9 Kreislauf zur Produktion von	64
	3.10 Sicherheitsanforderungen	66
	3.11 Automatisierungstechnik in radioaktiven Umgebungen	67
	3.12 Resultierende Anforderungen an die Produktionstechnik	70
	4 Stand der Technik	73
	4.1 Überblick	73
	4.2 Begriffsbestimmungen	74
	4.3 Entwicklungsmethoden	78
	4.4 Modellbildungsmethoden	85
	4.5 Gestaltungsregeln für Produktionsprozesse	92
	5 Synthese der Methodik zur Entwicklung der Produktionsprozesse	97
	5.1 Allgemeines	97
	5.2 Überblick über die Methodik	97
	5.3 Diversität	99
	5.4 Ähnlichkeit	100
	5.5 Diskretisierung	102
	6 Anwendung der Methodik	105
	6.1 Überblick	105
	6.2 Beschreibung des Prozessablaufs	106
	6.3 Die Ähnlichkeiten von Radium mit anderen Elementen	109
	7 Die Entwicklung von zwei Targetherstellungsmethoden	115
	7.1 Überblick	115
	7.2 Auswahl der Prozesse	115
	7.3 Dispensieren des Radiums – die „Droplet“-Methode	116
	7.4 Elektrochemisches Abscheiden des Radiums – die „ Disc“- Methode	135
	8 Validierung der Prozesse anhand eines Prototyps	147
	8.1 Überblick	147
	8.2 Analyse der Produktionsprozesse	147
	8.3 Mechanischer Aufbau	151
	8.4 Steuerungstechnische Umsetzung	155
	9 Zusammenfassung und Ausblick	157
	10 Literaturverzeichnis	159
	11 Anhang	178
	11.1 Abbildungsverzeichnis	178
	11.2 Tabellenverzeichnis	181