Book Radioactivity · Radionuclides · Radiation كتب فيزياء طبية pdf - الفريد في الفيزياء
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    Book Medical Physics
    Author : J. Magill, J. Galy
    Publisher: Springer
    ISBN : 3-540-21116-0
    Contents

     rad i oactivity
    1. Origins and Discovery . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
    The Greek Elements and the Indivisible Atom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
    Twentieth Century Science and the Multi-Corpuscular Atom . . . . . . . . . . . . 4
    Discovery of Radioactivity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
    Structure of the Atom: Kelvin-Thomson “Plum Pudding” Atom . . . . . . . . . . 6
    Bohr-Sommerfeld Model of the Atom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
    The Neutron . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
    Wave/Particle Duality: The de Broglie Relation andWave Mechanics . . . . . 12
    Classification of the Elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
    Synthesis of the Elements in Nature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
    2. Nuclear Energetics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
    Nuclear Units – Atomic Mass Unit and the Electron Volt . . . . . . . . . . . . . . . . 19
    Nuclear and Atomic Masses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
    Atomic and MolecularWeights . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
    Avogadro’s Number. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
    Mass of an Atom and Atomic Number Density . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
    Relativistic Mechanics and Einstein’s Mass/Energy Equivalence . . . . . . . . . 23
    Binding Energy of the Nucleus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
    Nucleon Separation Energy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
    Q-Value for a Reaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
    Energy Level Diagrams . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
    Nuclear Spin and Parity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
    Nuclear Isomerism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
    Nuclide Charts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
    3. Radioactivity and Nuclear Reactions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
    Simple Radioactive Decay: Half-life and Decay Constant . . . . . . . . . . . . . . . 44
    Average (Mean) Lifetime . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
    Branching Ratios and Number of Decay Modes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
    Decay Chains . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
    Radioactive Equilibria. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
    Decay Energy. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
    Nuclear Reactions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
    Cross-sections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
    Neutron Reactions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
    Burnout Time . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
    4. Types of Radioactive Decay . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
    Decay Modes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
    Alpha (α) Decay . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
    Beta-minus (β
    −) Decay . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
    Gamma Emission and Isomeric Transition (IT) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
    Internal Conversion (IC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
    Beta-plus (β
    +) Decay (Positron Emission) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
    Electron Capture (ε or ec) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
    Spontaneous Fission (SF) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
    Proton Decay . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
    Special Beta-Decay Processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
    Heavy-Ion or Cluster Radioactivity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
    Magic Radioactivity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
    Decay of Bare Nuclei – Bound Beta Decay . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
    Halo Nuclides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
     rad i onuclides
    5. Transmutation Research . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
    How Constant is the Decay Constant? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
    Natural Transmutation by Radioactive Decay . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
    Synthesis of Superheavy Elements by Transmutation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
    Laser Transmutation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
    6. Archaeology and Dating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
    Radioactive Dating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
    An Astrophysical Clock . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
    Age of the Earth . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
    Prehistoric Cave Art at Altamira, Northern Spain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
    The Age of Groundwater – The Oasis Ballad Seet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
    Nuclear Forensic Science – Age of Plutonium Particles . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
    7. Radioisotopes in Medicine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
    Imaging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
    External Beam Radiotherapy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
    Brachytherapy
    Immunotherapy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
    Ion Beam Therapy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
    Boron Neutron Capture Therapy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
    Radioactive “Bullets” – Alpha-Immunotherapy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
    8. Scientific and Industrial Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
    Radioisotope Tracers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
    Radiography and Gauging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
    Radiation Processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
    Nuclear Batteries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
     rad i ation
    9. Radiation and the Environment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
    Biological Effects of Ionising Radiation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
    Radiotoxicity and Annual Limits of Intake . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
    Radiation Hormesis and the Linear Non-Threshold (LNT) Model . . . . . . . . 144
    High Background Radiation Areas Around theWorld . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
    Radon: A Test for the LNT Hypothesis? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
    Radiation Exposure in High-Flying Aircraft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
    Conan the Bacterium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
    Packaging and Transport of Radioactive Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
    NuclearWaste Disposal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
    Nuclear Tests in the South Pacific . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
    The Chernobyl Accident . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
    The Goiˆania Radiation Incident – a Benchmark for Radiological
    Dispersion Devices (RDDs) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
    References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
    Recommended Reading andWeblinks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
    Reading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
    Weblinks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
    Glossary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
    Appendices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
    Appendix A: Physical Constants, Conversion Factors, Prefixes,
    Greek Alphabet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
    Appendix B: Table of the Elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
    Appendix C: Properties of the Elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
    Appendix D: Table of Atomic Masses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
    Appendix E: Universal Nuclide Chart . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229
    Computer System Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229
    User Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230
    Radioactive Decay Chain Simulator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233
    Neutron Reaction Path Simulator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236
    Appendix F: Periodic Table of the Elements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239
    Appendix G: Karlsruhe Chart of the Nuclides – Karlsruher Nuklidkarte . . . 243
    Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249
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