Vraagstuk 1: Lektest van een 106 Ru/ 106 Rhbron

Transcriptie

1 Examen stralingsbescherming deskundigheidsniveau 4A/4B p. 1 Vraagstuk 1: Lektest van een 106 Ru/ 106 Rhbron De activiteit van een 106 Ru/ 106 Rh bron is opgedampt op een zeer dun folie. Bij de jaar lijkse lektest wordt niet het folie zelf met tissue geveegd, maar de houder waarop het folie is bevestigd. De verantwoordelijk deskundige beschikt over een met xenon gevulde besmettingsmonitor met een groot oppervlak en een dun venster. De activiteit op het tissue blijkt aanleiding te geven tot een netto teltempo van 35 telpulsen per seconde (tps). Bij deze meting wordt het tissue vlakbij het venster van de besmettingsmonitor gehouden. Gegevens: De vervalschema's van 106 Ru en de dochter 106 Rh (zie figuur 1). Er treedt geen interne conversie op. Het detectierendement ε is gedefinieerd als het aantal telpulsen per seconde (tps) gedeeld door de activiteit van de bron (in Bq). Het detectierendement voor β en γ straling is gegeven in tabel 1. Volgens de Concept Basisrichtlijn Ingekapselde Radioactieve Bronnen moet de bron als "lek" worden beschouwd als de afgeveegde activiteit groter is dan 185 Bq. Wordt niet de bron zelf maar de houder geveegd, dan is het criterium 18,5 Bq. Vraag 1a: Geef de maximale energieën van alle β overgangen die in de bron optreden. Vraag 1b: Geef de energieën van alle γ overgangen die in de bron optreden. Vraag 2: Bepaal het detectierendement voor 106 Ru in evenwicht met 106 Rh (in tps per Bq). Vraag 3: Bereken de afgewreven 106 Ru activiteit. Vraag 4: Moet de bron als "lek" worden aangemerkt? Geef een argument voor deze conclusie. Puntenwaardering: 1a: 3 1b: 3 2: 5 3: 3 4: 2

2 Examen stralingsbescherming deskundigheidsniveau 4A/4B p Ru (368 d) β 0 Q = 0,039 MeV 0, Rh (30 s) 106 Rh (30 s) f γ1 = 0,017 f γ2 = 0,097 f γ3 = 0,198 β 2 β 3 β 4 Q = 3,540 MeV β 1 γ 1 γ 3 γ 2 1,562 1,134 0,512 0, Pd (stabiel) Figuur 1. Vervalschema's van de radionucliden 106 Ru en 106 Rh. Energieën zijn gegeven in MeV. Tabel 1. Het detectierendement ε van de besmettingsmonitor voor β# en γ#straling in telpulsen per seconde (tps) per Bq activiteit. soort straling energie (MeV) rendement ε (tps per Bq) β < 0,1 0,0 β > 0,5 0,2 γ > 0,5 0,06

3 Examen stralingsbescherming deskundigheidsniveau 4A/4B p. 3 Vraagstuk 2: Minimaal detecteerbare activiteit In dit vraagstuk wordt gewerkt met een puntvormige bron van 137 Cs. Men heeft de beschikking over een G.M. telbuis met een cirkelvormig eindvenster van aluminium. Het venster heeft een middellijn van 24 mm en een dikte van 50 µm. Het nuleffect van de telbuis bedraagt 45 telpulsen per minuut. De bron bevindt zich op de as van de G.M. telbuis, op 30 cm van het venster. Gegevens: Het vervalschema van 137 Cs (zie figuur 2). De conversie elektronen hebben een energie van ongeveer 0,63 MeV. In dit vraagstuk mag de zelfabsorptie in de bron worden verwaarloosd. Het intrinsieke detectorrendement voor β straling is 100%. In dit vraagstuk mag het intrinsieke detectorrendement voor γ straling verwaarloosd worden ten opzichte van dat voor β straling. De soortelijke massa's van lucht en aluminium zijn ρlucht = 1,2 mg/cm 3 en ρaluminium = 2,70 g/cm 3. De maximale dracht R β,max van β deeltjes als functie van de eindpuntsenergie E β,max (zie figuur 3). De halveringsdikte voor absorptie van β straling wordt gesteld op d½ = R β,max / 7. Het geometrisch rendement fgeo is gedefinieerd als het aantal β deeltjes dat het venster van de detector bereikt gedeeld door het aantal β deeltjes dat in dezelfde tijd door de bron wordt uitgezonden. Het detectierendement is gedefinieerd als het aantal telpulsen per seconde (tps) gedeeld door de activiteit van de bron (in Bq). De minimaal detecteerbare activiteit is de activiteit die tot een significante verhoging van het teltempo leidt. Voor dit vraagstuk wordt die verhoging gesteld op een ver dubbeling van de achtergrond; het bruto teltempo wordt dan tweemaal het nuleffect. Vraag 1: Bepaal de (maximale) dracht van de β deeltjes en de conversie elektronen. Vraag 2: Maak een schatting van de transmissie van lucht en telbuisvenster voor de β deeltjes en de conversie elektronen. Vraag 3: Bereken het geometrisch rendement van de meetopstelling. Vraag 4: Bereken het detectierendement. Vraag 5: Bereken de minimaal detecteerbare 137 Cs activiteit. Puntenwaardering: 1: 3 2: 4 3: 3 4: 4 5: 3

4 Examen stralingsbescherming deskundigheidsniveau 4A/4B p Cs (30 j) f β1 = 0,944 f β2 = 0,056 f γ1 = 0,851 f ce,γ1 = 0,093 Q = 1,176 MeV β 1 0,662 β 2 γ 1 0, Ba (stabiel) Figuur 2. Vervalschema van het radionuclide 137 Cs. Energieën zijn gegeven in MeV. Figuur 3. De maximale dracht R β,max van β#deeltjes als functie van de eindpuntsenergie E β,max.

5 Examen stralingsbescherming deskundigheidsniveau 4A/4B p. 5 Vraagstuk 3: Afscherming bestralingskamer Een apparaat voor radiotherapeutische bestralingen bevat een 60 Co bron met een activiteit van 200 TBq (dit is Bq) en staat opgesteld in een kamer met betonnen wanden. De bron is gemonteerd in een met lood afgeschermde bestralingskop. Per werkdag zullen maximaal 20 bestralingen worden verricht, elk van 10 minuten. Door de overheid wordt geëist dat het dosistempo tengevolge van de lekstraling op 1 meter van de bron niet meer mag bedragen dan 10 msv/h. Aan de buitenzijde van de afschermende betonnen muren geldt een limiet van 1 msv per jaar. Gegevens: De plattegrond van de bestralingskamer (zie figuur 4). De bronconstante is h = 0,36 µsv m 2 MBq 1 h 1. De zelfabsorptie in de bron bedraagt 10%. De bron huidafstand bedraagt 80 cm. Transmissie van lood voor brede bundels γ straling van 60 Co (zie figuur 5). Transmissie van beton voor brede bundels γ straling van 60 Co (zie figuur 6). Transmissie van beton voor γ straling van 60 Co dat verstrooid is over verschillende hoeken (zie figuur 7). Voor een verstrooihoek van 90 en een afstand van 1 meter van de plaats van verstrooiing is de dosis van de strooistraling gelijk aan 0,1% van de dosis van de primaire bundel op de plaats waar de bundel het lichaam treft. Vraag 1: Bepaal de minimale dikte van de loden bestralingskop. Vraag 2: De primaire bundel treft de muur in punt A. Bepaal de minimale dikte van deze muur. Vraag 3: De primaire bundel wordt aan de patiënt verstrooid en treft de muur in punt B. Bepaal de minimale dikte van deze muur. Denk erom de juiste grafiek te gebruiken. Vraag 4: Ga door berekening na of de muur in punt B dan dik genoeg is om ook de lekstraling in voldoende mate te verzwakken. Puntenwaardering: 1: 3 2: 5 3: 5 4: 5

6 Examen stralingsbescherming deskundigheidsniveau 4A/4B p. 6 2 m bron 0,8 m B patiënt 4 m A Figuur 3. Plattegrond van de bestralingskamer.

7 Examen stralingsbescherming deskundigheidsniveau 4A/4B p. 7 Figuur 5. Transmissie van lood voor γ#straling uitgezonden door verschillende radionucliden.

8 Examen stralingsbescherming deskundigheidsniveau 4A/4B p. 8 Figuur 6. Transmissie van beton voor γ#straling uitgezonden door verschillende radionucliden.

9 Examen stralingsbescherming deskundigheidsniveau 4A/4B p. 9 Figuur 7. Transmissie van beton voor γ#straling uitgezonden door 60 Co en verstrooid aan een fantoom over verschillende hoeken.

10 Examen stralingsbescherming deskundigheidsniveau 4A/4B p. 10 Vraagstuk 4: Angiocardiografie (alleen niveau 4A) Op de afdeling cardiologie van een ziekenhuis wordt een röntgentoestel gebruikt voor angiocardiografie. De röntgenbuis bevindt zich onder de tafel, zodat de bundel naar het plafond is gericht. Gegeven: De buisspanning is 150 kv. De totale belichting tijdens de verrichting is 250 mas. De huid focusafstand bedraagt 80 cm. De veldgrootte is 36 cm 36 cm. De dosis in lucht op 100 cm van het focus (zie figuur 8). De filtratie bedraagt 2,0 mm aluminium. De verstrooide dosis als fractie van de intreedosis, op 1 meter afstand, bij een veldgrootte van 400 cm 2 (zie tabel 2). Deze fractie wordt gegeven als functie van de verstrooihoek: dit is de hoek tussen de richting van de primaire bundel en de richting van de strooistraling. hoek fractie hoek fractie Tabel 2. Verstrooide dosis als fractie van de intreedosis, op 1 meter, bij een veldgrootte van 400 cm ,0008 0,0011 0, , ,0015 0,0023 0,0027 Vraag 1: Bereken de intreedosis tengevolge van deze verrichting. Vraag 2: Het hoofd van de cardioloog bevindt zich op 60 cm van de plaats waar de straling de patiënt treft. De verstrooihoek is 60. Bereken de dosis tengevolge van strooistraling op het hoofd. Vraag 3: De benen van de cardioloog bevinden zich op 100 cm van de plaats waar de straling de patiënt treft. De verstrooihoek is 135. Bereken de dosis tengevolge van strooistraling op de benen. Vraag 4: Er wordt een venster van loodglas ter dikte van 1,0 mm loodequivalent opgehangen om de schildklier van de cardioloog af te schermen. Bepaal nogmaals de dosis tenge volge van strooistraling op het hoofd. Ga ervan uit dat de transmissies van lood voor strooistraling en primaire bundel aan elkaar gelijk zijn. Puntenwaardering: 1: 5 2: 3 3: 3 4: 5

11 Examen stralingsbescherming deskundigheidsniveau 4A/4B p. 11 Figuur 8. Transmissie van röntgenstraling door lood; gelijkspanning, anode van wolfraam en filter van 2 mm aluminium; de intensiteit bij 0 cm lood bedraagt 28,7 bij 200 kv, 18,3 bij 150 kv, 9,6 bij 100 kv, 6,1 bij 75 kv en 2,6 bij 50 kv.

12 Examen stralingsbescherming deskundigheidsniveau 4A/4B p. 12 Vraagstuk 4: Stralingsbelasting door 14 C (alleen voor niveau 4B) In de buitenste lagen van de atmosfeer wordt 14 C gevormd. Koolstof wordt in de atmos feer geoxideerd tot 14 CO2 hetgeen vervolgens door de planten wordt opgenomen. Zolang planten in leven zijn, is er evenwicht tussen de 14 C concentratie in CO2 en in de plant. Via de voedselketen komt 14 C vervolgens ook in mens terecht en draagt zodoende bij tot de jaarlijks stralingsbelasting. Gegevens: Het vervalschema van 14 C (zie figuur 8). De referentiemens bevat 3500 Bq 14 C. De massa van de referentiemens is 70 kg. De omrekeningsfactor 1 ev = 1, J. 14 C (5730 j) f β1 = 1,00 β 1 Q = 0,156 MeV 14 N (stabiel) Figuur 8. Vervalschema van het radionuclide 14 C. Energieën zijn gegeven in MeV. Vraag 1: Bereken het aantal desintegraties per jaar tengevolge van de 14 C activiteit in het lichaam. Vraag 2: Bereken de energie die jaarlijks in het lichaam wordt gedeponeerd als gevolg van het verval van 14 C. Druk het resultaat uit in joule. Vraag 3: Bereken de effectieve jaardosis tengevolge van de 14 C activiteit in het lichaam. Volgens gegevens ontleend aan de literatuur bedraagt de effectieve dosis 3, Sv per jaar bij een constante besmetting van het lichaam van 1 Bq. Vraag 4: Bereken nogmaals de effectieve jaardosis tengevolge van de 14 C activiteit in het lichaam, maar dit maal met gebruikmaking van bovenstaand gegeven. Puntenwaardering: 1: 4 2: 4 3: 4 4: 4