1 Wisselwerking en afscherming TS VRS-D/MR vj 2018
2 Wisselwerking en afscherming TS VRS-D/MR vj 2018 1-3 Atoombouw en verval 4,5 Wisselwerking van straling met materie en afscherming 6-9 Röntgentoestellen, ingekapselde bronnen 10 Grootheden en eenheden 11 Effecten en risico s van straling 12 Detectie van straling 13 Algemene regelgeving 14-16 Regelgeving ingekapselde bronnen, toestellen en open bronnen 17-19 Praktische stralingsbescherming 20-22 Risico-analyse en dosisberekening in praktijk
3 Wisselwerking en afscherming TS VRS-D/MR vj 2018 Doordringend vermogen α, β: deeltjes (hebben een massa), kunnen volledig gestopt worden Doordringend Vermogen: Laag Middel { Hoog Fotonen (gamma en röntgen): Geen massa, elektromagnetische straling Nooit helemaal te stoppen (kans op overleven > 0)
4 Wisselwerking en afscherming TS VRS-D/MR vj 2018 Wisselwerking Ioniserende straling: Energieverlies voornamelijk door wisselwerking met electronen Excitatie en Ionisatie 7 3 Li Excitatie M L K (Licht)foton Ionisatie (schadelijk) elektron proton neutron
5 Wisselwerking en afscherming TS VRS-D/MR vj 2018 Typische energie: 5 MeV Wisselwerking -deeltjes Energieafgifte door botsingen met elektronen α In rood: spoor van ionisaties diepte in weefsel - deeltje veel zwaarder dan elektron: recht spoor van excitaties en ionisaties Alle deeltjes stoppen op dezelfde diepte
6 Wisselwerking en afscherming TS VRS-D/MR vj 2018 Wisselwerking - - deeltjes Typische energie: 0,1-1 MeV Energieafgifte door vele achtereenvolgende botsingen (ionisaties) met elektronen Verandering in richting bij botsing: grillige baan kans op terugverstrooiing β diepte in weefsel
7 Wisselwerking en afscherming TS VRS-D/MR vj 2018 Wisselwerking - deeltjes N R (dracht) Diepte in materiaal waar alle deeltjes gestopt zijn
8 Wisselwerking en afscherming TS VRS-D/MR vj 2018 -deeltjes /elektronen: remstraling Energieverlies voornamelijk door botsingen met elektronen Klein beetje energieverlies door remstraling Remming/ afbuiging in elektrisch veld van atoomkern röntgenstraling remstraling Meeste remstraling: - in materiaal met hoge Z (veel protonen in kern) - β- of elektronen met hoge energie
9 Wisselwerking en afscherming TS VRS-D/MR vj 2018 Gebruik van remstraling: röntgenbuis Negatieve kathode Positieve anode (materiaal met hoge Z) - elektronen versnellen - elektronen afremmen op anode - Productie van röntgenstraling: remstraling (grootste deel van elektrisch vermogen warmte)
10 Wisselwerking en afscherming TS VRS-D/MR vj 2018 Wisselwerking + -deeltjes + :Zie wisselwerking van - -deeltjes Gevolgd door annihilatie van positron met elektron uit materiaal na afremmen: + + e - 2 (gamma)foton (511 kev) Beide fotonen gaan in tegenovergestelde richtingen Wordt gebruikt bij PET-scan
11 Wisselwerking en afscherming TS VRS-D/MR vj 2018 Wisselwerking neutronen Typische energie: 5 MeV Neutronen zijn ongeladen Energieafgifte door botsingen met atoomkernen Geen wisselwerking met elektronen Meeste energieverlies met waterstof (H: proton is even zwaar als neutron) Afscherming: materiaal met veel waterstof (H)-kernen: Water (H 2 O), parrafine, polyetheen, beton
12 Wisselwerking en afscherming TS VRS-D/MR vj 2018 Dracht van deeltjesstraling Afkorting: R (range) Diepte in materiaal waar alle deeltjes gestopt zijn straling Typische dracht in lucht -deeltjes 30 mm 30 µm β-deeltjes 5 m 5 mm Neutronen Typische dracht in *weefsel Kunnen zeer lange dracht hebben *Dracht in weefsel: 1000 x lager dan in lucht
13 Wisselwerking en afscherming TS VRS-D/MR vj 2018 Dracht van deeltjesstraling R = (lineïeke) dracht: afstand ( mm, cm, m) R massiek = R, ( is soortelijke massa, bijv. g/cm3) R massiek = massieke dracht ( g/cm 2, mg/cm 2 ) is onafhankelijk van soort materiaal Vuistregel voor -deeltjes: R massiek (g/cm3) = R 0,5 x E, max (MeV)
14 Wisselwerking en afscherming TS VRS-D/MR vj 2018 Weglengte in lucht
15 Wisselwerking en afscherming TS VRS-D/MR vj 2018 Wisselwerking: - en röntgenfotonen Z F C P Op curve: processen even waarschijnlijk 3 mogelijke processen: F : bij lage energie en grote Z domineert foto-effect P : bij hoge energie en grote Z domineert paarvorming C : in tussengebied domineert Compton-effect E
16 Wisselwerking en afscherming TS VRS-D/MR vj 2018 Z Fotoeffect Wisselwerking - en röntgenfotonen E Foto (elektrisch) - effect elektron Ander elektron vult gat in binnenste schil op: effect Z 4 Vooral bij hoge Z en lage fotonenenergie L K Karakteristieke Röntgenstraling Foton staat volledige energie af aan elektron (vooral K-schil elektron)
17 Wisselwerking en afscherming TS VRS-D/MR vj 2018 Z Compton effect Compton-effect E Kans op Compton-effect is groter bij lagere Z Rond 2 MeV altijd Compton-effect Wisselwerking - en röntgenfotonen Compton-elektron Botsing foton met (zwak gebonden) buitenschil- elektron Foton-energie verdeeld tussen elektron en nieuw foton: * Compton-verstrooiing! * Compton-foton
18 Wisselwerking en afscherming TS VRS-D/MR vj 2018 Z Paarvorming Wisselwerking - en röntgenfotonen E Paarvorming Vooral bij hoge Z Boven 4 MeV positron anihilatie Botsing foton met atoomkern: Foton gaat over in een elektron (e-) en positron (e+)-paar daarna annihilatie van positron met een elektron elektron
19 Wisselwerking en afscherming TS VRS-D/MR vj 2018 Afscherming Doordringend vermogen Laag Middel { Hoog
20 Wisselwerking en afscherming TS VRS-D/MR vj 2018 Afscherming - deeltjes Zeer korte dracht in lucht: 30 mm in vaste stof/ vloeistof: 30 m = 0,03 mm -deeltje passeert niet de dode laag van de huid - geen afscherming tegen externe straling nodig Zeer riskant bij inwendige besmetting: zeer veel ionisaties - Hoge stralingsweegfactor: W R = 20
21 Wisselwerking en afscherming TS VRS-D/MR vj 2018 Afscherming - -deeltjes Gebruik materiaal met lage Z om remstraling te voorkomen Vaak wordt perspex gebruikt Remstraling: Harde betastraler (hoge β- energie): draag veiligheidsbril Gebruik alzijdige afscherming in verband met mogelijke terugverstrooing (grillige baan)
22 Wisselwerking en afscherming TS VRS-D/MR vj 2018 Afscherming + -deeltjes Zie afscherming van - -deeltjes Extra maatregel: Annihilatiestraling afschermen met lood (2 x foton van 511 kev)
23 Wisselwerking en afscherming TS VRS-D/MR vj 2018 Z Foto- Effect Afscherming - en röntgenfotonen E Röntgenstraling heeft meestal een lage energie: Bij lage energie domineert het foto- effect Lood (hoge Z) is dan een efficiënt afschermingsmateriaal (Lood: duur en ongeschikt voor bouwkundige constructies In zo'n geval is beton het optimale afschermingsmateriaal)
24 Wisselwerking en afscherming TS VRS-D/MR vj 2018 Z Compton effect E Compton- effect Afscherming - en röntgenfotonen hangt vaak nauwelijks af van Z Soort afschermingsmateriaal minder belangrijk Het belangrijkst is de hoeveelheid materiaal (massa per cm 2 )
25 Wisselwerking en afscherming TS VRS-D/MR vj 2018 Afscherming - en röntgenfotonen I (Intensiteit) : aantal fotonen dat per seconde passeert d ½ : gewone of lineïeke halveringsdikte (mm of cm of m) (Soms: verzwakkingscoefficient: μ = 0,693/ d ½ ) d ½ x ρ (ρ = soortelijke dichtheid): massieke halveringsdikte (kg/ m 2 of g/ cm 2 of mg/ cm 2 )
26 Wisselwerking en afscherming TS VRS-D/MR vj 2018 Afscherming - en röntgenfotonen T (transmissie): Geeft aan welk deel van straling wordt doorgelaten = I(d)/ I(0) (doorgelaten intensiteit / oorspronkelijke intensiteit) Halveringsdikte veroorzaakt halvering van de intensiteit (2x kleiner) 10 x d ½ : intensiteit 2 10 1000 x kleiner dus T = 10-3 (1/1000)
Logaritmische schaal 27 Wisselwerking en afscherming TS VRS-D/MR vj 2018 Transmissie van γ-straling
28 Wisselwerking en afscherming TS VRS-D/MR vj 2018 Afscherming - en röntgenfotonen B = dosisopbouw (build-up) factor door Compton- verstrooiing: bron P bron P collimator absorber absorber smalle bundelgeometrie transmissie: T brede bundelgeometrie transmissie: T x B
29 Wisselwerking en afscherming TS VRS-D/MR vj 2018 Keuze afschermingsmateriaal Bedenk dat het niet om de verzwakking gaat, maar om het uiteindelijke stralingsniveau!
30 Wisselwerking en afscherming TS VRS-D/MR vj 2018