Vraagstuk 1: Bepaling 51Cr

RUG Arbo en Milieudienst / SBE
Examen stralingsbescherming deskundigheidsniveau 4A/4B
proefexamen #2, 15 april 2013
p. 1
Vraagstuk 1: Bepaling 51Cr activiteit
Een bron bestaat uit een dunne laag radioactief 51Cr. Om de activiteit van de laag te
bepalen, wordt het γ spectrum gemeten met behulp van een cilindervormige NaI
scintillatiedetector. Na een meettijd van 100 seconden bevat de fotopiek 1346 telpulsen.
De achtergrond, gemeten in dezelfde tijd, bedraagt 47 telpulsen.
Gegevens:
• De diameter van het NaI kristal is 38 mm.
• De bron is geplaatst op de as van de detector.
• De afstand van de bron tot het voorvlak van de detector is 10 cm.
• Het geometrisch rendement fgeo is gedefinieerd als het aantal γ fotonen dat het
voorvlak van de detector treft gedeeld door het aantal γ fotonen dat in dezelfde tijd
door de bron wordt uitgezonden.
• Het fotopiekrendement ffotopiek is gedefinieerd als het aantal pulsen dat in de fotopiek
wordt geteld gedeeld door het aantal γ fotonen dat het voorvlak van de detector treft.
Het fotopiekrendement bij een γ energie van 320 keV bedraagt 0,40.
• De bron mag als een puntbron worden beschouwd.
• Absorptie in het bronmateriaal, in de lucht en in de omhulling van de detector mag
worden verwaarloosd.
• Het vervalschema van 51Cr (zie figuur 1).
51Cr
(27,7 d)
EC1
0,320
Figuur 1.
Vervalschema van het radionuclide 51Cr.
Energieën zijn gegeven in MeV.
γ1
EC2
fγ1 = 0,098
0,000
51V
(stabiel)
Vraag 1:
Bereken het geometrisch rendement voor de gebruikte detectoropstelling.
Vraag 2:
Bereken het aantal telpulsen in de fotopiek voor 1 Bq 51Cr bij een meettijd van
100 seconden.
Vraag 3:
Bereken de activiteit van de 51Cr bron.
Puntenwaardering:
1: 6
2: 5 3: 4
RUG Arbo en Milieudienst / SBE
Examen stralingsbescherming deskundigheidsniveau 4A/4B
proefexamen #2, 15 april 2013
p. 2
Vraagstuk 2: Bepaling telrendement
Men wil het telrendement bepalen van een telopstelling met een G.M. telbuis met een
dun eindvenster. Daartoe wordt 1,0 milligram rubidiumchloride (RbCl) afgewogen en
op de juiste plaats onder de telbuis aangebracht. Met RbCl meet men 1108 telpulsen in
30 minuten, en zonder RbCl meet men 22 080 telpulsen bij een teltijd van 16 uur.
Gegevens:
• Het atoomgewicht van rubidium is 85,5.
• Het atoomgewicht van chloor is 35,5.
• Natuurlijk rubidium bestaat voor 27,85 atoom% uit het radionuclide 87Rb.
• Het getal van Avogadro is NAvo = 6,0220×1023.
• Het vervalschema van 87Rb (zie figuur 2)
87Rb
(4,7×1010 j)
β1
Figuur 2.
Vervalschema van het radionuclide 87Rb.
Energieën zijn gegeven in MeV.
fβ1 = 1,00
Q = 0,274 MeV
87Sr
(stabiel)
Vraag 1:
Bereken de activiteit van 1,0 mg RbCl.
Vraag 2a:
Bereken het teltempo tengevolge van het nuleffect (dat is het teltempo zonder RbCl),
alsmede de standaarddeviatie van deze meetwaarde. Druk het resultaat uit in tellen
per seconde (tps).
Vraag 2b:
Bereken het bruto teltempo (dat is het teltempo met RbCl), alsmede de standaard
deviatie van deze meetwaarde. Druk het resultaat uit in tps.
Vraag 2c:
Bereken de netto bijdrage van het RbCl tot het teltempo, alsmede de standaard
deviatie in de verkregen waarde. Druk het resultaat uit in tps.
Vraag 3:
Bereken het telrendement (in tps per Bq), alsmede de standaarddeviatie in deze
waarde. Ga uit van een bronsterkte van 2 Bq als u het antwoord op vraag 1 schuldig
bent gebleven.
Puntenwaardering:
1: 5
2a: 2 2b: 2 2c: 3 3: 4
RUG Arbo en Milieudienst / SBE
Examen stralingsbescherming deskundigheidsniveau 4A/4B
proefexamen #2, 15 april 2013
p. 3
Vraagstuk 3: Afscherming verpleegkamer
In een ziekenhuis is behoefte aan een verpleegkamer voor de verpleging van patiënten
die een brachytherapie ondergaan. Daarvoor zal een hoekkamer op de vierde verdieping
van een gewone verpleegafdeling worden ingericht. Naast de verpleegkamer bevindt
zich een magazijn dat normaal is afgesloten. De afstand tussen de betreffende patiënt en
de andere patiënten onder en boven hem bedraagt 4,0 meter. Vloer, plafond en opstaan
de muren bestaan uit beton met een dikte van 25 cm. Men wil gedurende 50 weken per
jaar maximaal twee patiënten per week behandelen. Een bestraling duurt maximaal 50
uur. Bij deze therapie wordt een gesloten 137Cs bron in de patiënt gebracht.
Door de overheid wordt als limiet voor de patiënten in naastgelegen kamers een
limiet gegeven van 20 µSv/week. Voor de gang wordt een jaarlimiet van 1 mSv aange
houden. Tevens wordt voor de gang een bezettingsfactor van 0,25 geaccepteerd. Wegens
de situering van de toekomstige verpleegkamer hoeft geen rekening te worden gehouden
met de milieulimiet.
Er is een mogelijkheid gecreëerd voor bezoek van familie. Deze neemt plaats achter
een schot van 200 cm hoogte met daarin lood, waarbij de afstand tot de bron 1,5 meter
bedraagt. Bezoek is toegestaan gedurende twee maal 1 uur. De maximaal toegestane
dosis voor het bezoek bedraagt 40 µSv per behandeling.
Gegevens:
• Een plattegrond van de bestralingskamer (zie figuur 3).
• De bronsterkte bedraagt 3 GBq 137Cs.
• De bronconstante van 137Cs is h = 0,093 µSv m2 MBq 1 h 1.
• Transmissie van lood voor brede bundels γ straling van 137Cs (zie figuur 4).
• Transmissie van beton voor brede bundels γ straling van 137Cs (zie figuur 5).
• Absorptie in de patiënt mag worden verwaarloosd.
Vraag 1:
Is de afscherming naar boven en naar beneden dik genoeg om te voldoen aan de
limiet?
Zo nee, welke dikte aan extra loodafscherming is nodig om aan de limiet te voldoen?
Vraag 2:
Wat is de minimale dikte aan lood die in het schot voor de bezoekers moet worden
verwerkt, wil men aan de gegeven limiet kunnen voldoen?
Vraag 3:
Is het dosistempo bij de gangmuur zodanig dat voldaan is aan de limiet?
Zo nee, welke dikte aan extra loodafscherming is nodig om aan de limiet te voldoen?
Vraag 4:
Is het dosistempo bij de deur zodanig dat voldaan is aan de limiet? Zo nee, welke
dikte aan extra loodafscherming is nodig om aan de limiet te voldoen?
Puntenwaardering:
a: 4 b: 4 c: 5
d: 5
RUG Arbo en Milieudienst / SBE
Examen stralingsbescherming deskundigheidsniveau 4A/4B
proefexamen #2, 15 april 2013
p. 4
magazijn
3m
gang
bron
1,5 m
3m
schot
deur
buiten
Figuur 3. Plattegrond van de toekomstige verpleegkamer op de vierde verdieping.
RUG Arbo en Milieudienst / SBE
Examen stralingsbescherming deskundigheidsniveau 4A/4B
proefexamen #2, 15 april 2013
p. 5
Figuur 4. Transmissie van lood voor γ)straling uitgezonden door verschillende radionucliden.
RUG Arbo en Milieudienst / SBE
Examen stralingsbescherming deskundigheidsniveau 4A/4B
proefexamen #2, 15 april 2013
p. 6
Figuur 5. Transmissie van beton voor γ)straling uitgezonden door verschillende
radionucliden.
RUG Arbo en Milieudienst / SBE
Examen stralingsbescherming deskundigheidsniveau 4A/4B
proefexamen #2, 15 april 2013
p. 7
Vraagstuk 4: Bevolkingsonderzoek
(aleen voor niveau 4A)
Men overweegt om het volwassen deel van de gehele Nederlandse bevolking met behulp
van een thorax opname te onderzoeken. Alvorens hiertoe over te gaan, wordt eerst een
schatting gemaakt van de nadelige gevolgen van dit bevolkingsonderzoek. Voor de
omrekening van effectieve dosis naar het sterfterisico wordt de risicofactor van de ICRP
gebruikt. Deze is gesteld op 0,05 per sievert.
Gegevens:
• De gemiddelde buisspanning is 100 kV.
• De belichting is 2,5 mAs.
• De huid focusafstand bedraagt 120 cm.
• De filtratie bedraagt 2,0 mm aluminium.
• De dosis in lucht op 100 cm van het focus (zie figuur 6).
• De conversiefactoren voor de bepaling van de orgaandoses (zie tabel 1).
• De orgaan weegfactoren (zie tabel 1).
Tabel 1. Dosisconversiefactoren (DCF) in mSv equivalente orgaandosis per mGy intreedosis
en orgaanweegfactoren (wT).
orgaan
schildklier
borstklier
longen
maagwand
rood beenmerg
botoppervlak
DCF
(man)
DCF
(vrouw)
wT
0,06
0,06
0,13
0,55
0,06
0,11
0,30
0,05
0,05
0,12
0,12
0,12
0,01
0,52
0,06
0,10
0,27
Vraag 1:
Bepaal de intreedosis voor een gemiddelde thorax opname.
Vraag 2:
Bepaal de gemiddelde effectieve dosis voor een man en voor een vrouw tengevolge
van een thorax opname.
Vraag 3:
Bereken het te verwachten aantal sterfgevallen tengevolge van dit bevolkingsonder
zoek. Ga uit van een bevolkingsomvang van 10 miljoen volwassenen met evenveel
vrouwen als mannen.
Puntenwaardering:
a: 6 b: 6 c: 6
RUG Arbo en Milieudienst / SBE
Examen stralingsbescherming deskundigheidsniveau 4A/4B
proefexamen #2, 15 april 2013
p. 8
Figuur 6. 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.
RUG Arbo en Milieudienst / SBE
Examen stralingsbescherming deskundigheidsniveau 4A/4B
proefexamen #2, 15 april 2013
p. 9
Vraagstuk 4: Plutoniumbesmetting
(alleen voor niveau 4B)
Een werknemer in een plutoniumfabriek ademt bij het breken van een ampul vermoede
lijk enige activiteit 239Pu in. Om een snelle schatting van de hoeveelheid ingeademde
activiteit te kunnen maken, wordt de werker gevraagd om zijn neus grondig te snuiten.
In het snuitsel wordt bij meting 17 Bq 239Pu aangetroffen. Vervolgens wordt de werker
verzocht om gedurende 24 uur zijn urine te verzamelen en in te leveren. Hierin wordt
naderhand een activiteit van 16 mBq 239Pu gemeten.
Gegevens:
• Ga bij de berekeningen uit van een AMAD = 5 µm.
• Ga bij de berekeningen uit van een neusademer met een ademtempo van 1,2 m3/uur.
• Depositiegegevens volgens het longmodel van ICRP 66 (zie tabel 1).
• Gegevens voor urine analyse (zie tabel 2).
• Dosisconversiecoëfficiënten voor 239Pu (zie tabel 3).
Vraag 1a:
Welke fractie van de ingeademde activiteit blijft achter in de neusholte?
Vraag 1b:
Welke 239Pu activiteit is ingeademd?
Vraag 2a:
Welke activiteit verwacht u aan te treffen in de verzamelde urine als de betreffende
Pu verbinding behoort tot type M?
Vraag 2b:
Welke activiteit verwacht u aan te treffen in de verzamelde urine als de betreffende
Pu verbinding behoort tot type S?
Vraag 3:
Tot welk type behoort de ingeademde Pu verbinding?
Vraag 4:
Bereken de effectieve volgdosis voor deze arbeider?
Puntenwaardering:
1a: 3 1b: 2 2a: 3 2b: 2 3: 3 4: 5
RUG Arbo en Milieudienst / SBE
Examen stralingsbescherming deskundigheidsniveau 4A/4B
proefexamen #2, 15 april 2013
p. 10
Tabel 1. Fracties aërosolen gedeponeerd in de verschillende compartimenten van het long)
model (volwassen man, neusademer, ademtempo = 1,2 m3/uur); overgenomen uit ICRP)66.
AMAD
(+m)
ET1
ET2
BB
bb
AI
totaal
1
0,17
0,21
0,01
0,02
0,11
0,51
2
0,25
0,32
0,02
0,01
0,09
0,70
3
0,30
0,37
0,02
0,01
0,08
0,78
5
0,34
0,40
0,02
0,01
0,05
0,82
7
0,35
0,40
0,01
0,01
0,04
0,81
10
0,35
0,38
0,01
0,00
0,02
0,77
Tabel 2. Urine)activiteit (in Bq per dag) na eenmalige inname van 1 Bq 239Pu.
tijd
(d)
ingestie
inhalatie
type M
inhalatie
type S
1
4,3×10 8
3,1×10 4
1,7×10 5
2
3,1×10 8
2,1×10 4
1,1×10 5
3
2,3×10 8
1,5×10 4
7,9×10 6
Tabel 3. Dosisconversiecoëfficiënten (in Sv/Bq) voor ingestie en inhalatie van 239Pu
voor AMAD = 5 µm.
e(50)
(Sv/Bq)
ingestie
inhalatie
type M
inhalatie
type S
9,0×10 9
3,2×10 5
8,3×10 6