Wisselwerking en afscherming

Stralingsbescherming
deskundigheidsniveau 5
Frits Pleiter
19/07/2017
stralingsbescherming deskundigheidsniveau 5
1
Indeling


atoom- en kernfysica
wisselwerking
o
röntgentoestel
afscherming
detectie
o
radiobiologie
o
o


•
het objectieve risico van straling
•
subjectieve risicoacceptatie
grootheden en eenheden
wet- en regelgeving
o
praktische stralingshygiëne
o
afval
19/07/2017
(1)
(3)
(2)
(3)
(4)
(6)
(6)
(6)
(5)
(7)
(8 - 10)
(11)
stralingsbescherming deskundigheidsniveau 5
2
Wisselwerking
-deeltjes
energieafgifte door botsingen met elektronen
recht spoor van excitaties en ionisaties
N(x)/N(0)
R
1,0
typische energie
dracht in lucht
dracht in weefsel
5 MeV
30 mm
30 µm
0,5
0,0
x
19/07/2017
stralingsbescherming deskundigheidsniveau 5
3
Wisselwerking
elektronen
energieafgifte door botsingen met elektronen
verstrooiing door botsingen met elektronen
uitwaaierend spoor van excitaties en ionisaties
men spreekt van "maximale dracht"
remstraling veroorzaakt extra energieverlies
Erem / E  EZ / 800
N(x)/N(0)
1,0
typische energie
max. dracht lucht
max. dracht weefsel
1 MeV
5m
5 mm
Rgemiddeld
Re,max
0,5
0,0
x
19/07/2017
stralingsbescherming deskundigheidsniveau 5
4
Wisselwerking
--deeltjes
-spectrum wordt exponentieel verzwakt
halveringsdikte d½ is de dikte die intensiteit tot de helft reduceert
vuistregel
d½  R,max / 7
d½
N(x)/N(0)
1,0
R,max
0,5
0,0
x
19/07/2017
stralingsbescherming deskundigheidsniveau 5
5
Wisselwerking
+-deeltjes
zie wisselwerking van --deeltjes
annihilatie aan eind van dracht
+ + e-  2  511 keV
de beide fotonen gaan in
tegenovergestelde richtingen
wordt gebruikt bij PET-scan
19/07/2017
stralingsbescherming deskundigheidsniveau 5
6
Wisselwerking
- en röntgenfotonen
foto-effect
effect  Z5 / E3
alleen mogelijk als
E > bindingsenergie

kern
volledige energieoverdracht
aan (gebonden) elektron
atoom wordt geïoniseerd
 röntgen-foton
Auger-elektron
19/07/2017
stralingsbescherming deskundigheidsniveau 5
e-
7
Wisselwerking
- en röntgenfotonen

'
Compton-effect

effect  Z
e-
gedeeltelijk energieoverdracht
aan een (vrij) elektron
atoom wordt geïoniseerd
 röntgen-foton
Auger-elektron
19/07/2017
kern
stralingsbescherming deskundigheidsniveau 5
8
Wisselwerking
- en röntgenfotonen
paarvorming
effect  Z2
alleen mogelijk als
E > 2  511 = 1022 keV
e-
kern
e+
gevolgd door annihilatie
e+ + e-  2  511 keV
19/07/2017
stralingsbescherming deskundigheidsniveau 5
9
Wisselwerking
atoomnummer
- en röntgenfotonen
100
90
80
70
60
50
foto-elektrisch
40
30 effect
20
10
0
0.01
0.1
Compton-effect
1
paarvorming
10
100
energie (MeV)
bij lage energie en grote Z domineert foto-effect
bij hoge energie en grote Z domineert paarvorming
in tussengebied domineert Compton-effect
19/07/2017
stralingsbescherming deskundigheidsniveau 5
10
Afscherming
-deeltjes
-deeltje passeert niet de dode laag van de huid
geen afscherming tegen externe straling nodig
zeer riskant bij inwendige besmetting
19/07/2017
stralingsbescherming deskundigheidsniveau 5
11
Afscherming
--deeltjes
gebruik materiaal met lage Z in verband met remstraling
draag veiligheidsbril
gebruik alzijdige afscherming in verband met grote dracht
men werkt bij voorkeur met de massieke dracht R   (in g/cm2)
omdat
energieoverdracht plaatsvindt via elektronen
aantal elektronen per gram voor meeste elementen dezelfde is
R   daarom (bijna) onafhankelijk van het materiaal is
19/07/2017
stralingsbescherming deskundigheidsniveau 5
12
Afscherming
+-deeltjes
zie afscherming van --deeltjes
om annihilatiestraling af te schermen is aanvullend lood nodig
19/07/2017
stralingsbescherming deskundigheidsniveau 5
13
Afscherming
- en röntgenfotonen
halveringsdikte d½ is dikte die de intensiteit tot de helft reduceert
lineïeke verzwakkingscoëfficiënt  = 0,693 / d½
fotonen worden exponentieel verzwakt
T(d) = e -d
men werkt bij voorkeur met
massieke halveringsdikte d½   (in g/cm2)
massieke verzwakkingscoëfficiënt  /  (in cm2/g)
19/07/2017
stralingsbescherming deskundigheidsniveau 5
14
Afscherming
massieke eenheden
waarom massieke eenheden ?
de energieoverdracht van -deeltjes, elektronen en fotonen
vindt plaats via de elektronen
het aantal elektronen per gram is voor de meeste elementen
een constante
d½   en  /  zijn daarom onafhankelijk van het materiaal
(mits het Compton-effect overheerst)
19/07/2017
stralingsbescherming deskundigheidsniveau 5
15
Afscherming
dosisopbouwfactor
bron
collimator
P
P
bron
absorber
absorber
smalle bundelgeometrie (links)
brede bundelgeometrie (rechts)
T(d) = e -d
T(d) = B  e -d
B = bundelopbouwfactor (build-up) tengevolge van verstrooiing
19/07/2017
stralingsbescherming deskundigheidsniveau 5
16
Afscherming
transmissie -straling
19/07/2017
stralingsbescherming deskundigheidsniveau 5
17
Afscherming
keuze afschermingsmateriaal
röntgenstraling heeft meestal een lage energie
bij lage energie domineert het foto-effect
lood is dan een efficiënt afschermingsmateriaal
op een een laboratoriumtafel is weinig ruimte
lood heeft een zeer kleine verhouding volume / massa
lood is dus handig als afschermingsmateriaal
lood is duur en ongeschikt voor bouwkundige constructies zoals
een bunker rond een versneller of -bestralingsfaciliteit
in zo'n geval is beton het optimale afschermingsmateriaal
19/07/2017
stralingsbescherming deskundigheidsniveau 5
18
Afscherming
keuze afschermingsmateriaal
bedenk dat het niet om de verzwakking gaat, maar om het
uiteindelijke stralingsniveau
19/07/2017
stralingsbescherming deskundigheidsniveau 5
19