Straling

Soort straling Radioactief
Deeltjes Elektromagnetisch
α β 𝛾 röntgen
Soort deeltje He e+ of e- foton foton
Ioniserend vermogen Groot Matig Klein Klein
Doordringend vermogen Klein Matig Groot Groot

Soorten straling

Deeltjes

Elektromagnetisch

Elektromagnetische straling bestaat uit fotonen (energiepakketjes), die met de lichtsnelheid (c) bewegen.

Je kan de energie van een foton uitrekenen:

\[E_{f} = h \cdot f\]

Waarbij f de frequentie in Hz is en h de planckconstante (zie Binas).

Als de fotonen door een stof heen gaan komen ze atomen tegen. Die atomen kunnen de energie van het foton absorberen, en dan verdwijnt het foton. Die noemen we absorptie. Als een foton wel doorgelaten wordt noemen we dat transmissie.

De transmissie wordt gemeten met de intensiteit. Dat is de hoeveelheid energie die per seconde per m2 wordt doorgelaten. Deze hangt af van:

De halveringsdikte (d1/2) is de dikte waarop de intensiteit gehalveerd is. Deze verschilt per materiaal.

\[I = I_{0} \cdot (\frac{1}{2})^{d/d_{1/2}}\]

Radioactiviteit

Radioactieve stoffen zijn isotopen (= het aantal neutronen in de kern is anders dan normaal) van de kernen instabiel zijn omdat ze teveel of te weinig neutronen bevatten. Deze kernen kunnen daardoor uit elkaar vallen en daarbij straling uitzenden.

Het aantal vervallen kernen per seconde noemen we de activiteit (in Bq). Deze kan je voor een bepaald moment berekenen:

\[A = A_{0} \cdot (\frac{1}{2})^{t/t_{1/2}}\]

Omdat de kernen vervallen blijft er steeds minder van de radioactieve stof over. Na de halveringstijd (t1/2) is de helft van de kernen vervallen.

Je kan ook het aantal overgebleven kernen (N) berekenen:

\[N = N_{0} \cdot (\frac{1}{2})^{t/t_{1/2}}\]

Note:
Je kan vervolgens ook de massa uitrekenen door het aantal kernen (N) met de atomaire massa (u), van één atoom van een stof te vermenigvuldigen. Je kan dit daarna omrekenen naar kg met Binas.

Vervalkromme

Als je het aantal overgebleven kernen tegen de tijd uitzet krijg je zo’n grafiek:

Vervalkromme

De activiteit is in deze grafiek de richtingscoëfficient. Hieruit volgt deze formule:

\[A_{\text{gem}} = - \frac{\Delta N}{\Delta t}\]

Note:
De min staat daar omdat de grafiek naar beneden gaat

De formule kan je met fancy wiskunde magie ombouwen naar deze formule om de activiteit op een bepaald tijdstip te berekenen:

\[A = \frac{N\cdot \ln(2)}{t_{1/2}}\]

Bestraling vs. besmetting

Als je wordt blootgesteld aan straling noemen we dat bestraling. Je wordt daar zelf niet radioactief van, maar je kan er wel schade door oplopen. Om gevaar te beperken:

Als je wordt besmet met een radioactieve bron, komen er radioactieve deeltjes in of op je. Daardoor ben je als het ware zelf een “bron” en kan je een gevaar voor anderen vormen. Plan van aanpak:

Dosis vs equivalente dosis

Het ioniserend vermogen van straling hangt af van de stralingsenergie van de deeltjes, hoe groot de deeltjes zijn, en hoeveel er geabsorbeerd worden.

De dosis (in Gy) is de hoeveelheid energie die er per lichaamsgewicht wordt geabsorbeerd:

\[D = \frac{E_{\text{abs}}}{m}\]

Omdat sommige straling schadelijker is dan andere, is de dosis soms geen goede indicator. De equivalente dosis (in Sv) compenseert de dosis voor de schadelijkheid van de straling:

\[H = \small{W_{\text{R}}} \cdot D\]

Waarbij de weegfactor (WR) voor alfastraling 20, en voor alle andere straling 1 is.

Achtergrondstraling

Soms moet je (bijv. bij experimenten) ook nog comenseren voor de achtergrondstraling. Er is namelijk altijd straling om ons heen, bijvoorbeeld uit:

Medische beeldvorming

Röntgen

Toepassingen:

Voor/nadelen: een röntgenfoto is goedkoop en snel, maar wweefsels zijn vaag en kunnen overlappen. Wel heeft een röntgenfoto een lage dosis.

CT (röntgen maar 3D)

Toepassingen:

Voor/nadelen: een CT-scan heeft hoger contrast dan een röntgenfoto en je kan de diepte van organen zien, maar een CT-scan heeft wel een veel hogere dosis.

Scintigram

Bij een scintigram gebruik je een radioactieve tracer die je vervolgens met een γ-camera opvangt.

Toepassingen:

Voor/nadelen: een scintigram is nuttig, maar erg duur.

SPECT (scintigram maar 3D)

Toepassingen:

Voor/nadelen: SPECT is nuttiger dan een scintigram omdat je diepte kan zien, maar de apparatuur nog duurder. Geen verschil in dosis met scintigram, want het enige verschil is dat de camera beweegt.

PET

PET is ongeveer hetzelfde als SPECT, maar er wordt een tracer met β+-straling gebruikt ipv. γ-straling. De β+-deeltjes kunnen vervolgens elektronen tegenkomen, die elkaar natuurlijk opheffen. Daarbij komen γ-fotonen vrij die je kan opvangen.

MRI

Bij een MRI-scan wordt gebruik gemaakt van het gedrag van H-atomen in een magnetisch veld.

In een magneetveld is er een evenwichtstoestand voor de H-atomen. Het uitzenden van radiogolf zorgt ervoor dat ze ‘flippen’. Dit noemen we resonantie. Ze vallen daarna terug naar de evenwichtstoestand, waarbij ze fotonen van radiogolven uitzenden, die je kan opvangen.

Het terugvallen noemen we relaxatie. Hoe snel dat gaat hangt af van het weefsel. Als dit snel gaat worden er veel fotonen uitgezonden, dus is de intensiteit van de radiostraling groot. Andersom is de intensiteit laag als het lang duurt. De maat hiervoor is de relaxatietijd. Dat is de tijd die het kost voordat 63% van de H-atomen teruggevallen zijn. Doordat de relaxatietijd per weefsel verschilt kan je gedetailleerde foto’s maken.

Toepassingen:

Voor/nadelen: een MRI-scan heeft geen dosis omdat het geen ioniserende straling gebruikt. Het is wel echt fucking duur.

Echografie

Bij echografie wordt gebruikgemaakt van geluidsgolven, die worden uitgezonden en teruggekaatst. Je vangt dus de “echo’s” op. Het beeld noem je een echogram.

Toepassingen:

Voor/nadelen: er is geen dosis, want er wordt geen gebruik gemaakt van ioniserende straling. Verder is het goedkoop en is de apparatuur erg mobiel. Wel zijn de beelden erg onduidelijk.