RUG / GARP Frits Pleiter Basale dosimetrie RUG / GARP Frits Pleiter 26/02/2019 cursus CD - dosimetrie 1

Dosimetrie wisselwerking van straling met materie vormt de basis voor een vijftal onderwerpen die van belang zijn in de dagelijkse praktijk van de stralingsdeskundige: dosimetrie stralingsgrootheden en -eenheden radiobiologie hoe beïnvloedt straling ons lichaam detectie hoe meten we straling afscherming hoe reduceren we straling toestellen hoe produceren we straling de overheid heeft grootheden en eenheden nodig om wet- en regelgeving te kunnen formuleren 26/02/2019 cursus CD - dosimetrie 2

Basale dosimetrie indeling fysische dosisgrootheden fluentie en flux exposie, geabsorbeerde dosis en kerma grensvlakken principe van Bragg-Gray bronconstanten voor -, - en -straling limiterende dosisgrootheden stralingsweegfactor en equivalente dosis weefselweegfactor en effectieve dosis 26/02/2019 cursus CD - dosimetrie 3

Basale dosimetrie fysische dosisgrootheden fysische dosisgrootheden beschrijven de fysische processen die zich afspelen bij wisselwerking van ioniserende straling met materie vorming van ionisatielading depositie van energie invloed van grensvlakken de meest interessante grootheid, dosis in menselijk weefsel, is helaas niet toegankelijk voor rechtstreekse meting Bragg en Gray hebben een gedachtenexperiment ontworpen, dat het mogelijk maakt maakt om dosis in weefsel te bepalen 26/02/2019 cursus CD - dosimetrie 4

Basale dosimetrie fluentie en flux fluentie = deeltjes per oppervlakte-eenheid  (m-2) flux = deeltjes per tijdseenheid dN/dt (s-1) fluentietempo = fluxdichtheid  (m-2 s-1) beschouw een puntvormige bron die N deeltjes uitzendt de bron bevindt zich in het middelpunt van een bol met straal R (R) = N / 4R2 kwadratenwet bron R (R) 26/02/2019 cursus CD - dosimetrie 5

Basale dosimetrie exposie definitie van exposie (X) hoeveelheid ionisatielading in lucht per eenheid van massa eenheid is de röntgen definitie van röntgen (R) 1 R = 2,5810-4 C kg-1 toelichting 1 R = 1 ese van lading per cm3 droge lucht lading elektron = 4,810-10 ese = 1,60210-19 C lucht = 1,29310-3 g cm-3 = 1,29310-6 kg cm-3  1 R = 1 ese cm-3  (1,60210-19 C / 4,810-10 ese) / 1,29310-6 kg cm-3 = 2,5810-4 C kg-1 26/02/2019 cursus CD - dosimetrie 6

Basale dosimetrie elektronenevenwicht ioniserende straling draagt energie over aan elektron in het materiaal, dat op zijn beurt energie overdraagt aan andere elektronen beschouw klein gebiedje B binnen in veel groter gebied A: evenveel elektronen van buiten B deponeren hun energie binnen B als elektronen van binnen B hun energie buiten B deponeren A B INTERACTIE wanneer geldt dit ? als het gebied rond B groter is dan de dracht van de elektronen in A 26/02/2019 cursus CD - dosimetrie 7

Basale dosimetrie geabsorbeerde dosis en kerma definitie van geabsorbeerde dosis (D) hoeveelheid geabsorbeerde energie per eenheid van massa eenheid is de gray; elektronenevenwicht verondersteld definitie van kerma (K) acroniem: kinetic energy released in matter hoeveelheid energie die in primaire interactie wordt vergedragen eenheid is de gray; elektronenevenwicht speelt geen rol gedefinieerd voor indirect ioniserende straling (foton, neutron) definitie van gray (Gy) 1 Gy = 1 J kg-1 26/02/2019 cursus CD - dosimetrie 8

Basale dosimetrie geladen deeltjes beschouw een klein volume-elementje dikte x (m) oppervlak O (m2) soortelijke massa  (kg m-3) stopping power S (J m-1) fluentie  (m-2) energiedepositie E = ( O)  (S x) (J) massa M =   (O x) (kg) dosis D = E / M =  S /  (J kg-1) let op de juiste eenheden 26/02/2019 cursus CD - dosimetrie 9

Basale dosimetrie fotonen verzwakking N = -Nx  N(x) = N(0) e -µx µ = µfoto + µCompton + µpaar µ = lineïeke verzwakkingscoëfficiënt kerma beschouw de energiedepositie in een klein volume-elementje E = energieoverdracht  aantal fotonen  interactiekans = (E - E)   O  µ x = (1 - E / E ) µ  E   O x = µtr  E   O x M =   O x K = E / M = E  µtr /  µtr = lineïeke energieoverdrachtscoëfficiënt 26/02/2019 cursus CD - dosimetrie 10

Basale dosimetrie fotonen foto-effect daalt sterk met E stijgt sterk met Z Compton-effect hangt niet af van E hangt niet af van Z paarvorming stijgt met E - drempel stijgt met Z 26/02/2019 cursus CD - dosimetrie 11

Basale dosimetrie fotonen geabsorbeerde dosis fractie g van de elektronenergie wordt omgezet in remstraling D = (1 - g)  K = (1 - g)  E  µtr /  = E  µen /  µen = (1 - g) µtr = lineïeke energieabsorptiecoëfficiënt E = 0,5 MeV µ /  µtr /  µen /  (m2 kg-1) (m2 kg-1) (m2 kg-1) water 0,00966 0,00330 0,00330 spier 0,00958 0,00328 0,00328 bot 0,00926 0,00317 0,00317 lucht 0,00868 0,00296 0,00296 lood 0,00886 0,00503 0,00481 26/02/2019 cursus CD - dosimetrie 12

Basale dosimetrie grensvlakken fotonenfluenties aan weerszijden van grensvlak gelijk kerma in beide media evenredig met µtr /  K ~ µtr /  ~ el /  dit laatste mits het Compton-effect overheerst bij lage energie overheerst foto-effect foto-effect neemt toe met Z4 secundaire elektronenfluenties aan weerszijden van grensvlak gelijk dosis in beide media evenredig met Sel /  D ~ Sel /  ~ el /  dit laatste mits remstraling verwaarloosbaar is bij lage energie neemt Sel snel toe K1 / K2 = (µtr / )1 / (µtr / )2 fotonenergie is relevant D1 / D2 = (Sel / )1 / (Sel / )2 elektronenergie is relevant 26/02/2019 cursus CD - dosimetrie 13

Basale dosimetrie grensvlakken E = 100 keV medium 1= spierweefsel µtr /   0,0026 per g cm-2 Sel /   4,0 MeV per g cm-2 medium 2= botweefsel µtr /   0,0039 per g cm-2 Sel /   3,7 MeV per g cm-2 Kspier / Kbot = 0,0026 / 0,0039 = 0,7 Dspier / Dbot = 4,0 / 3,7 = 1,1 INTERACTIE bepaal Kspier / Kbot bepaal Dspier / Dbot 0,0026 / 0,0039 = 0,7 4,0 / 3,7 = 1,1 26/02/2019 cursus CD - dosimetrie 14

Basale dosimetrie grensvlakken principe van Bragg-Gray beschouw een bol B in medium A vervang medium in B door lucht breng een elektrode aan in de wand meet de exposie in B bereken hieruit de dosis in lucht bereken hieruit de dosis in medium Dm / Dl = (Sel / )m / (Sel / )l B A INTERACTIE wanneer geldt dit ? diameter holte << dracht elektronen in lucht dikte wand >> dracht elektronen in medium 26/02/2019 cursus CD - dosimetrie 15

Basale dosimetrie bronconstante voor elektronen dracht  R =    dE / S = 5 E (kg m-2) stopping power volgt buit differentiëren van rechter lid  / S = 5 (kg m-2 per MeV) S /  = 0,2 (MeV per kg m-2) = 3,210-14 (J per kg m-2) 26/02/2019 cursus CD - dosimetrie 16

Basale dosimetrie bronconstante voor elektronen bolschil met straal R (m) rondom puntbron met activiteit A (Bq) fluentietempo d / dt = 3600  A / (4R2) (m-2 h-1) geabsorbeerde energie E = d / dt  4R2  (S / )  ( x) = 1,1510-10 A  x (J h-1) massa bolschil M =   4R2 x (kg) dosistempo dD / dt = E / M = 9,210-12 A / R2 = d  A / R2 (Gy h-1) bronconstante d = 9,210-12 (Gy m2 Bq-1 h-1) = 9,2 (µGy m2 MBq-1 h-1) 26/02/2019 cursus CD - dosimetrie 17

Basale dosimetrie overzicht bronconstanten op soortgelijke manier kunnen de bronconstanten berekend worden voor - en -straling (zie syllabus, paragraaf 7.6) straling d (µGy m2 MBq-1 h-1)  5000 (M  9, E  5 MeV)  9  E / 7 (E in MeV) 26/02/2019 cursus CD - dosimetrie 18

Basale dosimetrie indeling fysische dosisgrootheden fluentie en flux exposie, geabsorbeerde dosis en kerma grensvlakken principe van Bragg-Gray bronconstanten voor -, - en -straling limiterende dosisgrootheden stralingsweegfactor en equivalente dosis weefselweegfactor en effectieve dosis 26/02/2019 cursus CD - dosimetrie 19

Basale dosimetrie limiterende dosisgrootheden voor twee dosisgrootheden heeft de overheid jaarlimieten vastgesteld de equivalente dosis op ooglens, huid en extremiteiten de effectieve dosis deze grootheden heten daarom limiterende dosisgrootheden 26/02/2019 cursus CD - dosimetrie 20

Basale dosimetrie equivalente dosis definitie van equivalente dosis (H) product van stralingsweegfactor en geabsorbeerde dosis H = wR  D eenheid is de sievert voor enkele organen is een wettelijke jaarlimiet vastgesteld definitie van sievert (Sv) 1 Sv = 1 J kg-1 26/02/2019 cursus CD - dosimetrie 21

Basale dosimetrie stralingsweegfactor wR (ICRP-103) gerelateerde grootheden zijn Q, RBE, LET en S fotonen 1 (ICRP-26 Q = 1) elektronen 1 (ICRP-26 Q = 1) neutronen (ICRP-26 Q = 2 - 11) < 10 keV 2,5 0,01 - 0,1 MeV 3 - 10 0,1 - 1 MeV 10 - 21 1 - 10 MeV 21 - 7 10 - 100 MeV 7 - 2,5 protonen 2 (ICRP-26 Q = 10) -deeltjes 20 (ICRP-26 Q = 20) 26/02/2019 cursus CD - dosimetrie 22

Basale dosimetrie effectieve dosis definitie van effectieve dosis (E) gewogen som van equivalente orgaandoses E = T wT  HT T wT = 1 eenheid is de sievert voor de effectieve dosis is een wettelijke jaarlimiet vastgesteld definitie van sievert (Sv) 1 Sv = 1 J kg-1 wT afgeleid uit de relatieve bijdrage aan het totale detriment 26/02/2019 cursus CD - dosimetrie 23

Basale dosimetrie weefselweegfactor wT (ICRP-103) borstweefsel 0,12 (ICRP-26 wT = 0,15) dikke darm (onder) 0,12 longen 0,12 (ICRP-26 wT = 0,12) maag 0,12 rood beenmerg 0,12 (ICRP-26 wT = 0,12) gonaden 0,08 (ICRP-26 wT = 0,25) blaas 0,04 lever 0,04 schildklier 0,04 (ICRP-26 wT = 0,03) slokdarm 0,04 botoppervlak 0,01 (ICRP-26 wT = 0,03) hersenen 0,01 huid 0,01 speekselklieren 0,01 restgroep 0,12 (ICRP-26 wT = 0,30) 26/02/2019 cursus CD - dosimetrie 24

Basale dosimetrie restgroep ICRP-26 5 organen  wT = 0,30 ICRP-60 10 organen  wT = 0,05 bijnieren hersenen dikke darm (boven) dunne darm nieren spieren alvleesklier milt zwezerik baarmoeder ICRP-67 9 organen  wT = 0,05 bijnieren hersenen dunne darm nieren spieren alvleesklier milt zwezerik baarmoeder ICRP-68 10 organen  wT = 0,05 bijnieren hersenen ET dunne darm nieren spieren alvleesklier milt zwezerik baarmoeder ICRP-103 13 organen  wT = 0,12 bijnieren ET dunne darm nieren spieren alvleesklier milt zwezerik baarmoeder gal hart lymfeklieren mondslijmvlies 26/02/2019 cursus CD - dosimetrie 25

Basale dosimetrie overige organen weegfactor van de overige organen wrest = 0,12 Hrest = T HT / 13 INTERACTIE hoe bereken je de dosis als maar een tiende gedeelte van een orgaan wordt bestraald ? smeer de gedeponeerde energie uit over de hele orgaanmassa mT 26/02/2019 cursus CD - dosimetrie 26

Basale dosimetrie taalgebruik vermijd slordig taalgebruik … een β-dosis van 2 Sv op de schildklier … wat wordt er bedoeld: een geabsorbeerde dosis van 2 Gy op de schildklier? een equivalente dosis van 2 Sv op de schildklier? een effectieve dosis van 2 Sv tengevolge van een bestraling van de schildklier? HT = 2 Sv E = 0,05  2 = 0,10 Sv HT = 2 / 0,05 = 40 Sv INTERACTIE geval 1: bepaal Hschildklier geval 2: bepaal E geval 3: bepaal Hschildklier 1 Sv Gy-1  2 Gy = 2 Sv 0,04  2 Sv = 0,08 Sv 2 Sv / 0,04 = 50 Sv 26/02/2019 cursus CD - dosimetrie 27

Basale dosimetrie effectieve dosis ordes van grootte gemiddele jaardosis van de Nederlandse bevolking 2 mSv jaarlimiet voor gewone werknemers 1 mSv jaarlimiet voor blootgestelde werknemers 20 mSv lethale dosis > 10 Gy 26/02/2019 cursus CD - dosimetrie 28