10/02/2016dosimetrie niveau 31 Basale dosimetrie Frits Pleiter.

Presentatie over: "10/02/2016dosimetrie niveau 31 Basale dosimetrie Frits Pleiter."— Transcript van de presentatie:

1 10/02/2016dosimetrie niveau 31 Basale dosimetrie Frits Pleiter

2 10/02/2016dosimetrie niveau 32 Dosimetrie wisselwerking van straling met materie vormt de basis voor een vijftal onderwerpen die van belang zijn in de dagelijkse praktijk van de stralingsdeskundige: dosimetriestralingsgrootheden en -eenheden radiobiologiehoe beïnvloedt straling ons lichaam detectiehoe meten we straling afscherminghoe reduceren we straling toestellenhoe produceren we straling de overheid heeft grootheden en eenheden nodig om wet- en regelgeving te kunnen formuleren

3 10/02/2016dosimetrie niveau 33 Basale dosimetrie 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

4 10/02/2016dosimetrie niveau 34 Basale dosimetrie 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

5 10/02/2016dosimetrie niveau 35 Basale dosimetrie Basale dosimetrie fluentie en flux beschouw een puntvormige bron die N deeltjes uitzendt de bron bevindt zich in het middelpunt van een bol met straal R  (R) = N / 4  R 2 kwadratenwet fluentie = deeltjes per oppervlakte-eenheid  (m -2 ) flux = deeltjes per tijdseenheid dN/dt(s -1 ) fluentietempo = fluxdichtheid  (m -2 s -1 ) bron R  (R)

6 10/02/2016dosimetrie niveau 36 Basale dosimetrie 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 cm 3 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

7 10/02/2016dosimetrie niveau 37 Basale dosimetrie 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 zijn die hun energie buiten B deponeren dit geldt alleen als gebied rond B groter is dan de dracht van de elektronen in het materiaal A B

8 10/02/2016dosimetrie niveau 38 Basale dosimetrie 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

9 10/02/2016dosimetrie niveau 39 Basale dosimetrie Basale dosimetrie geladen deeltjes beschouw een klein volume-elementje dikte  x(m) oppervlak  O(m 2 ) soortelijke massa  (kg m -3 ) stopping powerS(J m -1 ) fluentie  (m -2 ) energiedepositie  E = (   O)  (S  x)(J) massa  M =   (  O  x)(kg) dosisD =  E /  M =  S/  (J kg -1 ) let op de juiste eenheden

10 10/02/2016dosimetrie niveau 310 Basale dosimetrie Basale dosimetrie fotonen verzwakking  N = -  N  x  N(x) = N(0) e -µx µ = µ foto + µ Compton + µ paar 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 = µ tr  E      O  x  M =    O  x K =  E /  M = E    µ tr /  µ tr = lineïeke energieoverdrachtscoëfficiënt

11 10/02/2016dosimetrie niveau 311 Basale dosimetrie Basale dosimetrie fotonen geabsorbeerde dosis fractie g van de elektronenergie wordt omgezet in remstraling D = (1 - g)  K = (1 - g)  E    µ tr /  = E    µ en /  µ en = (1 - g) µ tr = lineïeke energieabsorptiecoëfficiënt E  = 0,5 MeV µ /  µ tr /  µ en /  (m 2 kg -1 )(m 2 kg -1 )(m 2 kg -1 ) water0,009660,003300,00330 spier0,009580,003280,00328 bot0,009260,003170,00317 lucht0,008680,002960,00296 lood0,008860,005030,00481

12 10/02/2016dosimetrie niveau 312 Basale dosimetrie Basale dosimetrie grensvlakken fotonenfluenties aan weerszijden van grensvlak gelijk kerma in beide media evenredig met µ tr /  K ~ µ tr /  ~  el /  dit laatste mits het Compton-effect overheerst bij lage energie overheerst foto-effect foto-effect neemt toe met Z 4 secundaire elektronenfluenties aan weerszijden van grensvlak gelijk dosis in beide media evenredig met S el /  D ~ S el /  ~  el /  dit laatste mits remstraling verwaarloosbaar is bij lage energie neemt S el snel toe K 1 / K 2 = (µ tr /  ) 1 / (µ tr /  ) 2 fotonenergie is relevant D 1 / D 2 = (S el /  ) 1 / (S el /  ) 2 elektronenergie is relevant

13 10/02/2016dosimetrie niveau 313 Basale dosimetrie Basale dosimetrie grensvlakken E  = 100 keV spierweefsel µ tr /   0,0026 per g cm -2 S el /   4,0 MeV per g cm -2 botweefsel µ tr /   0,0039 per g cm -2 S el /   3,7 MeV per g cm -2 bepaal K spier / K bot bepaal D spier / D bot 0,0026 / 0,0039 = 0,7 4,0 / 3,7 = 1,1

14 10/02/2016dosimetrie niveau 314 Basale dosimetrie Basale dosimetrie grensvlakken principe van Bragg-Gray beschouw een bol B in medium A vervang medium in B door lucht diameter holte B << dracht in lucht dikte wand A >> dracht in medium breng een elektrode aan in de wand meet de exposie in B bereken hieruit de dosis in lucht bereken hieruit de dosis in medium D m / D l = (S el /  ) m / (S el /  ) l B A B A B B

15 10/02/2016dosimetrie niveau 315 Basale dosimetrie Basale dosimetrie bronconstante voor elektronen dracht  R = 5E(kg m -2 ) =    dE / S stopping power  / S = 5(kg m -2 per MeV) S /  = 0,2(MeV per kg m -2 ) = 3,2  10 -14 (J per kg m -2 )

16 10/02/2016dosimetrie niveau 316 Basale dosimetrie Basale dosimetrie bronconstante voor elektronen bolschil met straal R (m) rondom puntbron met activiteit A (Bq) fluentietempod  / dt = 3600  A / (4  R 2 )(m -2 h -1 ) geabsorbeerde energie  E = d  / dt  4  R 2  (S /  )  (   x) = 1,15  10 -10 A   x(J h -1 ) massa bolschil  M =   4  R 2  x(kg) dosistempodD / dt =  E /  M = 9,2  10 -12 A / R 2 = d  A / R 2 (Gy h -1 ) bronconstanted = 9,2  10 -12 (Gy m 2 Bq -1 h -1 ) = 9,2(µGy m 2 MBq -1 h -1 )

17 10/02/2016dosimetrie niveau 317 Basale dosimetrie Basale dosimetrie overzicht bronconstanten op soortgelijke manier kunnen de bronconstanten berekend worden voor  - en  -straling (zie syllabus, paragraaf 7.6) stralingd (µGy m 2 MBq -1 h -1 )  5000 (M  9, E   5 MeV)  9  E  / 7

18 10/02/2016dosimetrie niveau 318 Basale dosimetrie 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

19 10/02/2016dosimetrie niveau 319 Basale dosimetrie Basale dosimetrie limiterende dosisgrootheden voor twee dosisgrootheden heeft de overheid jaarlimieten vastgesteld de equivalente dosis op ooglens, huid en en extremiteiten de effectieve dosis deze grootheden heten daarom limiterende dosisgrootheden

20 10/02/2016dosimetrie niveau 320 Basale dosimetrie Basale dosimetrie equivalente dosis definitie van equivalente dosis (H) product van stralingsweegfactor en geabsorbeerde dosis H = w R  D eenheid is de sievert voor enkele organen is een wettelijke jaarlimiet vastgesteld definitie van sievert (Sv) 1 Sv = 1 J kg -1

21 10/02/2016dosimetrie niveau 321 Basale dosimetrie Basale dosimetrie stralingsweegfactor w R (ICRP-60) 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 5 10 - 100 keV10 0,1 - 2 MeV20 2 - 20 MeV10 > 20 MeV 5 protonen 5(ICRP-26 Q = 10)  -deeltjes20(ICRP-26 Q = 20)

22 10/02/2016dosimetrie niveau 322 Basale dosimetrie Basale dosimetrie effectieve dosis definitie van effectieve dosis (E) gewogen som van equivalente orgaandoses E =  T w T  H T  T w T = 1 eenheid is de sievert voor de effectieve dosis is een wettelijke jaarlimiet vastgesteld definitie van sievert (Sv) 1 Sv = 1 J kg -1

23 10/02/2016dosimetrie niveau 323 Basale dosimetrie Basale dosimetrie weefselweegfactor w T (ICRP-60) gonaden0,20(ICRP-26 w T = 0,25) beenmerg (rood)0,12(ICRP-26 w T = 0,12) dikke darm (onder)0,12 longen0,12(ICRP-26 w T = 0,12) maag0,12 blaas0,05 borstweefsel0,05(ICRP-26 w T = 0,15) lever0,05 slokdarm0,05 schildklier0,05(ICRP-26 w T = 0,03) huid0,01 botoppervlak0,01(ICRP-26 w T = 0,03) "tien" overige organen0,05(ICRP-26 w T = 0,30) afgeleid uit de relatieve bijdrage aan het totale detriment

24 10/02/2016dosimetrie niveau 324 Basale dosimetrie Basale dosimetrie "tien" overige organen ICRP-26ICRP-60ICRP-67ICRP-68 5 organen10 organen9 organen10 organen elk w T = 0,06  w T = 0,05  w T = 0,05  w T = 0,05 bijnierenbijnierenbijnieren hersenenhersenenhersenen dikke darm (boven)ET dunne darmdunne darmdunne darm nierennierennieren spierenspierenspieren alvleesklieralvleesklieralvleesklier miltmiltmilt zwezerikzwezerikzwezerik baarmoederbaarmoederbaarmoeder

25 10/02/2016dosimetrie niveau 325 Basale dosimetrie Basale dosimetrie "tien" overige organen weegfactor van de overige organen w rest = 0,05 H rest =  T (m T  H T ) /  T m T als de equivalente dosis van orgaan T * uit de restgroep groter is dan die van enig orgaan met een aparte weegfactor, dan geldt: H rest = 0,5   T  T * [H T  m T /  T m T ] + 0,5  H T * deelbestraling van een orgaan als een deel van orgaan T inwendig of uitwendig bestraald is, wordt de gedeponeerde energie uitgesmeerd over de hele orgaanmassa m T

26 10/02/2016dosimetrie niveau 326 Basale dosimetrie Basale dosimetrie taalgebruik vermijd slordig taalgebruik … een dosis van 2 Sv op de schildklier … wat wordt er bedoeld: 1.een geabsorbeerde dosis van 2 Gy op de schildklier? 2.een equivalente dosis van 2 Sv op de schildklier? 3.een effectieve dosis van 2 Sv tengevolge van een bestraling van de schildklier? bepaal H schildklier in geval 1 bepaal E in geval 2 bepaal H schildklier in geval 3 1 Sv/Gy  2 Gy = 2 Sv 0,05  2 Sv = 0,10 Sv 2 Sv / 0,05 = 40 Sv

27 10/02/2016dosimetrie niveau 327 Basale dosimetrie Basale dosimetrie effectieve dosis ordes van grootte gemiddele jaardosis van de Nederlandse bevolking  2 mSv jaarlimiet voor gewone werknemers 1 mSv jaarlimiet voor blootgestelde werknemers20 mSv lethale dosis> 10 Gy