Natuurkunde samenvatting
hoofdstuk 10
§10.1 ELEKTROMAGNETISCHE STRALING
Een elektromagnetische golf is een golf waarin een elektrisch ‘veld’ en een magnetisch ‘veld’ trillen.
Alle elektromagnetische golven planten zich vacuüm voort met de lichtsnelheid, maar ze kunnen
verschillen in frequentie. Alle elektromagnetische golven samen vormen het elektromagnetisch
spectrum of EM-spectrum. De straling staat daarin gerangschikt op energie, golflengte en
frequentie. Het spectrum is op te delen in 6 categorieën (gammastraling, röntgenstraling, ultraviolet,
zichtbaar licht, infrarood, radiogolven).
Foton: het kleinst mogelijke pakketje stralingsenergie van een elektromagnetische golf zonder
massa. Hoe groter de energie van het foton, hoe groter de frequentie (recht evenredig verband).
Ef c
¿ ¿
h f
¿ ¿
f λ
Zichtbaar licht neemt een klein, maar belangrijk stukje van het EM-spectrum in. Licht
gebruik je in de gezondheidszorg vooral om aandoeningen te verhelpen. (lampen, vuur, zon
wat je ziet). Lasers zijn monochromatische lichtbronnen (licht met één golflengte) met
een smalle bundel en een hoge intensiteit. Hiermee is het mogelijk om huidaandoeningen en
spataderen te behandelen. De hoge energie zorgt voor het dicht- of wegbranden van
aderen, schimmels of puistjes.
Ultraviolette straling bestaat uit fotonen die een energie en frequentie hebben die groter is
dan zichtbaar licht (zon verbranding). Deze straling is één van de soorten straling die
geschikt is om voedsel en kleine medische apparaten te steriliseren: ziekmakende micro-
organismen maak je kapot met deze straling. Met uv-straling maak je geen beelden.
Infrarode straling bestaat uit fotonen die een lagere energie en frequentie hebben dan
zichtbaar licht (zon warmte). Op basis van temperatuurverschillen kun je een beeld
maken.
Radiogolven hebben een lage energie en frequentie (elektrische circuits, heelal). Je merkt er
niets van en zijn niet schadelijk.
Microgolven staan meestal als aparte categorie genoemd, vanwege de toepassing in de
magnetron en de radar. De microgolven ontstaan in de magnetron en blijven ‘gevangen’ in
de oven zelf. Hiervan maak je gebruik om voedsel te verwarmen. Tegenwoordig kun je ook
spataderen met microgolven verwarmen, zodat de vaatwand krimpt en de bloedtoevoer
stopt.
Röntgenstraling ontstaat in een röntgenbuis en vindt haar toepassing in de
röntgenapparatuur in het ziekenhuis. Deze straling is gevaarlijk vanwege de hoge energie.
De zachte delen van je lichaam laten de straling grotendeels door terwijl de harde delen
meer straling absorberen. Röntgenstraling heeft een grote ioniserende werking. Om je
lichaamsdelen die niet op de foto hoeven te beschermen, krijg je een loodschort om.
Gammastraling is afkomstig uit radioactieve kernen en heeft meestal een grotere energie
dan röntgenstraling (daarom het gevaarlijkst). De gammafotonen ontstaan bij vervalreacties
van een atoomkern (opvangen met een gammacamera). Je kunt dan nagaan van welke plek
in je lichaam de straling komt. Vooral fotonen met een hoge energie zijn geschikt om door
het lichaam heen te gaan en zo informatie te geven over structuren en processen in het
lichaam.
§10.2 STRALING UIT KERNEN
1
, Röntgenstraling gebruik je uitwendig voor het maken van een beeld. Het lichaam absorbeert vrijwel
geen gammastraling.
CT-scan (Computed Tomografie) maakt m.b.v. röntgenstraling een beeld van de anatomie van het
lichaam. Het apparaat waar je in komt te liggen lijkt op een MRI-apparaat dat we in een volgende
paragraaf tegenkomen. Een röntgenbuis bevindt zich aan de ene kant en een detector aan de andere
kant van het lichaam. Door nu iedere keer het apparaat een klein stukje rond te draaien, maak je
iedere keer vanuit een andere hoek een röntgenfoto. Een computer maakt daar een
driedimensionaal beeld van. Het voordeel is dat je zo precies kan nagaan waar alle botten ten
opzichte van elkaar zitten en dat het maar enkele seconden duurt. Het nadeel van deze CT-
scantechniek is dat je op deze manier gemiddeld 6 mSv aan straling tegelijk krijgt. Dat is meer dan
een eenvoudige röntgenfoto. Een relatief eenvoudige botbreuk spoor je snel op met twee foto’s uit
verschillende hoek. Daarom kies je niet altijd voor een CT-scan.
Bij nucleaire diagnostiek dien je een tracer toe aan een patiënt: een stof met moleculen waarin een
radioactieve kern gebonden is. De stofeigenschappen bepalen waar het molecuul in het lichaam
naartoe gaat. De tracer gaat naar een specifieke plek in het lichaam. De gammastraling vang je op
met een gammacamera. Bij nucleaire diagnostiek is de schadebelasting lager in vergelijking met
röntgenonderzoek.
Radioactieve kernen in de gezondheidszorg:
kern orgaan
I-123 schidklier
Tc-99m botten
F-18 hersenen (Alzheimer)
C-11 hersenactiviteit
Kr-81m longen
N-13 doorbloeding van het hart
Positronen: positief geladen elektronen, ook wel anti-elektronen genoemd.
Annihilatie: bij de botsing van een elektron en een positron vernietigen ze elkaar en er ontstaan
twee gammafotonen. Creatie/paarvorming: een deeltje en zijn antideeltje kunnen ontstaan uit een
gammafoton met genoeg energie (energie massa). Volgens de relativiteitstheorie van Einstein is
een massa m gelijkwaardig met een energie E volgens E = mc2.
PET-scan (positron-emission-tomografie): hierbij maak je gebruik van tracers om (afwijkende)
processen in het lichaam zichtbaar te maken, zoals ontstekingen of tumoren. Vooral organen of
weefseldelen waar veel activiteit is en dus veel glucose nodig is, zoals tumoren of hersenen, zijn
geschikt om met PET te onderzoeken. De scanner vangt de gammastraling op die door het proces
van annihilatie is ontstaan. Je kunt zo lichaamsfuncties in beeld brengen. De scan duurt in de regel
twintig minuten.
Een PET-CT-scan geeft processen aan en laat zien waar die processen in het lichaam plaatsvinden.
Om nauwkeurig te werken heb je veel detectorringen en een hoge tijdsresolutie nodig. Dat wil
zeggen dat je in korte tijd zoveel mogelijk fotonen moet kunnen opvangen. Nadeel is dat een scan
maken met dit apparaat 4x duurder is dan het laten maken van een MRI-scan.
§10.3 BEELDEN DOOR STRALINGSABSORPTIE
De absorptie van straling is afhankelijk van…
de fotonenergie;
2
hoofdstuk 10
§10.1 ELEKTROMAGNETISCHE STRALING
Een elektromagnetische golf is een golf waarin een elektrisch ‘veld’ en een magnetisch ‘veld’ trillen.
Alle elektromagnetische golven planten zich vacuüm voort met de lichtsnelheid, maar ze kunnen
verschillen in frequentie. Alle elektromagnetische golven samen vormen het elektromagnetisch
spectrum of EM-spectrum. De straling staat daarin gerangschikt op energie, golflengte en
frequentie. Het spectrum is op te delen in 6 categorieën (gammastraling, röntgenstraling, ultraviolet,
zichtbaar licht, infrarood, radiogolven).
Foton: het kleinst mogelijke pakketje stralingsenergie van een elektromagnetische golf zonder
massa. Hoe groter de energie van het foton, hoe groter de frequentie (recht evenredig verband).
Ef c
¿ ¿
h f
¿ ¿
f λ
Zichtbaar licht neemt een klein, maar belangrijk stukje van het EM-spectrum in. Licht
gebruik je in de gezondheidszorg vooral om aandoeningen te verhelpen. (lampen, vuur, zon
wat je ziet). Lasers zijn monochromatische lichtbronnen (licht met één golflengte) met
een smalle bundel en een hoge intensiteit. Hiermee is het mogelijk om huidaandoeningen en
spataderen te behandelen. De hoge energie zorgt voor het dicht- of wegbranden van
aderen, schimmels of puistjes.
Ultraviolette straling bestaat uit fotonen die een energie en frequentie hebben die groter is
dan zichtbaar licht (zon verbranding). Deze straling is één van de soorten straling die
geschikt is om voedsel en kleine medische apparaten te steriliseren: ziekmakende micro-
organismen maak je kapot met deze straling. Met uv-straling maak je geen beelden.
Infrarode straling bestaat uit fotonen die een lagere energie en frequentie hebben dan
zichtbaar licht (zon warmte). Op basis van temperatuurverschillen kun je een beeld
maken.
Radiogolven hebben een lage energie en frequentie (elektrische circuits, heelal). Je merkt er
niets van en zijn niet schadelijk.
Microgolven staan meestal als aparte categorie genoemd, vanwege de toepassing in de
magnetron en de radar. De microgolven ontstaan in de magnetron en blijven ‘gevangen’ in
de oven zelf. Hiervan maak je gebruik om voedsel te verwarmen. Tegenwoordig kun je ook
spataderen met microgolven verwarmen, zodat de vaatwand krimpt en de bloedtoevoer
stopt.
Röntgenstraling ontstaat in een röntgenbuis en vindt haar toepassing in de
röntgenapparatuur in het ziekenhuis. Deze straling is gevaarlijk vanwege de hoge energie.
De zachte delen van je lichaam laten de straling grotendeels door terwijl de harde delen
meer straling absorberen. Röntgenstraling heeft een grote ioniserende werking. Om je
lichaamsdelen die niet op de foto hoeven te beschermen, krijg je een loodschort om.
Gammastraling is afkomstig uit radioactieve kernen en heeft meestal een grotere energie
dan röntgenstraling (daarom het gevaarlijkst). De gammafotonen ontstaan bij vervalreacties
van een atoomkern (opvangen met een gammacamera). Je kunt dan nagaan van welke plek
in je lichaam de straling komt. Vooral fotonen met een hoge energie zijn geschikt om door
het lichaam heen te gaan en zo informatie te geven over structuren en processen in het
lichaam.
§10.2 STRALING UIT KERNEN
1
, Röntgenstraling gebruik je uitwendig voor het maken van een beeld. Het lichaam absorbeert vrijwel
geen gammastraling.
CT-scan (Computed Tomografie) maakt m.b.v. röntgenstraling een beeld van de anatomie van het
lichaam. Het apparaat waar je in komt te liggen lijkt op een MRI-apparaat dat we in een volgende
paragraaf tegenkomen. Een röntgenbuis bevindt zich aan de ene kant en een detector aan de andere
kant van het lichaam. Door nu iedere keer het apparaat een klein stukje rond te draaien, maak je
iedere keer vanuit een andere hoek een röntgenfoto. Een computer maakt daar een
driedimensionaal beeld van. Het voordeel is dat je zo precies kan nagaan waar alle botten ten
opzichte van elkaar zitten en dat het maar enkele seconden duurt. Het nadeel van deze CT-
scantechniek is dat je op deze manier gemiddeld 6 mSv aan straling tegelijk krijgt. Dat is meer dan
een eenvoudige röntgenfoto. Een relatief eenvoudige botbreuk spoor je snel op met twee foto’s uit
verschillende hoek. Daarom kies je niet altijd voor een CT-scan.
Bij nucleaire diagnostiek dien je een tracer toe aan een patiënt: een stof met moleculen waarin een
radioactieve kern gebonden is. De stofeigenschappen bepalen waar het molecuul in het lichaam
naartoe gaat. De tracer gaat naar een specifieke plek in het lichaam. De gammastraling vang je op
met een gammacamera. Bij nucleaire diagnostiek is de schadebelasting lager in vergelijking met
röntgenonderzoek.
Radioactieve kernen in de gezondheidszorg:
kern orgaan
I-123 schidklier
Tc-99m botten
F-18 hersenen (Alzheimer)
C-11 hersenactiviteit
Kr-81m longen
N-13 doorbloeding van het hart
Positronen: positief geladen elektronen, ook wel anti-elektronen genoemd.
Annihilatie: bij de botsing van een elektron en een positron vernietigen ze elkaar en er ontstaan
twee gammafotonen. Creatie/paarvorming: een deeltje en zijn antideeltje kunnen ontstaan uit een
gammafoton met genoeg energie (energie massa). Volgens de relativiteitstheorie van Einstein is
een massa m gelijkwaardig met een energie E volgens E = mc2.
PET-scan (positron-emission-tomografie): hierbij maak je gebruik van tracers om (afwijkende)
processen in het lichaam zichtbaar te maken, zoals ontstekingen of tumoren. Vooral organen of
weefseldelen waar veel activiteit is en dus veel glucose nodig is, zoals tumoren of hersenen, zijn
geschikt om met PET te onderzoeken. De scanner vangt de gammastraling op die door het proces
van annihilatie is ontstaan. Je kunt zo lichaamsfuncties in beeld brengen. De scan duurt in de regel
twintig minuten.
Een PET-CT-scan geeft processen aan en laat zien waar die processen in het lichaam plaatsvinden.
Om nauwkeurig te werken heb je veel detectorringen en een hoge tijdsresolutie nodig. Dat wil
zeggen dat je in korte tijd zoveel mogelijk fotonen moet kunnen opvangen. Nadeel is dat een scan
maken met dit apparaat 4x duurder is dan het laten maken van een MRI-scan.
§10.3 BEELDEN DOOR STRALINGSABSORPTIE
De absorptie van straling is afhankelijk van…
de fotonenergie;
2
