KT2301 Medische beeldvorming bij grote ziektebeelden
(Stralingshygiëne)
Hoorcollege S1.1 en 1.2: Radioactiviteit en dosisberekening (H1, 5 en 8) 06/09/2022
Veiligheid
Onderstaande begrippen moeten bekend zijn en meegewerkt worden:
- Sterkte van de stralingsbron activiteit en soort straling en energie van de straling
- Effecten van de afstand tot de bron
- Afscherming tussen bron en blootgestelde persoon
- Blootstelling
Karlsruhe nuclide chart
Dit is een manier waarop alle verschillende mogelijke nuclide die op dit moment bekend zijn kunnen
worden geordend. Een horizontale lijn zijn isotopen van elkaar en dus dezelfde plek innemen in een
periodiek systeem (zelfde aantal protonen). Dit zijn allemaal stoffen van dezelfde soort (bijv. koolstof
of jodium). Op de y-as worden het aantal protonen weergegeven (rijen). Op x-as worden aantal
neutronen weergegeven (kolommen).
1. In het midden zit een baan met zwarte vlakjes; hier is de verhouding protonen en neutronen goed
en zijn dus stabiele nucleotiden.
2. Onder de zwarte baan zijn blauwe vlakjes aanwezig; dit zijn nucliden die een overschot hebben
−¿¿ −¿¿
aan neutronen. Dit wordt opgelost door β -deeltjes eruit te gooien; β verval.
3. De nuclide in de rode vlakjes hebben een neutronen te kort of protonen overschot. Vervallen
+¿¿ +¿¿
vooral door β verval of mogelijk via elektronen vangst (competatieve proces met β verval).
4. De gele vlakjes zijn de α stralers.
5. De groene vlakjes zijn nuclide die vervallen door spontane splijting.
Ergens rechtsboven zijn er nog paar vlakjes met stabiele nuclide (uranium/tritium) die een hoog Z-
getal hebben (hoog aantal protonen). Deze nuclide zijn niet helemaal stabiel en worden ook wel
primordiaal genoemd (= ook wel oer-isotopen genoemd, nucliden die op aarde worden gevonden en
die in hun huidige vorm al bestonden voordat de aarde werd gevormd). Deze nuclide hebben lange
halveringstijden; vandaar dat ze nog steeds bestaan op aarde.
,Activiteit
Activiteit A(t)= het aantal vervallende atoomkernen (desintegraties) per tijdseenheid
Eenheid: Becquerel [Bq] = [één vervallende atoomkern per seconde = s -1]
1 Ci (curie) = 3.7 ∙ 1010 Bq. In VS wordt gerekend in Ci maar in Nederland niet.
Verval curve heeft een logaritmische y-as
Formules blauwe blok uit je hoofd. 1.1 en 1.5 belangrijk. 1.4 in de praktijk bijna nooit toegepast. Alle
andere onderdelen in het blauw moeten ook paraat zijn. Formule 1.5 wordt veel gebruikt om te
weten wat activiteit was of nu is.
De eenheid van t is ‘tijdseenheid’ omdat het niet vaststaat dat gerekend moet worden in seconde of
minuten. Dit verschilt enorm per vraag. Bij formule 1.1 moet wel gerekend worden in seconden
omdat de activiteit het aantal vervallende deeltjes is per seconde. Vervalconstante willen we dus ook
altijd in seconde hebben.
Uitzondering: Tritium, deze hebben we altijd in minuten en daarvoor de vervalconstante ook.
De vervalconstante is de maat voor kans dat atoomkern vervalt per seconde. Dit is echter niet heel
erg intuïtief. De tegenhanger, die wel intuïtief is, is de halveringstijd.
Halveringstijd
Halveringstijd = de tijd die het kost om het aantal radioactieve kernen, en daarmee ook de activiteit,
te halveren. Deze maat is wel intuïtief omdat als de halveringstijd gelijk is aan x; dan weet je dat na x
tijd de activiteit gehalveerd is.
Er bestaan nuclide met een korte halveringstijd. Met behulp van isotoop generatoren wordt een
nuclide gebruikt met een (relatief) lange halveringstijd wat vervalt in een nuclide met een korte
halveringstijd waarna je een evenwicht krijgt. Als een nuclide vervalt in een ander nuclide dan krijg je
een nuclide met andere chemische eigenschappen. Hier kan je gebruik van maken door de stof die je
hebben wil (korte halveringstijd) ergens uit te halen en toe te dienen. Dit wordt typisch bij
longfuncties gebruikt om bijvoorbeeld het volume van de longinhoud te bepalen. 81Kr is een gas en
als dit wordt ingeademd kan er gekeken worden wat er gebeurt in de longen. Ook is dit een edelgas
en is dus niet schadelijk voor de longen; het wordt gewoon weer uitgeademd. In tussentijd zendt het
wel straling uit en dat is soms heel handig op het moment dat er een plaatje gemaakt wordt van de
longfunctie.
, Uitleg nuclide kaart
Zwarte vakjes
Deze geven de stabiele nucliden weer met de bovenste regel de naam van de nuclide, de tweede
regel het percentage voorkomen in de natuur = natuurlijke abundantie.
Gekleurde vakjes
Geven de niet stabiele nucliden weer. Ook hier weer bovenste regel de naam
met het massagetal. Tweede regel is de halveringstijd van het instabiele
nuclide. De regels eronder geven de vervalwijze en energie van de
verschillende soorten straling weer (dus de energie van het deeltje wanneer
de nuclide vervalt).
half blauw/half wit = twee energietoestanden.
Blauw = grondtoestand
wit = aangeslagen energie toestand
Gammastraling = in keV
Beta- en alfastraling = in MeV
Blauw = B- verval dominant
Geel = alfa verval dominant
Als Mo99 vervalt dan is er sprake van B - verval dan vervalt een neutron en krijgen we er een proton
bij waarbij een elektron en een neutrino vrijkomen. Links omhoog bewegen op de nuclidekaart voor
de nuclide die gevorm wordt. Voor B+ verval naar beneden bewegen omdat een proton wordt
omgezet in een neutron en positron/bètadeeltje (antideeltje elektron) en een neutrino.
Rode hoek = beta+ verval, maar is marginaal waardoor die als een heel klein onderdeel is
afgebeeld.
m = verval naar het metastabiele stuk (wit)
g = verval naar de grondtoestand
De aangeslagen toestand van een molecuul betekent dat het energie bevat terwijl de grondtoestand
dat niet bevat. De elektron die voor de aangeslagen toestand zorgt komt niet uit de atoomkern.
Stappen in de nucleotide kaart
Beta+ = rechtsonder
Beta- = linksboven
Alfa = twee omlaag en twee opzij
Radionucliden
Nucliden kan genoteerd worden in de grondtoestand en in de metastabiele toestand.
met A = massagetal en Z = atoomnummer, aantal protonen
Ioniserende straling = hoogenergetische deeltjesstraling of elektromagnetische straling (λ < 100 nm)
Eenheid stralingsenergie = elektronvolt; 1 eV = 1,60 x 10-19 J
Isotopen: Z = gelijk, aantal protonen gelijk
Isomeren: A en Z = gelijk, zowel massagetal als aantal protonen gelijk
Isobaren: A = gelijk, dus zelfde massagetal. B- en B+ vallen dus ook beide onder isobaarverval omdat
je hetzelfde aantal kerndeeltjes behoudt (verhouding neutronen/protonen verandert alleen).
(Stralingshygiëne)
Hoorcollege S1.1 en 1.2: Radioactiviteit en dosisberekening (H1, 5 en 8) 06/09/2022
Veiligheid
Onderstaande begrippen moeten bekend zijn en meegewerkt worden:
- Sterkte van de stralingsbron activiteit en soort straling en energie van de straling
- Effecten van de afstand tot de bron
- Afscherming tussen bron en blootgestelde persoon
- Blootstelling
Karlsruhe nuclide chart
Dit is een manier waarop alle verschillende mogelijke nuclide die op dit moment bekend zijn kunnen
worden geordend. Een horizontale lijn zijn isotopen van elkaar en dus dezelfde plek innemen in een
periodiek systeem (zelfde aantal protonen). Dit zijn allemaal stoffen van dezelfde soort (bijv. koolstof
of jodium). Op de y-as worden het aantal protonen weergegeven (rijen). Op x-as worden aantal
neutronen weergegeven (kolommen).
1. In het midden zit een baan met zwarte vlakjes; hier is de verhouding protonen en neutronen goed
en zijn dus stabiele nucleotiden.
2. Onder de zwarte baan zijn blauwe vlakjes aanwezig; dit zijn nucliden die een overschot hebben
−¿¿ −¿¿
aan neutronen. Dit wordt opgelost door β -deeltjes eruit te gooien; β verval.
3. De nuclide in de rode vlakjes hebben een neutronen te kort of protonen overschot. Vervallen
+¿¿ +¿¿
vooral door β verval of mogelijk via elektronen vangst (competatieve proces met β verval).
4. De gele vlakjes zijn de α stralers.
5. De groene vlakjes zijn nuclide die vervallen door spontane splijting.
Ergens rechtsboven zijn er nog paar vlakjes met stabiele nuclide (uranium/tritium) die een hoog Z-
getal hebben (hoog aantal protonen). Deze nuclide zijn niet helemaal stabiel en worden ook wel
primordiaal genoemd (= ook wel oer-isotopen genoemd, nucliden die op aarde worden gevonden en
die in hun huidige vorm al bestonden voordat de aarde werd gevormd). Deze nuclide hebben lange
halveringstijden; vandaar dat ze nog steeds bestaan op aarde.
,Activiteit
Activiteit A(t)= het aantal vervallende atoomkernen (desintegraties) per tijdseenheid
Eenheid: Becquerel [Bq] = [één vervallende atoomkern per seconde = s -1]
1 Ci (curie) = 3.7 ∙ 1010 Bq. In VS wordt gerekend in Ci maar in Nederland niet.
Verval curve heeft een logaritmische y-as
Formules blauwe blok uit je hoofd. 1.1 en 1.5 belangrijk. 1.4 in de praktijk bijna nooit toegepast. Alle
andere onderdelen in het blauw moeten ook paraat zijn. Formule 1.5 wordt veel gebruikt om te
weten wat activiteit was of nu is.
De eenheid van t is ‘tijdseenheid’ omdat het niet vaststaat dat gerekend moet worden in seconde of
minuten. Dit verschilt enorm per vraag. Bij formule 1.1 moet wel gerekend worden in seconden
omdat de activiteit het aantal vervallende deeltjes is per seconde. Vervalconstante willen we dus ook
altijd in seconde hebben.
Uitzondering: Tritium, deze hebben we altijd in minuten en daarvoor de vervalconstante ook.
De vervalconstante is de maat voor kans dat atoomkern vervalt per seconde. Dit is echter niet heel
erg intuïtief. De tegenhanger, die wel intuïtief is, is de halveringstijd.
Halveringstijd
Halveringstijd = de tijd die het kost om het aantal radioactieve kernen, en daarmee ook de activiteit,
te halveren. Deze maat is wel intuïtief omdat als de halveringstijd gelijk is aan x; dan weet je dat na x
tijd de activiteit gehalveerd is.
Er bestaan nuclide met een korte halveringstijd. Met behulp van isotoop generatoren wordt een
nuclide gebruikt met een (relatief) lange halveringstijd wat vervalt in een nuclide met een korte
halveringstijd waarna je een evenwicht krijgt. Als een nuclide vervalt in een ander nuclide dan krijg je
een nuclide met andere chemische eigenschappen. Hier kan je gebruik van maken door de stof die je
hebben wil (korte halveringstijd) ergens uit te halen en toe te dienen. Dit wordt typisch bij
longfuncties gebruikt om bijvoorbeeld het volume van de longinhoud te bepalen. 81Kr is een gas en
als dit wordt ingeademd kan er gekeken worden wat er gebeurt in de longen. Ook is dit een edelgas
en is dus niet schadelijk voor de longen; het wordt gewoon weer uitgeademd. In tussentijd zendt het
wel straling uit en dat is soms heel handig op het moment dat er een plaatje gemaakt wordt van de
longfunctie.
, Uitleg nuclide kaart
Zwarte vakjes
Deze geven de stabiele nucliden weer met de bovenste regel de naam van de nuclide, de tweede
regel het percentage voorkomen in de natuur = natuurlijke abundantie.
Gekleurde vakjes
Geven de niet stabiele nucliden weer. Ook hier weer bovenste regel de naam
met het massagetal. Tweede regel is de halveringstijd van het instabiele
nuclide. De regels eronder geven de vervalwijze en energie van de
verschillende soorten straling weer (dus de energie van het deeltje wanneer
de nuclide vervalt).
half blauw/half wit = twee energietoestanden.
Blauw = grondtoestand
wit = aangeslagen energie toestand
Gammastraling = in keV
Beta- en alfastraling = in MeV
Blauw = B- verval dominant
Geel = alfa verval dominant
Als Mo99 vervalt dan is er sprake van B - verval dan vervalt een neutron en krijgen we er een proton
bij waarbij een elektron en een neutrino vrijkomen. Links omhoog bewegen op de nuclidekaart voor
de nuclide die gevorm wordt. Voor B+ verval naar beneden bewegen omdat een proton wordt
omgezet in een neutron en positron/bètadeeltje (antideeltje elektron) en een neutrino.
Rode hoek = beta+ verval, maar is marginaal waardoor die als een heel klein onderdeel is
afgebeeld.
m = verval naar het metastabiele stuk (wit)
g = verval naar de grondtoestand
De aangeslagen toestand van een molecuul betekent dat het energie bevat terwijl de grondtoestand
dat niet bevat. De elektron die voor de aangeslagen toestand zorgt komt niet uit de atoomkern.
Stappen in de nucleotide kaart
Beta+ = rechtsonder
Beta- = linksboven
Alfa = twee omlaag en twee opzij
Radionucliden
Nucliden kan genoteerd worden in de grondtoestand en in de metastabiele toestand.
met A = massagetal en Z = atoomnummer, aantal protonen
Ioniserende straling = hoogenergetische deeltjesstraling of elektromagnetische straling (λ < 100 nm)
Eenheid stralingsenergie = elektronvolt; 1 eV = 1,60 x 10-19 J
Isotopen: Z = gelijk, aantal protonen gelijk
Isomeren: A en Z = gelijk, zowel massagetal als aantal protonen gelijk
Isobaren: A = gelijk, dus zelfde massagetal. B- en B+ vallen dus ook beide onder isobaarverval omdat
je hetzelfde aantal kerndeeltjes behoudt (verhouding neutronen/protonen verandert alleen).
