Bo Van Esser
Straling en veiligheid
H1: Inleiding straling en veiligheid
➔ niet belangrijk
H2: Ioniserende straling
2.1 Definitie straling
Straling = de overdracht van energie vanuit een bron naar de omgeving, zonder dat hiervoor een
medium nodig is. (Deze overdracht kan de vorm aannemen van golven of van deeltjesstraling)
Belangrijke kenmerken van straling:
- Beweging
- Bron nodig
- Zonder medium: bijzonder; straling onderscheidt zich van mechanische trillingen ! (Geluid –
echografie)
- Golven of deeltjes
Onderscheid met geluidsgolven:
- Geluidsgolven zijn géén straling
- Ze hebben altijd een medium nodig (lucht, water, vaste stoffen, weefsel, bot …)
- Ze kunnen worden voortgeplant, geabsorbeerd of weerkaatst
- Echografie maakt gebruik van dit principe
Soorten straling:
Straling wordt ingedeeld in:
1. Elektromagnetische straling en deeltjesstraling
2. Niet-ioniserende en ioniserende straling
1
,Bo Van Esser
2.2 Elektromagnetisme
Ontstaan van een elektromagnetisch veld
- Een wisselend elektrisch veld wekt een magnetisch veld op en omgekeerd
- Onder bepaalde omstandigheden houden deze velden elkaar in stand
- Het resultaat is een elektromagnetisch veld dat zich met de lichtsnelheid voortplant
Het elektrische en magnetische veld zijn in fase en vertonen samen
een harmonische trilling (sinusoïde). Bij voortplanting in de ruimte
kan men de plaats op de horizontale as uitzetten om de golfvorm
weer te geven.
EM-golf:
Frequentie (f):
- Aantal trillingen per seconde (Hz)
1
- f=𝑇
➔ f = frequentie
➔ T = periode (de tijd voor 1 volledige trilling)
Golflengte ():
- Afstand die de golf in één periode aflegt, afhankelijk van de
voortplantingssnelheid (v)
𝑐
- = =cxT
𝑓
➔ c = lichtsnelheid (3 x 108 𝑚/𝑠)
➔ = golflengte (in meter, m)
Periode (T):
- Tijd voor 1 cyclus, met T =1/f
𝜆 1
- T= =
𝑐 𝑓
Lichtsnelheid (c):
- Voor voortplanting in luchtledige
- De maximale snelheid waarmee een deeltje zich kan voortbewegen (3 x 108 𝑚/𝑠 )
2
,Bo Van Esser
2.3 Het elektromagnetisch spectrum
- Het spectrum toont de golflengte (bovenste as) en de frequentie (tweede as)
- Alle verschijningsvormen zijn elektromagnetische golven, het verschil zit in frequentie en
golflengte
Verschijningsvormen:
- Radiogolven (lange golf, middengolf, TV, radio)
- Microgolven (keuken, gsm-verkeer)
- Infrarood (warmtebronnen)
- Zichtbaar licht
- UV-straling
- Ioniserende straling (zoals röntgenstraling)
➔ Overgangen zijn vaak geleidelijk
Risico’s en verschillen:
- GSM-straling / microgolven: veroorzaken enkel opwarming van weefsel (niet-ioniserend)
- Röntgenstraling: is ioniserend, kan atomen beschadigen en zo celstructuren aantasten →
risico op tumorvorming
➔ Beide worden “straling” genoemd, maar werken volledig anders in op materie
2.4 De energie van elektromagnetische straling
Kwantisering van elektromagnetische golven:
- Energie van elektromagnetische golven is gekwantiseerd → komt enkel voor in
pakketjes, fotonen genoemd
- Energie van één foton:
• 𝐸𝑓𝑜𝑡𝑜𝑛 = h x f met h = 6,63 x 10−34 J x s (constante van Planck)
Fotonen kan men beschouwen als “deeltjes” die zich met een energie Efoton en met de lichtsnelheid
voortplanten maar die geen massa hebben.
3
, Bo Van Esser
Eigenschappen van fotonen:
- Energie neemt toe met de frequentie
- Hogere frequentie → kortere golflengte → hogere energie
- Overgedragen energie hangt af van:
• Energie per foton
o Frequentie, golflengte
• Aantal fotonen per seconde
o Amplitude (A)
- Fotonen bewegen met de lichtsnelheid, hebben energie maar geen massa
- Energie: SI-eenheid = J
Voorbeelden v fotonenenergie:
- Lichtfotonen met f = 5 x 1014 Hz ➔ 3,3 x 10−19 J 2 eV
- Röntgenfotonen met f = 1019 Hz ➔ 7 x 10−15 J 41 keV
Gebruik van elektronvolt (eV):
- 1 eV = 1,6 x 10−19 J
- Praktisch voor fotonen: eV
In röntgendiagnostiek handig omdat röntgenfotonen worden opge wekt door elektronen die
een potentiaalverschil doorlopen.
- Bv. bij een generatorspanning van 70 kV is de maximale
fotonenergie 70 keV
➔ Generatorspanning x elektronlading = maximale
fotonenenergie
2.5 Het deeltjes- en golfkarakter van EM-straling
3 parameters van een elektromagnetische golf:
Grootheid met golflengte ():
- Radioantennes, licht
𝑐 ℎ𝑥𝑐
- = =
𝑓 𝐸
Grootheid met frequentie (f):
- Radiozenders, elektronica
𝑐 𝐸
- f=𝜆=ℎ
Grootheid met energie (E):
- Radiotherapie
ℎ𝑥𝑐
- E=hxf=
4
Straling en veiligheid
H1: Inleiding straling en veiligheid
➔ niet belangrijk
H2: Ioniserende straling
2.1 Definitie straling
Straling = de overdracht van energie vanuit een bron naar de omgeving, zonder dat hiervoor een
medium nodig is. (Deze overdracht kan de vorm aannemen van golven of van deeltjesstraling)
Belangrijke kenmerken van straling:
- Beweging
- Bron nodig
- Zonder medium: bijzonder; straling onderscheidt zich van mechanische trillingen ! (Geluid –
echografie)
- Golven of deeltjes
Onderscheid met geluidsgolven:
- Geluidsgolven zijn géén straling
- Ze hebben altijd een medium nodig (lucht, water, vaste stoffen, weefsel, bot …)
- Ze kunnen worden voortgeplant, geabsorbeerd of weerkaatst
- Echografie maakt gebruik van dit principe
Soorten straling:
Straling wordt ingedeeld in:
1. Elektromagnetische straling en deeltjesstraling
2. Niet-ioniserende en ioniserende straling
1
,Bo Van Esser
2.2 Elektromagnetisme
Ontstaan van een elektromagnetisch veld
- Een wisselend elektrisch veld wekt een magnetisch veld op en omgekeerd
- Onder bepaalde omstandigheden houden deze velden elkaar in stand
- Het resultaat is een elektromagnetisch veld dat zich met de lichtsnelheid voortplant
Het elektrische en magnetische veld zijn in fase en vertonen samen
een harmonische trilling (sinusoïde). Bij voortplanting in de ruimte
kan men de plaats op de horizontale as uitzetten om de golfvorm
weer te geven.
EM-golf:
Frequentie (f):
- Aantal trillingen per seconde (Hz)
1
- f=𝑇
➔ f = frequentie
➔ T = periode (de tijd voor 1 volledige trilling)
Golflengte ():
- Afstand die de golf in één periode aflegt, afhankelijk van de
voortplantingssnelheid (v)
𝑐
- = =cxT
𝑓
➔ c = lichtsnelheid (3 x 108 𝑚/𝑠)
➔ = golflengte (in meter, m)
Periode (T):
- Tijd voor 1 cyclus, met T =1/f
𝜆 1
- T= =
𝑐 𝑓
Lichtsnelheid (c):
- Voor voortplanting in luchtledige
- De maximale snelheid waarmee een deeltje zich kan voortbewegen (3 x 108 𝑚/𝑠 )
2
,Bo Van Esser
2.3 Het elektromagnetisch spectrum
- Het spectrum toont de golflengte (bovenste as) en de frequentie (tweede as)
- Alle verschijningsvormen zijn elektromagnetische golven, het verschil zit in frequentie en
golflengte
Verschijningsvormen:
- Radiogolven (lange golf, middengolf, TV, radio)
- Microgolven (keuken, gsm-verkeer)
- Infrarood (warmtebronnen)
- Zichtbaar licht
- UV-straling
- Ioniserende straling (zoals röntgenstraling)
➔ Overgangen zijn vaak geleidelijk
Risico’s en verschillen:
- GSM-straling / microgolven: veroorzaken enkel opwarming van weefsel (niet-ioniserend)
- Röntgenstraling: is ioniserend, kan atomen beschadigen en zo celstructuren aantasten →
risico op tumorvorming
➔ Beide worden “straling” genoemd, maar werken volledig anders in op materie
2.4 De energie van elektromagnetische straling
Kwantisering van elektromagnetische golven:
- Energie van elektromagnetische golven is gekwantiseerd → komt enkel voor in
pakketjes, fotonen genoemd
- Energie van één foton:
• 𝐸𝑓𝑜𝑡𝑜𝑛 = h x f met h = 6,63 x 10−34 J x s (constante van Planck)
Fotonen kan men beschouwen als “deeltjes” die zich met een energie Efoton en met de lichtsnelheid
voortplanten maar die geen massa hebben.
3
, Bo Van Esser
Eigenschappen van fotonen:
- Energie neemt toe met de frequentie
- Hogere frequentie → kortere golflengte → hogere energie
- Overgedragen energie hangt af van:
• Energie per foton
o Frequentie, golflengte
• Aantal fotonen per seconde
o Amplitude (A)
- Fotonen bewegen met de lichtsnelheid, hebben energie maar geen massa
- Energie: SI-eenheid = J
Voorbeelden v fotonenenergie:
- Lichtfotonen met f = 5 x 1014 Hz ➔ 3,3 x 10−19 J 2 eV
- Röntgenfotonen met f = 1019 Hz ➔ 7 x 10−15 J 41 keV
Gebruik van elektronvolt (eV):
- 1 eV = 1,6 x 10−19 J
- Praktisch voor fotonen: eV
In röntgendiagnostiek handig omdat röntgenfotonen worden opge wekt door elektronen die
een potentiaalverschil doorlopen.
- Bv. bij een generatorspanning van 70 kV is de maximale
fotonenergie 70 keV
➔ Generatorspanning x elektronlading = maximale
fotonenenergie
2.5 Het deeltjes- en golfkarakter van EM-straling
3 parameters van een elektromagnetische golf:
Grootheid met golflengte ():
- Radioantennes, licht
𝑐 ℎ𝑥𝑐
- = =
𝑓 𝐸
Grootheid met frequentie (f):
- Radiozenders, elektronica
𝑐 𝐸
- f=𝜆=ℎ
Grootheid met energie (E):
- Radiotherapie
ℎ𝑥𝑐
- E=hxf=
4
