Natuurkunde H10 Medische beeldvorming
§1. Ioniserende straling
Sommige bronnen zijn in staat om atomen en moleculen te ioniseren. Dit is ioniserende
straling. Er zijn ook stoffen die dit van nature kunnen doen; deze straling heet kernstraling.
Röntgenstraling en uv-straling zijn vormen van ioniserende en elektromagnetische straling.
Wanneer de golflengte van de straling afneemt (frequentie neemt toe), neemt de energie
toe. Op een moment is de straling zo energierijk, dat elektronen weg worden geschoten.
De benodigde energie voor ionisatie wordt geleverd door de fotonen in de straling. 𝐸 = ℎ ∙ 𝑓.
Er zijn drie soorten kernstraling:
α-straling bestaat uit heliumkernen. Als deze kernen ergens binnendringen, botsen ze
tegen elektronen. Hierbij wordt een elektron weggeschoten en verliest het α-deeltje
een deel van zijn energie. Ze zijn groot/zwaar en verliezen snel energie. Ze hebben
daardoor een klein doordringend vermogen, maar een groot ioniserend vermogen.
β-straling bestaat uit elektronen. Deze deeltjes botsen ook met elektronen, waarbij
energie wordt verloren. Een elektron heeft een kleinere massa dan een heliumkern en
kan daardoor verder in een materiaal doordringen. Ze hebben een gemiddeld
doordringend en ioniserend vermogen.
γ-straling bestaat uit fotonen, het is elektromagnetische straling (röntgenstraling).
Deze deeltjes zijn zo klein dat ze niet tegen elektronen aanbotsen. Ze hebben dus een
laag ioniserend vermogen. Er vindt dus weinig interactie plaats, waardoor γ-straling
een groot doordringend vermogen heeft.
UV-straling heeft vrijwel dezelfde eigenschappen als γ-straling, maar de fotonen hebben een
lagere energie. Hierdoor heeft UV-straling een kleiner doordringend vermogen.
Omdat de energie van de deeltjes van de straling uiteindelijk opraakt, kan de straling niet
verder doordringen tot een diepte. Die maximale indringdiepte wordt dracht d genoemd.
De hoeveelheid energie die ioniserende straling afgeeft aan materie, wordt de stralingsdosis D
𝐸
genoemd: 𝐷(𝐺𝑦) = .
𝑚(𝑘𝑔)
§2. Stralingsbronnen
In een röntgenapparaat worden elektronen tegen een trefplaatje geschoten, waarbij een deel
van de kinetische energie verloren gaat en er een foton ontstaat. Een deel van de
botsingenergie wordt als röntgenstraling uitgezonden.
Omdat de elektronen in het trefplaatje afgeremd worden, wordt röntgenstraling ook wel
remstraling genoemd. Het spectrum van remstraling heeft een karakteristieke vorm. Deze
vorm is te verklaren doordat er een grotere kans is op botsingen met een klein energieverlies
dan op botsingen met een groot energieverlies.
De kans op interactie waarbij een foton ontstaat neemt toe met de kinetische energie van de
elektronen. Bij lage energieën is de kans relatief klein.
§1. Ioniserende straling
Sommige bronnen zijn in staat om atomen en moleculen te ioniseren. Dit is ioniserende
straling. Er zijn ook stoffen die dit van nature kunnen doen; deze straling heet kernstraling.
Röntgenstraling en uv-straling zijn vormen van ioniserende en elektromagnetische straling.
Wanneer de golflengte van de straling afneemt (frequentie neemt toe), neemt de energie
toe. Op een moment is de straling zo energierijk, dat elektronen weg worden geschoten.
De benodigde energie voor ionisatie wordt geleverd door de fotonen in de straling. 𝐸 = ℎ ∙ 𝑓.
Er zijn drie soorten kernstraling:
α-straling bestaat uit heliumkernen. Als deze kernen ergens binnendringen, botsen ze
tegen elektronen. Hierbij wordt een elektron weggeschoten en verliest het α-deeltje
een deel van zijn energie. Ze zijn groot/zwaar en verliezen snel energie. Ze hebben
daardoor een klein doordringend vermogen, maar een groot ioniserend vermogen.
β-straling bestaat uit elektronen. Deze deeltjes botsen ook met elektronen, waarbij
energie wordt verloren. Een elektron heeft een kleinere massa dan een heliumkern en
kan daardoor verder in een materiaal doordringen. Ze hebben een gemiddeld
doordringend en ioniserend vermogen.
γ-straling bestaat uit fotonen, het is elektromagnetische straling (röntgenstraling).
Deze deeltjes zijn zo klein dat ze niet tegen elektronen aanbotsen. Ze hebben dus een
laag ioniserend vermogen. Er vindt dus weinig interactie plaats, waardoor γ-straling
een groot doordringend vermogen heeft.
UV-straling heeft vrijwel dezelfde eigenschappen als γ-straling, maar de fotonen hebben een
lagere energie. Hierdoor heeft UV-straling een kleiner doordringend vermogen.
Omdat de energie van de deeltjes van de straling uiteindelijk opraakt, kan de straling niet
verder doordringen tot een diepte. Die maximale indringdiepte wordt dracht d genoemd.
De hoeveelheid energie die ioniserende straling afgeeft aan materie, wordt de stralingsdosis D
𝐸
genoemd: 𝐷(𝐺𝑦) = .
𝑚(𝑘𝑔)
§2. Stralingsbronnen
In een röntgenapparaat worden elektronen tegen een trefplaatje geschoten, waarbij een deel
van de kinetische energie verloren gaat en er een foton ontstaat. Een deel van de
botsingenergie wordt als röntgenstraling uitgezonden.
Omdat de elektronen in het trefplaatje afgeremd worden, wordt röntgenstraling ook wel
remstraling genoemd. Het spectrum van remstraling heeft een karakteristieke vorm. Deze
vorm is te verklaren doordat er een grotere kans is op botsingen met een klein energieverlies
dan op botsingen met een groot energieverlies.
De kans op interactie waarbij een foton ontstaat neemt toe met de kinetische energie van de
elektronen. Bij lage energieën is de kans relatief klein.
