Wisselwerking en afscherming

1. Wisselwerking en afscherming René Heerlien, MSc

2. wisselwerking van -deeltjes • Energieafgifte door inelastische botsingen met elektronen • Recht spoor van excitaties en ionisaties typische energie 5 MeV dracht in lucht 30 mm dracht in weefsel 30 m

3. wisselwerking van --deeltjes • - energieafgifte door inelastische botsingen met elektronen • - verstrooiing door elastische botsingen met elektronen • uitwaaierend spoor van excitaties en ionisaties • -remstraling veroorzaakt relatief energieverlies : g = 2·10-4 ·Z·Eβ,max • “maximale dracht” -spectrum typische energie 1 MeV max. dracht in lucht 5 m max. dracht in weefsel 5 mm

4. Čerenkov-straling • Eβ> 250 keV • Snelheid > lichtsnelheid in het medium  energieafgifte • Wisselwerking van +-deeltjes • zie wisselwerking van --deeltjes • aan het eind van de dracht treedt annihilatie op + + e-  2  511 keV

5. wisselwerking van - en röntgenfotonen a) foto-effect effect  Z4 gevolgd door röntgen-foton auger-elektron b) Compton-effect effect  Z c) paarvorming effect  Z2 alleen als E > 2  511 = 1022 keV gevolgd door annihilatie

6. wisselwerking van - en röntgenfotonen • bij lage energie en grote Z domineert foto-effect • bij hoge energie en grote Z domineert paarvorming • in tussengebied domineert Compton-effect

7. Afscherming • afscherming van -deeltjes • -deeltje passeert niet de dode laag van de huid • geen afscherming tegen externe straling nodig • zeer riskant bij inwendige besmetting! • Hoge stralingsweegfactor

8. Afscherming van -deeltjes • gebruik materiaal met lage Z (perspex) in verband met remstraling • draag veiligheidsbril ! • gebruik alzijdige afscherming in verband met grote dracht ! • men werkt bij voorkeur met de massieke dracht R   (in g/cm2) omdat • - energieoverdracht plaatsvindt via elektronen • - het aantal elektronen per gram voor de meeste elementen een constante is • - R   daarom (bijna) onafhankelijk van het materiaal is • Afscherming van +-deeltjes • om annihilatiestraling af te schermen is aanvullend lood nodig

9. afscherming van - en röntgenfotonen • halveringsdikte d½ is de dikte die de intensiteit tot de helft reduceert • lineïeke verzwakkingscoëfficiënt  = 0,693 / d½ • fotonen worden exponentieel verzwakt T(d) = e -d • ook in dit geval werkt men bij voorkeur met de massieke halveringsdikte d½   (in g/cm2) en de massieke verzwakkingscoëfficiënt  /  (in cm2/g) omdat • - Compton-effect hangt nauwelijks af van Z • - energieoverdracht plaatsvindt via elektronen • - het aantal elektronen per gram voor de meeste elementen een constante is • d½   en  /  daarom (bijna) onafhankelijk van het materiaal zijn

10. transmissie en dosisopbouwfactor (build-up) smalle bundelgeometrie (links) T(d) = e -d brede bundelgeometrie (rechts) T(d) = B  e -d B = bundelopbouwfactor (build-up) tengevolge van verstrooiing

12. Keuze afschermingsmateriaal röntgenstraling heeft meestal een lage energie bij lage energie domineert het foto-effect lood is dan een efficiënt afschermingsmateriaal op een een laboratoriumtafel is weinig ruimte lood heeft een zeer kleine verhouding van volume en massa lood is dus handig als afschermingsmateriaal lood is duur en ongeschikt voor bouwkundige constructies zoals een bunker rond een versneller of -bestralingsfaciliteit in zo’n geval is beton het optimale afschermingsmateriaal niet verzwakking, maar het uiteindelijke stralingsniveau is van belang