Stralingsrisico's

Leerdoelen

•Je kunt de risico's van ioniserende straling benoemen.

•Je kunt het verschil tussen bestraling en besmetting uitleggen aan de hand van voorbeelden.

•Je kunt de stralingsdosis (D) berekenen met de bijbehorende formule en de eenheid Gray (Gy) correct toepassen.

•Je kunt de dosisequivalent (H) berekenen met de bijbehorende formule en de eenheid Sievert (Sv) correct toepassen.

•Je kunt de werking en toepassingen van een dosimeter en een Geiger-Müllerteller beschrijven.

De risico's van ioniserende straling

Ioniserende straling kan schade veroorzaken aan weefsel in mens, dier en plant. De mate van schade hangt af van verschillende factoren:

•De hoeveelheid geabsorbeerde straling, ook wel de dosis (D) genoemd.

•Het soort straling. Alfastraling is bijvoorbeeld schadelijker dan bèta- of gammastraling. Dit wordt meegenomen in de dosisequivalent (H).

•Het soort weefsel dat de straling absorbeert. Verschillende organen en weefsels hebben een verschillende gevoeligheid voor straling. Informatie hierover vind je in Binas tabel 27D3, waar je de weegfactoren voor weefsel (W_T) kunt opzoeken.

•De stralingsnormen en dosislimieten. Dit zijn maximaal toelaatbare hoeveelheden straling, die kunnen verschillen per persoon of beroep.

Naast straling van specifieke bronnen, ben je altijd blootgesteld aan achtergrondstraling. Deze straling is afkomstig van natuurlijke bronnen zoals kosmische straling uit de ruimte, de bodem, je woonomgeving, voedsel en zelfs de lucht die je inademt. Zolang de totale blootstelling aan straling niet te veel is, is het over het algemeen niet erg schadelijk. Bij te hoge blootstelling kan ioniserende straling echter leiden tot aantasting van cellen en weefsel, waardoor deze zich verkeerd gaan delen en bijvoorbeeld kanker kan ontstaan.

Bestraling versus besmetting

Bij het praten over blootstelling aan straling is het belangrijk om onderscheid te maken tussen bestraling en besmetting.

Bestraling

Bij bestraling wordt een mens, dier of plant van buitenaf geraakt door ioniserende straling. De stralingsbron bevindt zich dus buiten het lichaam. Hoe dichter je bij de bron bent, hoe meer straling je ontvangt. Echter, op het moment dat de stralingsbron wordt verwijderd, stopt ook de blootstelling aan de straling. Toepassingen van bestraling zijn onder andere:

•Het langer houdbaar maken van voedsel.

•Radiotherapie voor het bestrijden van kanker, waarbij tumorcellen gericht worden beschadigd met straling.

•Medische scans, waarbij ioniserende straling wordt gebruikt om beelden van het lichaam te maken. Een negatief voorbeeld van bestraling is het oplopen van huidkanker door overmatige blootstelling aan UV-straling van de zon.

Besmetting

Bij besmetting zijn er radioactieve deeltjes in of op het lichaam terechtgekomen. Dit betekent dat het lichaam zelf een stralingsbron wordt en constant straling uitzendt. Besmetting kan extern zijn (straling op de huid) of intern (straling in het lichaam, bijvoorbeeld door inademing of inslikken van radioactieve stoffen). Toepassingen van interne besmetting, vaak onder gecontroleerde omstandigheden en met kortlevende isotopen, zijn onder meer het bekijken hoe organen in het lichaam functioneren.

Stralingsdosis (D)

De stralingsdosis (D) kwantificeert hoeveel stralingsenergie er per kilogram massa in een object of weefsel is geabsorbeerd. Het helpt dus om te bepalen hoeveel straling er daadwerkelijk is opgenomen. De formule voor de stralingsdosis is:

D=\frac{E}{m}

Waarbij:

•D de stralingsdosis is, uitgedrukt in Gray (Gy).

•E de geabsorbeerde stralingsenergie is, uitgedrukt in Joule (J).

•m de massa is van het geabsorbeerde weefsel of lichaam, uitgedrukt in kilogram (kg).

Rekenvoorbeeld: Stralingsdosis bij een röntgenfoto

Een patiënt laat een röntgenfoto maken van zijn schouder. De schouder heeft een massa van 3,5 kg en de opname duurt 0,8 seconden. De röntgenstraling bestaat uit 7,5\cdot10^8 fotonen per seconde, en elk foton heeft een energie van 10 mega-elektronvolt (MeV). Er wordt 45% van de energie geabsorbeerd door de schouder. Wat is de stralingsdosis (D)?

Stap 1: Bereken de totale uitgestraalde energie in 0,8 seconden. Aantal fotonen = (fotonen per seconde) x (tijd) = \left(7,5\cdot10^8\right)\cdot0,8=6,0\cdot10^8 fotonen Totale energie = (aantal fotonen) x (energie per foton) = \left(6,0\cdot10^8\right)\cdot10=6,0\cdot10^9 MeV

Stap 2: Bereken de geabsorbeerde energie. Geabsorbeerde energie = (totale energie) x (absorptiepercentage) = \left(6,0\cdot10^9\right)\cdot0,45=2,7\cdot10^9 MeV

Stap 3: Zet de energie om van MeV naar Joule (J).

omrekenen MeV → eV

1 MeV = 10⁶ eV

E=2,7\cdot10^9{} MeV=2,7\cdot10^9\cdot10^6{} eV = 2,7 × 10¹⁵ eV

omrekenen eV → Joule

1eV=1,6\cdot10^{-19}{} J

E=2,7\cdot10^{15}\cdot1,6\cdot10^{-19}=4,32\cdot10^{-4} J

Stap 4: Bereken de stralingsdosis D. D=\frac{E}{m}=\frac{(4,32\cdot10^{-4}J)}{3{,}5}=1,23\cdot10^{-4}Gy

De stralingsdosis bij deze röntgenfoto is 1,23\cdot10^{-4} Gray. Om te bepalen of dit een gevaarlijke hoeveelheid straling is, kun je Binas tabel 27D1 raadplegen. Je zult zien dat dit een relatief kleine waarde is en doorgaans niet als gevaarlijk wordt beschouwd voor een eenmalige blootstelling.

Dosisequivalent (H)

De dosisequivalent (H), ook wel de effectieve dosis genoemd, is een maat voor de biologische schade die door straling wordt aangericht. Deze grootheid houdt rekening met zowel de geabsorbeerde energie als het ioniserende vermogen van de straling, aangezien sommige soorten straling schadelijker zijn dan andere. De formule voor de dosisequivalent is:

H=W_{R}\cdot D

Waarbij:

•H de dosisequivalent is, uitgedrukt in Sievert (Sv).

•W_Rde weegfactor voor straling (radiation) is. Dit is een dimensieloze factor die aangeeft hoe schadelijk een bepaalde soort straling is.

•D de stralingsdosis is, uitgedrukt in Gray (Gy).

De weegfactor W_R kun je vinden in Binas tabel 27D3. Enkele veelvoorkomende waarden zijn:

•Alfastraling: W_R = 20 (Dit betekent dat alfastraling 20 keer schadelijker is dan bèta- of gammastraling bij dezelfde geabsorbeerde dosis).

•Bèta- en gammastraling: W_R = 1.

Stralingsbeschermingsnormen en dosislimieten

Om de mens te beschermen tegen de schadelijke effecten van straling, zijn er dosislimieten vastgesteld. Deze limieten geven aan hoeveel straling een persoon maximaal mag ontvangen binnen een bepaalde periode. Je vindt de stralingsbeschermingsnormen en dosislimieten in Binas tabel 27D2. Voor een individu, de algemene bevolking, is de dosislimiet doorgaans 1 millisievert (mSv) per jaar. Het is belangrijk om te weten dat deze limiet exclusief de natuurlijke achtergrondstraling is. De natuurlijke en kosmische achtergrondstraling levert een gemiddelde dosis van ongeveer 2 mSv per jaar op voor individuele personen. Dit moet dus nog bij de dosislimiet opgeteld worden om de totale blootstelling in kaart te brengen.

Straling meten

Om de hoeveelheid straling in een omgeving of de blootstelling van personen te meten, worden verschillende instrumenten gebruikt. De twee belangrijkste zijn de dosimeter en de Geiger-Müllerteller.

Dosimeter

Een dosimeter is een klein apparaatje dat de totale hoeveelheid straling registreert die gedurende een bepaalde periode is opgevangen. Het resultaat krijg je dus achteraf. Dosimeters worden vaak gedragen als een badge, bijvoorbeeld door medisch personeel dat met straling werkt. Zo kan achteraf gecontroleerd worden of de drager niet te veel straling heeft ontvangen. Er zijn verschillende typen dosimeters:

•Foto-filmbadge: Dit werkt als een soort fotofilm die donkerder wordt naarmate er meer straling op valt. Na ontwikkeling van de film kan de stralingsdosis worden bepaald.

•Thermoluminescentie dosimeter (TLD): Dit type dosimeter bevat materialen die energie opslaan wanneer ze worden blootgesteld aan straling. Achteraf wordt de dosimeter verwarmd, waardoor de opgeslagen energie vrijkomt in de vorm van licht (thermoluminescentie). De hoeveelheid vrijgekomen licht is dan een maat voor de geabsorbeerde stralingsdosis.

Geiger-Müllerteller

Een Geiger-Müllerteller, ook wel Geiger-Müllerbuis genoemd, geeft direct resultaat en wordt gebruikt om de activiteit van een radioactieve bron te meten. De teller bestaat uit een buis gevuld met gas en daarin een centrale elektrode (pluspool) en een buitenwand (minpool), die samen een stroomkring vormen. Wanneer ioniserende straling de buis binnendringt, botst het met de gasmoleculen, waardoor deze geïoniseerd worden. Dit creëert vrije elektronen en ionen. De vrije elektronen bewegen richting de pluspool en de ionen richting de minpool, waardoor er tijdelijk een stroompje gaat lopen. Dit stroompje wordt gedetecteerd als een elektrische puls. Elke puls wordt hoorbaar gemaakt als een 'tik'. Hoe meer tikken je hoort, hoe hoger de activiteit van de straling. Een Geiger-Müllerteller meet de activiteit van een radioactieve bron in Becquerel (Bq), wat het aantal atoomkernen aangeeft dat per seconde vervalt.

Straling in de praktijk

Straling is overal om ons heen. Om een idee te krijgen van de hoeveelheid straling die we in verschillende situaties oplopen, volgen hier enkele voorbeelden, uitgedrukt in millisievert (mSv) per jaar, tenzij anders vermeld:

•Skileraar: Werken als skileraar, vooral op grote hoogtes, kan leiden tot een blootstelling van ongeveer 8 mSv per jaar. Dit is aanzienlijk hoger dan de dosislimiet van 1 mSv voor de algemene bevolking, omdat op grote hoogte de beschermende atmosfeer dunner is en je dus meer kosmische straling ontvangt.

•Medische behandelingen: Gemiddeld leveren medische behandelingen (zoals röntgenfoto's of scans) ongeveer 1 mSv per jaar op.

•Eigen lichaam: Je eigen lichaam produceert ook ioniserende straling, voornamelijk door radioactieve isotopen zoals kalium-40, wat neerkomt op ongeveer 0,4 mSv per jaar.

•Wonen in een betonnen appartement: Beton bevat natuurlijke radioactieve stoffen, wat kan leiden tot een extra blootstelling van ongeveer 0,34 mSv per jaar.

•Twee weken kamperen in de Ardennen: De bodem in de Ardennen kan van nature licht radioactief zijn, wat resulteert in ongeveer 0,2 mSv extra blootstelling.

•Tien uur vliegen: Door de hogere vlieghoogte en de dunnere atmosfeer ontvang je tijdens een vliegreis meer kosmische straling. Tien uur vliegen levert ongeveer 0,05 mSv op.

Deze voorbeelden laten zien dat we dagelijks op verschillende manieren aan straling worden blootgesteld, en dat de dosis sterk kan variëren afhankelijk van onze activiteiten en omgeving.