Stralingsbescherming
College 1 straling en röntgentoestel
De kern van het röntgentoestel bestaat uit de röntgenbuis, waar de feitelijke
stralingsproductie plaatsvindt.
- Anode (focus): plek waar de feitelijke straling ontstaat
- Kathode (gloeidraad): de gloeidraad in de buis, waar de elektronen die later op de anode
gaan botsen, vrij worden gemaakt
o Dit gebeurt onder een hoogspanning tussen 60-70kV.
- Röntgenstraling: deel waar wij daadwerkelijk gebruik van maken
- Lekstraling: andere kant van het toestel op. Gaat mogelijk door de behuizing van het
toestel de ruimte in
Elektronen die vrij worden gemaakt uit de
kathode (gloeidraad) vliegen onder invloed van
de hoogspanning en worden versneld. Ze krijgen
hoop kinetische energie waarmee ze met een
hoog energieniveau botsen op de anaode.
Vervolgens gaan zij in interactie met het
anodemateriaal waarbij straling gevormd kan
worden.
Anode is meestal van wolfraam materiaal
- Wolfraam= een metaal dat redelijk efficiënt is
in het vormen van straling uit de energie die de
elektronen in zich hebben en in de botsing
overdragen.
o Heeft een hoog smeltpunt
- 1 à 2% wordt slechts omgezet in röntgenstraling de
rest van de energie wordt omgezet in warmte.
- Olie absorbeert de warmte zodat de buis niet
oververhit
- Focus: (dof plekje in het midden van de anode) plek
waar de röntgenstraling ontstaat
- Hoe kleiner de focus hoe beter dat is voor de
beeldkwaliteit.
Op microscopisch/ nanoscopisch niveau:
Vanaf links komt een invallend elektron vanuit de kathode → deze
botst in dit geval met een baan elektron in de K schill → baan
elektron wordt weggeschoten → het invallende elektron kaatst een
andere kant op en zal als verstrooid elektron materiaal ingaan.
- Dit geeft een instabiel atoom, een ion vorm van het
atoom, zelf zal proberen in een stabiele situatie terug
te komen. Dit gebeurt door de elektronen in de
binnenste schil met de grootste bindingskracht weer
aan te vullen door de meer naar buitengelegen
elektronen uit andere schillen.
1
, - Hier vindt energieoverdracht plaats van een meer naar buitengelegen minder gebonden
elektron naar een plek waar die beter gebonden is. Daar komt energie bij vrij, kan
vrijkomen in de vorm van een foton.
Remstraling:
Elektron komt van links (kathode), heeft energie van 100kilo
elektron volt. Elektron botst niet met een baanelektron maar
wordt in het magnetisch veld van het atoom afgebogen. In de
afbuiging komt energie vrij. Na de buiging blijft nog 70keV
over. Tijdens de afbuiging is er dus 30keV vrijgekomen. Dit
kan als een foton (energiepakketje, wat we dus kunnen
gebruiken voor beeldvorming)
Vrijkomen kan in de vorm van
1. Foton (energiepakketje)
2. Warmte (beperkt percentage fotonstraling)
Twee type straling waarmee röntgenopnames worden gemaakt, terwijl de hoogspanning
wordt ingeschakeld.
- Remstraling > 90% van de bundel
- Karakteristieken straling max. 10%
Het geheel zorgt voor een spectrum die we gebruiken om röntgenfoto’s te maken
Remstralingsspectrum/ volledige spectrum
Hierin zijn ook karakteristieke pieken te zien
Volledig spectrum wat van 0 keV t/m 90 keV loopt = 90kV buis.
Tussen 0-20 geen gele grafiek, omdat de fotonen zo energiearm
zijn dat ze niet door de röntgenbuis naar buiten komen.
60 en 68kV zijn de bindingsenergieën van de L en de K schijf
Het gele gebied = (rem)stralingsspectrum.
Karakteristieken pieken = veroorzaakt door
karakteristieke straling.
o Spelen op bij specifieke/karakteristieke voor
het anode materiaal golflengtes of energieën.
Hoe dichterbij de kern, hoe hoger de bindingsenergie
- Er zijn verschillende instellingen op een röntgentoestel, als je dan gaat kijken wat voor
invloed dat kan hebben op het kilovoltage (kV).
- De punt van de grafiek houdt op bij de ingestelde kV, de maximale fotonen energie die in
de bundel zit.
- Een groot deel van de fotonen heeft een veel lagere
fotonenenergie en feitelijke gemiddelde fotonenenergie
en daar worden röntgenfoto’s mee gemaakt
Op de afbl. Van 50 naar 90 kV, de grafiek breidt zich
steeds verder naar rechts uit.
Als je een foto maakt met 70 keV, heeft een klein deel
daarvan maar een keV van 70. De rest lager
2
, Als de kilo voltage wordt verhoogd, neemt de intensiteit toe.
- Intensiteit: de hoeveelheid straling
- De stijging van de intensiteit heeft te maken met de effectiviteit van de botsing in de
anode.
- Op het moment dat de elektronen vanaf de kathode harder mee botsen/ meer
kinetische energie overdragen, kunnen ze meer botsing veroorzaken/ efficiënter hun
energie overdragen waardoor efficiënter fotonen geproduceerd kunnen worden.
- Niet alleen energierijkere fotonen maar ook méer fotonen worden er geproduceerd.
- Als een toestel goed is ingesteld zie je de belichtingstijd tegelijkertijd afnemen, omdat je
met een hogere kilovoltage in dezelfde tijd meer fotonen produceert.
Wisselspanning vs. gelijkspanning
Alternating current vs. Direct current
Netspanning = wisselspanning
o Die wordt op een of andere manier omgezet in de
buisspanning en kilovoltage van het toestel
- De negatieve buisspanning kan je niks mee, want er vliegen
geen elektronen van de kathode naar de anode.
- Alleen positieve pieken van de netspanning worden omgezet
in een buisspanning. Vervolgens door de transformator
opgehoogd tot zo’n 60/70 kilovolt.
- Dit betekent dat er helft van de tijd geen straling produceert en dat de productie/
kilovoltage van tijd telkens terugloop naar 0
o Hierdoor houd je lager kilovoltage gemiddeld over dan je zou willen
Bij wisselspanningstoestel is het een onmenselijk fenomeen dat je op deze manier eigenlijk
een veel lagere fotonen energie produceert dan je zou willen. Hierdoor stuur je dus veel
lagere energieën naar de patiënt dit kan schade veroorzaken
Hier is het gelijk richten van de spanning waarbij die negatieve dalen
worden omgeklapt naar de positieve variant, hierdoor worden de
‘dode’ tijden opgevuld door een spanning over de kathode en anode.
- In dit geval loopt het alsnog terug naar 0, maar hier zijn allerlei
trucs op verzonnen waardoor de ene piek overgaat in de andere
piek
- Uitgangssignaal lijkt op gelijkspanningstoestel
Milliampèrage (mA)
Milliampèrage (mA) = het effect van de buisstroom.
- Is belangrijk bij de output van het toestel en dus op je
stralingsspectrum
- Dus het aantal elektronen wat overvliegt in de buis van de
kathode naar de anode.
4 grafieken, hier zijn 1, 1.5, 2, 2.5 milliampère
Er is een direct lineair effect zichtbaar op het moment dat het aantal milliamperes wordt verdubbeld,
zal ook de intensiteit (de output van het toestel) verdubbelen.
2x zoveel elektronen worden vrijgemaakt uit de kathode en botsen met de anode dus 2x
zoveel fotonen kunnen ontstaan.
3
, Linker grafiek
Kilovoltage heeft invloed op de intensiteit. Een
hogere kilovoltage geeft efficiëntere botsing
tussen een hogere dosis. Dus door efficiëntere
botsing ten gevolge van hogere energie van het
individuele elektron.
Rechter grafiek
Hogere miliamperage geeft een hogere dosis, het
miliamperage ten gevolge van meer elektronen
die botsen.
mAs is de basisoutput van het toestel.
mAs waarde = de buisstroom, het milliamperage,
dus het aantal elektronen wat overvliegt in de buis
vermenigvuldigd (x) met hoe lang dat het geval is
(belichtingstijd)
De ingestelde belichtingstijd is bijv. 0,2 sec. x een buisstroom
van 10 milliampère = een mAs-waarde van 2 (output).
Geeft een beeld van hoeveel elektronen er totaal overvliegen
Buisstroom = een verplaatsing van de energie (het
aantal coulobs per seconde) x hoelang dat duurt (belichtingstijd) = het aantal coulombs
(maat voor energie, een maat voor de output)
Zwarting: (vroeger/ tijden van de film) op het moment dat er meer straling op een film
kwam werd de film zwarter. Dat is met fosforplaten en dit systeem nog steeds zo.
mAs-waarde worden ook aangeduid als de elektronendosis, het aantal elektronen wat in die
buis overvliegt
Schematische weergave van wat er vervolgens gebeurt
- Nadat de elektronen die van de kathode naar de anode vliegen,
daar botsen en fotonen doen ontstaan. Komen uit de buis en
gaan door een aluminiumplaat (filter), daarna door tegenwoordig
een rechthoekig diafragma van lood.
Diafragma: alleen door die opening straling het toestel kan verlaten
- De straling die gevormd is, die fotonen, worden door een filter
geleid voordat ze het toestel mogen verlaten.
- Dit is om de bundel te filteren en dat doen we om de lage energetische fotonen weg te
vangen voordat ze het toestel verlaten.
o 10-20kV wordt al weggevangen in het glas van de röntgenbuis (dus extra door het
aluminium filter met licht metaal)
- Laag energetische fotonen worden weggevangen omdat je deze niet bij de patiënt wil
hebben. Ze dragen niet bij aan de beeldvorming en vormen wel een risico voor de
patiënt
4
