Stralingshygiëne Cursus PDF

STRALINGSHYGIËNE CURSUS Atoom en kernfysica (H1, H2 en H3) Bij ioniserende straling is er zoveel energie dat het atoom veranderd. Er bestaan verschillende soorten straling; - Alfa deeltjes - Beta deeltjes - Röntgen/gammastraling Bouw van atoom Een atoom is de kleinste eenheid v...

STRALINGSHYGIËNE CURSUS Atoom en kernfysica (H1, H2 en H3) Bij ioniserende straling is er zoveel energie dat het atoom veranderd. Er bestaan verschillende soorten straling; - Alfa deeltjes - Beta deeltjes - Röntgen/gammastraling Bouw van atoom Een atoom is de kleinste eenheid van een element, de kern hiervan is omringd door een elektronenwolk. Hierbij zijn de elektronen 4000x kleiner dan de massa van de kern. Een atoom bestaat uit 3 deeltjes. Een proton, dit is een positief geladen deeltje. Een neutron, hierbij zeg de naam het al, dit is een neutraal geladen deeltje. En een elektron, dit is negatief geladen deeltje. Deze elektronen zijn gegroepeerd in verschillende schillen (K, L, M etc.) Hierbij heeft de K schil de hoofste bindingsenergie en naarmate dat de schillen zich vorderen hoe lager deze bindingsenergie wordt. Deze bindingsenergie wordt aangegeven in eV (elektronvolt) en 1 eV staat gelijk aan 1.6*10-19 Joule. Elektronvolt zijn energie geladen deeltjes. Volt is de energie (Joule) die het kost of oplevert om een lading van 1 Coulomb te bewegen. Volt is dus de ladingsdichtheid waarbij positief geladen het hoogste is en negatief geladen het laatste. 𝐴 𝑧𝑋 dus 12 6𝐶 A = massagetal ( Z+N) A = 12 Z = atoomnummer Z=6 X = elementsymbool X = koolstof N= neutronen N=6 Nucliden zijn alle verschillende atomen van alle elementen. Isotopen zijn elementen met een gelijke hoeveelheid aan protonen maar een verschil in neutronen. Radio-isotopen hebben het zelfde atoomnummer, maar verschillende massagetal. Hierbij hebben ze wel dezelfde chemische eigenschappen maar een verschillende aantal aan neutronen. Isomeren hebben een gelijke massagetal en atoomnummer maar er is een verschil in de energie-inhoud Isobaren: Hebben een gelijk massagetal. Bij stabiele atoomkernen zijn de verhouding van protonen en neutronen gelijk, maar bij instabiele atoomkernen zijn er een verkeerd aantal aan protonen en neutronen en hierbij is er te veel energie in de kern aanwezig. Instabiele stoffen zijn vaak radioactief, en veranderd in een stabielere stof door ioniserende straling uit te zenden. Deeltjes straling - Alfa deeltjes → bestaan uit heliumkernen - Beta deeltjes → bestaan uit β- straling (elektronen (e-)) en β+ straling (positronen (e+)) Neutronenstraling is voornamelijk afkomstig vanuit kernreactoren. Elektronen- en protonenstraling zijn daarentegen afkomstig uit deeltjesversnellers. 1 Fotonenstraling Fotonen (ioniserende straling) bestaat uit У-straling en röntgenstraling. У-straling is een vorm van elektromagnetische straling van uit de kern van een atoom. Röntgenstraling is net als У-straling een elektromagnetische straling maar heeft minder energie, deze energie komt van uit de elektronschillen. Radioactief afval Zoals benoemd zijn de deeltjes α, β-, β+ en neutronen, bij deze processen komen er verschillende hoeveelheden aan eV vrij. Bij У-straling komt juist standaard een grote hoeveelheid aan eV vrij. Alfa-verval Zware kernen, die vooral een overschot aan protonen hebben, kunnen zich stabiliseren door het uitzenden van een heliumkern, deze heliumkern bestaat uit 2 protonen en 2 neutronen (zie voorbeeld hieronder). Een alfa-deeltje heeft hierom een lading van 2+ (heliumkern). In een vervalschema voor een alfa-deeltje ga je hierom verlies van 2 Z-waarden, 2 N-waarden en 4 A-waarden zien. De zware kernen hebben een relatief zware massa en hierdoor zal er een terugstoot veroorzaakt worden door het alfa- deeltje. Hierdoor kunnen emitters zich gemakkelijk verspreiden, waardoor de risico op inwendige besmetting verhoogd. Ook komt er bij deze splitsing van zware kern en alfa-deeltje veel MeV vrij. Het alfa- verval wordt elk gekenmerkt door zijn eigen karakteristieke energie. 210 206 84𝑃𝑜 → 82𝑃𝑏 + 42𝐻𝑒 β - -verval β—verval ontstaat door een overschot aan neutronen. Neutron → proton+ + β- + v- (antineutrino) 0 14 6𝐶 → 14 7𝑁 + −1𝛽 + 00𝑣- β- is een elektron (e-) dat ontstaat door het radioactief verval en wordt uitgezonden. De energie van zo’n β- deeltje bepaald de afstand dat het deeltje kan afleggen, en variëren dus. Een β--deeltje heeft een energie van 0 tot maximum E β- max, waarbij het gemiddelde energie van een β—deeltje ligt bij ongeveer 1/3 E β- max Bij het vervalschema heeft een β--verval een winst van 1 Z-waarde en verlies van 1 N-waarde. β + -verval β+-verval ontstaat door een overschot aan protonen, waarbij er dus een neutronentekort is. Proton+ → neutron + β+ + v (neutrino) 11 11 6𝐶 → 5𝐵 + 01𝛽 + 00𝑣 Een β+ -deeltje is een positron (anti-deeltje van elektron) dat ontstaat door radioactief verval, en die uitgezonden wordt. β+-verval kan alleen ontstaan als het een energieoverschot heeft van 1022 keV. Uiteindelijk kan het β+-deeltje zich gaan samensmelten met een elektron, de energie die hierbij wordt omgezet is EУ=mec2 2 Het samensmelten van het β+-deeltje en elektron wordt ook wel annihilatie genoemd, bij annihilatie worden er fotonen uitgezonden elk met een energie van 511 keV. Het vervalschema van een β+-verval zal er een verlies zijn van 1 Z-waarde en winst van 1 N-waarde. Elektronvangst (Electron capture (EC)) Wanneer er bij een protonenoverschot geen mogelijkheid is tot β +-verval, kan er elektronvangst plaatsvinden. Hierbij neemt de kern een elektron op uit de elektronenwolk. Hierbij kan er röntgenfoton of een auger elektron ontstaan. Proton+ + e- → neutron + röntgenfoton of auger electron 55 0 55 26𝐹𝑒 + −1𝑒 → 25𝑀𝑛 +𝑣 Bij elektronenvangst neemt de kern een elektron op uit de elektronenwolk, het gat in het elektronenschil wordt opgevuld en resulteert bij een hoge Z tot röntgenfotonen en bij een lage Z tot auger-elektronen. Deze processen gaan met elkaar in concurrentie. Het vervalschema bij elektronvangst is vergelijkbaar met die van β+-verval. Spontane splijting Zeer zware kernen kunnen spontaan splijten, waarbij er 2 á 3 neutronen kunnen vrijkomen. Hierbij komt er veel energie vrij ca. 200 MeV. (kernenergie). ϒ-verval Na α- of β-verval bezit de kern vaak nog heel veel energie, de kern bevindt zich dan in een aangeslagen toestand (aangetoond met m achter het massagetal). De kern raakt deze energie kwijt door het uitzenden van ϒ-fotonen (isomerende toestand). Deze energie die het foton uitzend is karakteristiek voor het betreffende У-verval, hierdoor kan de radionuclide geïdentificeerd worden bij het meten van de energie. Hierbij veranderd er ook niks aan het massagetal of het atoomnummer. Interne conversie (IC) Naast У-verval kan er ook interne conversie plaatsvinden. Bij IC kan het overtollige energie van de kern overgedragen worden aan een elektron, maar de samenstelling van de kern veranderd niet. Het elektron wordt vervolgens uit de K-schil geschoten waarbij er een hoge energie vrij komt en deze energie is detecteerbaar. Men spreekt dan van een conversie-elektron. De energie van dit conversie-elektron is gelijk aan de У-energie verminderd met de bindingsenergie van het betrokken elektron. Het gaat wat er in de K-schil ontstaat wordt vervolgens opgevuld onder uitzending van karakteristieke röntgenstraling, opgevolgd door het Auger-elektron. Het auger-elektron ontstaat door het uit de baan schieten van naar meer buiten gelegen elektronen door het röntgenfoton. Het У-verval en IC concurreren met elkaar. 3 Vervalproces Vervalschema’s T1/2 staat voor de halveringstijd De Q-waarde is de desintegratie-energie aangegeven in MeV. Bij het voorbeeld hiernaast is de Q-waarde 2.50 MeV. De Q-waarde geeft ook wel aan wat het energieverschil is tussen moeder- en dochternuclide. De halveringstijd geeft aan wanneer de ½ van de atomen zijn vervallen. Voorbeeld 1000 euro en de helft wordt per jaar wordt gebruikt. 1 jaar = ½ = ½ * 1000 = 500 euro 2 jaar = ½*1/2 = (1/2)2 *1000 = 250 euro 3 jaar = ½*1/2*1/2 = (1/2)3 * 1000 = 125 euro 10 jaar =( ½)10 *1000 = 0.98 euro De activiteit (At) neemt exponentieel af in de loop van de tijd Formule 1: 1 𝐴𝑡 = 𝐴0 ∗ ( )𝑡/𝑇1/2 2 At = activiteit op tijdspunt A0= activiteit op t=0 t = tijdspunt T1/2 = halveringstijd T en T1/2 moeten wel dezelfde waarde hebben zoals uren, dagen of jaren etc. Voorbeeld T1/2 = 2.74 jaar A0 = 1000 MBq t = 3 jaar At = 1000 * (1/2)3/2.74= 470 MBq 4 Eenheid van activiteit De radioactiviteit wordt aangeven in becquerel (Bq) of in Curie (Ci), technisch gezien worden beide noteringen gebruikt, echter wordt er merendeels gewerkt met Bq. 1Ci is dus ook 3.7+1010 Bq, en dit is de activiteit van 1 gram Radium. Wisselwerking en afscherming H4 en H5 Doordringend vermogen α- en β-deeltjes hebben een massa en kunnen dus volledig gestopt worden (dracht). Fotonen hebben daarentegen geen massa, maar elektromagnetische straling. Deze elektromagnetisch straling is nooit helemaal te stoppen. Wisselwerking Ioniserende straling Ioniserende de straling ontstaat voor namelijk door de energie door wisselwerking met elektronen. Hierbij kan er excitatie en ionisatie optreden. Bij excitatie gaat het elektron naar een hogere schil en valt vervolgens weer terug. Bij ionisatie gaat het elektron juist volledig uit de elektronenwolk. α-deeltjes α-deeltjes geeft een energieafgifte door botsingen met elektronen. Deze alfa-deeltjes zijn veel zwaarder dan de elektronen en blijven botsen totdat er geen energie meer is, elk alfa-deeltje heeft een energie van ongeveer 5 Mev. Het is een recht spoor van ionisatie en excitatie, ook stoppen alle deeltjes op dezelfde diepte. β-deeltjes β-deeltjes geeft energieafgifte door vele achtereenvolgende botsingen met elektronen, hierbij veranderd de richtingsbaan bij botsing. Hierbij kan er zich een grillige of kronkelende baan ontstaan of er is een kans op terugverstrooiing. Er kan een energieverlies ontstaan door verschillende botsingen met elektronen, daarentegen is er een klein beetje energieverlies door remstraling. Bij remstraling is er remming/afbuiging in het elektrische veld van de atoomkern welke röntgenstraling is. De meeste remstraling ontstaat met materialen met een hoge Z-waarde of wanneer de β- deeltje of elektronen een hoge energie hebben. Het verschil bij β+-deeltjes is juist dat er geen remstraling ontstaat maar dat de wisselwerking gevolgd wordt door annihilatie van positron met elektron, uit materiaal na afremming. Neutronen Hierbij is er energieafgifte door botsingen met atoomkernen, er is hierbij geen wisselwerking met een elektron. Het meeste energieverlies vindt bij neutronen plaats met waterstof. 5 Dracht van deeltjestraling Straling In lucht In weefsel* α 40 mm 40 µm β 5 meter 5 mm Neutronen Kunnen een zeer lange dracht hebben *In weefsel is de dracht 1000x lager dan in lucht. γ- en röntgenfotonen Bij y en röntgenfotonen kunnen er verschillende effecten ontstaan, namelijk het foto-elektrische effect, Compton scattering en paarvorming. Foto-elektrisch effect Het foto-elektrische effect komt voor bij vooral hoge Z-waarden en lage fotonenenergie. Hierbij staat het foton volledig zijn energie af aan een elektron. Dit elektron gaat uit de binnenste schil, vervolgens wordt het gat opgevuld door een ander elektron en hierbij ontstaat de karakteristieke röntgenstraling. Compton effect Het kans compton scattering is groter bij lage Z-waarden en een fotonen energie rond de 2 MeV. Hierbij is er botsing van foton met een buitenschil-elektron, de foton-energie verdeeld zich tussen het elektron en een nieuw foto. Bij deze botsing ontstaat dus het zogenaamde Compton Scattering of Compton verstrooiing, hierbij komt de build-up factor naar voren toe. Paarvorming Paarvorming ontstaat bij een hoge Z-waarde en fotonenergie boven de 4 MeV. Hierbij botst het foton met de atoomkern, de foton gaat hierna over in een elektron en een positron en dit wordt gevolgd door annihilatie. Afscherming α-deeltjes Alfa-deeltjes hebben een hoge stralingsweegfactor: Wr=20 Maar passeert geen dode huidcellen Beta deeltjes Voor afscherming van beta-deeltjes haat het om de hoeveelheid materiaal per oppervlakte eenheid. De massieke of gereduceerde dracht is onafhankelijk van het afschermingsmateriaal. 𝑅 𝑏𝑒𝑡𝑎 =𝑅∗𝑝 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑖𝑒𝑘 6  𝑅 ∗ 𝑃 = 0.5 ∗ 𝐸 0.5 ∗ 𝐸 𝑅= 𝑃 Vaak wordt er voor beta-deeltjes voor afscherming perplex gebruikt. Bij B+-deeltjes is er sprake van annihilatiestraling, maar moet er extra afscherming gebruikt worden met lood of bv. Wolfraam y- en röntgenstraling y en röntgenstraling heeft een lage energie en domineert het foto-elektrisch effect. Bij dit soort straling is Lood (hoge Z-waarde) dan het efficiëntste afschermmiddel. Lood is daarentegen erg duur en ongeschikt voor bouwkundige constructies zoals een bunker rond een versneller of -bestralingsfaciliteit. In zo'n geval is beton het optimale afschermingsmateriaal. Bij het compton effect hangt het nauwelijks af van de Z-waarde. Halfwaarde dikte = d1/2 De halfwaarde dikte is de dikte van het afschermingsmateriaal waarbij de stralingsintensiteit gehalveerd wordt. Bij 10x de D1/2 word de intensiteit 210 oftewel 1000 keer kleiner. De transmissie van y-straling = I (d)/ I (0) (doorgelaten intensiteit / oorspronkelijke intensiteit) De transmissie (d) = E-µ*d µ = verzwakkingscoëfficient (in cm-1 of mm-1) d = dikte afscherming Grootheden en eenheden Grootheid = wat je meet Eenheid = hoe je iets meet Direct ioniserend zijn geladen deeltjes zoals protonen en elektronen. Indirect ioniserend zijn ongeladen deeltjes, zoals neutronen en fotonen, na overdtacht van energie aan elektronen, die daarna energie overdragen in materie, daarna aan de kern en vervolgens aan bv een alfa- deeltje Exposie is de vrijgemaakte lading per massa in lucht of ook wel R of C/kg. Dit is niet direct de overgedragen energie, maar vrijgemaakte elektronen. Geabsorbeerde dosis of dosis (D), is de hoeveelheid geabsorbeerde energie per kg materiaal (J/kg = Gy). De grootheid is dus D en de eenheid is in Gy. De dosistempo is juist de hoeveelheid Gy in een tijdseenheid. De dosis is een fysische grootheid en geeft onvoldoende informatie over de risico of biochemisch. 7 De equivalente dosis (H) is de hoeveelheid geabsorbeerde energie per kg in organen. Hierbij wordt als eenheid Sievert (Sv) gebruikt. Bij de H komt de stralingsweegfactor (W r) van pas. De Wr is een dimensieloos, maar wordt gebruikt om de H te bepalen bij een bepaalde straling. Elk soort straling heeft namelijk een andere Wr, zie hieronder. Soort straling Wr Α 20 Β 1 y 1 Röntgen 1 Protonen 5 Neutronen 5-20 𝐻𝑡 = 𝑊𝑟 ∗ 𝐷𝑡 Voorbeeld Er is een geabsorbeerde dosis van 1 mGy röntgenstraling, wat is de equivalente dosis? D = 1 mGy Wr = 1 Dus Ht = 1 * 1 = 1 mSv De effectieve dosis (E) is de som van de gewogen equivalente dosis in alle weefsels en organen ten gevolge van inwendige en uitwendige bestraling. De E is afhankelijk van Ht en de weefselweegfactoren (Wt). De soms van het gehele lichaam is Wt = 1. De Wt hangt af van de ICRP103. 𝐸 = (𝑊𝑡 ∗ 𝐻𝑡 ) Voorbeeld Er is een geabsorbeerde dosis van 2 mGy alfa-straling in de maag, wat is de effectieve dosis? D = 2 mGy Wr = 20 Wt = 0.12 Dus E = (20 * 2) * 0.12 = 4.8 mSv E(50) De effectieve dosis of E(50) is de dosis die het gevolg is van inwendige besmetting in SV in een periode van 50 jaar. Hierbij zijn er verschillende bepalende factoren; - De hoeveelheid Bq oftewel de activiteit - De distributie - De verblijftijd - Het soort straling 8  - De stralingsenergie E(50) kan berekend worden door e(50) te vermenigvuldigen met de activiteit. e(50) is de dosisconversiecoëfficient en hangt af van de onderstaande factoren; - Wat voor nuclide het is. - In welke fysische vorm/ chemische verbinding de nuclide zich bevindt. - Hoe de nuclide inwendig is geraakt, door ingestie of inhalatie (ingestie is in een lab niet mogelijk omdat er niet gegeten mag worden op een laboratorium) - Hoeveel activiteit in Bq. Voorbeeldberekening A = 0.26 MBq 131-I = 0.26*106 Bq inhalatie e(50) = 2*10-8 Sv/Bq E(50) = 2*10-8 * 0.26*106 = 5.2 mSv In Nederland is het begrip radiotoxiciteitequivalent (Re) in gevoerd. Dit begrip word ook wel gedefinieerd als de activiteit die bij inname een effectieve volgdodis van 1 Sv tot gevolg heeft. 1 Re = 1Sv/ e(50) Orde van grootte Beroepsmatig worden de blootstellingen in Nederland verdeeld. Een gewone werknemer heeft een jaar limiet van 1 mSv per jaar, de niet-blootgestelde werknemer (B- werker) hebben een jaarlimiet van 1-6 mSv per jaar en blootgestelde werknemers (A-werker) hebben een jaarlimiet van 6-20 mSv per jaar. Standaard is er een jaardosis van ongeveer 2 mSv in Nederland ter gevolge van natuurlijke straling door bijvoorbeeld Radon (in de grond), bouwmaterialen, voedsel maar ook kosmische straling. Detectie van ioniserende straling Ioniserende straling wordt gemeten door het meten van de elektrische lading die het gevolg is van ionisatie. Dit worden ook wel ionisatiedetectoren genoemd. Scintilleren is het de emissie van elektromagnetische straling als gevolg van ionisatie. Detectoren kunnen dit scintillatielicht meten en worden ook wel scintillatiedetectoren genoemd. Soorten detectoren. Gasgevulde detectoren Ionisatiedetectoren, zoals de naam ook wel suggereert, berust op het detectoren van ontstaande positieve ionen en negatieve elektronen. De ionisatiedetectoren zijn gas-gevulde kamer waarin zich een negatieve wand bevindt (kathodewand) en een of meerdere positieve draden (anodedraad). Zodra er zich elektron-ion paren gevormd zijn, zal door een elektrisch tussen beide elektroden het ion naar de kathode bewegen en de vrije elektron naar de anode. Hierbij moet er wel genoeg spanning zijn om recombinatie van het ion-elektron paar te voorkomen. 9 Er zijn verschillende gasgevulde detectoren; Bij een ionisatiekamer moet er voldoende spanning zijn tussen de anode en kathode, die een alle ionisatielading naar de elektroden brengt. En de ontstane elektrische stroompuls zal evenredig zijn met het aantal ionen dat gevormd zijn, en daardoor evenredig zijn met de afgegeven energie van de ingevallen straling. Een ionisatiekamer is een onderdeel van een dosiskalibrator. Bij een proportionele telbuis vormen zich nieuwe, secundaire ionen. Hierbij wordt er een hogere spanning gebruikt dan bij een ionisatiekamer, hierdoor wordt de elektrische puls groter omdat de elektronen versnellen (gasversterking). Zolang de buisspanning niet te groot is, dan is de gasversterking voor alle interacties hetzelfde oftewel de grootte van het elektrische puls is nog steeds evenredig aan zijn energie die door de straling aan het gas is afgeven. De proportionele telbuis wordt vaak voor het identificeren van een isotoop gebruikt door het maken van een spectrum. Bij een nog hogere spanning wordt een Geiger-Müller teller gebruikt. Hierbij worden er zoveel ionen gevormd dat er een positieve wolk vormt die de negatieve kathode afschermt en het elektrische veld dus opheft. Elke interactie leidt tot eenzelfde puls bij een dergelijke hoge spanning, die wel groot maar registreerbaar is. Maar bevat geen informatie meer over de energie van het detecteerde foton of deeltje. Wel heeft een Geiger-Müller teller te maken met een dode tijd. De dode tijd is de minimale tijdsduur tussen twee tellingen, welke afhangt van buisafmeting, gasdruk en de anodespanning, welke ongeveer 0.2 ms bedraagt. Halfgeleiders Vaste-stof-ionisatiekamer bevat een stof die een hoge elektrische weestand heef. Ook heeft deze stof een hoe dichtheid waardoor straling goed geabsorbeerd kan worden. Maar deze halfgeleiders moeten vaak gekoeld blijven, hebben een lagere tuis en hebben een hogere gevoeligheid. Scintillatiedetectoren Bij scintillatiedetectoren wordt er gebruikgemaakt van het feit dat er na excitatie en ionisatie in het scintillatiemateriaal fotonen gezonden worden. Dit lichtsignaal wordt vervolgens omgezet in een elektrische puls. Deze omzetting gebeurd in een fotoversterkerbuis waarin zich een fotokathode bevindt. Zodra er op de fotokathode een foton op valt dan wordt er een elektron vrijgemaakt dat door een achterliggende positieve elektrode aangetrokken wordt en versneld. Hierbij ontstaat er een cascade van elektronen. De elektrische puls die op de aode van de fotoversterkerbuis verschijnt is evenredig aan de energieafgifte van de scintillator. Scintillatiedetectoren zijn meestal Natriumjodide kristallen, doordat het jodiumatoom een grote Z- waarde heeft speelt het foto-elektrische effect een belangrijke rol. Hierdoor is de scintillatiedetectoren zeer geschikt voor het detecteren van elektromagnetische straling zoals röntgen- en y-fotonen. Thermoluminescentie is een andere vorm van een scintillatiedetector. Hierbij blijft de geëxciteerde toestand in het materiaal aanwezig en zal zich pas in de vorm van scintillatielicht uiten na verwarming. Na het uitlezen zijn de weer geschikt om opnieuw te gebruiken, dit maakt ze daarom ook geschikt voor persoondosismetrie. Doordat de energie maar zeer beperkt verloren gaat in de tijd. Activiteit Welke detectoren geschikt zijn om activiteit te meten hangt sterk af van de straling die uitgezonden wordt. Voor laag energetische röntgen- of y-straling is een proportionele telbuis geschikt met een dun venster. Terwijl voor hoogenergetische straling NaI- en Ge-detectoren geschikt. Bij het meten van β- 10 activiteit wordt gebruik gemaakt van vloeistofscintillatie, maar ook ionisatiedetector en Si-detector. Sommige monitoren zijn aan de voorkant voorzien met een dun laagje ZnS wat in staat is om α-activiteit te meten. Het rendement is de te detecteren fractie, hierbij wordt het aantal niet uitgezonden deeltje gedeeld door de geregistreerde fotonen 𝑁𝑔 𝜀𝑡𝑜𝑡 = 𝑁𝑢 Biologische effecten van ioniserende straling 1. Biologie: Cellen, DNA en eiwitten (herhaling dus syllabus doorlezen) 2. Ioniserende straling Indirecte schade is de belangrijkste bijdrage, weefsel bestaat namelijk 70-90% ioy H2O. Bij ioniserende straling vormen er zich vrije radicalen, namelijk H+ en OH-, deze radicalen zijn heel erg reactief en kunnen biomoleculen beschadigen. Directe beschadiging is de beschadiging van biomoleculen door ionisatie. Stralingsschade zorgt voor breuken aan de zijkant van de DNA-helix, deze schade kan vervolgens voor verlies of verandering in DNA-basen zorgen en hierdoor kan het DNA minder goed gaan functioneren. Daarentegen zijn er wel beperkingen van deze stralingsschade. 1. DNA-reparatie: Het DNA kan namelijk herstelt/gerepareerd worden door verschillende enzymen. 2. Checkpoints in de DNA-replicatie, mitose en celdeling, deze kunnen namelijk de celcyclus onderbreken bij detectie van DNA-schade 3. Anti-oxidanten, deze kunnen schadelijke vrije radicalen neutraliseren. 4. Apoptose (bijv. p53 en BCL-2), apoptose zorgt voor opruiming van beschadigde of ongecontroleerde delende cellen. De meest stralingsgevoelige cellen zijn de snel delende cellen, omdat deze cellen minder tijd hebben voor de DNA-reparatie. Dit zijn voornamelijk tumorcellen, beenmerg, milt, darmepitheel, maar ook kinderen zijn stralingsgevoeliger doordat hun cellen nog sneller delen. Daarentegen zijn de minst stralingsgevoelige cellen, de differentiërende en functionerende cellen die zich weinig delen zoals spieren, zenuwcellen en de hersenen. Het effect van 1 Gy is 2*105 ionisaties in de cel, ongeveer 1% schade in het genomisch materiaal en ongeveer 1000 DNA-breuken. 3. Effecten op de mens Somatische effecten zijn effecten in een individu, hierbij kan er schadelijke weefselreactie ontstaan, dit kan acuut zijn of latere leeftijd, of het kansgebonden effect kan ontstaan, die ook een latere tijd tot uiting komen. Er kunnen ook genetische effecten zijn, en deze zijn kansgebonden en spreekt eigenlijk voor het nageslacht van een individu. 4. Kansgebonden effect (stochastisch effect) Het kansgebonden effect: hoe hoger de dosis hoe groter de kans is op het optreden van het effect. Hierbij heb je geen drempel-dosis en hangt de ernst van het effect niet af van de dosis, dit wordt ook wel 11 het alles-of-niets-effect genoemd. Late effecten van het kansgebonden effect hangt af van de latentietijd. Er is namelijk minimaal 3-5 jaar nodig voor de vorming van leukemie en minimaal 10 jaar voor overige vormen van kanker. 5. Schadelijke weefselreactie (deterministisch effect) Schadelijke weefselreactie wordt bepaald door een hoge drempeldosis, en treedt op als veel cellen van een orgaan of weefsel beschadigd zijn. Hoe hoger de dosis dus is hoe ernstiger het effect is en dit kan een acuut of laat effect zijn. Als straling over een langere tijd verdeeld wordt daalt de kans op schadelijke weefselreacties, hierbij vindt er tussentijdsherstel plaats. Verschillende syndromen die door schadelijke weefselreactie kunnen ontstaan zijn; - Beenmergsyndroom: Aantasting van het immuunsysteem en vorming van bloedplaatsjes waardoor de weerstand verminderd. (1 Gy) - Darmsyndroom: Aanmaak nieuwe darmfili stopt waardoor er een verminderde opname van water, mineralen en voedingsstoffen ontstaat. (5 Gy) - Hersensyndroom: Vochtophoping in de hersenen, waarop binnen enkele uren de dood volgt (50 Gy) 6. Effecten op ongeboren kind (100 mGy) Week 1-2: Spontane abortus (alles-of-niets-effect) Week 3-8: Vorming van organen (organogenese), wat kan leiden tot misvormingen Week 8-15: Ontwikkeling van de hersen en kan leiden tot vermindering van IQ Week 16-36: Voltooiing van de ontwikkeling kan leiden tot groeiachterstand Het risico voor het geboren kind is gelijk aan die van een jong kind. 7. Nageslacht Effect mogelijk als er stralingsschade is in de geslachtcellen van ouders voordat er sprake is van een zwangerschap. Elk stadium in de vorming van geslachtscellen heeft zijn eigen gevoeligheid voor stralingsschade. 8. Risicogetal van stralingsschade Risicofactor van straling is 5% per Sv op het risico van fatale kanker. 12