Menu

X-RAY DETECTION

Het doordringend vermogen van X-ray apparatuur.

Voor luchtdicht afgesloten vaten is de X-ray de enige juiste vorm van controle. Voor transparante plastic vaten lijkt het doordringend vermogen van de straling op het eerste gezicht geen probleem, om bij controle van de zending met X-ray apparatuur een goed oordeel te kunnen vellen. Je kan immers al bijna met het blote oog door de verpakking kijken.  Van stalen vaten wordt nog wel eens beweert dat je met de X-ray niet door een dik vat heen kunt kijken.

Om het doordringend vermogen van de X-ray straling bij een zending in te kunnen schatten moeten we wat dieper op de materie in gaan.

De röntgenbuis

Röntgenstraling ontstaat door botsing van snelle elektronen, d.w.z. elektronen met grote kinetische energie, op materie. De straling ontstaat door de plotselinge afremming van de elektronen bij botsing en wordt daarom ook wel ‘remstraling’ genoemd. Voor het ontstaan van röntgenstraling is het nodig dat de elektronen met voldoende snelheid op de materie botsen.

Rontgenbuis-JEG

K = Gloeidraadspanning                  C = buisspanning                 C = koeling       X = Röntgenstraling

De Kathode is de gloeidraad en de Anode is het meestal uit wolfraam bestaande trefplaatje.

De elektronen worden vrijgemaakt door verhitting van een gloeidraad. Er komen meer elektronen vrij naarmate de temperatuur van de gloeidraad hoger is. De temperatuur is afhankelijk van de sterkte van de gloeistroom. De uit de gloeidraad (de negatieve pool of kathode) vrijgemaakte elektronen worden aangetrokken door de positieve pool, de anode. De elektronen krijgen hun snelheid door een spanningsverschil (buisspanning) aan te brengen tussen de gloeidraad en de anode. Naarmate het spanningsverschil tussen kathode en anode groter is, zullen de elektronen met grotere snelheid op de anode slaan en zullen meer röntgenstralen van hogere energie worden opgewekt. Hogere energie of kwaliteit betekent: kortere golflengte, hardere straling, groter doordringend vermogen. De kwaliteit van de röntgenstralen is dus voornamelijk afhankelijk van de spanning tussen anode en kathode. Met de buisspanning regel je twee dingen tegelijk, want een hoge buisspanning levert een groter spanningsverschil waardoor de elektronen harder bewegen en harder botsen. Bij harder botsen blijkt het percentage botsingen dat röntgenstraling oplevert omhoog te gaan. Daarnaast zorgt het harder botsen ervoor dat de frequentie van de röntgenstraling hoger wordt. Röntgenstraling met een hogere frequentie noem je harde röntgenstraling, met een lagere frequentie zachte röntgenstraling. Harde röntgenstraling dringt verder door in materie dan zachte röntgenstraling.

De generator van een röntgenapparaat levert de elektrische voeding. De door de generator op te wekken buisspanning kan, afhankelijk van het type röntgentoestel waar de generator aan is gekoppeld, variëren van 20 tot 200kV hoogspanning.

Röntgenstralen

Röntgenstralen zijn elektromagnetische golven die variëren van circa 0,01 tot 4,5 nm. Hun golflengte is dus aanzienlijk kleiner dan die van het licht, de straling plant zich voort met dezelfde snelheid als het licht. De bij een bepaalde buisspanning opgewekte röntgenstralen hebben niet allen een zelfde golflengte, er ontstaat een continu spectrum van golflengten. Oorzaak hiervan is enerzijds dat niet alle elektronen dezelfde snelheid hebben als zij de anode treffen, anderzijds dat de energieoverdracht van de elektronen aan de materie niet altijd even succesvol is.

Rontgenstralen-JPEG

        Schadelijk

Röntgenstraling kan cellen beschadigen. Het is daarom belangrijk niet teveel straling te ontvangen. De hoeveelheid energie die het lichaam per kg geabsorbeerd heeft noemt men de dosis en dit wordt uitgedrukt in Sievert (Sv). Bij een gewone röntgenfoto is de ontvangen dosis ongeveer 0,5 mSv. Een gemiddelde Nederlander ontvangt per jaar ongeveer 2 mSv. De dosis die een patiënt bij een CT-scan ontvangt is groter dan bij een röntgenfoto tot 15 mSv. De toelaatbare norm voor de hoeveelheid röntgenstraling die een mens per jaar bovenop de normale achtergrondstraling op zijn werkplek mag ontvangen is slechts 1 mSv.

Doordringend Vermogen

Röntgen straling kan diep in allerlei stoffen doordringen. Het doordringende vermogen hangt niet alleen af, zoals we eerder schreven van de energie van de röntgen fotonen, maar ook van de dichtheid van de stof.

  • Hoe groter de energie (hogere frequentie, kortere golflengte) van de röntgenstraling is, hoe groter het doordringende vermogen.
  • Hoe groter de dichtheid van de bestraalde materie, hoe kleiner het doordringende vermogen is. Materiaal met een  grote dichtheid laat röntgenstraling minder goed door dan materiaal met een lage dichtheid

Dichte stoffen absorberen meer straling, maar wat zijn dichte stoffen?  Dichte stoffen zijn samengesteld uit  atomen met een hoog atoomnummer. Deze absorberen meer straling dan stoffen met een lager atoomnummer. Als een röntgenstraal (foton) op zijn reis door de stof een elektron tegenkomt, wordt de straling geabsorbeerd en verdwijnt uit de bundel. Bij stoffen met een grotere elektronendichtheid wordt meer straling geabsorbeerd.

ElectronDe elektronendichtheid van een stof is direct gerelateerd aan de dichtheid van die stof, neemt toe als het atoomnummer groter wordt en af als de massa van het atoom toeneemt. In een formule gevat:

elektronendichtheid

De halveringsdikte d1/2 is een maat die de afstand aangeeft waarover een stof de helft van de invallende fotonen heeft geabsorbeerd. De halveringsdikte hangt af van het effectieve trefoppervlakte van de elektronen in de stof en de dichtheid van het materiaal

halfdikteDe halveringsdikte is de dikte van een laag van een bepaalde stof, die de intensiteit van een radioactieve straling of röntgenstraling tot op de helft reduceert. Als we stoffen in volgorde van grote naar kleine dichtheid zetten krijgen we: Lood, ijzer, aluminium, beton, water.

Tenslotte gaat het om het doordringend vermogen van de röntgenstraling oftewel: wat blijft er aan intensiteit van straling over nadat de stof is gepasseerd. Om een inschatting te kunnen maken geven we hieronder een overzicht van de dichtheid ( kg/l bij 293 K) van een aantal gangbare stoffen.

Vaste stoffen Kg/l Vloeistoffen Kg/l Gassen Kg/l
Baksteen 1,5   – 1,8 Alcohol 0,80 Butaan 2,67
Cement               (beton) 1,5   – 2,4 Benzine 0,72 Chloor 3,21
Gips 2,32 Kwik 13,5 Fluor 1,70
Glas 2,55 Melk 1,03 Freon 5,51
Hout      vuren- resp eiken 0,58   – 0,78 Petroleum 0,79 Koolstofdioxide 1,99
Kurk 0,20   – 0,35 Stookolie 0,95 Lucht 1,29
Lood 11,35 Water 0,998 Propaan 2,02
Marmer 2,7 Zwavelzuur 1,84 Waterstof 0,09
Papier 0,7   – 1,2 Zuurstof 1,43
Plexiglas   resp PVC 1,2   – 1,3 Zwaveldioxide 2,93
IJs 0,9
Zand 1,6

Nog enkel bijzondere dichtheden: Goud = 19,3, Platina =21,5, IJzer = 7,87, Gietijzer = 7,3, Zilver = 10,5 en (roestvrij) Staal = 7,8.

Als we de specificaties van de X-ray die bij PMT op de Tupolevlaan 32 staat erbij halen, heeft deze een doordringend vermogen van 30 mm in staal. Als we dit omrekenen naar enkel andere gangbare verpakkingsmaterialen, heeft met uitzondering van de edelmetalen, eigenlijk alleen lood een hogere dichtheid en zal de X-ray minder ver in dit materiaal kunnen doordringen (12 mm). Voor hout als verpakkingsmateriaal is bijvoorbeeld het doordringend vermogen 35 cm. Al met al is voor de gebruikelijke verpakkingsmaterialen het doordringend vermogen van een X-ray ruim voldoende. De hoeveelheid aan te wenden materiaal om niet door de verpakking heen te kunnen kijken is zo groot, dat de zending al snel een buitensporig gewicht gaat vertonen.

Het effect van het verhogen van de frequentie op het doordringend vermogen van de röntgenstraling wordt in onderstaand figuur geïllustreerd.  Het voorbeeld is weliswaar ontleend aan de medische toepassing: het maken van röntgenfoto’s. De conclusie blijft echter onveranderd voor alle materialen die aan röntgenstraling bloot staan.

Het effect van het verhogen van de frequentie op het doordringend vermogen van de rontgenstraling-JPEG

In deze figuur zien we dat bij hardere röntgenstraling (grotere f) het doordringend vermogen toeneemt en dat bot een ongeveer 2 maal zobiedt met de zeer kleine halveringsdikte uitstekende bescherming tegen straling. Eén mm lood absorbeert van de straling die voor medische doeleinden gebruikt wordt al 99,9%

Tot zover deze toelichting op het doordringend vermogen van X-ray apparatuur. Een minstens even belangrijke factor is vanzelfsprekend de vaardigheid controleur die de X-ray beelden bekijkt en zijn beslissing om als een beeld onvoldoende duidelijk is, de zending niet veilig te verklaren.

LABEL DO NOT X-RAY

Hierbij een link naar de Kodak website, waarmee een label gedownload kan worden voor filmmateriaal dat niet door de X-Ray mag. Het label kan ook op een stikkervel uitgeprint worden en dan als etiket gebruikt worden.

http://motion.kodak.com/motion/Support/Technical_Information/Transportation/xrays_h340.htm

Do not x-ray

BLOEDMONSTERS DOOR DE X-RAY?

Kunnen bloedmonsters (en mogelijk ook andere biomedische preparaten) die o.a. door Nederlandse laboratoria als luchtzending worden verstuurd, zonder gevaar door de X-ray? Röntgenstraling kan immers cellen beschadigen. Het is daarom belangrijk dat cellen niet teveel straling te ontvangen. De hoeveelheid energie die het lichaam per kg geabsorbeerd heeft noemt men de dosis en dit wordt uitgedrukt in Sievert (Sv). Bij een gewone röntgenfoto is de ontvangen dosis ongeveer 0,5 mSv. Een gemiddelde Nederlander ontvangt per jaar ongeveer 2 mSv. De dosis die een patiënt bij een CT-scan ontvangt is groter dan bij een röntgenfoto tot 15 mSv. De toelaatbare norm voor de hoeveelheid röntgenstraling die een mens per jaar bovenop de normale achtergrondstraling op zijn werkplek mag ontvangen is slechts 1 mSv. Na terugkoppeling met de fabrikant Rapiscan kunnen we u de volgende informatie presenteren: bij een scan uitgevoerd door een X-ray uit de Rapiscan 600-serie (single view, bestemd voor inspectie van bagage en vracht) komt een dosis van minder dan 10μSv per scan vrij. De limiet die gehanteerd wordt als ondergrens voor sterilisatie met behulp van röntgenstraling is 10.000 Sv. De straling die er bij een X-ray scan vrijkomt is dus 1 miljard maal kleiner dan de genoemde ondergrens voor sterilisatie. (Voor de volledigheid: mSv = 0,001 Sv, μSv = 0,000001 Sv).

In de publicatie ‘Kosmische straling tijdens vliegverkeer’ van het Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu kunnen we ter vergelijking lezen, dat de gemiddelde straling die we als passagier tijdens de vlucht van een vliegtuig opdoen, 4 μSv per uur bedraagt. De straling die cellen  tijdens een X-ray scan oplopen, is dus vergelijkbaar aan de dosis straling die de cellen in ons lichaam opdoen als we ongeveer 2,5 uur vliegen.