Grundläggande strålningsfysik & strålskydd
Vilka partiklar består en atom av? Ange även deras laddning.
Protoner +
Elektroner -
Neutroner (ingen laddning)
Vad heter kraften som håller kvar väteatom i sin bana?
Elektrisk kraft eller bindningsenergi
Vilken laddning har en atom?
En atom är oladdad. Antaler positiva är samma som antalet elektroner.
Vad innebär energiprincipen?
Det innebär att energi inte kan förstöras utan bara omvandlas.
Anhge tre olika energityper
lägesenergi
rörelseenergi
viloenergi
Två plattor med olika laddning står mitt emot varandra på ett avstånd av 10 cm. Den högra plattan är positivt laddad och den vänstra är negativt laddad. Du släpper ner en elektron mitt emellan plattorna, vad händer då?
Elektronen kommer att åka mot den positivt laddade plattan.
Vilkem elektron har starkast bindningsenergi?
a.) En elektron i K-skalet eller b.) En elektron i M-skalet? Motivera ditt svar.
Elektronen i K-skalet är starkare bunden eftersom den elektriska kraften är starkare ju närmare kärnan man kommer och K-skalet är närmare kärnan än M-skalet.
Vilken elektron har starkast bindningsenergi?
a.) En elektron i K-skalet i en Kiselatom (Si) eller b.) En elektron i K-skalet i en Blyatom (Pb).
Elektronen i blyatomen kommer ha den starkaste bindningen. Blyatomen innehåller 82 protoner och kiselatom 14. Kraften från 82 protoner är starkare än från 14st.
Förklara vad som menas med frekvens och våglängd när det gäller elektromagnetisk strålning.
-Våglängden är sträckan mellan vågtoppar.
-Frekvensen är antalet svängningar per sekund.
Hur ser sambandet mellan en fotons frekvensen och dess energi?
-Låg frekvens betyder låg energi
-Hög frekvens betyder hög energi
Ge två exemplar på elektromagnetisk strålning, en joniserande och en ickejoniserande. Vilken av den har högst energi? Vilken av dem har högst energi, högst frekvens och längst våglängd?
-Joniserande strålning= röntgenstrålning, har högst energi och frekvens
-Ickejoniserande strålning= synligt ljus, har längst våglängd
Bindningsenergi för en elektron i L-skalet i Wolfram är ca 10,2 keV, hur mycket energi behöver vi tillföra atomen för att slå loss den?
Minst 10,2 keV
Bindningsenergin för de innersta tre skalen i Wolfram är:
a.) E(K)= 69 keV
b.) E(L)= 10 keV
c.) E(M)= 2 keV
När man studerar karakteristisk röntgenstrålning från Wolfram hittar man bland annat följande energier: 59 keV och 8 keV. I vilka elektronskal har elektroner slagits ut och från vilket skal har påfyllning skett för att skapa dessa fotoner?
Karakteristiska röntgenstrålningen med energi 59 keV skapas genom att en K-elektron slås ut och en L-elektron tar platsen (69-10=59 keV). Karakteristiska töntgenstrålning med 8 keV uppkommer genom att en elektron i L-skalet slås ut och en elektron från M-skalet tar plats (10-2=8 keV).
Vad är en isotop?
En isotop är en varaiant grundämne med ett annat masstal. Alltså kärnan har kanske fler neutroner än grundämnet. Till exempel; C12 är grundämnet och har 6 protoner och 6 neutroner, C14 är isotopen som har då 5 protoner och 8 neutroner.
Vad är en jon?
En jon är en atom som fått eller förlorat en elektron så att den inte längre neutralt laddad utan plus- eller minusladdad.
Vad är skillnaden mellan joniserande- och ickejoniserande strålning?
Joniserande har så hög energi att den kan skapa joner, alltså slå ut elektroner från atomer. Ickejoniserande strålning har inte nog hög energi för att kunna göra detta.
Vad är skillnaden mellan röntgenstrålning och gammastrålning?
Röntgenstrålning och gammastrålning är samma sak förutom att röntgenstrålning skapas av oss ocg gammastrålning kommer från ett sönderfall radioaktivt ämne.
Vilket material är anoden i ett röntgenrör vanligen gjort av?
Anoden är vanligen gjord av Wolfram (tungsten). Den har mycket högt smält punkt, 3422 grader celsius och har högt Z (protoner).
Beskriv två vanliga växelverkansprocesser för en elektron i anoden.
-Karakteristisk röntgenstrålning: En elektron från ett inre skal blir utknuffad och en elektron från en yttre skal tar dess plats. När detta sker så skickar atomen ut en foton som har energin; Bindningsenergi skal 1 - Bindningsenergi skal 2= Karakteristisk röntgenstrålning för att få en energijämvikt.
-Bromsstrålning: Uppkommer då en elektron accelerar, bromsas upp eller byter riktning och sänder ut energi.
Varför blir anoden så varm?
Den förekommande växelverkansprocesser i anoden är att elektronen krockar med andra elektroner och detta genererar värme.
Vilket material är bättre på att producera bromsstrålning Wolfram (Z=74) eller bly (Z=82)? Varför?
Bly. Bly har strörre atomkärnor med fler protoner vilket ger en strörre attraktrionskraft mot elektronerna.
Vilken partikel, en elektron eller en proton, är bättre att använda vid produktion av bromsstrålning? Varför?
Elektron. En proton attraheras inte av en positivt laddad atomkärna och skulla inte vika av och tappa energi.
Om den inställda rörspänningen på röntgenröret är 80 kV, vad blir då maxenergin på bromsstrålningsfotonerna? Vad blir den ungefärliga medelenergin?
Maxenergin blir då 80 keV. Medelenegin är ca 25% av max så 28 keV.
Vad menas med rörström?
Rörströmmen är strömmen av eletroner som accelereras mot anoden. Det är hur många elektroner skickar till anoden.
Vad menas med röntgenfotonernas energispektrum?
Visar hur många fotoner som har kommit ut.
Röntgenfotonerna som kommer ut ur röret kommer att ha många olika energier.
Varför roterar anoden?
Anoden roterar för att sprida ut värmen som skapas där elektronerna träffar den eftersom om den träffar samma. punkt så kan den smältas.
Vilka två växelprocesser är vanligast för fotoner från en röntgenapparat?
-Fotoelektrisk effekt
-Comptonspridning
Vad menas med HVS?
HVS, halvvärdesskikt, är den mängd material som behövs för att stoppa hälften av fotonerna som t ex kommer ut ur ett röntgenrör.
Vilken del av cellen anses mest kritisk när det gäller strålskador?
DNA anses mest kritisk när det gäller strålskador.
Hur kan cellen skadas av joniserande strålning om jonisationen sker i vattnet i cellen?
Det blidas fria radikaler i vattnet som i sin tur kan orsaka bindningsbrott och andra skador på cellens makromolekyler, t ex DNA.
Varför är tätjoniserande strålning som alfastrålning effektivare på att skada cellen än glest joniserande strålning som röntgen- och gammastrålning?
Tätjoniserande strålning orsakar mycket oftare dubbelsträngsbrott på DNA, mågot som är mycket svårare att reperera än enkelsträngsbrott som är vanligast vid glest joniserande strålning.
Varför är barn och foster känsligare för joniserande strålning än vuxna människor?
Eftersom de har snabbare celldelning (växer mycket) och de har även ett längre liv framför sig vilket ökar risken för att en cancer ska hinna utvecklas.
Vad betyder stokastiska (slumpmässiga) effekter av strålning? Ge även exempel.
Stokastiska effekter: Ökad dos ger ökad sannolikheten för effekten, inget tröskelvärde, effektens svårighetsgrad oberoende av dosen.
Ex: cancer, ärftliga skador
Vad betyder deterministiska (akuta) effekter av strålning? Ge även exempel.
Effekten uppträder alltid över tröskelvärdet, tröskelvärde finns ofta, svårighetsgraden ökar med ökad dos. Beror i grunden på att cellen dör när den försöker dela sig.
Ex: hudrodnad, fosterskador.
Förklara storheten absorberad dos och ange även enheten som används.
Energi som strålningen lämnar i en massa.
Enhet: Gy (Gray)
Förklara storheten ekvivalent dos och ange även enheten som används.
Olika typer av strålning skadar biologisk vävnad olika mycket.
För att ange ekvivalent dos så tar man viktfaktor (Ws) gånger absorberad dos. H= Ws x D
Ws= fotoner 1 och alfa 20
Enhet: Sv (Sievert)
Förklara storheten effektiv dos och ange även enheten som används.
Olika organ har olika strålkänslighet så viktar vi EKVIVALENT med organ. E= Wt x H (Denna dos tar hänsyn till att organen har olika strålkänslighet.)
Enhet: Sv (Sievert)
Viktfaktor Wt= benmärg 0.12 och hud 0.01
Ge två exemplar av elektromagnetisk strålning.
Röntgenstrålning och gammastrålning
Ge två exemplar på partikelstrålning.
Alfastrålning och betastrålning
Föklara varför det heter Joniserande strålning.
Joniserande strålning har så hög energi att den rycka loss elektroner ur atomer eller molekyler och på så sätt så förvandla dessa till joner.
Vilken elektron har högst bindningsenergi? varför?
a.) en elektron i K-skalet eller b.) en elektron i N-skalet?
Elektron i K-skalet eftersom den kigger närmast kärnan och upplever en större elektrisk attraktion från prtonerna i atomkärnan än elektroner i det yttre skalet.
Förklara vad bromsstrålning är och hur den uppstår.
Bromsstrålning är en växelvrkansprocess för en elektron i anoden. Den uppstrår när en elektron accelererar, bromsas upp eller byter riktning och sänder ut energi.
Förklara hur en röntgenrör fungerar.
Det skickar en ström av elektroner från en negativt laddad katod till en positivt laddad anod. När elektronerna kolliderar med anoden bromsas de upp och förlorar sin energi. Den energin omvandlas till röntgenstrålning.
Röntgenstrålning växelverkar i patienten
a.)Vilka är de två vanligaste växelverkansprocesserna?
b.)Beskriv dem.
-Fotoelektrisk effekt: En foton skickar in och slå ut en inre elektron i en atom med all sin energi. Utslagna elektron kallas för fotoelektron. När fotoelektronen är bortslagen så skapar det en "tom" plats i skalet och då kommer en yttre elektron för att fylla den tomma platsen. Processen resulterar till karakteristisk röntgenstrålning frigörs.
-Comptonspridning: Fotonen träffar en elektron och förlorar en del av sin energi till elektronen. Denna elektron kallas comptonelektron. Efter kollisionen har fotonen mindre energi och ändrar sin riktning. Det blir ett nytt foton och en annan riktning än det ursprungliga. Detta kallas för comptonspridd foton.
Varför gör alfastrålning mer skada än elektronstrålning i kroppen?
Alfastrålning är består av alfapartiklar som är tunga och stora och har 2+ laddning. Elektronstrålning är mycket mindre och består av lätta elektroner som har bara 1- laddning. Pga den större massan och den positiva laddningen hos alfastrålning har de högre potential att orsaka skada. Även om alfastrålning har låg penetration och kan oftast stoppas av ett enkelt papper så kan den forfatande orsaka skada när de kommer i direkt kontakt med eller inhaleras eller förtärs. Och pga sin interaktion med biologiska vävnader kan alfastrålnig orsaka skador på DNA mycket värre (kan skada båda strängarna på DNA) som kan leda till mutation eller cancer. Elektronstrålning kan också skada DNA men det är mindre effektivt eftersom den kan bara skada en sträng av DNA som är lätta att fixa.
Akuta strålskador har alltid ett tröskelvärde, vad menas med det?
Att ett tröskelvärde är den lägsta dos strålning som krävs för att örsaka en märkbar skada eller effekt i en organism. Det kan variera beroende på typ av skada och individens känslighet.
Förklara vad spridd strålning är.
Strålningen som lämnar kroppen som går i alla riktningar. Det kan göra bilderna suddiga.
Om du ska hjälpa patieneten medan hen röntgas, vad ska du ta på dig då?
Ett blyförkläde och thyroideaskydd.