Stralingsmeter mikt op Nasa

/strong>

Veel aandacht voor stewardessen, piloten en kosmonauten op het internationaal congres van het Interfacultair Reactor Instituut (IRI), dat tot en met 3 oktober wordt gehouden. Het staat in het teken van stralingsbescherming, iets waarmee lucht- en ruimtevaartpersoneel veel te maken heeft. Maar een van de opvallendste presentaties komt van Majid Farahmand, promovendus bij de sectie stralingstechnologie van het IRI. Hij ontwikkelde een nieuwe versie van een tissue equivalent proportional counter (Tepc), een apparaat dat straling meet in vliegtuigen, nucleaire reactoren, therapiefaciliteiten en in de ruimte.

Het apparaat is niet veel groter dan een cilinder van een paar centimeter hoog en doorsnee. Het heeft in het midden een met gas gevulde holte waarin een draad hangt, een anode. De ‘dradenkamer’ is omgeven met een stukje plastic, dat qua samenstelling overeenkomt met menselijk weefsel, spierweefsel bijvoorbeeld.

Zodra de detector wordt bestraald, worden elektronen en geladen deeltjes geproduceerd, die afkomstig zijn van het nepweefsel. De draad in het midden van de holte is voorzien van een positieve lading. De gegenereerde elektronen gaan daarom naar het midden.

Zodra alle elektronen zich hebben verzameld bij de draad, wordt een signaalpuls gegenereerd.

Dit signaal is evenredig aan de energieafgifte van de straling die op de detector was gericht en kan, na wat versterking, worden gemeten. De gemiddelde stralingsdosis leest een astronaut op zijn LCD-schermpje af, zodat hij goed in de gaten kan houden hoeveel straling in zijn spaceshuttle is

Het nadeel van de huidige Tepc is dat hij niet kan worden gebruikt bij de bestraling van kankercellen. ,,Bij het bestralen van kankercellen wordt een hoge dosis straling gebruikt. Daar is dit type detector te groot en te gevoelig voor”, zegt Farahmand. Een ander nadeel is dat met Tepc een stralingsdosis wordt gemeten op een stukje materiaal dat ongeveer een micrometer groot is. Radiologen zien juist liever wat op nanoschaal gebeurt, zodat ze het effect van straling op dna-niveau kunnen meten.

Folie

Vanwege de draad is de detector niet verder te verkleinen dan zijn huidige grootte. Farahmand wilde daarom van die draad af en verving hem door een gas electron multiplier (GEM), een apparaatje dat in 1997 is ontwikkeld. Ook met zo’n GEM worden elektronen en ionen versterkt. Het bestaat uit een dunne plastic laag, een folie eigenlijk, van vijftig micrometer dik, dat aan beide kanten is gecoat met metaal waarin talloze gaatjes zijn geperst. Door spanning over de GEM aan te leggen ontstaat een hoog elektrisch veld, waardoor er een lawine van ionen en elektronen door de gaatjes gaat. Al die elektronen veroorzaken een puls, die weeropgepikt kan worden. Farahmand: ,,Het grote voordeel is dat ik de gasholtes zo klein kan laten maken, dat ik op nanoschaal de stralingsdosis kan bepalen. Daarnaast kan dit materiaal ook hoge stralingsdoses aan, omdat je van de draad af bent. Daardoor wordt deze detector veel goedkoper.”

Voor medische toepassingen is de nieuwe versie van de Tepc wel bruikbaar. Maar in de lucht- en ruimtevaart is het stralingsniveau doorgaans veel lager. Farahmand gebruikte daar daarom negen detectortjes tegelijk, en ook dat werkte goed.

Farahmand, die over drie maanden klaar is met het schrijven van zijn proefschrift, verwacht mensen van Nasa op zijn presentatie tijdens het IRI-congres. ,,Nasa gebruikt nu een detector die niet zo betrouwbaar is”, zegt Farahmand. ,,Ik denk wel dat ze met ons wil samenwerken.”

Door twee ingewikkelde methoden te combineren heeft de Iraanse Majid Farahmand ‘een zo simpel mogelijk apparaatje’ ontworpen, dat ultraprecies stralingsdoses bepaalt.

Veel aandacht voor stewardessen, piloten en kosmonauten op het internationaal congres van het Interfacultair Reactor Instituut (IRI), dat tot en met 3 oktober wordt gehouden. Het staat in het teken van stralingsbescherming, iets waarmee lucht- en ruimtevaartpersoneel veel te maken heeft. Maar een van de opvallendste presentaties komt van Majid Farahmand, promovendus bij de sectie stralingstechnologie van het IRI. Hij ontwikkelde een nieuwe versie van een tissue equivalent proportional counter (Tepc), een apparaat dat straling meet in vliegtuigen, nucleaire reactoren, therapiefaciliteiten en in de ruimte.

Het apparaat is niet veel groter dan een cilinder van een paar centimeter hoog en doorsnee. Het heeft in het midden een met gas gevulde holte waarin een draad hangt, een anode. De ‘dradenkamer’ is omgeven met een stukje plastic, dat qua samenstelling overeenkomt met menselijk weefsel, spierweefsel bijvoorbeeld.

Zodra de detector wordt bestraald, worden elektronen en geladen deeltjes geproduceerd, die afkomstig zijn van het nepweefsel. De draad in het midden van de holte is voorzien van een positieve lading. De gegenereerde elektronen gaan daarom naar het midden.

Zodra alle elektronen zich hebben verzameld bij de draad, wordt een signaalpuls gegenereerd.

Dit signaal is evenredig aan de energieafgifte van de straling die op de detector was gericht en kan, na wat versterking, worden gemeten. De gemiddelde stralingsdosis leest een astronaut op zijn LCD-schermpje af, zodat hij goed in de gaten kan houden hoeveel straling in zijn spaceshuttle is

Het nadeel van de huidige Tepc is dat hij niet kan worden gebruikt bij de bestraling van kankercellen. ,,Bij het bestralen van kankercellen wordt een hoge dosis straling gebruikt. Daar is dit type detector te groot en te gevoelig voor”, zegt Farahmand. Een ander nadeel is dat met Tepc een stralingsdosis wordt gemeten op een stukje materiaal dat ongeveer een micrometer groot is. Radiologen zien juist liever wat op nanoschaal gebeurt, zodat ze het effect van straling op dna-niveau kunnen meten.

Folie

Vanwege de draad is de detector niet verder te verkleinen dan zijn huidige grootte. Farahmand wilde daarom van die draad af en verving hem door een gas electron multiplier (GEM), een apparaatje dat in 1997 is ontwikkeld. Ook met zo’n GEM worden elektronen en ionen versterkt. Het bestaat uit een dunne plastic laag, een folie eigenlijk, van vijftig micrometer dik, dat aan beide kanten is gecoat met metaal waarin talloze gaatjes zijn geperst. Door spanning over de GEM aan te leggen ontstaat een hoog elektrisch veld, waardoor er een lawine van ionen en elektronen door de gaatjes gaat. Al die elektronen veroorzaken een puls, die weeropgepikt kan worden. Farahmand: ,,Het grote voordeel is dat ik de gasholtes zo klein kan laten maken, dat ik op nanoschaal de stralingsdosis kan bepalen. Daarnaast kan dit materiaal ook hoge stralingsdoses aan, omdat je van de draad af bent. Daardoor wordt deze detector veel goedkoper.”

Voor medische toepassingen is de nieuwe versie van de Tepc wel bruikbaar. Maar in de lucht- en ruimtevaart is het stralingsniveau doorgaans veel lager. Farahmand gebruikte daar daarom negen detectortjes tegelijk, en ook dat werkte goed.

Farahmand, die over drie maanden klaar is met het schrijven van zijn proefschrift, verwacht mensen van Nasa op zijn presentatie tijdens het IRI-congres. ,,Nasa gebruikt nu een detector die niet zo betrouwbaar is”, zegt Farahmand. ,,Ik denk wel dat ze met ons wil samenwerken.”