a) Het doordringend vermogen van een elektronbundel is in elk geval begrensd. Ook als de energie tien of twintig keer zo groot kan zijn als bij bèta-verval, zou dat bij centimeters blijven.

b) Ik heb geen idee wat er in Bos staat.

Ik heb de linac van ons ziekenhuis een keer gezien op een rondleiding. Ik ben het meeste vergeten maar wat ik me wel herinner is dat men vanuit verschillende richtingen straalt zodat de cellen van de huid een duidelijk lagere dosis krijgen dan de cellen van de tumor.

Ik vind het antwoord van Aya niet zo goed. De vraag geeft aan dat het gaat over het verschil met harde röntgenstraling, en die gaat zoals algemeen bekend voor een groot deel door het lichaam heen. Misschien dat die kennis al genoeg is om het antwoord te geven waarop de examenvraag lijkt te doelen, het "passende antwoord". 

Dag Pieter,
Het doordringend vermogen van elektronen is inderdaad begrensd.
Dit geldt ook voor protonen, die niettemin soms worden gebruikt voor de behandeling van diep gelegen tumoren. De maximale dracht van elektronen tot circa 300 MeV is groter dan die van protonen met dezelfde kinetische energie. Dus als protonen een diep gelegen tumor kunnen bereiken, kunnen voldoende energierijke elektronen dat ook.

Je zegt: 'De vraag geeft aan dat het gaat over het verschil met harde röntgenstraling [...]'.
In de opgave Linac komen voor de behandeling van tumoren behalve elektronen ook röntgenfotonen aan de orde. Maar vraag 19 gaat niet over het verschil tussen het gebruik van elektronen en röntgenfotonen. Ook het correctievoorschrift rept bij vraag 19 niet over röntgen.

In de bijlage: een wetenschappelijk artikel over gesimuleerd gebruik van energierijke elektronen voor behandeling van diep gelegen tumoren. Zie Figure 1 en de Discussion.
Figure 1 laat zien dat er nauwelijks elektronen van 10 MeV tot 5 cm diep doordringen in water (grafiek d). Met zulke elektronen moet een te behandelen tumor inderdaad dicht onder de huid liggen. Niet alleen omdat zulke elektronen een dieper gelegen tumor niet bereiken. Maar ook omdat zij het grootste deel van de dosis zouden afleveren tussen het huidoppervlak en een dieper gelegen tumor.
Een gefocusseerde bundel elektronen van 200 MeV levert het grootste deel van de dosis af in een doelvolume op een diepte van 15 cm (grafiek g). Deze bundel geeft slechts een geringe dosis af in het 'weefsel' voor en achter de 'tumor'.
Volgens deze simulatie-studie geldt bij gebruik van versnelde elektronen niet de voorwaarde dat de tumor dicht onder de huid ligt. Om tussenliggend weefsel te sparen, kan een gefocusseerde bundel worden gebruikt. Of kan men bestralen vanuit verschillende richtingen, zoals je zegt.

Natuurlijk wordt een leerling bij het examen niet geacht dit te weten. Niettemin betwijfel ik of vraag 19 en het correctievoorschrift steekhoudend zijn.
Groet, Jaap

Jaap, 

Dat artikel zegt dus dat linacs in ziekenhuizen energieën geven tot zo'n 25 MeV en dat het klinisch gebruik van elektronenstralen gaat om kanker vrij dicht onder de huid. En bevestigt dus wat er staat in het correctievoorschrift.

Beste Jaap,

De huidige lineaire elektronenversnellers in ziekenhuizen en oncologische instituten zijn vrijwel allemaal 6-10 MV versnellers. Voorheen kwam je ook 20 MV en 25 MV elektronenversnellers tegen, maar tegenwoordig vrijwel niet meer. De reden dat deze minder of misschien zelfs wel helemaal niet meer toegepast worden is o.a. veranderde wetgeving. Het nadeel van deze hogere energie lineaire versnellers is dat de kop van deze versnellers geactiveerd wordt (neutronen activering), maar ook andere componenten in de behandelkamer. Sinds de veranderde stralingswetgeving in 2018 heb je een vergunning nodig voor het in bezit hebben van geactiveerde versneller onderdelen en moet je, indien de versnelspanning 20 MV of hoger is, ook een zogenaamd beëindigingsplan (wat ga je, na beëindiging van de toepassing, doen met alle geactiveerde materialen) opstellen.     

Met betrekking tot jouw vragen:

a. Behoort 'Het doordringend vermogen van elektronen is klein' tot de kern van een goed antwoord op vraag 19?

Gezien de kennis die een VWO leerling doorgaans heeft over dit onderwerp is dit een goed antwoord. Als stralingsdeskundige ben ik het daar maar ten dele mee eens aangezien dit sterk afhankelijk is van de energie van de elektronen. 

b. Is Aya’s antwoord, “De elektronen uit de bundel geven een groot deel van hun energie reeds af in het eerste deel van de weg die ze in het lichaam afleggen. Daarom geldt de voorwaarde dat de tumor dicht onder de huid ligt. De tumor absorbeert dan een grote stralingsdosis en ander weefsel een kleine.”, in overeenstemming met Inleiding tot de stralingshygiëne? 

Niet helemaal. Het gestelde dat de elektronen een groot deel van hun energie reeds afgeven in het eerste deel van de weg (en wat wordt er precies bedoeld met eerste deel?) die ze afleggen in het lichaam is onjuist. In paragraaf 3.2.1. uit Bos wordt besproken dat het energieverlies per cm afgelegde weg van elektronen in het energiegebied van 0,4 tot 10 MeV vrijwel constant is. Van deze constante waarde wordt gebruikt gemaakt in de vuistregel (ρR = 0,5E_max , met ρ in g/cm³, R in cm en E_max in MeV) voor de berekening van de maximale dracht van elektronen in materialen in paragraaf 3.2.4.1 op pagina 52 van Bos. Met deze vuistregel volgt een maximale dracht van 5 cm in water (ρ = 1 g/cm³) voor 10 MeV elektronen, zoals door jou aangehaald, en dus ook een dracht van ca, 5 cm in weefsel (ρ ≈ 1 g/cm³). Dit betekent dus inderdaad dat alleen oppervlakkige tumoren bestraald kunnen worden met een 10 MV elektronenversneller.

 
c. Geeft Aya een passend en juist antwoord op vraag 19?

Ondanks het gestelde dat de elektronen reeds in het eerste deel hun energie afgeven, geeft Aya een niet geheel juist, maar wel passend antwoord. 

d. Hoeveel scorepunten verdient Aya voor haar antwoord?

Ik zou haar 1,5 punt van de 2 punten geven en afhankelijk van de antwoorden van andere leerlingen misschien ook wel 1,75 punt.

Met vriendelijke groet,

Leon

Dag Leon,
Dank voor het informatieve en deskundige antwoord.
In de bijlage is beschreven wat inmiddels mijn inzicht is.
Je hoeft er niet op te reageren, maar als er onjuistheden in staan, hoor ik het graag.
Met vriendelijk groet, Jaap

Beste Jaap,

Ik heb een kleine opmerking over jouw bewering bij het 2e bullet point onder 1b van jouw bijlage. Hoewel er inderdaad bètastralers zijn die bètastraling uitzenden met een maximale bèta-energie van ca. 10 MeV zijn deze zeldzaam en praktisch niet toepasbaar vanwege de zeer korte halveringstijd die deze radionuciden hebben. In de praktijk is de pure bèta-emitter Y-90 met een maximale bèta-energie van 2,3 MeV (maximale dracht in weefsel ca. 1,2 cm) de hardste bètastraler die toegepast wordt. De meeste toegepaste bètastralers zitten met hun maximale bèta-energie onder de 1 MeV.

Met vriendelijke groet,

Leon