NaSk Mavo
NaSk

Straling en stralingsbescherming

NASK1/K/11 De kandidaat kan


Vragen

Vragen over straling met antwoorden.

Straling

Bekijk de Kernpunt-video tot 7:30 minuten:
Röntgen deed in 1895 een experiment met elektriciteit en ontdekte bij toeval straling.
Drie jaar later ontdekte Marie Curie de zeer actief stralende stof radium en bedacht ze de term radioactiviteit. Straling heeft te maken met atomen: kleine bouwsteentjes van werkelijk alles om ons heen.
Aan bod komt materie, en ook atomen, isotopen, (toepassingen en gevaren) radioactieve straling.



Spectrum

Er zijn verschillende soorten straling. Zonnestraling ken je al, en je weet dat je ogen een deel van de zonnestraling kunnen waarnemen. Dat zijn de kleuren van de regenboog:
Rood,
Oranje,
Geel,
Groen,
Blauw,
Indigo,
Violet.

Je weet ook al dat het zonlicht straling bevat die je niet kunt zien: Infrarood (IR) en Ultraviolet (UV).
Er bestaan nog meer soorten straling. Voorbeelden: radioactieve straling, magnetronstraling, rontgenstraling.
In de volgende figuur is het elekromagnetisch spectrum weergegeven.

emspectrum1.jpg

Je ziet in deze afbeelding dat je straling kunt weergeven als golven. Hoe korter een golf, hoe meer energie de straling bevat.
In de volgende figuur krijg je een indruk van de lengte van een stralingsgolf:



Bij dit onderwerp kijken we naar straling met veel energie; ioniserende straling.

Ontdekking

Radioactiviteit is in 1896 ontdekt door de Franse geleerde Becquerel. Hij had een brok uraniumerts op een fotografische plaat gezet, terwijl de plaat nog in zijn lichtdichte verpakking zat.
Toen Becquerel de fotografische plaat uit de verpakking haalde, stond er een foto van het brok erts op!
Kennelijk had het brok erts iets uitgestraald dat op de lichtgevoelige plaat inwerkte, door de verpakking van de plaat heen. Uranium zendt dus spotaan straling uit.
Het echtpaar Curie ontdekte in 1898 de radioactieve stoffen polonium (Po) en radium (Ra). Ook deze stoffen zenden spontaan straling uit.
Radioactieve straling kan elektronen uit atomen wegschieten zodat ionen ontstaan. Je noemt radioactieve straling daarom vaak ioniserende straling.

Isotopen

Atomen hebben een kern. In de kern zitten de protonen (positieve lading) en neutronen (geen lading). Elektronen 'vliegen' om de kern heen.
Het aantal elektronen is in een atoom gelijk aan het aantal protonen. Het aantal protonen is het atoomnummer. Het aantal protonen bepaalt welke stof het is.
Voorbeeld: alle atomen van koolstof hebben zes protonen in hun kern. Elk atoom met zeven protonen is een stikstof-atoom.
Het aantal protonen en neutronen bij elkaar opgeteld, is het massagetal.

Waterstof (H) heeft maar 1 proton in zijn kern. Bijna alle waterstofatomen hebben massagetal 1.
Sommige waterstofatomen hebben 1 proton en ook nog 1 neutron in de kern. Die hebben dus massagetal 2.
Er zijn zelfs waterstofatomen met massagetal 3, dus met 1 proton en 2 neutronen in de kern.



Atomen van dezelfde stof (dus met hetzelfde aantal protonen in de kern) maar met een verschillend aantal neutronen, noemen we isotopen.

Van helium (He) bestaan ook isotopen. Het aantal protonen is telkens 2 (want dat is altijd zo bij helium), maar het aantal neutronen kan verschillend zijn:



Van bijna alle elementen in het periodiek systeem bestaan isotopen.

Radioactieve stoffen

Bij sommige isotopen is de verhouding tussen het aantal protonen en neutronen niet optimaal, ze zijn instabiel. Die kernen zitten niet zo stevig in elkaar en zoeken naar een meer stabiele vorm.
Om stabieler te worden, kunnen die kernen straling uitzenden.
Een voorbeeld van een radioactieve stof is uranium-238. Dit is uranium met massagetal 238. Dus 92 protonen en 238-92=146 neutronen in de kern. Als de kern van dit uraniumisotoop uiteenvalt, ontstaan andere radioactieve stoffen.
Ook deze vallen uit elkaar, waarbij steeds ioniserende straling vrij komt. Er ontstaat uiteindelijk lood-206. Dit loodisotoop is stabiel, het valt niet verder uit elkaar en zendt dus ook geen straling uit.
Het veranderen van radioactieve isotopen naar andere isotopen, noemen we radioactief verval.

Halfwaardetijd, halveringstijd

Bij radioactief verval veranderen er telkens instabiele isotopen in meer stabiele isotopen. Er komen dus steeds minder radioactieve kernen.
De tijd waarin de helft van de radioactieve kernen vervalt, heet de halveringstijd of halfwaardetijd.
Na de halveringstijd is de helft van de radioactieve stof over. Dan is ook de hoeveelheid straling gehalveerd.

Voorbeeld:
Het isotoop aluminium-28 heeft een halveringstijd van 2,4 minuten.
Je hebt 8 gram Al-28. Na hoeveel tijd is er nog:
a. 2 gram van het aluminiumisotoop over?
b. 0,5 gram van het aluminiumisotoop over?

Bij dit soort vragen is het handig om een tabel te maken:

na ... minutennog ... gram over
na 0 minutennog 8 gram over
na 2,4 minutennog 4 gram over
na 4,8 minutennog 2 gram over
na 7,2 minutennog 1 gram over
na 9,6 minutennog 0,5 gram over
na 12,0 minutennog 0,25 gram over

of

na ... x halveringstijdnog ... procent over
na 0 keer de halveringstijdnog 100% over
na 1 keer de halveringstijdnog 50% over
na 2 keer de halveringstijdnog 25% over
na 3 keer de halveringstijdnog 12,5% over
na 4 keer de halveringstijdnog 6,3% over
na 5 keer de halveringstijdnog 3,1% over
... enzovoort... enzovoort


In de volgende grafiek is het percentage radioactief materiaal tegen het aantal halveringstijden afgezet.



Sommige isotopen hebben een halveringstijd van minder dan een honderdste van een seconde. Andere isotopen hebben een halveringstijd van miljoenen jaren. Die isotopen zijn dus nog heel lang radioactief.

Soorten ioniserende straling

Doordringend vermogen, halveringsdikte

Het doordringend vermogen geeft aan hoe ver de straling in een stof kan doordringen. Hoe groter de energie van de straling, hoe groter het doordringend vermogen van die straling.

α-straling
  • deeltjes: He-kernen
  • doordringend vermogen erg klein
  • kan door blad papier worden tegengehouden
β-straling
  • deeltjes: elektronen
  • doordringend vermogen groter
  • wordt door plaatje aluminium tegengehouden
γ-straling
  • geen deeltjes, elektromagnetische straling
  • groot doordringend vermogen
  • dikke plaat van lood of beton nodig om de straling tegen te houden
röntgenstraling
  • geen deeltjes, elektromagnetische straling
  • doordringend vermogen minder sterk dan bij γ-straling
  • wordt door lood tegengehouden
neutronenstraling
  • deeltjes: neutronen
  • groot doordringend vermogen
  • botst tegen kernen aan, veroorzaakt kernsplitsing


Hoe ver de straling in een stof kan doordringen, is dus afhankelijk van de soort straling.
Ook het soort stof speelt een rol. Sommige stoffen kunnen de straling beter tegen houden dan andere stoffen. De mate waarin de straling door een stof wordt tegengehouden, wordt aangegeven door de halveringsdikte.
De halveringsdikte is de dikte van een materiaal waarbij de helft (0,5 maal of 50%) van de straling wordt tegengehouden. Het materiaal absorbeert de straling. Als een materiaal zo dik is als twee halveringsdikten dan wordt er 25% (de helft van de helft) van de straling tegenhouden.
Over het algemeen houden stoffen met een grotere dichtheid de straling ook beter tegen. Enkele voorbeelden (niet uit je hoofd gaan leren!):

stofhalveringsdiktedichtheid
lood1,0 cm11,3 g/cm3
staal2,5 cm7,86 g/cm3
beton6,1 cm3,33 g/cm3
aarde9,1 cm1,99 g/cm3
water18 cm1,00 g/cm3
hout29 cm0,56 g/cm3
lucht15000cm0,0012 g/cm3


Dracht

De afstand waarop je straling nog net kunt waarnemenm noem je de dracht van de straling. De term dracht wordt meestal voor straling die bestaat uit deeltjes gebruikt.

Gebruik van straling

Radioactieve straling wordt onder andere gebruikt voor

Gevaren en bescherming

Ioniserende straling is straling met een hoge energie. Veel nuttige toepassingen van deze soorten straling – ergens doorheen kunnen kijken, radiotherapie, diktemetingen, etc. – zijn gebaseerd op deze hoge energie en de grote doordringendheid van de straling.
Die hoge energie is echter ook de oorzaak van de schade die straling kan veroorzaken, zowel aan materialen als aan ons eigen lichaam.
De hoeveelheid straling waaraan een iemand wordt blootgesteld, wordt de stralingsdosis genoemd. De stralingsdosis is eigenlijk niet veel anders dan de hoeveelheid stralingsenergie (in joules) die per kilogram lichaamsgewicht is opgenomen. Om aan te geven dat het stralingsenergie betreft, is er voor stralingsdosis een aparte eenheid bedacht: de sievert (Sv).

Of straling gevaarlijk is, hangt af van De hoeveelheid straling waaraan een persoon wordt blootgesteld is de stralingsdosis. Dit is een belangrijke maat in de inschatting van het gevaar van een stralingsblootstelling.

Bescherming
De belangrijkste manieren om jezelf (en anderen) te beschermen tegen bestraling door radioactieve bronnen of röntgenapparaten zijn: Wanneer de radioactieve stof een poeder, een vloeistof of een gas is, is er ook een risico dat je radioactief besmet raakt.
Dit betekent dat er radioactieve stof op je huid of kleren komt, of dat je radioactieve stof door inademen of inslikken binnenkrijgt.
Voor het werken met verspreidbare radioactieve stoffen bestaan dan ook enkele extra veiligheidsmaatregelen die besmetting moeten voorkomen.

Gebruik Puffin!

Bestudeer de animaties over radioactieve straling op de site van de TU-Delft:

.

Kernenergie

Bekijk eerst



Bij de opwekking van elektriciteit door middel van kernenergie komen radioactieve stoffen vrij. Dit radioactieve afval moet goed worden opgeborgen, want het blijft honderden of duizenden jaren straling uitzenden.
Lees meer over kernenergie op energiegenie.nl en bekijk de infographic:










---