Radioactiviteit

α, β,γ-straling

Rond 1900 onderzocht door echtpaar Curie (Pierre en Marie).

Het betreft straling afkomstig uit de kern.

Radioactiviteit

Radioactieve stoffen: stoffen die vanzelf straling uitzenden. Radio betekent stralend, en actieve betekend vanzelf.Een radioactieve stof zendt straling uit die niet zichtbaar is.

Atomen met een instabiele kern zijn radioactief en zenden ioniserende straling uit: radioactief verval.

Waar straling uit radioactieve bronnen komt, veranderen moleculen in ionen. Daarom noemen we deze straling ook wel ioniserende straling.

Besmetting of bestraling?

Radioactieve bron: het voorwerp waarin zich de radioactieve stof bevind.

Besmet: als je besmet bent, heb je zelf radioactieve stof op je huid gekregen of in geademd; je bent dan zelf ook een bron van straling.

Bestraalt: als je bestraalt bent, heb je zelf radioactieve stof geabsorbeerd. Je hebt zelf geen radioactieve stof binnen gekregen en je bent dus geen radioactieve bron geworden.

Atomen

Een atoom: positief geladen kern waaromheen negatief geladen elektronen bewegen.

De kern bestaat uit twee deeltjes; nucleonen: neutronen en protonen.

Schrijfwijze: XAZ

X: het chemisch symbool van het atoom (nuclide),A: het massagetal/massanummer/nucleongetal (het aantal kerndeeltjes)Z: het atoomnummer (het aantal protonen)

Atomen

235-U: een uraniumatoom. Het atoom heeft atoomnummer 92 in het periodiek systeem. In de atoomkern zitten 92 protonen. Het massagetal is 235. Het aantal neutronen is dan 235-92=143. Het aantal neutronen: N = A – Z.

Kernen van een gegeven type atoom hebben altijd hetzelfde aantal protonen, maar niet altijd hetzelfde aantal neutronen. Deze

kernen worden isotopen genoemd. De atoomdeeltjes:

elektrone

neutronn

protonp

;

;

;

01

10

11

α, β,γ-straling

α-stralingbestaat uit heliumkernen

β-stralingbestaat uit elektronen

γ-straling

α, β,γ-straling

snelheid ioniserend vermogen

dracht

α-straling Groot (15000 km/s)

Zeer groot, energie snel kwijt

Niet ver; 1 dm in lucht, niet door kleding

β-straling 300000 km/sdoor kleine massa:

Ek,β < Ek,α

Kleiner Groter; enkele meters in lucht

γ-straling hoog weinig Zeer groot, door laagioniserend vermogen

Overzicht α, β,γ-straling

Radioactief verval

α-stralingeen voorbeeld:

β-straling een voorbeeld:

γ-straling een voorbeeld:

Let op: γ-straling komt meestal voor als bijproduct bij de andere radioactieve vervalreeksen

Maak met behulp van je Binas de vervalreeks voor Thorium-232 en Koolstof-14

)()(42

42 nergieEstralingHeYX A

ZAZ

EHeRnRa 42

22286

22688

EstralingeYX AZ

AZ )(0

11

EeCaK 01

4020

4019

EXX AZ

AZ

eNC 01

147

146

Activiteit

In een radioactieve stof vervallen er per seconde zeer veel atomen. Hoe meer atomen per seconde vervallen, hoe meer straling de stof zal uitzenden. Het aantal atomen dat per seconde vervalt, wordt de activiteit A genoemd. De eenheid is becquerel (Bq).

A(t) : de activiteit op tijdstip t in Bq (becquerel)ΔN(t) : het aantal actieve kernenΔt : tijd in s (seconden)Het min-teken geeft een afname aan.

t

tNtA

)(

)(

Halveringstijd

Een stof vervalt…. http://www.emmauscollege.nl/nask/applets/vervalwet.html De activiteit van een hoeveelheid stof wordt geleidelijk aan

steeds minder. Er blijven namelijk steeds minder atomen over die nog moeten vervallen. De tijd t1/2 wordt de halveringstijd genoemd. Dit is de tijd waarin de helft van de instabiele atomen van die stof vervalt. Na verloop van één halveringstijd is het aantal instabiele atomen dus met 50% afgenomen.

N(t) : het aantal actieve kernen op tijdstip tN(0) : het aantal actieve kernen op tijdstip t = 0t : tijd in s (seconden)t1/2 : de halveringstijd in s (seconden)

21

2

1)0()(

t

t

NtN

omdat A(t) ~ N(t), geldt ook :

A(t)=A(0). 2

1

2

1 t

t

Halveringstijd

Grafiek Activiteitsverval van Technetium: het aantal vervalsreacties per seconde; eenheid: Becquerel, Bq

Halveringsdikte

Als straling op een laag materiaal met een dikte d valt, wordt een deel ervan geabsorbeerd. De dikte waarbij de intensiteit wordt gehalveerd, noemt men de halveringsdikte d1/2.

N(d) : het aantal actieve kernen na het doordringen van een dikte dN(0) : het aantal actieve kernen vóór het doordringend : dikte van het materiaal in m (meter)d1/2 : de halveringsdikte in m (meter)

21

2

1)0()(

d

d

NdN

Risico’s

Het risico van ioniserende straling beschrijven we met de begrippen stralingsdosis en dosisequivalent.

STRALINGSRISICO’S VOOR VLIEGEND

PERSONEEL

Wie een transatlantische vlucht maakt,

wordt, zonder er zich misschien van bewust

te zijn, blootgesteld aan een verhoogde

dosis ioniserende straling. Vliegend

personeel en ‘frequent flyers’ staan méér

dan anderen bloot aan deze kosmische

straling. Een huidige stand van zaken.

Dosis

De stralingsdosis D is de hoeveelheid stralingsenergie die een bepaald volume heeft geabsorbeerd per kg bestraald materiaal.

D : stralingsdosis in Gy (gray)E : geabsorbeerde stralingsenergie in J (joule)m : massa in kg (kilogram)

m

ED

Dosisequivalent

De stralingsdosis heeft onvoldoende inzicht in het biologisch effect van de straling. Hierin speelt namelijk ook de soort straling een rol. Om dit effect beter te beschrijven gebruiken we het begrip dosisequivalent.

Dosisequivalent

Het dosisequivalent H is de stralingsdosis vermenigvuldigd met de weegfactor die het effect van de geabsorbeerde straling beschrijft.

H : dosisequivalent in Sv (sievert)D : stralingsdosis in Gy (gray)Weegfactor:α-straling 20β- en γ-straling 1

weegfactorDH

Biologische effecten

Dosisequivalent Verschijnselen

Minder dan 0,2 Sv Tijdelijke afname van het aantal witte bloedlichaampjes.

0,2 tot 1 Sv Tijdelijke remming van de vorming van geslachtscellen.

1 tot 2 Sv Symptomen van stralingsziekten; roodheid van de huid; groeistoornissen bij kinderen.

2 tot 4 Sv Ernstige stralingsziekte; inwendige bloedingen; 50% kans op overlijden binnen 30 dagen.

4 tot 10 Sv Ernstige stralingsziekte; aantasting van het beenmerg; darmsyndroom; zeer geringe kans op herstel.

Meer dan 10 Sv Ernstig darmsyndroom; overlijden binnen enkele dagen.

Röntgenfoto van een rat (na Pu-vergiftiging)Röntgenfoto van een rat (na Pu-vergiftiging)

TumorTumor

• BestralingBestraling• OuderdomsbepalingOuderdomsbepaling • Tracer (organismen/ waterloop)Tracer (organismen/ waterloop)• Diktemeting (staalindustrie)Diktemeting (staalindustrie)

Toepassingen:Toepassingen:

Ouderdomsbepaling:Ouderdomsbepaling:

• Vorming C-14 in de atmosfeer:Vorming C-14 in de atmosfeer:

• Verval C-14 (halfwaardetijd 5730 j):Verval C-14 (halfwaardetijd 5730 j):

• In dode organische stof daalt [C-14].In dode organische stof daalt [C-14].

• Verhouding C-14/C-12 in de atmosfeer is constant).Verhouding C-14/C-12 in de atmosfeer is constant). 66

1414CC

-1-100 ee ++ 77

1414NN

77 1414

NN 00

11nn++ 66

1414CC ++ 11

11pp

•In de atmosfeer is de verhoudingIn de atmosfeer is de verhouding C-14 : C-12 gelijk aan C-14 : C-12 gelijk aan 1 : 8.101 : 8.101111

•In een opgegraven boom is deIn een opgegraven boom is de C-14 : C-12 verhouding C-14 : C-12 verhouding 0,25 : 8.100,25 : 8.101111

•De halfwaardetijd van C-14 is 5730j.De halfwaardetijd van C-14 is 5730j.

[C-14] van ‘1’ naar ‘0,25’ dus[C-14] van ‘1’ naar ‘0,25’ dus

•leeftijd = leeftijd =

•Hoeveel maal is het gehalveerd?Hoeveel maal is het gehalveerd?

aantal C-14 kernen is 2 x gehalveerd.aantal C-14 kernen is 2 x gehalveerd.

2 . 5730 =2 . 5730 = 11.460 j11.460 j

•Hoe lang geleden ging de boom dood?Hoe lang geleden ging de boom dood?

Invullen en oplossen van de formule

21

2

1)0()(

t

t

NtN

N(t) = 0,25

N(0) = 1

t1/2 = 5730 jaar

0,25 = 1 * 21

t

5730

= 0,2521

t

5730

t5730 * log 0,5 = log 0,25

t5730 = 2

t = 2 * 5730 = 11460 jaar

Logisch? Te makkelijk?

Bij een archeologische site wordt een skelet gevonden bij de C-14 bepaling blijkt dat er onvoldoende C-14 is overgebleven om een nauwkeurige ouderdomsbepaling te doen. Daarom bepaalt men het Ca-41 gehalte. Er is nog 60% over in vergelijking tot de originele hoeveelheid Ca-41 in levende organismen.

Bereken hoe oud het skelet is en bereken ook het gehalte C-14 wat theoretisch gezien nog aanwezig zou moeten zijn in dit monster.

Wat te doen?

Bestudeer de basisstof over fossielen.Maak de bijbehorende opgaven.