De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

Samenvatting Ioniserende straling HAVO Faculteit Bètawetenschappen Ioniserende Stralen Practicum | ISP.

Verwante presentaties


Presentatie over: "Samenvatting Ioniserende straling HAVO Faculteit Bètawetenschappen Ioniserende Stralen Practicum | ISP."— Transcript van de presentatie:

1 Samenvatting Ioniserende straling HAVO Faculteit Bètawetenschappen Ioniserende Stralen Practicum | ISP

2 ISP | HAVO2 Inhoud 1Soorten ioniserende straling 2Radioactief verval 3Effecten van ioniserende straling 4Medische beeldvorming 5Kernenergie

3 3 1Soorten ioniserende straling Atoombouw Röntgenstraling Kernstraling Ioniserend vermogen Doordringend vermogen Bronnen Detectie ISP | HAVO

4 4 Atoombouw kern (protonen en neutronen) en elektronenwolk (elektronen in schillen) atoomnummer Z: aantal protonen in de kern massagetal A: aantal nucleonen (of kerndeeltjes: protonen en neutronen) notatie: isotopen: hetzelfde aantal protonen (Z) in de kern (dus: hetzelfde element X), maar verschillend aantal neutronen (N) in de kern en dus verschillend massagetal (A = Z + N) ISP | HAVO

5 5 Röntgenstraling bron: röntgenbuis eigenschappen: ioniserend en doordringend vermogen soort straling: fotonen (energie groter dan fotonenergie bij licht en uv-straling) ISP | HAVO

6 6 Kernstraling bron: instabiele istopen eigenschappen: ioniserend en doordringend vermogen soort straling: instabiele kern verandert in een andere kern onder uitzending van α-, β- of γ-straling α-straling: heliumkernen ( ) β-straling: elektronen ( ) γ-straling: fotonen (energie groter dan fotonenergie bij röntgenstraling) ISP | HAVO

7 7 Ioniserend vermogen bij doordringen van straling in een stof wordt energie afgegeven aan elektronen in de buitenste schillen van de atomen stralingsdeeltje (bij α- en β-straling) of foton (bij röntgen- en γ-straling) stoot bij botsing een elektron uit het atoom: ionisatie ISP | HAVO

8 8 Doordringend vermogen α- en β-straling: dracht dracht R: afstand waarover het stralingsdeeltje al zijn energie heeft afgegeven aan het materiaal – hangt af van de soort straling, de energie van het stralings- deeltje en de dichtheid van het materiaal ISP | HAVO

9 9 Doordringend vermogen röntgen- en γ-straling: halveringsdikte halveringsdikte d 1/2 : afstand waarover een materiaal de helft van de invallende fotonen heeft geabsor- beerd – hangt af van de fotonenergie en de dichtheid van het materiaal de intensiteit I d van de doorgelaten straling neemt af met de dikte d van het materiaal: na elke halverings- dikte is de intensiteit een factor 2 kleiner ISP | HAVO

10 10 Doordringend vermogen ISP | HAVO

11 11 Ioniserend en doordringend vermogen soort stralingioniserend vermogen doordringend vermogen α-stralinggrootklein β-stralingmatig röntgenstralingkleingroot γ-stralingkleingroot ISP | HAVO

12 12 Bronnen natuurlijke stralingsbronnen: achtergrondstraling kosmos bodem, water en lucht > voedsel en bouwmaterialen kunstmatige stralingsbronnen medische toepassingen: diagnose en therapie kernreactoren, opslagplaatsen van radioactief afval deeltjesversnellers consumentenproducten zoals rookmelders fall-out door nucleaire rampen en kernbomproeven ISP | HAVO

13 13 Detectie Geiger-Müller telbuis vooral gevoelig voor β-deeltjes deeltje veroorzaakt ionisatie van gasatomen in de telbuis de vrijgemaakte elektronen leveren een spannings- puls elektronische teller telt het aantal pulsen ISP | HAVO

14 14 Detectie Dosismeter bevat materiaal dat de energie van de invallende straling absorbeert vroeger een fotografische film – na ontwikkelen bepaalt de zwarting de dosis tegenwoordig thermoluminescentie – straling brengt atomen in aangeslagen toestand, na verhitting komt energie vrij in de vorm van licht: de lichtintensiteit bepaalt de dosis. uitvoering als badge ISP | HAVO

15 15 2Radioactief verval Halveringstijd Activiteit Vervalvergelijking ISP | HAVO

16 16 Halveringstijd ISP | HAVO

17 17 Activiteit de activiteit A is het aantal vervallende kernen per seconde eenheid: becquerel (Bq) de activiteit A t neemt af in de loop van de tijd t: na elke halveringstijd is de activiteit een factor 2 kleiner de vervalkromme geeft de activiteit A t als functie van de tijd t ISP | HAVO

18 18 Activiteit ISP | HAVO

19 19 Activiteit N0N0 NtNt ISP | HAVO

20 20 Vervalvergelijking α-verval: het α-deeltje is een heliumkern behoudsprincipes: massagetal: A = (A – 4) + 4 atoomnummer: Z = (Z – 2) + 2 A Z X A-4 Z-2 Y He 4 2 ISP | HAVO

21 21 Vervalvergelijking β-verval: het β-deeltje is een elektron behoudsprincipes: massagetal: A = A + 0 atoomnummer: Z = (Z + 1) – 1 bij β-verval vervalt een neutron in de kern tot een proton en een elektron: het elektron wordt door de kern uitgestoten A Z X A Z+1 Y β ISP | HAVO

22 22 Vervalvergelijking γ-verval: het γ-deeltje is een foton na α- of β-verval bezit de kern vaak nog teveel energie: de kern bevindt zich in een aangeslagen toestand (aangegeven door de letter m achter het massagetal) de kern raakt deze energie kwijt door het uitzenden van een γ-foton γ-straling wordt dus uitgezonden in combinatie met α- of β-straling AmAm Z Y A Z Y γ ISP | HAVO

23 23 3Effecten van ioniserende straling Bron – straling – ontvanger Bestraling en besmetting Dosis en equivalente dosis Beschermingsmaatregelen Afwegen van risico’s ISP | HAVO

24 24 Bron – straling – ontvanger ioniserende straling bronontvanger besmetting radioactiviteitbestraling radioactieve stof radioactief verval activiteit halveringstijd soorten straling ioniserend vermogen doordringend vermogen dosis equivalente dosis absorptie halveringsdikte schema: ISP | HAVO

25 25 Bestraling en besmetting bij bestraling absorbeert een ontvanger straling ‘van buitenaf’: uitwendige bestraling bij besmetting heeft een ontvanger zelf radioactieve stoffen binnengekregen (op of in het lichaam) en ontvangt daardoor straling ‘van binnenuit’: inwendige bestraling ioniserende straling bronontvanger besmetting radioactiviteitbestraling ISP | HAVO

26 26 Dosis en equivalente dosis ISP | HAVO

27 27 Dosis en equivalente dosis ISP | HAVO

28 28 Beschermingsmaatregelen de jaarlijkse equivalente dosis van zo’n 2 mSv als gevolg van de natuurlijke achtergrondstraling is onontkoombaar de ontvangen extra dosis moet zo laag mogelijk zijn en onder de dosislimiet blijven er zijn drie mogelijkheden om het stralingsrisico voor stralingswerkers te beperken: verkorten van de tijd dat de stralingswerker met de bron bezig is afscherming van de bron vergroten van de afstand tot de bron ISP | HAVO

29 29 Afwegen van risico’s toepassingen moeten gerechtvaardigd zijn de ontvangen stralingsdosis moet zo laag mogelijk zijn en onder de dosislimiet blijven bij medisch diagnostische stralingstoepassingen steeds nagaan of er alternatieven zijn (zoals MRI of echoscopie) voor medisch therapeutische stralingstoepassingen (bestraling) geldt een andere afweging: het risico van niet behandelen tegenover het risico van de stralingsdosis deze stralingsdosis valt niet onder de dosislimiet ISP | HAVO

30 30 4Medische beeldvorming Beeldvormingstechnieken Stralingsdosis ISP | HAVO

31 31 Beeldvormingstechnieken ioniserende straling röntgenfotografie computertomografie (CT) nucleaire diagnostiek geluidsgolven echografie radiogolven magnetic resonance imaging (MRI) absorptie en transmissie van röntgenstraling uitzenden van γ-straling door tracer bij radioactief verval terugkaatsen van ultrasone geluidsgolven uitzenden van radiogolven door waterstofkernen in een magnetisch veld ISP | HAVO

32 32 Stralingsdosis ioniserende straling röntgenfotografie computertomografie (CT) nucleaire diagnostiek geluidsgolven echografie radiogolven magnetic resonance imaging (MRI) klein 0,1 mSv groot10 mSv matig 5 mSv geen ISP | HAVO

33 33 5Kernenergie Kernsplijting Kernsplijtingsenergie Kettingreactie Kernreactor Splijtstofstaven Moderator Regelstaven Splijtstofcyclus Kernafval Veiligheidsaspecten Milieuaspecten ISP | HAVO

34 34 Kernsplijting bij beschieting met neutronen kan een zware atoomkern splijten een voorbeeld is de splijting van de uraniumisotoop U-235: de splijtingsproducten zijn instabiel en vervallen onder uitzenden van α-, β- en/of γ-straling ISP | HAVO

35 35 Kernsplijtingsenergie ISP | HAVO

36 36 Kernsplijtingsenergie rekenvoorbeeld splijtingsreactie: voor splijting na splijting massadefect: m = 0,198·u = 0,198·1,66·10 –27 = 3,29·10 –28 kg isotoopmassaisotoopmassa 235,044·u139,921·u 93,915·u 1,008·u 2,017·u totaal236,052·utotaal235,854·u ISP | HAVO

37 37 Kernsplijtingsenergie rekenvoorbeeld (vervolg) massadefect: m = 0,198·u = 0,198·1,66·10 –27 = 3,29·10 –28 kg energie: E = m·c 2 = 3,29·10 –28 ·(3,00·10 8 ) 2 = 2,96·10 –11 J energie in elektronvolt (eV): 1 eV = 1,60·10 –19 J  1 J = 1/1,60·10 –19 = 6,25·10 18 eV energie: E = 2,96·10 –11 ·6,25·10 18 = 1,85·10 8 eV = 185 MeV bij de splijting van U-235 in Xe-140 en Sr-94 komt dus 185 MeV energie vrij ISP | HAVO

38 38 Kettingreactie bij de splijting van U-235 ontstaan twee of drie vrije neutronen deze vrije neutronen kunnen op hun beurt weer nieuwe uraniumkernen splijten: zo ontstaat een kettingreactie ISP | HAVO

39 39 Kernreactor in een kernreactor is sprake van een gecontroleerde kettingreactie van kernsplijtingen om energie vrij te maken: elke kernsplijting veroorzaakt één volgende kernsplijting de energie wordt gebruikt om stoom te maken de stoom drijft een turbine/ generator-combinatie aan de kerncentrale levert elek- trische energie ISP | HAVO

40 40 Splijtstofstaven in de kernreactor zit de splijtstof (U-235) in splijtstof- staven natuurlijk uranium bestaat vooral uit U-238 en slechts voor 0,7% uit het splijtbare U-235 voor het kernsplijtingsproces is verrijkt uranium met 3 tot 5% U-235 nodig uit het U-238 in de splijtstofstaven ontstaat plutonium (Pu-239) door absorptie van neutronen: ISP | HAVO

41 41 Moderator voor splijting van een uraniumkern is een langzaam neutron nodig de neutronen die ontstaan bij splijting van een uraniumkern hebben een grote snelheid om deze neutronen zodanig af te remmen dat ze een nieuwe uraniumkern kunnen splijten – en zo de kettingreactie in stand kunnen houden – is een moderator nodig in een kerncentrale is de moderator meestal water ISP | HAVO

42 42 Regelstaven de kettingreactie van kernsplijtingen wordt onder controle gehouden met regelstaven deze regelstaven bestaan uit een materiaal dat neutronen absorbeert zonder dat er verdere reacties optreden: boor of cadmium in een kritische reactor veroorzaakt precies één van de bij splijting vrijkomende neutronen een nieuwe splijtingsreactie de kernreactor levert dan een constant vermogen ISP | HAVO

43 43 Splijtstofcyclus schema: uranium- winning uranium- verrijking productie splijtstofstaven kerncentrale opwerking splijtstofstaven radioactief afval ISP | HAVO

44 44 Kernafval in een kerncentrale, maar ook in ziekenhuizen en onderzoekscentra wordt kernafval geproduceerd laag- en middelradioactief afval zoals kleding, papier, water- en luchtfilters wordt in Nederland boven- gronds opgeslagen bij de COVRA hoogradioactief kernsplijtingsafval gaat vanuit Nederland naar Frankrijk voor opwerking bij opwerking wordt het overgebleven uranium en het gevormde plutonium uit het kernsplijtingsafval gehaald voor hergebruik als splijtstof ISP | HAVO

45 45 Veiligheidsaspecten in een Nederlandse kerncentrale wordt zorgvuldig gelet op de veiligheid door: ontwerp van de centrale met veiligheidsomhulling correct onderhoud van de centrale regels en procedures bij het werken met de centrale toezicht van de overheid op naleving van de regels ISP | HAVO

46 46 Milieuaspecten bij normaal functioneren levert een kerncentrale een extra stralingsdosis van niet meer dan 10 μSv per jaar per persoon een kerncentrale van 1000 MW verbruikt per dag 3,2 kg uranium, een kolencentrale heeft voor eenzelfde energieproductie ton steenkool nodig de voorraden splijtstof (uranium) en fossiele brand- stof (aardgas, aardolie en steenkool) zijn eindig een thermische centrale (op fossiele brandstof) draagt bij aan versterking van het broeikaseffect, een kerncentrale levert hoogradioactief kernsplijtings- afval ISP | HAVO

47 47 Informatie onder achtergrondinformatie op het leerlingendeel van deze website staat aanvullende informatie over onder andere de eigenschappen, de effecten en de toepassingen van ioniserende straling ISP | HAVO


Download ppt "Samenvatting Ioniserende straling HAVO Faculteit Bètawetenschappen Ioniserende Stralen Practicum | ISP."

Verwante presentaties


Ads door Google