De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

STRALING 2015-16 herhaling 6 VWO Co BTn I STRALING Historische inleiding: soorten straling IIHALVEREN! Rekenen aan straling en aan toelaatbare dosis IIIALLEEN.

Verwante presentaties


Presentatie over: "STRALING 2015-16 herhaling 6 VWO Co BTn I STRALING Historische inleiding: soorten straling IIHALVEREN! Rekenen aan straling en aan toelaatbare dosis IIIALLEEN."— Transcript van de presentatie:

1 STRALING herhaling 6 VWO Co BTn I STRALING Historische inleiding: soorten straling IIHALVEREN! Rekenen aan straling en aan toelaatbare dosis IIIALLEEN MAAR RAMPEN? Het Manhattanproject en de gevolgen VEXTRA VWO STRALING 6 grote en 22 kleine opgaven IVENERGIE BIJ REACTIES Van E = m c 2 tot dosis(equivalent)

2 KERNFYSICA A INLEIDING

3 EEN HISTORISCHE INLEIDING IN DE NATUURKUNDE ROND 1900 Natuur- en Scheikunde over Atomen en Molekulen RöntgenThomson Becquerel Hertz CurieMarconi Rutherford atoommodel Bohr Einstein kernreacties splijting Ioniserende straling fusie Niet-ioniserende straling EEN STRALEND BEGIN VAN DE EEUW 1 STRALING

4 2 Natuurkunde versus Scheikunde SCHEIKUNDENATUURKUNDE Zuivere stoffen (H 2 O) Quarks 6 Elementen (H,O) 100 Elementaire deeltjes (p,n,e) 100 Chemische reacties 2H 2 O  2H 2 +O 2 Ontleden water Kernreacties Atoomfysica = hoe zitten atomen in elkaar? 1 H = kern (1 p) met 1 e 16 8 O=kern (8p,8n) met 8e HOGE ENERGIE FYSICA Hoe zitten elementaire deeltjes in elkaar? VANDAAG B 25

5 3 EM-straling 1886 JC Maxwell 1865 Maxwell theorie over elektromagnetisme  Licht met c (m/s)  Andere EM golven 1886 Hertz experiment  Vonken overseinen H Hertz

6 3 EM-spectrum Warmte straling (huis, hoogtezon) magnetron Verzenden diverse signalen (radio, mobiel,.. ) Verkleuren huid Diagnostiek ziekenhuis Kapot stralen tumoren Golflengte λ (m) energie BINAS 19 voor de getallen ( λ en E)

7 4 Marconi 1901: draadloze telegrafie 1866 William Thomson Trans-Atlantische kabels Seinen in Morse 1895 Guglielmo Marconi Draadloze telegrafie Morse seinen door lucht 1901 seinen van Europa naar New Foundland Marconi ging in zaken opstarten radiotechniek

8 5 Röntgen 1896: X-stralen Onderzoek kathodestralen  fotografische platen verpest 1896 W Röntgen  X-stralen = remstraling 6 weken onderzoek  WAT ZIJN HET, deeltjes of golven? Nobelprijs  remstralen: elektronen op metaal Exp’ n breking, interferentie licht van kleine golflengte

9 6 MAD Zon wordt licht getekend  zon als bron van röntgenstraling (net als zeis, botten, gras,.. ) 2Botten zichtbaar omdat straling daar NIET door heen gaat. Zou hier zwart moeten zijn. Verwarring zender en absorberend materiaal 3Geen verschil tussen hout en metaal van zeis

10 7 Thomson 1900: kathodestralen Vacuumtechniek <0,01%van 1 bar) Hoogspanningsbron (Rumkorff) Onderzoek kathodestralen Maffe lichteffecten tegenover kathode (neg)  Wat zijn het: Deeltjes of Golven?  elektrisch en magnetisch afbuigen  heel veel lading per kg (e/m x10.000)  superkleine deeltjes  ontdekking elektron (1900)

11 8 Becquerel 1898: radioactiviteit vaderzoon Becquérel beheerder geologisch museum  gloeiende uraniumzouten  zoon Na student onderzoek  toevallige ontdekking straling  radioactiviteit

12 9 de Curies: opwerken activiteit Activiteit = Aantal reacties per sec (Bq) Pierre Curie  bouwde activiteitsmeter opwerken = activiteit verhogen Marie  opwerken pekblende (scheikunde)  Uranium, Polonium, Thorium en Radium Rontgen karretje in WW I

13 10 ioniserend vermogen doordringend vermogen Straling door materiaal heen Intensiteit van de straling vermindert door botsingen Dracht varieert per soort Straling ioniseert lucht Ionen doen scoop leeglopen

14 11 Rutherford: α, β en γ-straling StralingdrachtIon. vermogenladingidentificatie αKleinGroot+heliumkernen βMiddel -Electronen γgrootklein0X-stralen WAT ZIJN HET: DEELTJES OF GOLVEN?

15 12Thomson-Rutherford: atoombouw Hoe zit het atoom in elkaar: Plumpudding of centrale kern? 1911 exp. Marsden (student)  α’s door folie schieten  kleine terugstoot  Centrale positieve kern  Rutherfords model klopt

16 13 bouw van atoomkernen Van elk element uit het periodiek systeem bestaan er verschillende isotopen. Van Li bijvoorbeeld zijn er 2 isotopen: Van H zijn er 3 isotopen:, en De meest voorkomende O-isotoop is. 3xp en 3xn A=3, N=3, Z=6 3xp en 4xn A=3, N=4, Z=7 1xp en 0xn A=1, N=0, Z=1 1xp en 1xn A=1, N=1, Z=2 1xp en 2xn A=1, N=2, Z=3 8xp en 8xn A=8, N=8, Z=16 massalading A Atoomnummer Naantal neutronen Z=A+Nmassagetal

17 14 druppelmodel van Bohr Atoomkernen zijn:  bewegende protonen en neutronen  aantrekken en afstoten  soms vliegt er een fragment weg  α =  ß =  γ = Wat jij moet kunnen:  Met BINAS reacties kloppend maken  gegevens over reacties opzoeken  Energie fragmenten uitrekenen

18 15 Radioaktieve reeksen Ra-224  α-straler  Rn-220  α-straler  Po-216  α,β-straler  Bi-212  α,β-straler 

19 15 Intekenen op nucleotidenkaart Z A

20 16 detectieapparatuur I Badge Veiligheid gezondheidswerkers Ingepakte Fotografische plaat II Wilsonvat of nevelvat Oververzadigde damp Geladen deeltje trekt condensspoor III Geiger-Muller teller Net geen doorslagspanning  Ioniserende straling trekt vonk IV Scintillatieteller Straling omgezet in licht  Elektrisch signaal naar computer V Dradenkamer deeltje doet draden vonken  Baan vastleggen

21 KERNFYSICA B HALVEREN straling meten

22 1 activiteit meten Geiger-Muller teller Nog net geen doorslagspanning  Elk Ioniserend deeltje trekt vonk Activiteit A (Bq) Aantal geregistreerde deeltjes per sec ARadioactieve straling ioniseert luchtmolekulen: er ontstaan + en – ionen, die in de buis versneld worden. BDie hoogspanning geeft enorme snelheden aan de ionen, die tegen nog veel meer lucht moleculen botsen. Zo ontstaat er een lawine aan ionen die INEENS een enorme stroom veroorzaakt. Deze stroom passeert weerstand R en wordt daar door een teller geteld. CAls er tijdens de doorslag nog een radioactief deeltje binnen komt kan dat niet geteld worden. Er wordt dus te weinig geteld!

23 2 intuïtief idee halveringstijd Halveringstijd T 1/2 Tijd waarin de activiteit halveert 1T  50% over 2T  25% over 3T  12,5% over T 2T 3T

24 3 Activiteit en halveringstijd Een radioactief preparaat heeft een activiteit van 5,0x10 10 Bq. De halveringstijd van het preparaat is 15 uur. ABereken de activiteit na 75 uur. BLeg uit na hoeveel uur de activiteit afgenomen met 75%. CBereken na hoeveel tijd de activiteit is gedaald tot 1/1000 deel van de oorspronkelijke activiteit. 75 = 5 x 15  5 keer halveren  A wordt 2 5 = 32 x zo klein  A = 5,0x10 10 / 32 = 0,156 x = 1,56 x 10 9 Afnemen met 75%  25% over  2 x halveren  T = 2 x 15 = 30 (u) ≈ 1024 = 2 10  10 x halveren  T = 10 x 15 = 150 (u)

25 4 Americanum en Jood In een rookmelder zit een radioactieve bron, Americanum-241 AGeef de vervalvergelijking van een Am-241 kern. BDe activiteit van de bron is 30 kBq. Wat betekent dit? CWaarom is die activiteit na 1 jaar nauwelijks veranderd? In het verleden zijn veel mensen in de VS bij kern proeven besmet geraakt met radioactief jood-131. Vooral bij het drinken van melk kregen mensen die stof binnen. DIs dit besmetting of bestraling? EGeef de vervalvergelijking. FNa hoeveel dagen was de activiteit met 87,5% afgenomen? α,γ-straler  X = Np Afnemen met 87,5%  12,5% over  3 x halveren  t = 3 x 8 = 24 dag β,γ-straler   X = Xe Besmetting: de melk is opgedronken  bestraling van binnen uit! A = 30 kBq  alfa’s en gamma’s per sec Halveringstijd 432 jr  activiteit verandert nauwelijks

26 Biologisch begrip Natuurkundig begrip Stralingsnormen worden geformuleerd in Sievert (Sv) 5 dosis en effectieve dosis

27 6 WERKEN IN HET LAB IS SOMS LINK In een lab werkt iemand 10 minuten met een preparaat Na24. De gemiddelde activiteit is 2,5 MBq. De uitgezonden β’s hebben een energie van 2,2x J. De hand van de laborant is 300 gr en absorbeert 20% van de straling. AGeef de reactievergelijking volgens welke Na24 vervalt. BHoe kun je die 2,2x J uit BINAS halen? CBereken de hoeveelheid energie die de hand per seconde absorbeert. DBereken de dosis en de effectieve dosis die die de hand ontvangt. β,γ-straler  X = Mg E = 1,39 MeV = 1,39 x 10 6 eV = 1,39 x 10 6 x 1,6 x = 2,2 x (J) 1 eV = e (J) = 1,6 x (J) E tot = A.E 1 = 2,5 x 10 6 (1/s) x 2,2 x (J) = 5,5 x (J/s) E hand = 0,2.E tot = 0,2. 5,5 x = 1,1 x (J/s)

28 7 URANIUM INADEMEN Een soldaat ademt 50 μg U-238 in, door 2,0 mg longweefsel wordt de stra- ling hiervan geabsorbeerd. In 50 μg U-238 zitten N = 1,26x10 17 kernen. De activiteit kun je berekenen met een formule uit BINAS hierin is t 1/2 de halveringstijd van U-238. AGeef de vergelijking volgens welke U-238 vervalt. BToon aan dat de activiteit van het U-238 0,619 Bq is. CDe stralingsenergie is 6,69x J. Hoeveel Joule komt er per uur vrij? DBereken het dosisequivalent per uur. ENa hoeveel tijd wordt de toegestane jaar norm overschreden? α,γ-straler   X = Th t 1/2 = 4,47x10 9 (jr) = 4,47x10 9 x 365x24x3600 = 1,41 x10 17 (s) E uur = 3600xAxE 1 =3.600x0,619x6,69x = 1,5x10 -9 (J) BINAS 27g: 500 mSv mag je per jaar hebben Dat heeft de soldaat dus al in 500/15 uur = 33 uur binnen!

29 EENHEDEN VAN ACTIVITEIT MedicijnenCurie (Cu) activiteit van 1 gr 226 Ra Natuurkunde Becquerel (Bq) aantal per seconde (net als Hz) Verband:1 Cu = 3,70 x Bq 8 activiteit in eenheden De eerste onderzoekers van radioactiviteit waren zich niet bewust van de gevaren, ze hielden het materiaal gewoon in hun hand. Deze onder- zoekers zijn allemaal vroeg overleden aan stralingsziektes.

30 Het verband tussen de Curie en de Becquerel is na te rekenen, dat willen we in deze opgave. We gaan eerst het aantal 226Ra-kernen in 1 gram bepalen. AZoek in BINAS 7 de massa van 1 ame op en bepaal daarmee de massa van één 226Ra kern. BHoeveel kernen zitten er dan in 1 gr Ra? CUit de vergelijking is nu via de halveringstijd van 226-Ra de activiteit van die ene gram in Bq te berekenen. Kun jij dat? 8 Rekenen aan eenheden t 1/2 = 1,60x10 3 (jr) = 1,60x10 3 x 365x24x3600 = 5,05x10 11 (s)

31 9 dosis en dosis/uur meten FILM OVER DOSIS

32 10 Alexander Litvinenko dec 2006 t VPRO FILM LITVINENKO Russische spion voor KGB Vergiftigd door Poetin CS nov 2006 (thee met 210 Po) 210 Po is α-straler: van binnen uit in 14 dagen verteerd Rechtzaak London, mei 2013,... tegen wie?

33 11 halveringsdikte d 1/2 dikte die activiteit halveert Voedseldoorstraling Bacteriën doodstralen Kobaltdoorstraling 2,0x10 14 Bq: Hoeveel Bq blijft er over na afscherming door 40cm lood? Materiaalρ(g/cm 3 )d 1/2 (cm)ρ.d Beton2,01020 Staal6,63,020 Lood151,015

34 rekenen met logaritmes Wat zijn ook alweer logaritmes? Handige rekenregels met LOG: Jij moet met LOG kunnen rekenen aan halveringsdikten en -tijd

35 12 Halveringsdikte en de centrale De halveringsdikte van beton voor X-stralen is 10 cm. In een centrale is de activiteit 3,6x10 5 Bq, buiten moet deze minder dan 25 Bq wor- den. Bereken de dikte van de benodigde betonnen wand. A(x) – activiteit buiten x cm beton A(0) – activiteit binnen de centrale Er moet x keer gehalveerd worden om deze verlaging te krijgen, Er moet 13,8 keer gehalveerd worden, dus de muur heeft als dikte:

36 De halveringsdikte van lood voor X-stralen is 1,36 mm. In de rönt- genkamer van het ziekenhuis de activiteit 2,3x10 4 Bq, deze moet door een lood laag tot onder de 290 Bq komen. Bereken de dikte van de lood laag. 13 halveringsdikte en het ziekenhuis A(x) – activiteit buiten x cm lood A(0) – activiteit bij röntgenapparaat Er moet x keer gehalveerd worden om deze verlaging te krijgen, Er moet 6,3 keer gehalveerd worden, dus nodig is een lood laag van

37 14 C-14 methode De halveringstijd van 14 C is 5730 jaar. In plantaardige bron anno nu is de activiteit van de bèta's die bij deze reactie vrijkomen 3.6x10 3 Bq. In een vergelijkbare bron uit een nabij verleden is die activiteit 1,3x10 2 Bq. A Geef de kernreactie. B Hoe oud is die bron? Je gaat weer eerst kijken hoe vaak er gehalveerd is Dan volgt de ouderdom van zelf,

38 C ALLEEN MAAR RAMPEN ? KERNFYSICA

39 1 Manhattanproject * Trinity * Hiroshima en Nagasaki 2 Three Miles Island 3 Tsjernobyl 4 Fukushima 5 Kerncentrales in de toekomst? III ALLEEN MAAR RAMPEN?

40 MANHATTANPROJECT 1938 Berlijn Lisa Meitner Ontdekking kernsplijting Angst voor Duitse bom: brief Einstein  Roosevelt Manhattanproject Productie Atoombom * USA, Canada, Engeland * mensen * Opwerken brandstof 6 ideeën  6 fabrieken * Bomontwerp: J Robert Oppenheimer * Militaire organisatie: Generaal Lesley Groves 1976 Now it can be told * Atoombommen:Trinity, Hiroshima, Nagasaki FILM MANHATTENPROJECT

41 SPLIJTING 1938 Berlijn Lisa Meitner & Otto Hahn Ontdekking kernsplijting Langzame neutronen kunnen zware kernen splijten Bij dit proces komt VEEL energie vrij en nieuwe neutronen Kettingreactie: proces loopt snel uit de hand Kritische massaKritische massa: 50 kg 235 Uranium ontploft spontaan

42 TRINITY 17 juni 1945 proefexplosie Nieuw Mexico Kracht 20 kton TNT Groot succes: bom werkte, alleen lokaal schade woestijn werd groene glasplaat Oppenheimer en Groves wandelen er over  OFFICIELE TRINITY SITE FILM TRINITY TEST De dag dat de zon twee keer op kwam FILM GROVES

43 Little Boy Uraniumbom 2 subkritische massa’s 6 augustus kg Uranium Bom 4400 kg Kracht 15 kiloton TNT HIROSHIMA: HIROSHIMA THE SHOCKWAVE

44 :45 's pm doden in paar sec’ n doden in paar dagen totaal doden sociale gevolgen gigantisch: Zou jij ooit willen trouwen met iemand die uit Hiroshima komt, of die uit Fukushima komt? Slachtoffers Little Boy 24 HOURS AFTER HIROSHIMA

45 Fat Man Plutoniumbom 10tallen subkritische massa’s Kg kracht van 21 kiloton TNT NAGASAKI: 9 –

46 9 augustus 1945 Kokura was te bewolkt 3 mijl ernaast directe doden gewonden Slachtoffers Fat Man FILM RONALD SCHOLTE

47 Three Mile Island Gebeurtenissen Problemen koelwatersysteem Temperatuur koelwater steeg Koelwater liep reactor uit reactorkern smolt deels Oorzaken Technische storingen Onduidelijk ontworpen apparatuur Bedieningsfouten HARRISBURG

48 GEVOLGEN HARRISBURG WAT HAD ER KUNNEN GEBEUREN Straling buiten centrale Bijna meltdown BETEKENIS ONGEVAL Eerste en zwaarste nucleaire ongeluk in Amerika Nationaal en internationaal media-aandacht Geen doden of gewonden Geen directe gevolgen voor volksgezondheid & milieu Negatieve impact op ontwikkeling kernenergie

49 Tsjernobyl Inside Tsjernobyl

50 de ramp in woorden Het experiment begon in de nacht van donderdag 24 april op vrijdag 25 april met het afschakelen van één van de twee turbine/generatoreenheden. Een etmaal later, aan het begin van zaterdag 26 april, daalde het (thermisch) vermogen van de reactor plotseling naar 30 MW, terwijl het de bedoeling was de proef bij 700 ‑ MW uit te voeren. Om het vermogen weer omhoog te krijgen, trokken de operatoren meer regelstaven uit de reactorkern dan was toegestaan. Desondanks kwam het thermisch vermogen niet boven de 200 MW. Vanwege de veiligheidsrisico's had het experiment op dat moment moeten worden gestaakt, maar de verantwoordelijken besloten om door te gaan met de voorbereidingen. Die beslissing zou uiteindelijk fatale gevolgen hebben. Mede door een verkeerde watertoevoer en het te ver uittrekken van de regelstaven uit de kern werd de reactor onstabiel. Het vermogen nam plots snel toe, waarop de verantwoordelijke voor de bediening opdracht gaf om de regelstaven zo snel mogelijk weer in de kern te plaatsen, om de reactor weer onder controle te krijgen. Door het niet goed doordachte ontwerp van de regelstaven, nam het vermogen echter zeer snel toe, tot honderden keren het maximale vermogen waarvoor de reactor was ontworpen. Er vormde zich stoom onder een zeer hoge druk en er volgden twee zware explosies die het ton zware deksel van het reactorvat optilden. De tweede explosie werd veroorzaakt door eerder gevormd waterstof. De explosie sloeg een gat in het reactorgebouw; daardoor kregen de radioactieve stoffen in de reactorkern vrij spel. Inmiddels was brand ontstaan in de grafietblokken in de reactor, waardoor grote hoeveelheden radioactieve stoffen hoog in de lucht werden geblazen.

51 de wolk Radioactieve wolk naar NW 28-4 verhoogde dosis zweden 29-4 ongeval bekend 2-5 straling bereikt Nederland geruststellende informatie weinig sterfgevallen door straling (dacht men toen). Spinazie en radijsjes Niemand wist in april 1986 wat hij moest doen. Rampenplannen die klaarlagen, voldeden niet. En deskundigen die werden ingeschakeld, bleken opeens niet zo deskundig meer. "Want dit kòn helemaal niet naar de maat- staven van wat we toen wisten." Aldus Pieter Winsemius toenmalig minister van milieu. "Volgens crisisplannen voor de kerncentrale bij Borssele zou de straling niet verder komen dan 15 kilometer van de plek van de ramp. Maar nu bleek die 1500 kilometer te kunnen reizen." "Bovendien bleken er ook radioactieve deeltjes in de regen te kunnen zitten. Dat was nieuw. We hadden niet bedacht dat dat kon, en dat je daardoor geen spinazie of radijsjes meer kon eten." "Het was echt improviseren", aldus de oud-minister. Bijvoorbeeld toen in het weekend werd besloten dat de koeien binnen twee uur op stal moesten. "We hebben toen ingebroken in een tv-programma van Tineke de Nooij, op zaterdagmiddag. Het was nog in de tijd dat miljoenen mensen naar hetzelfde keken. En het was toen zó geregeld. Op één boer na, werkte iedereen mee."

52 Liquidators brandweer30 branden blussen t/m 2/5 helikoptervluchten naar dak centrale 180 per dag( lood & zand) Na 28 – 4 gat onder centrale graven om het water weg te pompen Voorjaar en zomer 86: omgeving reinigen Evacueren omgeving 8553 liquidators overleden eerste bestrijding: liquidators

53 de zone 10 dagen na het ongeval ingesteld 2800 km 2 hermetisch afgesloten 30 km rond de reactor Nog honderden jaren radioactief Ongeveer 1000 ouderen teruggekeerd Prachtig natuurgebied Reizen op eigen risico

54 pripyat nu: altijd kermis!

55 de sarcofaag explosie onder controle - sarcofaag: robothijskranen hijsen betonnen platen omhoog - erosie veroorzaakt gaten - toekomst: ark er over schuiven

56 de ark

57 doden tellen Definities van veroorzaking staan centraal, zullen er wel of niet extra kankergevallen in Midden-Europa ontstaan of is dat ‘ruis’? Eerste uitlatingen Gorbatchov8 WHO/IAEAca 4000 TORCH Greenpeace Artikelen in lesbrief KERNENERGIE IN RUSLAND Ontelbare Doden, Karel Knip, De Nucleaire vuilnisbelt van Tomsk, Antoinette de Jong NRC-Handelsblad

58 abortussen in 1987

59 stralingsziektes ACUTE STRALINGSZIEKTES - Veelal dodelijke afloop - Leukemie - Schildklierkanker - Maag-darmkanaal-syndroom CHRONISCHE STRALINGSZIEKTES - Mutageen  DNA verandert langzaam - Laat somatisch  ongecontroleerde celdeling - Hoe groter de dosering, hoe meer kans op stralingsziektes - Vaststellen verband bestraling en kanker is moeilijk

60 liquidators

61 Certificaat nr /

62

63

64

65 Nederland Zeeland Covra verwerking radioactief afval Voormalige Sovjet unie: verhaal apart, zie Dossier Oekraïne wil graag afval opslaan in Tsjernobyl (handel!!) Internationaal toezicht en hulp Sovjet Unie absoluut noodzakelijk

66 bijna 30 jaar na LINK 25 JAAR LATER

67 Aardbeving: 9.0 op de schaal van Richter, 5 minuten. Tsunami: 10 meter hoog Stroomstoring: over op noodstroom, generator onder water, accu’s leeg. Koelsysteem in de reactor valt uit Kernreactor raakt oververhit Menselijke fout FUKUSHIMA: DE RAMP

68 FUKUSHIMA: DE GEVOLGEN Fukushima 1: meltdown, explosie Fukushima 2: meltdown Fukushima 3: meltdown, explosie 4,5 en 6 buiten bedrijf, onderhoud Kernreactor mensen moesten hun huis verlaten overleden en nog steeds vermist Ontmantelen duurt nog 40 jaar mensen eisen schadevergoeding Economie krijgt enorme dreun Japan stopt met kernenergie Stralingsgevaar Toename ziektes Omgeving onbewoonbaar Mutaties Oogst besmet Gevolgen

69 KERNCENTRALES IN DE WERELD

70 KERNCENTRALES IN EUROPA

71 DUITSLAND STOPT 2010 Eerst uitstel Ramp en opstand 7 centrales zijn al gesloten, 8 waarschijnlijk binnenkort 3 centrales blijven nog langer open Na 2022 duurzame energie Kosten zullen enorm zijn Energiebedrijven investeren mee

72 JAPAN STOPT 2011 Sluiting na 40 jaar van productie Tussen 2020 en 2030 alle centrales gesloten Duurzame stroom Fossiele energie Gevolgen voor de economie

73 Evaluatie Kernsplijting Aantal centrales in de wereld sedert 1945 ca 436 Aantal serieuze ongevallen 7, heel veel kleinere ongevallen Vernietigde centrales tsjernobyl1uit4 harrisburg1 uit 4 fukuhima1uit 6 Feitelijk Percentage 7 op de 436: 1,7% Risicoanalyse: veel lagere schatting ogv wetenschap Japan en Duistland stoppen: einde kernsplijting? ONGEVALLEN

74 Evaluatie Kernfusie 68 jaar onderzoek: Breakevenpoint 1: meer energie eruit dan erin JA Breakevenpoint 2: meer geld eruit dan erin NEE ITER Frankrijk Wikipedia Werkend? Hoe? Sedert wanneer? JET Engeland Wikipedia Werkend? Hoe? Sedert wanneer? Toekomst? Lopes CardosoKERNFUSIEROADSHOW

75 KERNFYSICA D ENERGIE BIJ REACTIES SPLIJTING FUSIE KERNFYSICA

76 1 Einstein 1905: E=mc 2 vier gekke effecten Relativiteitstheorie:  Gelijktijdigheid ~ v/c  Lengte ~ v/c  Tijd ~ v/c  E=mc 2 Betekenis E=∆mc 2 massa kan verdwijnen en in energie omgezet worden Hoeveel energie zit er volgens deze formule in 1 kg materie? WIKI EINSTEIN

77 2 massaspectrometer: isotopen 6V! I BRON 1 H, 2 H & 3 H II ELEKTRISCH VERSNELLEN III MAGNETISCH AFBUIGEN X XXXX XXX X + V B r I m Massaspectrum waterstof

78 3 Isotopenoverzicht B25 ASymboolZatoommassa%t 1/2 ( jr)MeV 92U233233, ,6x10 5 α(4,83)βKγ ,040950,00062,4x10 5 α (4,76) ,043930,727,0x10 8 α (4,52) , ,5x10 7 α(4,49) , ,284,5x10 9 α(4,18) γ ASymboolZatoommassa%t 1/2 (jr)MeV 1H11, ,98> , , , ,00112,3Β 0,018 Alle elementen van het periodiek systeem zijn zo onderzocht, de eerste en ook een van de laatsten!

79 4 rekenen aan eenheden Er verdwijnt NOOIT een hele kg of een HEEL neutron, maar, altijd een klein fragmentje van een kerndeeltje (p of n). Toch rekenen we met hele neutronen en protonen oftewel met de atomaire massa eenheid (ame) Hoeveel energie zit er in 1 proton als dat HELEMAAL zou verdwijnen? EENHEDEN VAN ENERGIE Techniek1 kWh = 3,6x10 6 Joule Natuurkunde1 Joule Atoomfysica1 eV = 1,6 x (J)

80 splijtingscentrale

81 splijtstofcyclus

82 5 kernsplijting Reactievergelijking van deze splijting uitschrijven: Massadefect: Energie per neutron:

83 6 Kernfusie Reactievergelijking fusie van deuterium en tritium Massadefect Energie van de fragmenten naar rato van de massa

84 7 α-straler AZoek in B 25 op hoe 226 Ra vervalt en schrijf de reactie vergelijking op. BBepaal het massadefect en bereken daaruit de energie van de α-deeltjes. CBereken de snelheid waarmee de alpha’s weggeschoten worden. Halveringstijd 1600 jaar E(α)=4,8 (MeV)

85 8 ß-straler 6V AZoek in B 25 op hoe 69 Zn vervalt en schrijf de reactie vergelijking op. BBepaal het massadefect en bereken daaruit de energie van de ß-deeltjes. Deze isotoop is een B-straler, met een halveringstijd van 51 min En een energie van 0,90 MeV Voor het massadefect tellen de elektronen niet mee, immers: De snelheid van B-deeltjes kun jij niet uitrekenen, want dan zou je de relativiteitstheorie moeten kennen!

86 γ-straler 6V! Röntgenstraling = remstraling: Elektron botst op metaal  Metaalatoom aangeslagen  Elektron valt terug van L naar K schil  Uitzenden X-stralen K N M L Reacties kloppend maken is niks aan: aangeslagen toestand grondtoestand Jij moet hier aan kunnen rekenen met Planck E=h.f

87 EINDE

88 KERNFYSICA E EXTRA VWO

89 In een kernreactor ontstaat 141 Ce. Kort na het stopzetten van de reactor is de activiteit van het cerium 1,1x10 17 Bq. 1Wat was de activiteit van ‘ 141 Ce een half jaar na het stoppen van de reactor? Bedenk eerst hoeveel halveringstijden later dat is. (Hint: afronden op hele getallen!) 2Geef de reactie volgens welke het cerium vervalt. 3Bereken hoeveel energie de reactor – een half jaar na het stop zetten – per uur uit straalt via deze reactie (in Joule, niet in MeV). Ikernreacties t 1/2 =32 dag = 1mnd  6x halveren  2 6 =64 x zo lage activiteit  A(6 mndn) =1,1x10 17 /64 = 1,71x10 15 (Bq)

90 Bij meting van het gehalte van 14 C in de schedel van een Neander- thaler vindt men een activiteit die acht maal zo klein is als bij een nu levend mens. 4Geef de vervalreactie voor 14 C. 5 Bereken uit welke tijd die schedel afkomstig zal zijn. Opzoeken in BINAS 25 t 1/2 =5730 (jr) A is 8 maal zo klein  3 keer gehalveerd  t=3xt 1/2 =3x5730 =17.190(jr)  t = 17x10 3 (jr) De C-14 methode is onder historici berucht onbetrouwbaar, vooral vanwege de variaties in isotopensamenstelling.

91 IITsjernobyl bij ons! Opzoeken in B25 t 1/2 (Cs)=35 jr  Verandert nauwelijks t 1/2 (I)=8 dag  Halveert 4 x in maand Aflezen grafiek: 1300 Bq  ca 9 dagen Nee, dus! Na de ramp bij Tsjernobyl werd ons land besmet met radioactieve neerslag. Daardoor werd bij spinazie een activiteit gemeten van 2500 Bq/kg. Hiervan was 300 Bq afkomstig van 137 Cs en 2200 Bq van 131 I. De toegestane waarde was indertijd 1300 Bq/kg. 6Teken een A(t) diagram voor één maand. 7Wanneer mocht er weer gegeten worden? Later werd de norm aangescherpt tot 250 Bq/kg. 8 Leg uit of het toen nog zin had ingevroren spinazie te bewaren.

92 Iemand ademt een stofdeeltje 239 Pu in, het stofdeeltje heeft een activiteit van Bq en het blijft in de longen zitten. De dracht in longweefsel is ongeveer 40 μm. De dichtheid van longweefsel is 1000 kg/m 3. 9Zoek de energie van de α-deeltjes op en bereken daaruit hoeveel energie het stofdeeltje per jaar uitzendt. 10 Bereken het volume van en bol van 40 μm en bepaal daaruit de massa van het longweefsel dat de straling opvangt. IIIStof inademen

93 11Bereken de dosis van het longbolletje in Gray. Om de effectieve dosis te berekenen moet gemiddeld worden over de hele long, die ca 1 kg is ipv het lage bedrag uit vraag 9. De stralingsweegfactor is 20 en weefselweegfactor 0,12. De longlimiet is 500 mSv per jaar. 12 Leg met een berekening uit of die waarde overschreden wordt.

94 De kern 58 Mn vervalt volgens de reactie 58 Mn  X + -1 e + 6,50 MeV 13 Leg uit welke kernsoort door X wordt voorgesteld. We bepalen de achtergrondstraling door 3 maal zonder bron de activiteit te meten (7 en 8 resp. 3 Bq). Vervolgens bepalen we de activiteit van het preparaat (zie tabel). 14 Bepaal de achtergrondstraling in Bq (uit de drie kale metingen). IVElectronen Tijd t (min)00,511,52 Activiteit (Bq) Tijd t (min)00,511,52 Activiteit (Bq)  A 6 Bq omlaag

95 15 Corrigeer de gemeten straling voor de achtergrondstraling en maak een grafiek van de activiteit tegen de tijd en bepaal de halveringstijd. 16 Bereken wanneer de activiteit 10 Bq bedraagt.

96 V JE LIJF ALS BRON Elk mens heeft de isotoop 40 K in zijn lijf en is dus een wandelende stralings- bron. De activiteit van de bèta's is circa 4,4x10 3 Bq voor iemand van 60 kg. 17 Geef de vervalreactie en de energie van de straling mbv BINAS. 18 Bereken de energie die het lichaam in een jaar ontvangt. 19 De beide weegfactoren mag je 1 stellen: bereken de effectieve dosis. Dit is al een kwart van de achtergrondstraling!

97 Op een onbewoond eiland staat een generator die gevoed wordt door een 90 Sr-preparaat. De generator levert een vermogen van 5,0 W. Het preparaat produceert ß-straling met een energie van 9,6x J (per elektron). Het rendement van de omzettingen in de generator is 70%. 20 Geef de vervalreactie en toon aan dat de energie 9,6x J is. 21 Bereken de activiteit van het preparaat. 22 Zoek de halveringstijd 90 Sr van op en bereken na hoeveel tijd het vermogen is gedaald tot 1,25 W? VI EEN ONBEWOOND EILAND t 1/2 =28 jr & daling van 5,00 naar 1,25  dus er is 2 gehalveerd  t = 2x28 =56 jr

98 KLIK HIER KLIK HIER voor een film van een kernexplosie AAN ALLES KOMT EEN EIND


Download ppt "STRALING 2015-16 herhaling 6 VWO Co BTn I STRALING Historische inleiding: soorten straling IIHALVEREN! Rekenen aan straling en aan toelaatbare dosis IIIALLEEN."

Verwante presentaties


Ads door Google