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: 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:

α, β,γ-straling α-straling bestaat uit heliumkernen β-straling bestaat uit elektronen γ-straling

α, β,γ-straling α-straling β-straling 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/s door 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-straling een voorbeeld: β-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

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 kernen Δt : tijd in s (seconden) Het min-teken geeft een afname aan.

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 t N(0) : het aantal actieve kernen op tijdstip t = 0 t : tijd in s (seconden) t1/2 : de halveringstijd in s (seconden) omdat A(t) ~ N(t), geldt ook : A(t)=A(0).

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

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)

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 20 β- en γ-straling 1

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) Tumor

Toepassingen: Bestraling Ouderdomsbepaling Tracer (organismen/ waterloop) Diktemeting (staalindustrie)

+ p n N C C e + N + 14 14 1 6 14 14 6 7 Ouderdomsbepaling: Vorming C-14 in de atmosfeer: 14 14 1 p 1 n + N C + 6 7 Verval C-14 (halfwaardetijd 5730 j): 14 14 C e + N 6 7 -1 Verhouding C-14/C-12 in de atmosfeer is constant). In dode organische stof daalt [C-14].

De halfwaardetijd van C-14 is 5730j. In de atmosfeer is de verhouding C-14 : C-12 gelijk aan 1 : 8.1011 In een opgegraven boom is de C-14 : C-12 verhouding 0,25 : 8.1011 De halfwaardetijd van C-14 is 5730j. Hoe lang geleden ging de boom dood? Hoeveel maal is het gehalveerd? [C-14] van ‘1’ naar ‘0,25’ dus aantal C-14 kernen is 2 x gehalveerd. leeftijd = 2 . 5730 = 11.460 j

Invullen en oplossen van de formule 0,25 = 1 * 2 1 è æ ø ö t 5730 t N(t) = 0,25 N(0) = 1 t1/2 = 5730 jaar 1 è æ ö = 0,25 5730 2 ø t * log 0,5 = log 0,25 5730 t = 2 5730 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.