Radioactiviteit ©Betales Deze presentatie is onderdeel van Betales.nl en mag gebruikt worden voor educatieve doeleinden. U mag de bestanden aanpassen, alleen moet ten alle tijde op iedere slide het logo van Betales zichtbaar blijven.   Mocht u op of aanmerkingen hebben op een presentatie van betales, gelieve dan contact op te nemen met support@betales.nl.

Kernfysica Protonen Neutronen Elektronen Symbool 11p(+) 10n 0-1e(-) De afmetingen van een atoomkern t.o.v. schil 1 1000 Protonen Neutronen Elektronen Symbool 11p(+) 10n 0-1e(-) Massa ≈u=1,66ᴇ-27kg ≈0=9,11ᴇ-31kg Lading =1e=1,61ᴇ-19C =-1e=-1,61ᴇ-19C Aantallen Atoomnummer =Z N Z-V Massagetal: A=Z+N Matoom=A*u Valentie van het ion Ladingsgetal

Kernfysica ZAXVN Rekenvoorbeeld: 5626Fe3+ Geef het aantal protonen, neutronen, elektronen, massa(kg) en de lading van de kern valentie massagetal ZAXVN Antwoord atoomnummer Aantal atomen in molecuul  

Isotopen Isotoop: ander massagetal, zelfde aantal protonen. Binas T25: Cu-63 Cu-64 Cu-65 2 soorten isotopen stabiele instabiele Komen in natuur voor. (Kolom 5) Komen niet in natuur voor. Vertonen geen verval (Kolom 6 en 7) Vertonen wel verval.

Deeltjes Bij instabiele isotopen komen vervalreacties voor. Er ontstaan dan deeltjes. Deze staan in kolom 7. De volgende deeltjes kunnen er staan. Deze moet je van buiten leren! α-deeltje: 42He2+ β--deeltje: 0-1e- Neutron: 10n Proton: 11p+ γ-deeltje: 00γ  foton: energiepakketje β+-deeltje: 01e+  positron! Het wordt nog gekker. Want het volgende blijkt ook voor te komen: 00γ → 0-1e- + 01e+

Vervalreacties Afspraak Bij vervalreacties gaat het om de hoeveelheid neutronen en protonen. Het aantal elektronen wordt vaak buiten beschouwing gelaten. Dus: 92 238 𝑈→ 90 234 𝑈 2− + 2 4 𝐻𝑒 2+ Wordt vaker geschreven als 92 238 𝑈→ 90 234 𝑈+α Nu schrijven wij de deeltjes altijd in de molecuulformule. De valentie doet er dus niet toe.

Vervalreacties Rekenvoorbeeld Geef de reactievergelijking: van het verval van de α-actieve fransium isotoop. van het verval van de meest stabiele β-actieve fransium isotoop. Antwoord Antwoorden 22187Fr → 42He + 21785At 22387Fr → 0-1e + 22388Ra (+ 00γ) Hoe kan dat? 1 proton meer, dus 1 neutron minder en 1 elektron meer: 10n → 0-1e- + 11p+

Soorten ioniserende straling α (42He) β (0-1e) γ (00γ) massa (m) 4u <1/1000 * u lading (q) 2e -e ioniserend vermogen sterk gemiddeld zwak doordringend vermogen dracht ρ=103 (water) ρ=101 (lucht) 10-5m 10-2m 10-1m 103m soorten kanker huid, long, maag, darm teelbal, eierstok, borst bloed, lymfe

Bronnen ioniserende straling Natuurlijk Kunstmatig van boven van onder technisch medisch kosmische straling aardse straling kernreactoren therapeutisch diagnostiek Bestraling van tumoren Röntgen Tracer MRI CT PET rookmelder Zon Sterren Uranium Radium

Bescherming 𝛼 β RA 𝛾 Loden plaat biedt bescherming Bron Straling

Besmetting Bij besmetting krijg je een radioactieve bron binnen! RA

Afscherming 𝛼 β RA 𝛾 𝑥 𝐼(𝑥) 𝐼(0) Loden plaat biedt bescherming Intensiteit: aantal deeltjes per m²

Afscherming Intensiteit: aantal deeltjes per m² We kunnen de intensitiet van een radioactief voorwerp berekenen met de formule: 𝐼(𝑥)=𝐼 0 ∙ 1 2 𝑥 𝑑 1 2 met I(x) de resterende intensiteit na een plaat met dikte 𝑥 Met andere woorden: Hoe groter x, hoe lager de intensiteit. Bij 𝑥= 𝑑 1/2 wordt de intensiteit 50% kleiner. Pas op! Als je 𝑥=2 𝑑 1/2 neemt, wordt I(x) niet gelijk aan 0. Er geldt de tweede keer dat er weer 50% van de straling die erdoor gaat wordt tegengehouden. 𝐼 0 =100% 𝐼 𝑑 1/2 =0,5*100% 𝐼 2𝑑 1/2 =0,5*0,5*100%=25% 2 𝑑 1/2 𝑥 𝑥 𝑑 1/2

Wiskunde B 𝐼 𝑥 =𝐼 0 ∙ 1 2 𝑥 𝑑 1 2 Hiernaast is deze formule getekend bij 𝑑 1 2 =10𝑚 en met 𝐼 0 =100%. Je kunt aflezen dat als 𝑥= 𝑑 1 2 , er geldt dat 𝐼(𝑥)=50%. Bij 𝑑 1 2 wordt namelijk de helft genomen van wat erin gaat. Je kunt ook aflezen dat als 𝑥=2 𝑑 1 2 , er geldt dat 𝐼(𝑥)=25%. Er is een keer 50% vanaf gegaan, en van de 50% die we over hielden ging nog eens 50% af.

Wiskunde B 𝐼 𝑥 =𝐼 0 ∙ 1 2 𝑥 𝑑 1 2 𝑥= 𝑑 1 2 𝐼 𝑑 1 2 =50% 𝐼 𝑥 =𝐼 0 ∙ 1 2 𝑥 𝑑 1 2 𝑥= 𝑑 1 2 𝐼 𝑑 1 2 =50% 𝑥= 2𝑑 1 2 𝐼 2 𝑑 1 2 =25% Er volgt dus ook dat: 𝐼 3 𝑑 1 2 =12,5% 𝐼 4 𝑑 1 2 =6,25%

Afscherming Rekenvoorbeeld Een muur van 2cm van een onbekend materiaal houd 73% van de straling tegen. Van welk materiaal kan deze muur gemaakt zijn? Antwoord De muur is 2meter, dus 𝑥=2. Er wordt 73% tegengehouden. Stel 𝐼 0 =100%, dan is 𝐼 𝑥 =27%. Er volgt: 𝐼 𝑥 =𝐼 0 ∙ 1 2 𝑥 𝑑 1 2 →27=100∙ 1 2 2 𝑑 1 2 →0,27= 1 2 2 𝑑 1 2 log 0,27 = 2 𝑑 1 2 ∗ log 1 2 → log 0,27 log 0,5 = 2 𝑑 1 2 → 𝑑 1 2 =2∗ log 0,5 log 0,27 ≈1,06𝑐𝑚 De halveringsdikte is een stofeigenschap en kan opgezocht worden in BINAS. Lood ( 𝑑 1 2 ≈1𝑐𝑚) zit binnen de significantie van ons antwoord.

Logaritme Even kort een introductie voor mensen zonder wiskunde B. We hebben de formule 𝐼 𝑥 =𝐼 0 ∙ 1 2 𝑥 𝑑 1 2 Je moet in deze formule naast 𝐼(𝑥) en 𝐼(0) ook 𝑥 en 𝑑 1/2 kunnen uitrekenen. Dit doen we met behulp van een logaritme, zodat we de macht weg kunnen halen. Er geldt een rekenregel: log 𝐴 𝐵 =𝐵∗log⁡(𝐴) We gaan niet verder op deze regel in, maar je moet deze kunnen gebruiken. Een logaritme staat voor 10 tot welke macht is het getal. Zo geldt: log 100 =log 10 2 =2 Op de volgende sheet gaan we alle afleidingen stap voor stap doen.

Logaritme 𝐼 𝑥 =𝐼 0 ∙ 1 2 𝑥 𝑑 1 2 Druk 𝐼 0 uit met de bovenstaande formule. 𝐼 𝑥 1 2 𝑥 𝑑 1 2 =𝐼(0) Om 𝑥 en 𝑑 1 2 uit te drukken hebben we een logaritme nodig. 𝐼 𝑥 𝐼 0 = 1 2 𝑥 𝑑 1 2 log⁡( 𝐼 𝑥 𝐼 0 )= 𝑥 𝑑 1 2 ∙log⁡( 1 2 ) Denk aan de regel van het logaritme. log⁡( 𝐼 𝑥 𝐼 0 )=log⁡( 1 2 𝑥 𝑑 1 2 ) Neem van beide kanten het logaritme. log 𝐼 𝑥 𝐼 0 log 1 2 = 𝑥 𝑑 1 2

Logaritme log 𝐼 𝑥 𝐼 0 log 1 2 = 𝑥 𝑑 1 2 Met deze formule kunnen we natuurlijk makkelijk de dikte en de halveringsdikte berekenen. log 𝐼 𝑥 𝐼 0 log 1 2 ∙ 𝑑 1 2 =𝑥 𝑑 1 2 = 𝑥 log 𝐼 𝑥 𝐼 0 log 1 2

Afscherming Rekenvoorbeeld Een radiodiagnostisch laborante werk met röntgenstraling van 100keV. Bereken hoe dik haar loden schort moet zijn om 99% van de straling tegen te houden. Antwoord Röntgenstraling is γ-straling. Er moet straling worden tegengehouden, dus we hebben de formule van intensiteit nodig. 𝐼(𝑥)=𝐼 0 ∙ 1 2 𝑥 𝑑 1 2 99% van de straling moet worden tegengehouden, dus 1% van beginstraling (=I(0)) blijf over: 𝐼(𝑥) =(1−0,99)∙𝐼(0)=0,01∙𝐼(0). (vervolg zie volgende pagina)

Afscherming We weten nu het volgende: 𝐼(𝑥)=𝐼 0 ∙ 1 2 𝑥 𝑑 1 2 𝐼(𝑥)=𝐼 0 ∙ 1 2 𝑥 𝑑 1 2 Met: 𝐼 𝑥 =0,01∙𝐼(0). 𝐼 0 =𝐼 0 𝑑 1/2 𝑖𝑠 𝑜𝑝 𝑡𝑒 𝑧𝑜𝑒𝑘𝑒𝑛 𝑖𝑛 𝐵𝐼𝑁𝐴𝑆. 𝐾𝑖𝑗𝑘 𝑏𝑖𝑗 𝑑𝑒 𝑔𝑒𝑔𝑒𝑣𝑒𝑛 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑒 𝑣𝑎𝑛 100𝑘𝑒𝑉=0,1𝑀𝑒𝑉 𝑔𝑒𝑒𝑓𝑡 𝑑 1/2 =0,0106𝑐𝑚 Vul deze waardes in de formule in. 0,01𝐼 0 =𝐼 0 ∙ 1 2 𝑥 0,0106 →0,01= 1 2 𝑥 0,0106 → log 0,01 =log⁡( 1 2 𝑥 0,0106 ) log 0,01 = 𝑥 0,0106 ∗𝑙𝑜𝑔 1 2 → log 0,01 log 0,5 ∗0,0106=x→x≈7,04∙1 0 −2 𝑐𝑚

Activiteit Het aantal vervalreacties per seconde noemen we activiteit (A). Ofwel het aantal vrijkomende α-, β- en γ-deeltjes. Let op! We hebben in dit hoofdstuk al A leren kennen voor het massagetal en we kennen A al van de oppervlakte. Let dus op welke A je moet gebruiken. De activiteit heeft te maken met het aantal aanwezige moederkernen (N). 𝑁 𝑡 =𝑁 0 ∗( 1 2 ) 𝑡 𝑡 1 2 met N(t) het aantal resterende moederkernen na 𝑡 tijd.

Activiteit De activiteit van een stof is de afgeleide van 𝑁 𝑡 =𝑁 0 ∗( 1 2 ) 𝑡 𝑡 1 2 De activiteit moet echter positief zijn om wille van zijn definitie: er kan geen negatief aantal deeltjes vrij komen. Dus 𝐴(𝑡)=−𝑁’(𝑡) ⩟N In de (N,t)-grafiek is dit de stijlheid ⩟t Als we de afgeleide uitrekenen komen we uit op 𝐴 𝑡 = ln 2 𝑡 1 2 ∗𝑁 𝑡 En natuurlijk geldt ook: 𝐴 𝑡 =𝐴(0)∗( 1 2 ) 𝑡 𝑡 1 2

Geigerteller Een geigerteller is een teller die stralingsdeeltjes kan meten. Er is altijd achtergrondstraling, afkomstig van (radioactieve) bronnen, zoals de zon. Een geigerteller zal echter nooit een precies aantal tellen, omdat straling nooit overal even groot is. Deeltjes hebben verschillende richtingen. Niet alle deeltjes komen dus in de teller. RA Venster Het venster kan deeltjes absorberen. De teller houd een hoge activiteit niet bij, omdat deze met pulsen werkt. (zie fysische informatica). Geigerteller

Dosis De dosis is uit te rekenen met de formule: 𝐷= 𝐸 𝑠𝑡𝑟𝑎𝑙𝑖𝑛𝑔 𝑚 𝑤𝑒𝑒𝑓𝑠𝑒𝑙 Ed=Energie van een deeltje Hierin geldt: 𝐸 𝑠𝑡𝑟𝑎𝑙𝑖𝑛𝑔 = 𝑁 𝑜𝑛𝑡 ∗ 𝐸 𝑑 𝑁 𝑜𝑛𝑡 = 𝑡 𝑏𝑙𝑜𝑜𝑡𝑠𝑡𝑒𝑙𝑙𝑖𝑛𝑔 ∗𝑟𝑎𝑎𝑘𝑓𝑟𝑎𝑐𝑡𝑖𝑒∗𝐴 Als je kijkt naar de eenheden, zie je dat deze A voor activiteit staat. De raakfractie moet je in een geval zelf bepalen. Stel je hebt een bron waar je 1,5m vanaf staat. De raakfractie is dan: De oppervlakte moet je nu schatten. Als je door een dakraampje kijkt is dit kleiner dan wanneer je er voor staat. Als je er voor zou staan is je frontale oppervlak ongeveer 0,5*0,5=0,25m² De oppervlakte van de bol is de oppervlakte van de bron met een straal van 1,5m tot jouw. We verwaarlozen de kromming van de bol voor het gemak. 𝑟𝑎𝑎𝑘𝑓𝑟𝑎𝑐𝑡𝑖𝑒= 𝐴 𝑚𝑒𝑛𝑠 𝐴 𝑏𝑜𝑙 = 0,25 4∗π∗1,5² ≈0,009

Samenvatting Grootheid (symbool) Eenheid Formule(s) Definitie/opmerkingen Aantal nog aanwezige moederkernen (N) - 𝑁 𝑡 =𝑁 0 ∗( 1 2 ) 𝑡 𝑡 1 2 𝑚 𝑝𝑟𝑒𝑝𝑎𝑟𝑎𝑎𝑡 =𝑁∗ 𝑚 𝑎𝑡𝑜𝑜𝑚 =𝑁∗𝑨∗𝑢 Het aantal nog aanwezige moederkernen in het preparaat. Brongrootheid. Activiteit (A) Berquerel (Bq) 𝐴 𝑡 =−𝑁′(𝑡) 𝐴 𝑡 = ln 2 𝑡 1 2 ∗𝑁 𝑡 𝐴 𝑡 =𝐴 0 ∗( 1 2 ) 𝑡 𝑡 1 2 Het aantal vervalreacties per seconde om het preparaat. Brongrootheid. (Geabsorbeerde) (stralings) dosis (D) Gray (Gy) 𝐷= 𝐸 𝑠𝑡𝑟𝑎𝑙𝑖𝑛𝑔 𝑚 𝑤𝑒𝑒𝑓𝑠𝑒𝑙 𝐸 𝑠𝑡𝑟𝑎𝑙𝑖𝑛𝑔 = 𝑁 𝑜𝑛𝑡 ∗ 𝐸 𝑑 𝑁 𝑜𝑛𝑡 = 𝑡 𝑏𝑙𝑜𝑜𝑡𝑠𝑡𝑒𝑙𝑙𝑖𝑛𝑔 ∗𝑟𝑎𝑎𝑘𝑓𝑟𝑎𝑐𝑡𝑖𝑒∗𝐴 De ontvangen stralingsenergie per kilogram absorberend weefsel. Ontvangergrootheid. Equivalente dosis (H) Sievert (Sv) 𝐻=𝑄∗𝐷 Dosis, geëquivaleerd voor de stralingssoort. massagetal

Radioactiviteit