N4V_05 samenvatting Newton 5 Straling en gezondheid Ioniserende straling | Vwo 5.7 Samenvatting

5 Straling en gezondheid Ioniserende straling | Vwo | Samenvatting N4V_05 samenvatting 5 Straling en gezondheid Ioniserende straling | Vwo | Samenvatting Ioniserende straling α-straling β-straling γ-straling röntgenstraling Eigenschappen ioniserend doordringend deeltje vermogen vermogen groot klein heliumkern matig matig elektron klein groot foton Doordringend vermogen α- en β-straling dracht γ- en röntgenstraling halveringsdikte α-straling β-straling γ- en röntgen- straling aluminium perspex papier lood Dracht Maximale afstand waarover α- of β-straling in een materiaal doordringt Halveringsdikte Dikte waarbij een materiaal de helft van de invallende γ- of röntgenstraling doorlaat

5 Straling en gezondheid Ioniserende straling | Vwo | Samenvatting N4V_05 samenvatting 5 Straling en gezondheid Ioniserende straling | Vwo | Samenvatting Absorptie van γ- en röntgenstraling Intensiteit De intensiteit I (in W/m2) van de doorgelaten straling hangt af van de intensiteit I0 van de invallende straling, de dikte d en de halveringsdikte d1/2 van het absorberende materiaal: 𝑰= 𝑰 𝟎 ∙ (½) 𝒏 𝒏= 𝒅 𝒅 𝟏/𝟐 Doorlaatkromme Halveringsdikte De halveringsdikte d1/2 hangt af van de soort straling (de foton-energie Ef) en het soort materiaal (de dichtheid ρ): ● hoe groter Ef is, des te groter is d1/2 ● hoe groter ρ is, des te kleiner is d1/2 Foton-energie Röntgen- en γ-straling zijn vormen van elektromagnetische straling. De foton-energie Ef hangt af van de stralingsfrequentie f: 𝑬 𝐟 =𝒉∙𝒇

5 Straling en gezondheid Ioniserende straling | Vwo | Samenvatting Radioactief verval Activiteit De activiteit A (in becquerel: Bq) van een radioactieve bron hangt af van de beginactiviteit A0 (op t = 0 s), de tijd t en de halveringstijd t1/2 van de radioactieve stof: 𝑨= 𝑨 𝟎 ∙ (½) 𝒏 𝒏= 𝒕 𝒕 𝟏/𝟐 Vervalkromme Halveringstijd De halveringstijd t1/2 hangt af van de soort radioactieve stof Beginactiviteit De beginactiviteit A0 hangt af van het aantal instabiele atoomkernen N0 (op t = 0 s) en de halveringstijd t1/2 van de radioactieve stof ● hoe groter N0 is, des te groter is A0 ● hoe groter t1/2 is, des te kleiner is A0

5 Straling en gezondheid Ioniserende straling | Vwo | Samenvatting Radioactief verval Instabiele atoomkernen De atoomkernen in een radioactieve stof zijn instabiel en vervallen onder uitzenden van een α-deeltje, β-deeltje en/of γ-foton Het aantal instabiele atoomkernen N hangt af van het beginaantal N0 (op t = 0 s), de tijd t en de halveringstijd t1/2 van de radioactieve stof: 𝑵= 𝑵 𝟎 ∙ (½) 𝒏 𝒏= 𝒕 𝒕 𝟏/𝟐 ΔN Δt t Activiteit De activiteit A van een radioactieve bron is het aantal vervallende atoomkernen per seconde: 𝑨=− ∆𝑵 ∆𝒕 𝐫𝐚𝐚𝐤𝐥𝐢𝐣𝐧 =− 𝐝𝑵 𝐝𝒕 De activiteit A op tijdstip t is het hellingsgetal van de raaklijn in het N,t-diagram

5 Straling en gezondheid Ioniserende straling | Vwo | Samenvatting Radioactief verval Instabiele atoomkernen De atoomkernen in een radioactieve stof zijn instabiel en vervallen onder uitzenden van een α-deeltje, β-deeltje en/of γ-foton Het aantal instabiele atoomkernen N hangt af van het beginaantal N0 (op t = 0 s), de tijd t en de halveringstijd t1/2 van de radioactieve stof: 𝑵= 𝑵 𝟎 ∙ (½) 𝒏 𝒏= 𝒕 𝒕 𝟏/𝟐 Activiteit en aantal instabiele kernen De activiteit A van een radioactieve bron hangt af van het aantal instabiele kernen N en de halveringstijd t1/2: 𝑨= 𝐥𝐧 𝟐 𝒕 𝟏/𝟐 ∙𝑵= 𝟎,𝟔𝟗𝟑 𝒕 𝟏/𝟐 ∙𝑵

5 Straling en gezondheid Ioniserende straling | Vwo | Samenvatting Radioactief verval Instabiele atoomkernen De atoomkernen in een radioactieve stof zijn instabiel en vervallen onder uitzenden van een α-deeltje, β-deeltje en/of γ-foton Het aantal instabiele atoomkernen N hangt af van het beginaantal N0 (op t = 0 s), de tijd t en de halveringstijd t1/2 van de radioactieve stof: 𝑵= 𝑵 𝟎 ∙ (½) 𝒏 𝒏= 𝒕 𝒕 𝟏/𝟐 Aantal atomen Het aantal atomen N in een gegeven massa m van een (radioactieve) stof is te berekenen met de atoommassa ma (zie Binas) en de atomaire massa-eenheid u: 𝑵= 𝒎 𝒎 𝐚 ∙𝒖

5 Straling en gezondheid Ioniserende straling | Vwo | Samenvatting Radioactief verval Atoomkern Een kern van een atoomsoort El is met zijn atoomnummer Z (aantal protonen) en massagetal A (aantal protonen en neutronen) weer te geven als symbool: 𝒁 𝑨 𝐄𝐥 Ook het α-deeltje, β–-deeltje (elektron), β+-deeltje (positron), proton en neutron zijn met zo’n symbool weer te geven Symbolen waterstof (H-1) 𝟏 𝟏 𝐇 deuterium (H-2) 𝟏 𝟐 𝐇 tritium (H-3) 𝟏 𝟑 𝐇 helium (He-4) 𝟐 𝟒 𝐇𝐞 koolstof (C-12) 𝟔 𝟏𝟐 𝐂 α-deeltje 𝟐 𝟒 𝐇𝐞 β–-deeltje −𝟏 𝟎 𝐞 β+-deeltje 𝟏 𝟎 𝐞 elektron −𝟏 𝟎 𝐞 proton 𝟏 𝟏 𝐩 neutron 𝟎 𝟏 𝐧 Isotopen Atoomkernen met hetzelfde aantal protonen (dus: van dezelfde atoomsoort) en een verschillend aantal neutronen zijn isotopen (zie bijvoorbeeld de waterstofisotopen H-1, H-2 en H-3) deuterium 𝟏 𝟐 𝐇 tritium 𝟏 𝟑 𝐇

5 Straling en gezondheid Ioniserende straling | Vwo | Samenvatting Radioactief verval Vervalvergelijking Het verval van een instabiele atoomkern is weer te geven in de vorm van een vervalvergelijking Bij het opstellen van een vervalvergelijking geldt behoud van massa-getal en behoud van lading Alfaverval De atoomkern stoot een α-deeltje (heliumkern) uit: het atoomnummer daalt met 2 en het massa- getal daalt met 4 Alfaverval Ra-226 𝟖𝟖 𝟐𝟐𝟔 𝐑𝐚→ 𝟖𝟔 𝟐𝟐𝟐 𝐑𝐧 + 𝟐 𝟒 𝐇𝐞

5 Straling en gezondheid Ioniserende straling | Vwo | Samenvatting Radioactief verval Vervalvergelijking Het verval van een instabiele atoomkern is weer te geven in de vorm van een vervalvergelijking Bij het opstellen van een vervalvergelijking geldt behoud van massa-getal en behoud van lading Bèta–-verval De atoomkern stoot een β–-deeltje (elektron) uit: het atoomnummer stijgt met 1 en het massa-getal verandert niet In de atoomkern vervalt een neutron tot een proton en een elektron: 𝟎 𝟏 𝐧→ 𝟏 𝟏 𝐩+ −𝟏 𝟎 𝐞 Bèta–-verval I-131 𝟓𝟑 𝟏𝟑𝟏 𝐈→ 𝟓𝟒 𝟏𝟑𝟏 𝐗𝐞 + −𝟏 𝟎 𝐞

5 Straling en gezondheid Ioniserende straling | Vwo | Samenvatting Radioactief verval Vervalvergelijking Het verval van een instabiele atoomkern is weer te geven in de vorm van een vervalvergelijking Bij het opstellen van een vervalvergelijking geldt behoud van massa-getal en behoud van lading Bèta+-verval De atoomkern stoot een β+-deeltje (positron) uit: het atoomnummer daalt met 1 en het massa-getal verandert niet In de atoomkern vervalt een proton tot een neutron en een positron: 𝟏 𝟏 𝐩→ 𝟎 𝟏 𝐧+ 𝟏 𝟎 𝐞 Bèta+-verval F-18 𝟗 𝟏𝟖 𝐅→ 𝟖 𝟏𝟖 𝐎 + 𝟏 𝟎 𝐞 Annihilatie Het positron is het antideeltje van het elektron. Bij de botsing tussen een deeltje en zijn antideeltje vernietigen deze deeltjes elkaar (annihilatie), en ontstaan twee gammafotonen: −𝟏 𝟎 𝐞+ 𝟏 𝟎 𝐞 →𝟐𝛄

5 Straling en gezondheid Ioniserende straling | Vwo | Samenvatting Radioactief verval Vervalvergelijking Het verval van een instabiele atoomkern is weer te geven in de vorm van een vervalvergelijking Bij het opstellen van een vervalvergelijking geldt behoud van massa-getal en behoud van lading Gammaverval De atoomkern stoot een γ-foton uit: het atoom- nummer en het massagetal veranderen niet Gammaverval Tc-99m 𝟒𝟑 𝟗𝟗𝐦 𝐓𝐜→ 𝟒𝟑 𝟗𝟗 𝐓𝐜 +𝛄

5 Straling en gezondheid Ioniserende straling | Vwo | Samenvatting Stralingsbelasting Dosis De dosis D (in gray: Gy) hangt af van de geabsorbeerde stralings- energie Estr en de massa m: 𝑫= 𝑬 𝐬𝐭𝐫 𝒎 Equivalente dosis De equivalente dosis is een maat voor het bio-logische effect van een stralingsdosis De equivalente dosis H (in sievert: Sv) hangt af van de dosis D en de stralingsweegfactor wR: 𝑯= 𝒘 𝑹 ∙𝑫 Straling wR α-straling 20 β-, γ- en röntgen- straling 1 Stralingsnormen De stralingsnormen of dosislimieten geven de maximale jaarlijkse effectieve totale lichaams- dosis Stralingsnormen (mSv/jaar) beroep 20 bevolking 1

5 Straling en gezondheid Ioniserende straling | Vwo | Samenvatting Stralingsbelasting Achtergrondstraling De achtergrondstraling bestaat uit kosmische straling en straling van radioactieve stoffen in de bodem, bouwmaterialen, voedsel, water en lucht Achtergrondstraling H = 1,8 mSv/jaar Bestraling Stralingsbronnen buiten het lichaam zorgen voor uitwendige bestraling Alfastraling Bij uitwendige bestraling is α-straling relatief ongevaarlijk (door de beperkte dracht) Bij inwendige bestraling is α-straling relatief gevaarlijk (door het grote ioniserende vermogen) Besmetting Stralingsbronnen in het lichaam zorgen voor inwendige bestraling Stralingsbescherming Blootstellingstijd beperken, afstand houden en bronnen afschermen

5 Straling en gezondheid Ioniserende straling | Vwo | Samenvatting Medische beeldvorming Ioniserende straling Röntgenfotografie Computertomografie (CT) Nucleaire diagnostiek Werking Absorptie en transmissie van röntgen-straling Uitzenden van γ- of β+-straling door tracer bij radioactief verval Geluidsgolven Echografie Terugkaatsen van ultrasone geluidsgolven Radiogolven Magnetic Resonance Imaging (MRI) Uitzenden van radiogolven door waterstof-kernen in een magnetisch veld Röntgenfoto CT-scan Scintigram Echogram MRI-scan

5 Straling en gezondheid Ioniserende straling | Vwo | Samenvatting Medische beeldvorming Ioniserende straling Röntgenfotografie Computertomografie (CT) Nucleaire diagnostiek Stralingsdosis klein 0,1 mSv groot 10 mSv matig 5 mSv geen Geluidsgolven Echografie Radiogolven Magnetic Resonance Imaging (MRI) Röntgenfoto CT-scan Scintigram Echogram MRI-scan