STRALING 2015-16 herhaling 6 VWO Co BTn I STRALING Historische inleiding: soorten straling II HALVEREN! Rekenen aan straling en aan toelaatbare dosis III ALLEEN MAAR RAMPEN? Het Manhattanproject en de gevolgen IV ENERGIE BIJ REACTIES Van E = m c2 tot dosis(equivalent) V EXTRA VWO STRALING 6 grote en 22 kleine opgaven 2015-16 herhaling 6 VWO Co BTn

KERNFYSICA A INLEIDING

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

2 Natuurkunde versus Scheikunde Zuivere stoffen (H2O) 4.000.000 Quarks 6 Elementen (H,O) 100 Elementaire deeltjes (p,n,e) Chemische reacties 2H2O2H2+O2 Ontleden water Kernreacties HOGE ENERGIE FYSICA Hoe zitten elementaire deeltjes in elkaar? Atoomfysica = hoe zitten atomen in elkaar? 1H = kern (1 p) met 1 e 168O=kern (8p,8n) met 8e VANDAAG B 25

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

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

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

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

6 MAD 1897 Zon wordt licht getekend  zon als bron van röntgenstraling (net als zeis, botten, gras , . . ) Botten zichtbaar omdat straling daar NIET door heen gaat. Zou hier zwart moeten zijn. Verwarring zender en absorberend materiaal 3 Geen verschil tussen hout en metaal van zeis

7 Thomson 1900: kathodestralen Vacuumtechniek <0,01%van 1 bar) Hoogspanningsbron (Rumkorff) 1860-1900 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)

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

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

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

11 Rutherford: α, β en γ-straling WAT ZIJN HET: DEELTJES OF GOLVEN? Straling dracht Ion. vermogen lading identificatie α Klein Groot + heliumkernen β Middel - Electronen γ groot klein X-stralen

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

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

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

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

15 Intekenen op nucleotidenkaart 224 222 220 218 216 214 212 210 208 Z 92 80 88 86 84 82 90 A

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

KERNFYSICA B HALVEREN straling meten

1 activiteit meten Activiteit A (Bq) Aantal geregistreerde deeltjes per sec Geiger-Muller teller Nog net geen doorslagspanning  Elk Ioniserend deeltje trekt vonk A Radioactieve straling ioniseert luchtmolekulen: er ontstaan + en – ionen, die in de buis versneld worden. B Die 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. C Als er tijdens de doorslag nog een radioactief deeltje binnen komt kan dat niet geteld worden. Er wordt dus te weinig geteld!

2 intuïtief idee halveringstijd Halveringstijd T1/2 Tijd waarin de activiteit halveert 1T  50% over 2T  25% over 3T  12,5% over T 2T 3T

3 Activiteit en halveringstijd Een radioactief preparaat heeft een activiteit van 5,0x1010 Bq. De halveringstijd van het preparaat is 15 uur. A Bereken de activiteit na 75 uur. B Leg uit na hoeveel uur de activiteit afgenomen met 75%. C Bereken na hoeveel tijd de activiteit is gedaald tot 1/1000 deel van de oorspronkelijke activiteit. 75 = 5 x 15  5 keer halveren  A wordt 25 = 32 x zo klein  A = 5,0x1010 / 32 = 0,156 x 1010 = 1,56 x 109 Afnemen met 75%  25% over  2 x halveren  T = 2 x 15 = 30 (u) 1.000 ≈ 1024 = 210  10 x halveren  T = 10 x 15 = 150 (u)

4 Americanum en Jood In een rookmelder zit een radioactieve bron, Americanum-241 A Geef de vervalvergelijking van een Am-241 kern. B De activiteit van de bron is 30 kBq. Wat betekent dit? C Waarom 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. D Is dit besmetting of bestraling? E Geef de vervalvergelijking. F Na hoeveel dagen was de activiteit met 87,5% afgenomen? α,γ-straler   X = Np A = 30 kBq  30.000 alfa’s en gamma’s per sec Halveringstijd 432 jr  activiteit verandert nauwelijks Besmetting: de melk is opgedronken  bestraling van binnen uit! β,γ-straler   X = Xe Afnemen met 87,5%  12,5% over  3 x halveren  t = 3 x 8 = 24 dag

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

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 2,2x10-13 J. De hand van de laborant is 300 gr en absorbeert 20% van de straling. A Geef de reactievergelijking volgens welke Na24 vervalt. B Hoe kun je die 2,2x10-13 J uit BINAS halen? C Bereken de hoeveelheid energie die de hand per seconde absorbeert. D Bereken de dosis en de effectieve dosis die die de hand ontvangt. β,γ-straler   X = Mg 1 eV = e (J) = 1,6 x 10-19 (J) E = 1,39 MeV = 1,39 x 106 eV = 1,39 x 106 x 1,6 x 10-19 = 2,2 x 10-13 (J) Etot = A.E1 = 2,5 x 106 (1/s) x 2,2 x 10-13(J) = 5,5 x 10-7(J/s) Ehand = 0,2.Etot = 0,2 . 5,5 x 10-7= 1,1 x 10-7 (J/s)

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 = 1,26x1017 kernen. De activiteit kun je berekenen met een formule uit BINAS hierin is t1/2 de halveringstijd van U-238. A Geef de vergelijking volgens welke U-238 vervalt. B Toon aan dat de activiteit van het U-238 0,619 Bq is. C De stralingsenergie is 6,69x10-13 J . Hoeveel Joule komt er per uur vrij? D Bereken het dosisequivalent per uur. E Na hoeveel tijd wordt de toegestane jaar norm overschreden? α,γ-straler   X = Th t1/2 = 4,47x109 (jr) = 4,47x109 x 365x24x3600 = 1,41 x1017 (s) Euur = 3600xAxE1=3.600x0,619x6,69x10-13 = 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!

8 activiteit in eenheden EENHEDEN VAN ACTIVITEIT Medicijnen Curie (Cu) activiteit van 1 gr 226Ra Natuurkunde Becquerel (Bq) aantal per seconde (net als Hz) Verband: 1 Cu = 3,70 x 1010 Bq 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.

8 Rekenen aan eenheden 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. A Zoek in BINAS 7 de massa van 1 ame op en bepaal daarmee de massa van één 226Ra kern. B Hoeveel kernen zitten er dan in 1 gr Ra? C Uit de vergelijking is nu via de halveringstijd van 226-Ra de activiteit van die ene gram in Bq te berekenen. Kun jij dat? t1/2 = 1,60x103 (jr) = 1,60x103 x 365x24x3600 = 5,05x1011(s)

9 dosis en dosis/uur meten FILM OVER DOSIS

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

11 halveringsdikte d1/2 dikte die activiteit halveert Materiaal ρ(g/cm3) d1/2 (cm) ρ.d Beton 2,0 10 20 Staal 6,6 3,0 Lood 15 1,0 Voedseldoorstraling Bacteriën doodstralen Kobaltdoorstraling 2,0x1014 Bq: Hoeveel Bq blijft er over na afscherming door 40cm lood?

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

12 Halveringsdikte en de centrale De halveringsdikte van beton voor X-stralen is 10 cm. In een centrale is de activiteit 3,6x105 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:

13 halveringsdikte en het ziekenhuis De halveringsdikte van lood voor X-stralen is 1,36 mm. In de rönt-genkamer van het ziekenhuis de activiteit 2,3x104 Bq, deze moet door een lood laag tot onder de 290 Bq komen. Bereken de dikte van de lood laag. 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

14 C-14 methode De halveringstijd van 14C is 5730 jaar. In plantaardige bron anno nu is de activiteit van de bèta's die bij deze reactie vrijkomen 3.6x103 Bq. In een vergelijkbare bron uit een nabij verleden is die activiteit 1,3x102 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,

KERNFYSICA C ALLEEN MAAR RAMPEN ?

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

MANHATTANPROJECT 1938 Berlijn Lisa Meitner Ontdekking kernsplijting Angst voor Duitse bom: brief Einstein  Roosevelt Manhattanproject 1942-45 Productie Atoombom * USA, Canada, Engeland * 130.000 mensen * Opwerken brandstof 6 ideeën  6 fabrieken * Bomontwerp: J Robert Oppenheimer * Militaire organisatie: Generaal Lesley Groves 1976 Now it can be told * 1945 3 Atoombommen:Trinity, Hiroshima, Nagasaki FILM MANHATTENPROJECT

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 massa: 50 kg 235 Uranium ontploft spontaan

TRINITY De dag dat de zon twee keer op kwam 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  FILM TRINITY TEST FILM GROVES OFFICIELE TRINITY SITE

HIROSHIMA: 6-8-1945 Little Boy Uraniumbom 2 subkritische massa’s 6 augustus 1945 64 kg Uranium Bom 4400 kg Kracht 15 kiloton TNT HIROSHIMA THE SHOCKWAVE

Slachtoffers Little Boy 6 -8 -1945 7:45 's pm 78.000 doden in paar sec’n 140.000 doden in paar dagen totaal 237.062 doden sociale gevolgen gigantisch: Zou jij ooit willen trouwen met iemand die uit Hiroshima komt, of die uit Fukushima komt? 24 HOURS AFTER HIROSHIMA

NAGASAKI: 9 – 8 - 1945 Fat Man Plutoniumbom 10tallen subkritische massa’s 4.545 Kg kracht van 21 kiloton TNT

Slachtoffers Fat Man 9 augustus 1945 Kokura was te bewolkt 3 mijl ernaast 39000 directe doden 25000 gewonden FILM RONALD SCHOLTE

HARRISBURG 28-3-1979 Three Mile Island Gebeurtenissen Problemen koelwatersysteem Temperatuur koelwater steeg Koelwater liep reactor uit reactorkern smolt deels Oorzaken Technische storingen Onduidelijk ontworpen apparatuur Bedieningsfouten

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

Tsjernobyl 26-4-1986 Inside Tsjernobyl

26-4-1986 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 700‑1.000 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 2.000 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.

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."

eerste bestrijding: liquidators 26 - 4 brandweer30 branden blussen 27- 4 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

de zone 10 dagen na het ongeval ingesteld 2800 km2 hermetisch afgesloten 30 km rond de reactor Nog honderden jaren radioactief Ongeveer 1000 ouderen teruggekeerd Prachtig natuurgebied Reizen op eigen risico

pripyat nu: altijd kermis!

de sarcofaag 1986 explosie onder controle sarcofaag: robothijskranen hijsen betonnen platen omhoog erosie veroorzaakt gaten toekomst: ark er over schuiven

de ark

doden tellen Eerste uitlatingen Gorbatchov 8 WHO/IAEA ca 4000 Definities van veroorzaking staan centraal, zullen er wel of niet 60.000 extra kankergevallen in Midden-Europa ontstaan of is dat ‘ruis’? Eerste uitlatingen Gorbatchov 8 WHO/IAEA ca 4000 TORCH 64.000 Greenpeace 93.000 Artikelen in lesbrief KERNENERGIE IN RUSLAND Ontelbare Doden, Karel Knip, 22-4-2006 De Nucleaire vuilnisbelt van Tomsk, Antoinette de Jong NRC-Handelsblad

270 000 abortussen in 1987

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

600 000 liquidators

Certificaat nr. 000358/

Certificaat nr. 000358/

Certificaat nr. 000358/

Certificaat nr. 000358/

verwerking radioactief afval Voormalige Sovjet unie: verhaal apart, zie Dossier 000358 Oekraïne wil graag afval opslaan in Tsjernobyl (handel!!) Internationaal toezicht en hulp Sovjet Unie absoluut noodzakelijk Nederland Zeeland Covra

bijna 30 jaar na 26-4-1986 LINK 25 JAAR LATER

FUKUSHIMA: DE RAMP 11-3-2011 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 GEVOLGEN Kernreactor Fukushima 1: meltdown, explosie Fukushima 2: meltdown Fukushima 3: meltdown, explosie 4,5 en 6 buiten bedrijf, onderhoud Gevolgen 80.000 mensen moesten hun huis verlaten 16.000 overleden en 3.300 nog steeds vermist Ontmantelen duurt nog 40 jaar 160.000 mensen eisen schadevergoeding Economie krijgt enorme dreun Japan stopt met kernenergie Stralingsgevaar Toename ziektes Omgeving onbewoonbaar Mutaties Oogst besmet

KERNCENTRALES IN DE WERELD

KERNCENTRALES IN EUROPA

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

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

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

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 Toekomst? Lopes Cardoso KERNFUSIEROADSHOW

KERNFYSICA KERNFYSICA D ENERGIE BIJ REACTIES D ENERGIE BIJ REACTIES SPLIJTING FUSIE D ENERGIE BIJ REACTIES D ENERGIE BIJ REACTIES

1 Einstein 1905: E=mc2 vier gekke effecten Relativiteitstheorie:  Gelijktijdigheid ~ v/c  Lengte ~ v/c  Tijd ~ v/c  E=mc2 WIKI EINSTEIN Betekenis E=∆mc2 massa kan verdwijnen en in energie omgezet worden Hoeveel energie zit er volgens deze formule in 1 kg materie?

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

3 Isotopenoverzicht B25 Alle elementen van het periodiek systeem zijn zo onderzocht, de eerste A Symbool Z atoommassa % t1/2 (jr) MeV 1 H 1,007825 99,98 >1030 - 2 2,014102 0,02 3 3,016050 0,001 12,3 Β 0,018 en ook een van de laatsten! A Symbool Z atoommassa % t1/2 (jr) MeV 92 U 233 233,03963 - 1,6x105 α(4,83)βKγ 234 234,04095 0,0006 2,4x105 α (4,76) 235 235,04393 0,72 7,0x108 α (4,52) 236 236,04564 2,5x107 α(4,49) 238 238,05079 99,28 4,5x109 α(4,18) γ

4 rekenen aan eenheden EENHEDEN VAN ENERGIE Techniek 1 kWh = 3,6x106 Joule Natuurkunde 1 Joule Atoomfysica 1 eV = 1,6 x 10-19 (J) 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?

splijtingscentrale

splijtstofcyclus

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

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

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

8 ß-straler 6V A Zoek in B 25 op hoe 69Zn vervalt en schrijf de reactie vergelijking op. B Bepaal 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!

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

EINDE

KERNFYSICA E EXTRA VWO

I kernreacties In een kernreactor ontstaat 141Ce. Kort na het stopzetten van de reactor is de activiteit van het cerium 1,1x1017 Bq. Wat was de activiteit van ‘141Ce een half jaar na het stoppen van de reactor? Bedenk eerst hoeveel halveringstijden later dat is. (Hint: afronden op hele getallen!) Geef de reactie volgens welke het cerium vervalt. Bereken hoeveel energie de reactor – een half jaar na het stop zetten – per uur uit straalt via deze reactie (in Joule, niet in MeV). t1/2=32 dag = 1mnd  6x halveren  26=64 x zo lage activiteit  A(6 mndn) =1,1x1017/64 = 1,71x1015 (Bq)

Bij meting van het gehalte van 14C in de schedel van een Neander- thaler vindt men een activiteit die acht maal zo klein is als bij een nu levend mens. Geef de vervalreactie voor 14C. 5 Bereken uit welke tijd die schedel afkomstig zal zijn. Opzoeken in BINAS 25 t1/2 =5730 (jr) A is 8 maal zo klein  3 keer gehalveerd  t=3xt1/2 =3x5730 =17.190(jr)  t = 17x103 (jr) De C-14 methode is onder historici berucht onbetrouwbaar, vooral vanwege de variaties in isotopensamenstelling .

II Tsjernobyl bij ons! 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 137Cs en 2200 Bq van 131I. De toegestane waarde was indertijd 1300 Bq/kg. Teken een A(t) diagram voor één maand. 7 Wanneer 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. Opzoeken in B25 t1/2(Cs)=35 jr  Verandert nauwelijks t1/2(I)=8 dag  Halveert 4 x in maand Aflezen grafiek: 1300 Bq  ca 9 dagen Nee, dus!

III Stof inademen Iemand ademt een stofdeeltje 239Pu in, het stofdeeltje heeft een activiteit van 10-4 Bq en het blijft in de longen zitten. De dracht in longweefsel is ongeveer 40 μm. De dichtheid van longweefsel is 1000 kg/m3. Zoek 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.

Bereken 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.

IV Electronen De kern 58Mn vervalt volgens de reactie 58Mn  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). Tijd t (min) 0,5 1 1,5 2 Activiteit (Bq) 76 57 43 33 26  A 6 Bq omlaag Tijd t (min) 0,5 1 1,5 2 Activiteit (Bq) 70 51 37 27 20

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.

V JE LIJF ALS BRON Elk mens heeft de isotoop 40K in zijn lijf en is dus een wandelende stralings-bron. De activiteit van de bèta's is circa 4,4x103 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!

VI EEN ONBEWOOND EILAND Op een onbewoond eiland staat een generator die gevoed wordt door een 90Sr-preparaat. De generator levert een vermogen van 5,0 W. Het preparaat produceert ß-straling met een energie van 9,6x10-14 J (per elektron). Het rendement van de omzettingen in de generator is 70%. 20 Geef de vervalreactie en toon aan dat de energie 9,6x10-14 J is. 21 Bereken de activiteit van het preparaat. 22 Zoek de halveringstijd 90Sr van op en bereken na hoeveel tijd het vermogen is gedaald tot 1,25 W? t1/2 =28 jr & daling van 5,00 naar 1,25  dus er is 2 gehalveerd  t = 2x28 =56 jr

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