EXTRA BLOK ISTRALING. In een kernreactor ontstaat 141 Ce. Kort na het stopzetten van de reactor is de activiteit van het cerium 1,1x10 17 Bq. AWat was.

Presentatie over: "EXTRA BLOK ISTRALING. In een kernreactor ontstaat 141 Ce. Kort na het stopzetten van de reactor is de activiteit van het cerium 1,1x10 17 Bq. AWat was."— Transcript van de presentatie:

1 EXTRA BLOK ISTRALING

2 In een kernreactor ontstaat 141 Ce. Kort na het stopzetten van de reactor is de activiteit van het cerium 1,1x10 17 Bq. AWat 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!) BGeef de reactie volgens welke het cerium vervalt. CBereken 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)

3 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. DGeef de vervalreactie voor 14 C. EBereken 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.

4 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 ‘n activiteit gemeten van 500 Bq/kg. Hiervan was 0,3 kBq afkomstig van 137 Cs en 2,2 kBq van 131 I. De toegestane waarde was indertijd 1300 Bq/kg. ATeken een A(t) diagram voor één maand. BWanneer mocht er weer gegeten worden? Later werd de norm aangescherpt tot 250 Bq/kg. CLeg uit of het toen nog zin had ingevroren spinazie te bewaren.

5 III 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. AGeef de vervalreactie en de energie van de straling mbv BINAS. BBereken de energie die het lichaam in een jaar ontvangt. CBeide weegfactoren mag je 1 stellen: bereken de effectieve dosis. Dit is al een kwart van de achtergrondstraling!

6 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 9,6x10 -14 J (per elektron). Het rendement van de omzettingen in de generator is 70%. 27 Geef de vervalreactie en toon aan dat de energie 9,6x10 -14 J is. 28 Bereken de activiteit van het preparaat. 29 Zoek de halveringstijd 90 Sr van op en bereken na hoeveel tijd het vermogen is gedaald tot 1,25 W? IV EEN ONBEWOOND EILAND t 1/2 =28 jr & daling van 5,00 naar 1,25  dus er is 2 gehalveerd  t = 2x28 =56 jr

7 De kern 58 Mn vervalt volgens de reactie 58 Mn  X + -1 e + 6,50 MeV ALeg 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). BBepaal de achtergrondstraling in Bq (uit de drie kale metingen). VELECTRONEN Tijd t (min)00,511,52 Activiteit (Bq)7657433326 Tijd t (min)00,511,52 Activiteit (Bq)7051372720  A 6 Bq omlaag

8 CCorrigeer de gemeten straling voor de achtergrondstraling en maak een grafiek van de activiteit tegen de tijd en bepaal de halveringstijd. DBereken wanneer de activiteit 10 Bq bedraagt. EBereken de massa van 58 Mn – niet in BINAS - via het ∆m. Bij β-verval elektonen niet meerekenen, dus

9 ASPECT CT-SCAN (HAVO 2013) F De energie van 1 γ-foton is 0,14 MeV. De totale energie van alle γ-fotonen is dan: E fotonen = 2,2 * 10 13 * 0,14 * 1,6 * 10 -13 = 0,4928 J Slechts 40% wordt door het lichaam van de patiënt opgenomen. De equivalente dosis is dus: H = QE/m = 1 * 0,40 * 0,4928 / 80 = 2,464 * 10 -3 = 2,5 mSv. De equivalente dosis ten gevolge van de SPECT-scan is dus hoger dan de jaarlijkse equivalente dosis ten gevolge van de achtergrondstraling. E D Er mogen geen schuin invallende γ-fotonen op het kristal terecht komen. Omdat de openingen smal zijn, bereiken alleen de γ-fotonen die loodrecht op het kristal binnen komen het kristal. De schuin invallende γ-fotonen worden geabsorbeerd door het lood. C De halveringstijd van Tc-99 staat in kan Binas 25 en is 6 uur. Een etmaal bestaat uit 24 uur, en dus uit 4 halveringstijden. Na één etmaal is er dus nog (1/2) 4 * 100% = 6,3 % van het Tc-99 over. B Reactievergelijking A Alleen maar doordringend vermogen, eigenschap B dus

10 A De gemiddelde activiteit in het gebied was 2,0·10 6 Bq/m 2. De totale activiteit is dat gemiddelde vermenigvuldigd met ‘t oppervlak: 2,0·10 6 Bq/m 2 · 3,0·10 6 = 6,0·10 15 Bq. Het percentage van de Cs-137-activiteit is dus: 6,0·10 15 / 85·10 15 · 100 = 7,1%. B C Het doordringend vermogen van γ-straling is veel groter dan dat van β-straling. Van de β-deeltjes heeft men dus veel minder last. D Dosislimiet uit Binas: dit is H = 1 mSv; we zoeken de opgenomen energie E die daarbij hoort. Uit H = Q·E / m volgt E = m·H / Q. Hierin zijn m (75 kg), H (0,001 Sv) en Q (1) bekend. Invullen E = 75 · 0,001 / 1 = 0,075 J. Je mag dus 0,075 J absorberen. Per seconde komen 2,4·10 5 deeltjes vrij met een energie van 1,06·10 -13 J elk. In totaal is dit 1,06·10 -13 · 2,4·10 5 = 2,54 · 10 -8 J per seconde. De persoon mag dus maximaal 0,075 / (2,54·10 -8 ) = 2,95 · 10 6 s in het gebied zijn, wat overeenkomt met 2,95·10 6 / (60 · 60 · 24) = 34 dagen. E Halveringstijd 30 jaar, deze is in 90 jaar 3 keer verstreken, dan is de activiteit nog maar (1/2) 3 = 1/8 van de beginactiviteit. Die is dus 1/8 · 1,2·10 6 = 1,5 · 10 5 Bq/m 2. F Bij verbranden komen de radioactieve stoffen vrij waarmee de bomen besmet zijn. De dikke laag zand over de bomen houdt de straling die tegengehouden. BTSJERNOBYL 20 JAAR LATER

11 A In 3 dagen vervallen volgens de eerste figuur 0,44 * 10 13 kernen. Per seconde is dit: A = - ΔN / Δt = - (-0,44 * 10 13 ) / (3 * 24 * 3600) = 1,698 * 10 7 = 17 MBq CRADIOTHERAPIE MET JOOD(HAVO 2005) B Omdat de instabiele kernen vervallen, neemt het aantal instabiele kernen af. Als er minder kernen zijn die kunnen vervallen, zullen er per seconde ook minder vervallen. De afname van het aantal instabiele kernen gaat dus steeds langzamer. In de grafiek zie je dit als een minder steile lijn. C Volgens de figuur vervallen er in totaal 12,7 * 10 13 instabiele kernen. De helft hiervan is 6,35 * 10 13. Vanaf het begin duurt het 62 dagen voordat er nog 6,35 * 10 13 instabiele kernen zijn. De halveringstijd is dus 62 dagen. D De atomaire massa van jood is volgens de Binas 124,90 u. In kg is dit: 124,90 * 1,66054 * 10 -27 = 2,074 * 10 -25 kg Het totaal aantal instabiele kernen is 12,7 * 10 13. De totale massa is: m = 12,7 * 10 13 * 2,074 * 10 -25 = 2,63 * 10 -11 kg = 2,63 * 10 -8 g = 2,63 * 10 -2 μg E In 365 dagen zijn er volgens figuur 2 12,6 * 10 13 kernen vervallen. Slechts 30% hiervan wordt geabsorbeerd, en elk foton heeft gemiddeld 28 keV aan energie. Er zijn in totaal 50 staafjes. De totaal geabsorbeerde energie is: E abs = 50 * 12,6 * 10 13 * 0,30 * 28 * 10 3 * 1,6 * 10 -19 = 8,4672 J Per kg is dat: Dosis = 8,4672 / (40 * 10 -3 ) = 2,1 * 10 2 J kg -1

12 DCASSINI (VWO 1999) B Pu-238 is een α-straler met halfwaardetijd 87,7 jaar en als dochter U-234. Dat is radioactief met een halfwaardetijd van 2,4·10 5 jaar en vervalt dus nauwelijks. A CA(t) = A(0)·2–t / t1/2 = 2,1·1016·2–7/87,7 = 1,987·1016 Bq Iedere reactie levert 5,6 MeV = 5,6·106·1,6·10-19 J op. Dus 1,987·1016·5,6·106·1,6·10-19 = 17803 J/s in totaal. Vanwege rendement 3,4% blijft daarvan over 0,034·17803 = 605 J/s nuttig vermogen. DH = 1,0·10 -5 Sv; Q = 20; H = Q·D > 1,0·10 -5 = 20·D > D = 5,0·10 -7 J/kg. Ieder α-deeltje levert 8,8·10 -13 J en m = 0,075 kg. Dus D = E/m > 5,0·10-7 = n·8,8·10 -13 /0,075 > n = 43·10 3 deeltjes. EPu-238: 5,6 MeV en t1/2 = 87,7 jaar. Pu-239: 5,1 MeV en t1/2 = 2,4·104 jaar. Van de α-deeltjes van Pu-239 is de energie van elk deeltje kleiner en bovendien komen er door de grotere halfwaardetijd veel minder van vrij per tijdseenheid. De stralings­belasting van Pu-239 is dus geringer, zodat die van Pu-238 het grootst is.

13 BEen badge registreert de opgelopen stralingsdosis in een bepaalde periode. Indien de badge een te hoge dosis registreert, mag een laborant enige tijd niet aan radioactieve straling worden blootgesteld. AVolgens de eenhedentabel in Binas is... Reken om: Gebruik de gegeven formule: COm de biologische halfwaardetijd uit te rekenen moet alles bekend zijn: Stel dat a(0) = 100 en A(t) = 0,50. De halveringstijd van 99mTc is 6 u. Rekenen voor 22u levert: DGammastraling heeft een groot doordringend vermogen en is dus gemakkelijk te detecteren aan de buitenkant. De halveringstijd is lang genoeg om onderzoek te kunnen doen. De dochterkern is door de grote halveringstijd vrijwel niet radioactief. ENUCLEAIRE DIAGNOSTIEK (VWO 2005)

14 C De dosis is de energie per kg bestraald weefsel. De energie van de opgenomen straling is dan 2 * 0,004 = 0,008 J Het aantal kernen dat daarvoor moet vervallen is ΔN = 8.10 -3 / 9,6.10 -14 = 8,3.10 10 De gemiddelde activiteit is dan A = ΔN / Δt = 8,3.10 10 / 3,5 * 3600 = 6,6.10 6 = 7 MBq A De α-straling, want deze heeft het grootste ioniserend vermogen / zeer korte dracht B Reactievergelijking D De halveringstijd van iridium-192 is 74 dagen. Er geldt: A(t) = A(0) * (0,5) 28/74 De activiteit van het preparaat is dan gedaald tot (0,5) 28/74 = 0,769 deel van de oorspronkelijke activiteit. Er moet dan 3,5 : 0,769 = 4,5 uur bestraald worden FBRACHYTHERAPIE (VWO 2004)

15