21a stralendgezond

Radioactieve straling

6. Stralend gezond

6.1 Radioactieve straling: altijd en overal

Natuurlijke radioactiviteit – overal aanwezig

Kunstmatige radioactiviteit


6.1.1 Wat is radioactiviteit?

1 De ontdekking van radioactiviteit

In 1896 ontdekte Becquerel dat een bepaald uraniumerts een zwarting veroorzaakte op een fotografische plaat.

Zwarting van fotografische plaat door uraniumerts


1 De ontdekking van radioactiviteit – vervolg

Pierre en Marie Curie konden in 1898 uit het uraniumerts twee elementen afzonderen die tot dan toe nog onbekend waren: radium en polonium.

Deze elementen zijn verantwoordelijk voor de zwarting van de fotografische plaat door het spontaan uitzenden van onzichtbare straling.


1 De ontdekking van radioactiviteit – vervolg

De straling werd veroorzaakt door natuurlijke kernreacties

Het aantal protonen en/of neutronen in de kern verandert ! er ontstaan andere atoomkernen.

Atoomkernen die zich spontaan of gedwongen omzetten in andere atoomkernen en daarbij energierijke straling uitzenden zijn radioactief. Het verschijnsel noemt men radioactiviteit.

Radioactiviteit is een natuurlijk verschijnsel.


6.1.2 Waarom zijn sommige elementen radioactief?

1 Isotopen en nucliden

Een atoom bestaat uit 3 elementaire deeltjes - protonen - neutronen - elektronen

Z = atoomnummer= ladingsgetal

A = massagetal

A = Z + N

N = neutronental

Periodiek systeem der elementen


1 Isotopen en nucliden – vervolg

Isotopen hebben hetzelfde atoomnummer (of ladingsgetal) en kernlading, maar verschillen in het aantal neutronen

… protonen

… neutronen

… elektronen

… protonen

… neutronen

… elektronen

3

3

4

… protonen

… neutronen

… elektronen

3

3

3 3

3

5

Isotopen van een element hebben hetzelfde atoomnummer Z en dus hetzelfde aantal protonen, zijn chemisch identiek maar verschillen in kernmassa door een verschillend aantal neutronen, hebben dus een verschillend massagetal A.

Woordverklaring – iso = gelijk en topos = plaats (PSE)


1 Isotopen en nucliden – vervolg

Nuclide – de verschillende atoomkernen

In totaal bijna driehonderd niet-radioactieve nucliden

Voorstelling – protonen, neutronen, elektronen


Opgaven Opgave 1Onderstaande tabel bevat een aantal gegevens van isotopen. Vul deze tabel aan. Maak gebruik van het Periodiek Systeem der Elementen

Element Nuclide Atoomnummer ZMassagetal

AAantal p+ Aantal n0 Aantal e-

.. ... ..

88 38

.. ... 65

159

.. ... ..

86 136

38 5038Sr Sr8838

65 659465Tb Tb15965

86 86222Rn Rn22286

Terbium


Opgaven Opgave 2

Welk element met massagetal 60 bezit 33 neutronen in de kern?

Uit Z+N=A volgt A-N=Z, dus 60-33=27, dus Co


2 Radioactieve isotopen

Vergelijk voor de volgende atomen het aantal neutronen ten opzichte van het aantal protonen.

18 neutronen: groter aantal dan 17 protonen



Besluit

Bij toenemend atoomnummer komen er steeds meer neutronen voor ten opzichte van het aantal protonen.


2 Radioactieve isotopen – vervolg

Stabiliteitscurve

Puntjes ! kernen

Volle lijn ! aantal protonen = aantal neutronen

Kern ! sterke kernkrachten tussen neutronen en protonen

stabiliteit

Verhouding protonen/neutronen onevenwichtig

Uitstralen straling = radioactiviteit

Radio-isotopen = atomen die straling uitzenden

• Natuurlijke radio-isotopen – radioactieve atomen zonder toedoen van de mens • Kunstmatige radio-isotopen – door kernreacties opgewekt door toedoen van de mens


6.1.3 Is alle radioactieve straling van dezelfde aard?

Drie vormen van radioactieve straling – - (alpha), -(beta) of - (gamma) stralen

Besluiten

α-stralen dragen een lading positieve

stralen dragen een lading negatieve

α-stralen komen overeen met He-kernen

β-stralen overeenkomen met elektronen

γ-stralen zijn te vergelijken met röntgenstraling


6.1.4 Wat gebeurt er in het atoom bij uitzending van radioactieve straling?

Drie soorten kernreacties waarbij de samenstelling van atoomkernen wijzigt

- de transmutatiereacties- de kernfusie of kernversmelting- de kernfissie of kernsplijting

1 Transmutatiereacties

Natuurlijke transmutaties - de atoomkern wijzigt zich doordat het spontaan een of -deeltje uitzendt

Kunstmatige transmutaties - de atoomkern wordt beschoten met -deeltjes, neutronen, protonen, …


Voorbeelden van natuurlijke transmutaties

- het uitzenden van α-straling

- het uitzenden van -straling

1 Transmutatiereacties – vervolg

- het uitzenden van -straling

Voorbeeld van een kunstmatig opgewekte transmutatie

Ontdekking van het proton door Rutherford in 1919


2 Kernfusie of kernversmelting

Natuurlijke kernfusiereacties


2 Kernfusie of kernversmelting – vervolg

Kunstmatige kernfusiereacties

Andrei Sakharov (1921-1989 )

waterstofbom


3 Kernfissie of kernsplijting

Zware kernen

Splijtingsproducten

Secundaire neutronen

veroorzaakt een kettingreactie


3 Kernfissie of kernsplijting – vervolg

Vermenigvuldigingsfactor k

k > 1 – ongecontroleerde kettingreactie k = 1 – gecontroleerde kettingreactie

Voorbeeld: U-bom Voorbeeld: kernreactor


3 Kernfissie of kernsplijting – vervolg

Vermenigvuldigingsfactor kk = 1 – gecontroleerde kettingreactie

k > 1 – ongecontroleerde kettingreactie

k < 1 – uitdovende kettingreactie


6.1.5 Hoelang blijft een radioactieve stof stralen

Het begrip halfwaardetijd T1/2


Toepassingsgebied Halveringstijd

Jodium-123 nucleaire geneeskunde: diagnostiek 13 uur

Iridium-192 nucleaire geneeskunde: therapie 74 dagen

Kobalt-60 nucleaire geneeskunde: therapie 5,27 jaar

Cesium-137 nucleaire geneeskunde: therapie 30 jaar

Koolstof-14 ouderdomsbepaling van materialen 5.730 jaar

Plutonium-239 productie kernbrandstof 24.065 jaar

Uranium-235 productie kernbrandstof 704.000.000 jaar

6.1.5 Hoelang blijft een radioactieve stof stralen – vervolg


6.1.5 Hoelang blijft een radioactieve stof stralen – vervolg

Opdracht - thuis


6.1.6 Hoe gevaarlijk is radioactieve straling?

Afhankelijk van de stralingsdosis

http://www.nirond.be/

Duur van de blootstelling Afstand tot de bron Afscherming en insluiting


Enkele begrippen

De sterkte of stralingsactiviteit A wordt gemeten in becquerel (Bq)

De eenheid die de schadelijke invloed van straling op weefsels weergeeft is de sievert = Sv

6.1.6 Hoe gevaarlijk is radioactieve straling? – vervolg


6.1.7 Hoe beschermen tegen radioactieve straling?

Bescherming tegen besmetting

Tjernobyl 1986

- Geen besmet voedsel eten- Jodium tabletten innemen


6.1.7 Hoe beschermen tegen radioactieve straling?

Bescherming tegen bestraling

1. De duur van blootstelling beperken

2. De afstand tot de stralingsbron zo groot mogelijk houden

3. De stralingsbron of jezelf afschermen


6.2 Toepassingen van radioactiviteit

6.2.1 Gezondheid en voeding

1 Radiotherapie: kankerbestrijding

2 Sterilisatie

Bacteriën doden

Medisch materiaal ontsmetten


3 Medische beeldvorming

6.2.1 Gezondheid en voeding – vervolg

Welke soort straling wordt er best gebruikt voor beeldvorming in de geneeskunde en waarom?

Zwakke gammastraling omdat ze minst ioniserend zijn en door hun doordringend vermogen gemakkelijker het lichaam kunnen verlaten.

Scan van de schildklier Botscan

21a stralendgezond

Travel