5 Straling en gezondheid Ioniserende straling | Havo

Newton
5 Straling en gezondheid
Ioniserende straling | Vwo
5.7 Samenvatting
Straling en gezondheid
Ioniserende straling | Vwo | Samenvatting
Ioniserende straling
α-straling
β-straling
γ-straling
röntgenstraling
Eigenschappen
ioniserend
vermogen
groot
matig
klein
klein
doordringend
vermogen
klein
matig
groot
groot
Doordringend vermogen
α- en β-straling
dracht
γ- en röntgenstraling
halveringsdikte
alfastraling
α-straling
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
deeltje
heliumkern
elektron
foton
foton
papier
papier
perspex
perspex
aluminium
aluminium
lood
lood
5
β-straling
bètastraling
γ- en röntgengammastraling
straling
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 = 𝑰𝟎 ∙ (½)𝒏
𝒅
𝒏=
𝒅𝟏/𝟐
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
I in %
5
100
80
60
40
20
0
0
1
2
3
4
5
n = d/d1/2
Doorlaatkromme
Foton-energie
Röntgen- en γ-straling zijn vormen van elektromagnetische straling. De
foton-energie Ef hangt af van de stralingsfrequentie f:
𝑬𝐟 = 𝒉 ∙ 𝒇
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 = 𝑨𝟎 ∙ (½)𝒏
𝒕
𝒏=
𝒕𝟏/𝟐
Halveringstijd
De halveringstijd t1/2 hangt af van de soort
radioactieve stof
A in %
5
100
80
60
40
20
0
0
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
1
2
3
4
5
n = t/t1/2
Vervalkromme
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 = 𝑵𝟎 ∙ (½)𝒏
𝒕
𝒏=
𝒕𝟏/𝟐
N in %
5
100
80
60
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
40
ΔN
20
Δt
0
0
1
2
t
3
4
5
n = t/t1/2
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 = 𝑵𝟎 ∙ (½)𝒏
𝒕
𝒏=
𝒕𝟏/𝟐
N in %
5
100
80
60
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:
𝐥𝐧 𝟐
𝟎, 𝟔𝟗𝟑
𝑨=
∙𝑵=
∙𝑵
𝒕𝟏/𝟐
𝒕𝟏/𝟐
40
20
0
0
1
2
3
4
5
n = t/t1/2
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 = 𝑵𝟎 ∙ (½)𝒏
𝒕
𝒏=
𝒕𝟏/𝟐
N in %
5
100
80
60
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:
𝒎
𝑵=
𝒎𝐚 ∙ 𝒖
40
20
0
0
1
2
3
4
5
n = t/t1/2
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: 𝑨𝒁𝐄𝐥
Ook het α-deeltje, β–-deeltje (elektron), β+-deeltje (positron), proton en
neutron zijn met zo’n symbool weer te geven
Symbolen
𝟏
waterstof (H-1)
Isotopen
𝟏𝐇
deuterium (H-2) 𝟐𝟏𝐇
Atoomkernen met hetzelfde aantal protonen
𝟑
(dus: van dezelfde atoomsoort) en een
tritium (H-3)
𝟏𝐇
𝟒
verschillend aantal neutronen zijn isotopen
helium (He-4)
𝟐𝐇𝐞
𝟏𝟐
(zie bijvoorbeeld de waterstofisotopen H-1,
koolstof (C-12)
𝟔𝐂
𝟒
H-2 en H-3)
α-deeltje
𝟐𝐇𝐞
𝟎
β–-deeltje
deuterium
tritium
−𝟏𝐞
𝟐
𝟑
𝟎
𝟏𝐇
𝟏𝐇
β+-deeltje
𝟏𝐞
𝟎
elektron
−𝟏𝐞
𝟏
proton
𝟏𝐩
𝟏
neutron
𝟎𝐧
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 massagetal en behoud van lading
Alfaverval
De atoomkern stoot een α-deeltje (heliumkern)
Alfaverval Ra-226
𝟐𝟐𝟐
𝟒
uit: het atoomnummer daalt met 2 en het massa- 𝟐𝟐𝟔
𝟖𝟖𝐑𝐚 → 𝟖𝟔𝐑𝐧 + 𝟐𝐇𝐞
getal daalt met 4
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 massagetal en behoud van lading
Bèta–-verval
De atoomkern stoot een β–-deeltje (elektron) uit:
het atoomnummer stijgt met 1 en het massagetal verandert niet
In de atoomkern vervalt een neutron tot een
proton en een elektron:
𝟏
𝟎𝐧
→ 𝟏𝟏𝐩 + −𝟏𝟎𝐞
Bèta–-verval I-131
𝟏𝟑𝟏
𝟏𝟑𝟏
𝟎
𝟓𝟑𝐈 → 𝟓𝟒𝐗𝐞 + −𝟏𝐞
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 massagetal en behoud van lading
Bèta+-verval
De atoomkern stoot een β+-deeltje (positron) uit: Bèta+-verval F-18
𝟏𝟖
𝟏𝟖
𝟎
het atoomnummer daalt met 1 en het massa𝟗𝐅 → 𝟖𝐎 + 𝟏𝐞
getal verandert niet
In de atoomkern vervalt een proton tot een
neutron en een positron:
𝟏
𝟏
𝟎
𝟏𝐩 → 𝟎𝐧 + 𝟏𝐞
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:
𝟎
−𝟏𝐞
+ 𝟎𝟏𝐞 → 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 massagetal en behoud van lading
Gammaverval
De atoomkern stoot een γ-foton uit: het atoomnummer en het massagetal veranderen niet
Gammaverval Tc-99m
𝟗𝟗𝐦
𝟗𝟗
𝟒𝟑𝐓𝐜 → 𝟒𝟑𝐓𝐜 + 𝛄
5
Straling en gezondheid
Ioniserende straling | Vwo | Samenvatting
Stralingsbelasting
Dosis
De dosis D (in gray: Gy) hangt af van de geabsorbeerde stralingsenergie Estr en de massa m:
𝑬𝐬𝐭𝐫
𝑫=
𝒎
Equivalente dosis
De equivalente dosis is een maat voor het biologische effect van een stralingsdosis
De equivalente dosis H (in sievert: Sv) hangt af
van de dosis D en de stralingsweegfactor wR:
Straling
wR
α-straling
20
β-, γ- en röntgenstraling
1
𝑯 = 𝒘𝑹 ∙ 𝑫
Stralingsnormen
De stralingsnormen of dosislimieten geven de
maximale jaarlijkse effectieve totale lichaamsdosis
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
Besmetting
Stralingsbronnen in het lichaam zorgen
voor inwendige bestraling
Stralingsbescherming
Blootstellingstijd beperken, afstand houden
en bronnen afschermen
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)
5
Straling en gezondheid
Ioniserende straling | Vwo | Samenvatting
Medische beeldvorming
Ioniserende straling
Röntgenfotografie
Computertomografie (CT)
Nucleaire diagnostiek
Werking
Absorptie en transmissie van röntgenstraling
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 waterstofkernen 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
groot
matig
Geluidsgolven
Echografie
geen
Radiogolven
Magnetic Resonance
Imaging (MRI)
Röntgenfoto
CT-scan
0,1 mSv
10 mSv
5 mSv
geen
Scintigram
Echogram
MRI-scan