Geen diatitel - digitaal zelfportret

STRALING
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
1
STRALING
EEN HISTORISCHE INLEIDING IN DE NATUURKUNDE ROND 1900
Natuur- en Scheikunde over Atomen en Molekulen
Röntgen
Becquerel
Curie
Marconi
Hertz
Thomson
Rutherford
atoommodel
Bohr
Einstein
kernreacties
splijting
Ioniserende straling
fusie
Niet-ioniserende straling
EEN STRALEND BEGIN VAN DE EEUW
2
Natuurkunde versus Scheikunde
SCHEIKUNDE
NATUURKUNDE
Zuivere stoffen (H2O)
4.000.000
Quarks
6
Elementen (H,O)
100
Elementaire deeltjes (p,n,e)
100
Chemische reacties
Kernreacties
2H2O2H2+O2
Ontleden water
222
86
4
Rn 218
Ra

 - straler
84
2 He
35
16
35
S17
Cl 10e  - straler
Atoomfysica = hoe zitten atomen in elkaar?
1H = kern
HOGE
ENERGIE
FYSICA
(1 p) met
1e
VANDAAG B 25
16
Hoe
zitten elementaire deeltjes in elkaar?
8O=kern (8p,8n) met 8e
3
EM-straling 1886
JC Maxwell
1865 Maxwell theorie
over elektromagnetisme
 Licht met c (m/s)
Andere EM golven
1886 Hertz experiment
H Hertz
 Vonken overseinen
3
EM-spectrum
Verzenden diverse signalen (radio, mobiel, . . )
magnetron
Warmte straling (huis, hoogtezon)
Golflengte
λ (m)
energie
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
1
Zon wordt licht getekend 
zon als bron van röntgenstraling
(net als zeis, botten, gras , . . )
2
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
Rontgen karretje in WW I
en Radium
10
ioniserend vermogen
Straling door materiaal heen
Straling ioniseert lucht
Intensiteit van de straling
vermindert door botsingen
Ionen doen scoop leeglopen
Dracht varieert per soort
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
Middel
-
Electronen
γ
groot
klein
0
X-stralen
12Thomson-Rutherford: atoombouw
1911 exp. Marsden (student)
 α’s door folie schieten
 kleine terugstoot
 Centrale positieve kern
Hoe zit het atoom in elkaar:
Plumpudding of centrale kern?
 Rutherfords model klopt
13
bouw van atoomkernen
Van elk element uit het periodiek systeem
bestaan er verschillende isotopen. Van Li
bijvoorbeeld zijn er 2 isotopen:
6
3
7
3
Li
3xp en 3xn
A=3, N=3, Z=6
Li
3xp en 4xn
A=3, N=4, Z=7
Van H zijn er 3 isotopen:
1
1
H ,
2
1
H  D en 13 H  T
1xp en 0xn
1xp en 1xn
1xp en 2xn
A=1, N=0, Z=1 A=1, N=1, Z=2 A=1, N=2, Z=3
De meest voorkomende O-isotoop is
massa
lading
Z
A
X
A
N
Z=A+N
16
8
O.
8xp en 8xn
A=8, N=8, Z=16
Atoomnummer
aantal neutronen
massagetal
14
druppelmodel van Bohr
+ +
+
+
+
+
+
+
+
Atoomkernen zijn:
 bewegende protonen en neutronen
 aantrekken en afstoten
 soms vliegt er een fragment weg
α=
4
2
ß=
0
1
γ=
0
0
He
e
Wat jij moet kunnen:

Met BINAS reacties kloppend maken
 gegevens over reacties opzoeken
 Energie fragmenten uitrekenen
15
Radioaktieve reeksen
Ra-224  α-straler 
Ra 
220
86
Rn  He
220
86
Rn
216
84
Po  He
216
84
Po
212
83
Bi  He e
224
88
4
2
Rn-220  α-straler 
4
2
Po-216  α,β-straler 
4
2
0
1
Bi-212  α,β-straler 
212
83
Bi  Pb  He e
208
82
4
2
0
1
15 Intekenen op nucleotidenkaart
Z
224
222
220
218
216
214
212
210
208
80
82
84
86
88
Ra
Ra
 Pb
Rn He
He e
224
220
212
208
216
212
4 44
0 0
220
216
Po

Bi

He

Rn

Po

He
84
83
2 22
1 e
83
82
1
86
84
88
86
90
A
92
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.
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
B Leg uit na hoeveel uur de activiteit afgenomen met 75%.
Afnemen met 75%  25% over
 2 x halveren
 T = 2 x 15 = 30 (u)
C Bereken na hoeveel tijd de activiteit is gedaald tot 1/1000
deel van de oorspronkelijke activiteit.
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.
α,γ-straler 
241
95
4
0
Am 237
X

He

93
2
0
 X = Np
B De activiteit van de bron is 30 kBq. Wat betekent dit?
A = 30 kBq  30.000 alfa’s en gamma’s per sec
C Waarom is die activiteit na 1 jaar nauwelijks veranderd?
Halveringstijd 432 jr  activiteit verandert nauwelijks
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?
Besmetting: de melk is opgedronken  bestraling van binnen uit!
E Geef de vervalvergelijking.
β,γ-straler 
131
53
0
0
I 131
X

e

54
1
0
 X = Xe
F Na hoeveel dagen was de activiteit met 87,5% afgenomen?
Afnemen met 87,5%  12,5% over  3 x halveren  t = 3 x 8 = 24 dag
5
dosis en effectieve dosis
E
Natuurkundig begrip D 
m
Biologisch begrip
energie
dosis 
( J / kg of Gr )
massa
D*  KxWxD ( Sv)
effectieve dosis  Kfactor.Wfactor.dosis
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.
β,γ-straler 
24
11
Na 1224 X  10 e 00 
 X = Mg
B Hoe kun je die 2,2x10-13 J uit BINAS halen?
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)
C Bereken de hoeveelheid energie die de hand per seconde absorbeert.
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)
D Bereken de dosis en de effectieve dosis die die de hand ontvangt.
E 600 x1,1x10 7 ( J )
D 
 2,2 x10  4 (Gr )  0,22(mGr )
m
0,3(kg )
D*  WxD  1x0,22  0,22(mSv)
7
URANIUM INADEMEN
Een soldaat ademt 50 μg U-238 in, door 2,0 mg longweefsel wordt de straling hiervan geabsorbeerd. In 50 μg U-238 zitten N = 1,26x1017 kernen. De
activiteit kun je berekenen met een formule uit BINAS
0,693
A
N
hierin is t1/2 de halveringstijd van U-238.
t1 / 2
A Geef de vergelijking volgens welke U-238 vervalt.
α,γ-straler 
4
0
U  234
X

He

90
2
0
238
92
 X = Th
B Toon aan dat de activiteit van het U-238 0,619 Bq is.
t1/2 = 4,47x109 (jr) = 4,47x109 x 365x24x3600 = 1,41 x1017 (s)
0,693
0,693.1,26 x1017
A
N
 0,619( Bq )
t1 / 2
1,41x1017
C De stralingsenergie is 6,69x10-13 J . Hoeveel Joule komt er per uur vrij?
Euur = 3600xAxE1=3.600x0,619x6,69x10-13 = 1,5x10-9(J)
D Bereken het dosisequivalent per uur.
1,5 x10 9 ( J )
D*  20 xD  20 x
 0,015( Sv)  15(mSv / u )
6
2 x10 (kg )
E Na hoeveel tijd wordt de toegestane jaar norm overschreden?
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
Natuurkunde
226Ra
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 onderzoekers 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.
mame  1,66 x10 27 (kg )
m Ra  226 xmame  226 x1,66 x10 27  3,75 x10 25 (kg )
B Hoeveel kernen zitten er dan in 1 gr Ra?
M
1x10 3
22
N


0
,
267
x
10
( )
 25
m Ra 3,75 x10
0,693
N
C Uit de vergelijking A 
is nu via de halveringstijd van 226-Ra
t1 / 2
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)
0,693
0,693 x 2,67 x10 22
11
A
N

3
,
7
x
10
( Bq )
11
t1 / 2
5,05 x10
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
20
Lood
15
1,0
15
Voedseldoorstraling
Bacteriën doodstralen
60
Co 30
Ni   10e  X
60
29
Kobaltdoorstraling 2,0x1014 Bq:
Hoeveel Bq blijft er over na afscherming
door 40cm lood?
2
40
 1,09x 10
12
2,0x 1014
A 
 1,8x 102 (Bq )
12
1,1x 10
rekenen met logaritmes
Wat zijn ook alweer logaritmes?
log 8  3  23  8
2
log 10.000  4  10 4  10.000
10
log 0,00001  5  10
10
Handige rekenregels met LOG:
log a x  x . log a
5
1

 0,00001
100.000
log 10.000 10log 10 4  4
10
log a.b  log a  log b
log 0,1  log 10.000x0,0 0001 
log 10.000  log 0,00001  4  5  1
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 worden. 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,
x
1
A (x )  A (0)x    log A (x )  log A (0)  x . log( 21 )
2
 log 25  log 360.000  x log 2
 1,398  5,556 - x.0,301
x
- 4,158
 13.8
- 0,301
Er moet 13,8 keer gehalveerd worden, dus de muur heeft als dikte:
D  x .d1 / 2  13,8x 10(cm )  138(cm )  1,38(m )
13 halveringsdikte en het ziekenhuis
De halveringsdikte van lood voor X-stralen is 1,36 mm. In de röntgenkamer 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,
x
1
A( x)  A(0) x   log A( x)  log A(0)  x. log( 12 )
2
 log 290  log 23.000  x log 2
 2,462  4,362 - x.0,301
- 1,900
x
 6,3
- 0,301
Er moet 6,3 keer gehalveerd worden, dus nodig is een lood laag van
D  x.d1/ 2  6,3x1,36(mm)  8,6(mm)
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.
0
C 14
N

7
1 e
14
6
B Hoe oud is die bron?
Je gaat weer eerst kijken hoe vaak er gehalveerd is
x
1
A( x)  A(0) x   log A( x)  log A(0)  x. log( 12 )
2
 log 130  log 3600  x log 2
 2,114  3,556 - x.0,301
- 1,441
x
 4.8
- 0,301
Dan volgt de ouderdom van zelf,
t  x.t1/ 2  4,8 x5730( jr)  27 x103 ( jr)
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
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 
De dag dat de zon twee keer op kwam
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 maatstaven 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
600.000 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
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
harrisburg
1
fukuhima
1
ONGEVALLEN
uit
uit
uit
4
4
6
Feitelijk Percentage 7 op de 436: 1,7%
Risicoanalyse: veel lagere schatting ogv wetenschap
Japan en Duistland stoppen: einde kernsplijting?
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
Wikipedia
Werkend? Hoe? Sedert wanneer?
Toekomst?
Lopes Cardoso
KERNFUSIEROADSHOW
KERNFYSICA
SPLIJTING
D
FUSIE
ENERGIE
ENERGIEBIJ
BIJREACTIES
REACTIES
1
Einstein 1905: E=mc2
vier gekke effecten
Relativiteitstheorie:
 Gelijktijdigheid ~ v/c
 Lengte ~ v/c
 Tijd ~ v/c
WIKI EINSTEIN
 E=mc2
Betekenis E=∆mc2
massa kan verdwijnen en in energie omgezet worden
Hoeveel energie zit er volgens deze formule in 1 kg materie?
E1kg  mc2  1(kg) x(3x108 ) 2 (m 2 / s 2 )  9 x1016 (kg.m / s 2 .m of J )
E1kg
9 x1016
10


2
,
5
x
10
(kWh)  x0,10 Euro  2.5Miljard Euro
6
3,6 x10
2 massaspectrometer: isotopen 6V!
I BRON
1H, 2H
+
V
II ELEKTRISCH VERSNELLEN
1
2
qV  mv
r
X
I
B
X
X
X
X
X
& 3H
X
X
X
m
Massaspectrum waterstof
2
III MAGNETISCH AFBUIGEN
2
mv
rqB
 qvB  v 
r
m
q
2V
 2 2
m r B
3
Isotopenoverzicht B25
Alle elementen van het periodiek systeem zijn zo onderzocht, de eerste
A Symbool
Z
atoommassa
%
t1/2 (jr)
MeV
1
1
1,007825
99,98
>1030
-
2
2,014102
0,02
-
-
3
3,016050
0,001
12,3
Β 0,018
H
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?
E1ame  mc2  1,67 x10 27 x(3x108 ) 2  15,03x10 11 ( J )
15,03x10 11
6
E1ame 

931
x
10
(eV )  931( MeV )
19
1,6021x10
splijtingscentrale
splijtstofcyclus
5
kernsplijting
Reactievergelijking van deze splijting uitschrijven:
1
0
Massadefect:
144
89
1
n 235
U

Ba

Kr

3
92
56
36
on
m  mU  mBa  mKr  2 xmn 
m  235,04393  143,92267  88,91660  2 x1,00865
m  0,1174ame  x931  Etot  109( MeV )
Energie per neutron:
109
En  Etot 
 36( MeV )
3
1
3
6
Kernfusie
Reactievergelijking fusie van deuterium en tritium
Massadefect
2
1
H  H  He  He  n
3
1
5
2
4
2
1
o
m  mD  mT  mHe  mn 
m  2,01402  3,016050  4,002603  1,00865
m  0,01882ame  x931  Etot  17,5( MeV )
Energie van de fragmenten naar rato van de massa
E  15 17,5  3,5(MeV ) en En  54 17,5  14,0(MeV )
7
A
α-straler
Zoek in B 25 op hoe
226Ra
vervalt en schrijf de reactie vergelijking op.
226
88
4
Ra  222
Rn

86
2 He
Halveringstijd 1600 jaar
E(α)=4,8 (MeV)
B
Bepaal het massadefect en bereken daaruit de energie van de α-deeltjes.
m  mRa  M Rn  m 
m  226,02541  222,01757  4,002603
m  0,005237ame
E  931xm  931x0,005237  4,87( MeV )
E 
C
222
226
x 4,87  4,79( MeV ) x1,6 x10 19  7,7 x10 13 ( J )
Bereken de snelheid waarmee de alpha’s weggeschoten worden.
Ekin
13
2
E
2
x
7
,
7
x
10
7
 mv2  v 


1
,
5
x
10
(m / s )
 27
m
4 x1,67 x10
1
2
8
A
ß-straler 6V
Zoek in B 25 op hoe
69Zn
vervalt en schrijf de reactie vergelijking op.
Deze isotoop is een B-straler,
met een halveringstijd van 51 min
En een energie van 0,90 MeV
69
30
B
69
Zn31
Ga 10e
Bepaal het massadefect en bereken daaruit de energie van de ß-deeltjes.
Voor het massadefect tellen de elektronen niet mee, immers:
m  m Zn  mGa  me  (m Zn  30me )  (mGa  31me )
m  M Zn  M Ga  68,92654  68,92558
m  0,00096  x931  0,90( MeV )
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 
M
Metaalatoom aangeslagen 
Elektron valt terug van L naar K schil 
Uitzenden X-stralen
Sr  Sr  X
*
87
38
L
K
Reacties kloppend maken is niks aan:
87
38
N
0
0
Jij moet hier aan
kunnen rekenen grondtoestand
aangeslagen
met Planck E=h.f
toestand
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.
1 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!)
t1/2=32 dag = 1mnd  6x halveren  26=64 x zo lage activiteit
 A(6 mndn) =1,1x1017/64 = 1,71x1015 (Bq)
2 Geef de reactie volgens welke het cerium vervalt.
0
0
Ce141
Pr

e

59
1
0X
141
58
3 Bereken hoeveel energie de reactor – een half jaar na het stop
zetten – per uur uit straalt via deze reactie (in Joule, niet in MeV).
E1  0,56(MeV )  0,56 x106 x1,6 x1019  0,90 x1013 ( J )
N  A.t  1,71x1015 x3600  6,16 x1018 ()
Etot  N .E1  6,16 x1018.0,90 x10 13  0,55 x106 ( J )
Bij meting van het gehalte van 14C in de schedel van een Neanderthaler vindt men een activiteit die acht maal zo klein is als bij een
nu levend mens.
4 Geef de vervalreactie voor 14C.
C 147N  10e
14
6
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.
6 Teken een A(t) diagram voor één maand.
Opzoeken in B25
t1/2(Cs)=35 jr
 Verandert nauwelijks
t1/2(I)=8 dag
 Halveert 4 x in maand
7 Wanneer mocht er weer gegeten worden?
Aflezen grafiek: 1300 Bq  ca 9 dagen
Later werd de norm aangescherpt tot 250 Bq/kg.
8 Leg uit of het toen nog zin had ingevroren spinazie te bewaren.
250  300x( 12 ) x  x  0,26  t  0,26x35  9 jr
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.
9 Zoek de energie van de α-deeltjes op en bereken daaruit hoeveel
energie het stofdeeltje per jaar uitzendt.
E1  5,1(MeV )  5,1x106 x1,6 x1019  8,16 x1013 ( J )
N  A.t  1,0 x104 x365x24 x3600  3,15x103 ()
Etot  N .E1  3,15 x103.8,16 x10 13  2,57 x10 9 ( J )
10 Bereken het volume van en bol van 40 μm en bepaal daaruit de
massa van het longweefsel dat de straling opvangt.
V  43 r 3  1,33x3,14 x(40 x106 )3  2,67 x1013 (m3 )
m  .V  1000(kg / m3 ).2,67 x1013 (m3 )  2,67 x1010 (kg)
11 Bereken de dosis van het longbolletje in Gray.
E
2,6 x109 ( J )
D 
 9,6(Gr)
10
m 2,7 x10 (kg)
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.
E 2,6 x109 ( J )
D 
 2,6 x109 (Gr)
m
1,0(kg)
D*  k.W .D  20 x0,12 x2,6 x109  6,2 x109 (Sv)  6,2 x106 (mSv)
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.
58
25
58
Mn26
Fe 10e
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).
Tijd t (min)
0
0,5
1
1,5
2
Activiteit (Bq)
76
57
43
33
26
14 Bepaal de achtergrondstraling in Bq (uit de drie kale metingen).
A(0) 
783
 6( Bq )
3
 A 6 Bq omlaag
Tijd t (min)
0
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.
log 37  log 70
x
37  70 12  x 
 0,92
log 0,5

x
t
t12

60
60( s )
 t1/ 2 
 65( s )
t1/ 2
0,92
16 Bereken wanneer de activiteit 10 Bq bedraagt.

10  70 12  x 
x
x
t
t12
log 10  log 70
 2,81
log 0,5
 t  xt1/ 2  2,81x65  182,5( s )
V JE LIJF ALS BRON
Elk mens heeft de isotoop 40K in zijn lijf en is dus een wandelende stralingsbron. 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.
40
K 20
Ca   10e (1,33MeV )
40
19
18 Bereken de energie die het lichaam in een jaar ontvangt.
t  365x 24x 3600  3,15x 10 7 (sec/ jr )
Ntot  Axt  4,4x 10 3 (1 / s ).3,15x 10 7 (s / jr )  1.39x 1011 (1 / jr )
Etot  Ntot .E 1  1,33x 10 6.1,6x 10 19.1,39x 1011  2,96x 10 2 (J )
19 De beide weegfactoren mag je 1 stellen: bereken de effectieve dosis .
D
E
0,0296(J )

 0,0005(Gr )
m
60(kg )
D *  1.1.D  0,0005(Sv )  0,5(mSv )
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.
90
38
0
Sr 90
Y

39
1 e(0,6 MeV )
E (beta)  0,6x 106.1,6x 10 19  0,96x 10 13  9,6x 10 14(J )
21 Bereken de activiteit van het preparaat.
Nodig is
A
5,0( J / s )
 7,1( J / s ) aan stralingse nergie, dus :
0,70
Pstraling
E1

7,1( J / s )
14
13

0
,
74
x
10

7
,
4
x
10
(1 / s of Bq )
9,6 x10 14 ( J )
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