Kwalitatieve identificatie van radioactieve bronnen

Faculteit Bètawetenschappen
Ioniserende Stralen Practicum
Experiment 13
Kwalitatieve identificatie van radioactieve
bronnen
Naam:
……………………………………………...
Doel
Identificeren van de straling uit onbekende radioactieve bronnen.
Opstelling
De opstelling bestaat uit een Geiger-Müller telbuis
met pulsenteller, enkele absorptieplaatjes van
bekende materialen (een blad papier, 4 mm aluminium en 4 mm lood) en een drietal onbekende
radioactieve bronnen.
GM-telbuis
teller
START
00789
STOP
bron
Lees eerst de inleiding op pg. 16 van het oranje boekje ISP Experimenten over het doordringend
vermogen van de verschillende soorten straling.
Theorie
Een radioactieve bron kan drie soorten straling uitzenden: α-straling, β-straling en/of -straling. Met het
verschil in doordringend vermogen zijn deze stralingssoorten van elkaar te onderscheiden.
α-straling bestaat uit deeltjes: snelle heliumkernen. Door de relatief grote afmetingen van de α-deeltjes
is hun doordringend vermogen niet erg groot. Een blad papier of enkele cm lucht zullen de invallende αdeeltjes absorberen. Maar β- en γ-straling worden nauwelijks geabsorbeerd door een blad papier of de
lucht tussen de radioactieve bron en de telbuis.
β-straling bestaat uit deeltjes: snelle elektronen. Ze hebben een groter doordringend vermogen dan αdeeltjes, omdat ze ruwweg 7300 maal kleiner zijn. Een plaatje aluminium van zo’n 4 mm dikte zal de βdeeltjes absorberen (en de α-deeltjes uiteraard ook).
-straling is elektromagnetische straling met een zeer groot doordringend vermogen. Geen enkel
materiaal zal -straling volledig absorberen. Er is alleen sprake van verzwakking van de invallende -
straling. De mate van verzwakking wordt gegeven door de halveringsdikte d1/2 van het absorberende
materiaal. Dit is de dikte van het materiaal waarbij de helft van de invallende -straling wordt geabsorbeerd. Voor de -straling uit de bij dit experiment gebruikte bronnen is de halveringsdikte van lood
ongeveer 1,2 cm. Een plaatje lood van zo’n 4 mm dikte zal de -straling dus voor meer dan de helft
doorlaten.
De halveringsdikte van lood hangt echter af van de energie van de invallende -straling: voor laagenergetische -straling is de halveringsdikte kleiner dan voor hoogenergetische -straling.
Door de intensiteit van de doorgelaten straling te meten met als absorber achtereenvolgens lucht,
papier, aluminium en lood, kunnen we iets te weten komen over de soort(en) straling die de radioactieve
bronnen uitzenden.
Metingen
1 Meet drie keer de intensiteit Ib van de achtergrondstraling (in pulsen per 10 s) en noteer de meetresultaten in de tabel hieronder. Zorg ervoor dat de drie radioactieve bronnen daarbij op een afstand
van ruwweg 1 m van de telbuis staan. Bereken de gemiddelde intensiteit Ib,gem van de achtergrondstraling (in pulsen per 10 s). Noteer het resultaat in de tabel hieronder.
Ib (pulsen/10s)
Ib,gem (pulsen/10s)
2 Haal het deksel van bron A en zet de bron onder de telbuis. Meet de intensiteit I (in pulsen per 10 s)
van de doorgelaten straling met de vier absorbers (lucht, papier, 4mm aluminium en 4 mm lood)
tussen de bron en de telbuis. Noteer de meetresultaten in de tabel op de achterkant van dit werkblad.
Doe daarna het deksel weer op de bron en zet deze op ruwweg 1 m afstand.
3 Herhaal deze metingen voor de bronnen B en C. Noteer ook deze meetresultaten in de tabel op de
achterkant van dit werkblad.
lucht
papier
4 mm aluminium 4 mm lood
stralingssoort(en)
bron A
bron B
bron C
Uitwerking
1 Bepaal met behulp van de meetresultaten in de tabel welke stralingssoort(en) elk van de drie bronnen
uitzendt. Noteer je antwoorden in de laatste kolom van de tabel. Bedenk daarbij dat een radioactieve
stof kan vervallen naar een andere stof die ook radioactief is: het zogenaamde dochterproduct. Dit
dochterproduct zal dus ook straling uitzenden, maar dat kan een ander soort straling zijn dan de
straling die bij het eerste verval werd uitgezonden. Op hetzelfde moment kan een radioactieve bron
daardoor verschillende soorten straling uitzenden.
Radioactiviteit kan voor de mens schadelijke gevolgen hebben, afhankelijk van de hoeveelheid straling
die men ontvangt. De equivalente dosis per tijdseenheid wordt meestal uitgedrukt in microsievert per uur
(μSv/h) of millisievert per jaar (mSv/jaar). Zo ontvangt men in Nederland als gevolg van de natuurlijke
achtergrondstraling een equivalente dosis van 1,8 mSv/jaar (zie het oranje boekje ISP Experimenten,
pg. 38). Voor toepassingen van radioactieve bronnen is de wettelijk toelaatbare equivalente dosis
maximaal 5 mSv/jaar. Dat komt overeen met 2,5 μSv/h, uitgaande van 50 werkweken van 40 uur.
2 De hierboven genoemde wettelijk toelaatbare equivalente dosis komt in dit experiment overeen met
een stralingsintensiteit van 12 pulsen per seconde. Geef in de tabel hieronder aan hoe je elk van de
drie bronnen in dit experiment zou afschermen om tot een wettelijk toelaatbare equivalente dosis te
komen: welk materiaal gebruik je daarvoor, en hoe dik is dat materiaal dan? Bedenk hierbij dat het
van belang is om de afscherming zo licht en zo dun mogelijk te houden. Maak zo nodig gebruik van
de bekende halveringsdikte van lood voor -straling uit de gebruikte bronnen: d1/2 = 1,2 cm.
afschermingsmateriaal
materiaaldikte (mm)
bron A
bron B
bron C
3 Een TOA op een school heeft een rookmelder met een Am-241 bron. Aan de buitenkant meet hij met
een Geiger-Müller telbuis geen hogere waarde dan de achtergrondstraling. Het radioactieve Am-241
heeft een halveringstijd t1/2 van 432 jaar. Voor de energie van de uitgezonden α- en -straling geldt:
Eα = 5,5 MeV, Eγ1 = 27 keV en Eγ2 = 60 keV (1 eV = 1,6·10–19 J).
Mag hij de rookmelder weggooien? Leg uit waarom wel of niet.
………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………
Opmerking
Het afschermen van een radioactieve bron met absorberend materiaal is slechts één van de manieren
om de ontvangen equivalente dosis te verminderen. Andere manieren zijn het vergroten van de afstand
tot de bron (zie experiment 8 over de kwadratenwet) en het verkorten van de bestralingsduur.
ISP – 2013