8 Straling en gezondheid

Newton havo deel 1
Uitwerkingen Hoofdstuk 8 – Straling en gezondheid
8
Straling en gezondheid
8.1
Inleiding
Voorkennis
1 Ioniserende straling
a Alfa-, bèta- en gamma-straling (of -, - en -straling).
Een atoom kan door botsing met een - of -deeltje één of meer elektronen verliezen.
Dit kan ook gebeuren wanneer een atoom -straling ontvangt.
Een atoom dat één of meer elektronen te weinig (of teveel) heeft wordt een ion genoemd.
Zodoende kan straling atomen ioniseren en spreken we over ‘ioniserende straling’.
b De straling plant zich rechtlijnig voort.
De straling kan een gas geleidend maken.
Een lichtgevoelige film reageert op deze straling.
Verschillende stoffen laten de straling in verschillende mate door.
c Het lichaam ervaart neutrale atomen anders dan geïoniseerde atomen.
Ionen geven een andere chemische reactie in het lichaam dan neutrale atomen.
En door die chemische reacties kunnen cellen worden beschadigd.
2 Toepassingen
a Mogelijke voorbeelden: Gezondheidszorg: doorlichten of bestraling van kankergezwellen.
Industrie: controle lasnaden of dikten van materialen.
Wetenschappelijk onderzoek: ouderdomsbepaling via C-14.
b Bijvoorbeeld ‘het doorlichten’:
Nut
- onderzoeken zonder te opereren, met andere straling lukt dat niet.
Risico
- er kan gezond weefsel worden beschadigd.
Veiligheidsmaatregelen - hoeveelheid straling zo klein mogelijk houden en
andere delen van het lichaam goed afschermen.
3 Risico’s
A
B
In die situatie
geen
klein
Op dit moment Verkleinend
geen
minder straling
weinig
kort belichten, kleinere intensiteit (gevoeligere film)
4 Radioactiviteit
A Onjuist. Er is een kans dat je ziek wordt. Hoe minder straling, des te kleiner de kans.
B Juist. Met straling kan men sommige tumoren in zoverre vernietigen,dat de overlevingskansen sterk
toenemen en de patiënt genezen wordt verklaard.
C Onjuist. Dit zou voor - of -straling betekenen dat de isotopen van de stoffen waaruit het lichaam
is opgebouwd veranderen in instabiele isotopen. Die kans is heel klein. Wel is het mogelijk dat
de geïoniseerde atomen terugvallen naar hun grondtoestand en daarbij röntgenstralen uitzenden.
Dit proces is afgelopen zodra de bestraling eindigt.
D Juist.
E Onjuist. Straling kun je niet opslaan. De bedoeling is dat de dosis zo groot is dat levende organismen
in de levensmiddelen het niet overleven.
F Juist. Als door het ongeluk radioactieve stoffen in de atmosfeer zijn gekomen, dan kunnen deze
o.a. via regen weer terugkomen op het aardoppervlak (de zogenaamde 'fall out').
G Onjuist. Er zijn van nature radioactieve stoffen die in de bodem of de atmosfeer aanwezig zijn,
denk aan uranium en C-14. De straling die zij uitzenden is dus ook van nature aanwezig.
Daarnaast zendt de zon ook diverse soorten straling uit.
H Onjuist. Radioactieve isotopen worden door de wind verspreid, niet de straling
die de isotopen uitzenden .
I Juist. De zon zendt voortdurend straling uit, evenals andere zonnen. Naast zichtbare straling
bevat deze straling o.a. ultraviolette straling. Ook deze laatste straling werkt ioniserend.
J Juist. Denk bijvoorbeeld aan de uraniummijnen.
Vervolg op volgende bladzijde.
114
Newton havo deel 1
Uitwerkingen Hoofdstuk 8 – Straling en gezondheid
115
Vervolg opgave 4.
K Juist. De ioniserende straling kan het DNA in celkernen beschadigen evenals andere belangrijke delen.
Het gevolg kan een ongeremde groei zijn van cellen die niet goed meer hun funktie kunnen uitoefenen.
L Juist. Kinderen en zwangere vrouwen hebben te maken met veel celdelingen i.v.m. de groei.
Als er cellen op DNA-niveau door straling beschadigd zijn, kunnen deze beschadigde cellen
dus in korte tijd wegens de groeiprocessen van grote invloed worden.
M Ten dele. De -stralen en in mindere mate ook de -stralen hebben een gering doordringend
vermogen en zijn tegen te houden. De -stralen gaan er gewoon doorheen.
Daarvoor vormen deuren en ramen geen bescherming.
N Juist. Tenminste bij gelijke dikte. Om dezelfde hoeveelheid straling tegen te houden
zou je van aluminium veel dikkere wanden moeten maken.
O Juist. Net als iedere plaat houdt het de radioactieve stoffen tegen.
P Onjuist. Radioactieve stoffen zijn instabiele isotopen en dus atomen.
Als die vervallen, komt de straling er in de vorm van - , - en/of -stralen uit.
Q Juist.
R Juist. In verband met Q en R zul je in de komende paragrafen de grootheid ‘halveringstijd t1/2 ’
leren kennen
8.2
Ioniserende straling
Kennisvragen
7a
soort
karakter
doordringend vermogen
ioniserend vermogen
licht
elektromagnetische
straling (e.m.-straling)
groot in 'doorzichtige' stoffen
(glasvezelkabel) en in vacuum
zeer klein
röntgenstraling
e.m.- straling
groot
klein
-straling
klein
groot
-straling
kernen van
heliumatomen
elektronen
matig
matig
-straling
e.m.- straling
groot
klein
b Röntgenstraling en de drie soorten kernstraling hebben een doordringend en een ioniserend vermogen.
c De -straling. Zowel -straling als röntgenstraling zijn een vorm van elektromagnetische straling.
Alleen is de stralingsenergie van -straling groter dan die van röntgenstraling.
8 Factoren: soort straling; de energie-waarde van de straling;
soort materiaal waar de straling door heen gaat; de dikte van het materiaal.
9 A Soort straling: röntgenstraling.
Gebruikt: röntgenstraling, omdat het doordringend vermogen groot is, terwijl verschillende materialen
duidelijker op een verschillende manier geabsorbeerd worden. Bovendien is het minder gevaarlijk
voor levende organismen.
B Soort straling:röntgenstraling, -straling.
Gebruikt:-straling, omdat deze straling een groter doordringend vermogen heeft en daardoor ook
gemakkelijker door metalen heen gaat.
C Soort straling:röntgenstraling, -straling.
Gebruikt:röntgenstraling, omdat het doordringend vermogen groot is, terwijl verschillende weefsels
duidelijker op een verschillende manier geabsorbeerd worden. Bovendien is het minder gevaarlijk
voor de onderzochte persoon. Bij bestraling van een tumor wordt echter wel -straling gebruikt,
omdat deze straling beter de tumorcellen kan beschadigen.
10 Lood, omdat dit metaal het beste de -straling absorbeert.
11 Een stof is radioactief en de straling is ioniserend. In de woorden ‘radioactieve straling’ worden
die twee woorden ten onrechte samengevoegd.
Newton havo deel 1
Uitwerkingen Hoofdstuk 8 – Straling en gezondheid
116
12 Een stukje film in een ondoorzichtig plastic doosje doen en bij het scherm houden.
De straling gaat door het plastic en belicht de film.
Je maakt hierbij gebruik van het doordringend vermogen van röntgenstraling (door het plastic heen)
én van het ioniserend vermogen (de film wordt 'belicht').
Oefenopgaven
14 Stralingsbronnen
A - en -straling, want papier houdt al veel tegen (-straling), terwijl lood duidelijk de -straling nog doorlaat.
B -straling, want papier houdt niets tegen en lood vrijwel alles.
C - en -straling, want aluminium houdt de helft tegen (-straling) en lood laat nog iets door (-straling).
D -straling, want papier houdt vrijwel alles al tegen.
15 a - of- straling omdat het doordringend vermogen klein tot matig is.
Juist bij -straling is het ioniserend vermogen groot.
b -straling omdat het doordringend vermogen groot is. Bovendien is de stralingsenergie groter
dan van röntgenstraling zodat het effectiever is bij het beschadigen van tumorcellen.
c Bij een tumor die diep in het lichaam ligt, moet de van buitenaf toegediende straling ook
door gezond weefsel heen. En ook daar zal een deel van de straling geabsorbeerd worden én
treedt er beschadiging op van gezonde cellen. Om te voorkomen dat dit weefsel teveel beschadigingen
oploopt, wordt de tumor vanuit verschillende hoeken bestraald.
8.3
Stralingsbronnen
Kennisvragen
17 Radioactief verval is een toevalsproces: je kunt dus niet voorspellen op welk moment een kern vervalt.
Een kern vervalt ook in één keer. Een kern vervalt nooit voor de helft.
Ook bij twee kernen kun je nog niet over halveringstijd spreken. Daar heb je volgens de regels
van de statistiek veel meer kernen voor nodig. Bij 40 miljoen kernen is het vrij nauwkeurig vast te stellen
op welk moment er nog 20 miljoen kernen van de radioactieve isotoop resteren.
18 I-131 heeft een halveringstijd heeft van 8,0 d. Dus na 8 dagen zal de jodium-isotoop nog voor 50%
niet-vervallen zijn en zal de activiteit nog de helft zijn van 8 dagen geleden.
Het begrip halveringstijd is voor mensen blijkbaar moeilijk te omschrijven.
19 a/b Zie BINAS tabel 25.
isotoop
U-238
Th-232
K-40
straling



halveringstijd
4,47109 j
1,41010 j
1,28109 j
c Isotopen met een korte halveringstijd zijn sinds het ontstaan van de aarde allang vervallen
tot stabiele isotopen.
20 t1/2 = 8,0 d. Je ziet dat de activiteit in 8 dagen van 41012 naar 21012 verminderd is.
21 Diagram: zie de figuur hiernaast.
Uit dit diagram is te bepalen dat: t1/2 = 25 min.
80
A
70
(MBq)
60
50
40
30
20
10
0
0
10
20
30
40
50
60
70
t (min)
80
Uitwerkingen Hoofdstuk 8 – Straling en gezondheid
Newton havo deel 1
117
80
22 Diagram: zie de figuur hiernaast.
Uit dit diagram is te bepalen dat op t = 10 s
de activiteit ca. 11 MBq is.
A
70
(MBq)
60
50
40
30
20
10
23 Om het vervaldiagram te tekenen
gaan we er van uit dat de activiteit
in het begin [ A(0) ] 100% is.
Dit is de ‘opgegeven activiteit’.
0
0
4
2
6
8
10
12
14
16
t (s)
100
Na 1 de halveringstijd t1/2 is de activiteit
nog 50%, na 2t1/2 nog 25% enz.
Dit levert het diagram op van hiernaast.
90
A(t)
A(0) 80
in % 70
Uit dit diagram kun je aflezen dat
bij 2,5% de verlopen tijdsduur ca. 5,3t1/2 is.
BINAS (tabel 25): voor Co-60 is t1/2 = 5,27 jaar.
60
50
Dus t = 5,3  5,27 = 27,93 j.
Afgerond: t = 28 j
40
30
20
3
24 Afname activiteit = 80  1   1  .
640 8  2 
Conclusie: de afname heeft plaats gevonden
in 3 de halveringstijd
d.w.z. 3  t1/2 = 6,0  t1/2 = 2,0 h.
10
2,5
0
0
1
2
3
4
5
6
7
t (aantal t1/2 )
8
Oefenopgaven
26 Activiteit en halveringstijd
a De activiteit A en het aantal instabiele kernen N zijn recht evenredig:
als er n zoveel kernen zijn, zullen er n zoveel per s vervallen.
b Hoe groter de halveringstijd t1/2 ,hoe minder atomen er per seconde vervallen. Je zou kunnen verwachten
dat de activiteit A en t1/2 omgekeerd evenredig zijn: dus verwachting A  1 .
t 1/ 2
c en d
Uit A 
0,69  N
volgt dat
t1/ 2
- A en N recht evenredig én
- A en t1/2 omgekeerd evenredig zijn.
e I-131  t1/2 = 8,0 d.
A
0,69  N 0,69  40  10 6

 39,9 Bq
t 1/ 2
8,0  24  3600
Afgerond: A = 40 Bq.
0,69  N 0,69  40  10

t 1/ 2
25  60
Afgerond: A =
18,4103
A
18
(kBq) 16
I -128
14
12
10
8
6
I-128  t1/2 = 25 min
A
20
6
 18,4  10 3 Bq
4
I -131
2
Bq = 18,4 kBq.
0
0
25
50
75
100
t (min)
Voor het diagram: zie hiernaast.
Zoals je wellicht opmerkt, begint de lijn voor I-131 heel laag en omdat de halveringstijd
daarvan 8,0 dagen is zal in het tijdsverloop van 125 minuten ook geen merkbare daling optreden.
f Een grotere t1/2 maakt de activiteit A kleiner en zorgt ervoor dat de A minder snel afneemt.
125
Uitwerkingen Hoofdstuk 8 – Straling en gezondheid
Newton havo deel 1
118
27 Koolstofdatering
a Alleen voorwerpen die gemaakt zijn uit levend materiaal zijn geschikt
voor de koolstofdateringsmethode omdat die materialen (b.v. hout) C-14 bevatten.
b Papyrusrollen zijn gemaakt van papyrus, een plant die C-14 heeft opgenomen.
c De activiteit is nog 1 % van de oorspronkelijke hoeveelheid
d.w.z. 0,01e deel van de oorspronkelijke hoeveelheid = 0,01 de oorspronkelijke activiteit.
1 1 1
Ga met je rekenmachine na hoe vaak je    enz. moet herhalen om op ca. 0,01 uit te komen
2 2 2
6
7
 je zult merken dat je dan ergens tussen de  1  en  1  uit komt.
2
2
BINAS (tabel 25): t1/2 = 5730 jaar voor C-14 .
Er is dus een tijdsduur t verlopen tussen t = 6  t1/2 = 6  5730 = 34380 jaar
en t = 7  t1/2 = 7 5730 = 40 110 jaar  Ouderdom is 35 à 40 duizend jaar.
N.B. Nauwkeuriger kun je de ouderdom berekenen met behulp van de logaritmefunctie.
Wiskundig geldt namelijk dat: log a x = x  log a.
Bij vraag c ga je dan als volgt te werk: 1% = 0,01e deel.
x
Je moet dus de wiskundige vergelijking 0,01   1  oplossen.
2
Door met de log-functie te werken, kun je opschrijven:
x
log 0,01  log  1   x  log  1   - 2,0  x   0,301
2
2
Uitkomst: x = 6,644  t = 6,644  t1/2 = 6,644  5730 = 38 069 jaar verlopen.
Afgerond: ouderdom is 38 duizend jaar.
N.B. Je kunt het aantal keren de halveringstijd ook berekenen met behulp
van het programma 'Solver' van de grafische rekenmachine:
Bij vraag c ga je dan als volgt te werk: 1% = 0,01e deel.
x
Je moet vervolgens de wiskundige vergelijking 0,01   1  oplossen,
2
waarbij de gevraagde ouderdom t = x  t1/2 .
Ga als volgt te werk:
1. Kies in het menu MATH de optie 0:Solver om het vergelijkingsscherm op te roepen.
Wanneer je de optie Solver kiest, verschijnt één van deze twee schermen:
- het vergelijkingsscherm wordt getoond wanneer de vergelijkingsvariabele eqn leeg is:
in dit geval kun je de vergelijking invoeren (zie 2.).
- het interactieve vergelijkingsscherm verschijnt wanneer je een vergelijking in de variabele eqn
hebt opgeslagen: in dit geval moet je eerst de reeds ingevoerde vergelijking worden gewist of
aangepast. Dit doe je door de ▲-toets in te drukken en vervolgens op 'CLEAR' om de vergelijking
te wissen.
2. Aangezien de Solver met de vergelijking 0 = …werkt,
moet je bijvoorbeeld invoeren 0 = 0,50x - 0,01.
Om de variabele 'x' in te voeren kun je de toets 'X,T, F,n' gebruiken.
Je krijgt dan uiteindelijk een scherm met:
EQUATION SOLVER
eqn: 0 = 0.5^X - 0.01
3. Druk op de 'ENTER'- of ▼-toets. Het interactieve vergelijkingsscherm wordt weergegeven.
De vergelijking, die werd opgeslagen in eqn, verschijnt nu op de bovenste regel en is gelijk aan nul.
Daaronder staat al de regel X= … . Alleen bedenk goed dat dit nog niet de oplossing hoeft te zijn.
Als je al eerder met de Solver hebt gewerkt dan vermeldt
deze regel nog het antwoord van een vorige vergelijking.
0.5^X - 0.01=0
Je kunt deze wissen met de 'CLEAR'-toets (niet echt noodzakelijk!).
■ X = 6,6438561897…
Vervolgens laat je de nieuwe oplossing bepalen door
bound= {-1E99,1…
de 'ALPHA'- en 'ENTER'-toets in te drukken (= SOLVE) .
■ left - rt=0
Daarna verschijnt in je venster de oplossing: x = 6,64... .
De ouderdom is dan t = 6,64  t1/2 = … .
N.B. Voor de extra's die je rekenmachine je geeft ('bound = ….enz) : zie bijbehorende handleiding.
d Het percentage C-14 is wel heel klein geworden. De bepaling wordt dan onnauwkeurig.
Newton havo deel 1
Uitwerkingen Hoofdstuk 8 – Straling en gezondheid
119
28 Besmetting
a Bij uitwendige bestraling is alleen -straling eigenlijk goed te gebruiken
aangezien deze straling een groot doordringend vermogen heeft.
-straling is hooguit te gebruiken bij bestralingen aan de oppervlakte.
-straling zou gebruikt kunnen worden als de -bron in het lichaam aangebracht wordt
vlak bij het te bestralen gedeelte (implantaat).
b Cs-137 zendt - en -straling uit. Aangezien Cs-137 dus ook -straling uitzendt,
is deze dus goed in bestralingsapparaten te gebruiken.
c Kernstraling in de vorm van -straling is voor het oog onzichtbaar. De gloed - dus zichtbare straling –
komt niet uit de kern maar uit andere delen van een atoom (zie hoofdstuk 8).
d 1% = 0,01e deel = (½)6 à (½)7
(zie ook opgave 26).
BINAS (tabel 25): t1/2 = 35 jaar voor Cs-137.
I.v.m. bovenstaande afname moet er dus een tijdsduur t verlopen zijn tussen
tminimaal = 6  t1/2 = 6  35 = 210 jaar en tmaximaal = 7 35 = 245 jaar.
Het klopt dat er dus minstens 200 jaar verlopen moet zijn.
N.B. Met behulp van de uitleg bij opgave 26 kun je nauwkeuriger bepalen
dat een afname tot 1% tot stand komt in een tijdsduur van t = 6,64  35 = 233 jaar .
8.4
Stralingsdosis en -effecten
Kennisvragen
30 a
Bron
radioactieve stof
röntgenbuis
activiteit
halveringstijd
isotoop
becquerel
instabiele kern
radioactief verval
Straling
röntgenstraling
kernstraling
Ontvanger
ionisatie
absorptie
gray
dosisequivalent
sievert
geiger-müllerteller
b Deeltjes in de vorm van instabiele kernen vormen een bron
Daarnaast bestaan -straling en -straling ook uit deeltjes namelijk He-kernen resp. elektronen.
31 De bron van straling is I-131 (in de spinazie). Deze bron heeft een activiteit van 2000 Bq.
N.B. Hoewel daar niets over geschreven wordt, mag je verwachten dat dit 2000 Bq per kg spinazie is.
Straling: deze bron zendt -straling uit.
Ontvanger: bij besmetting met I-131 kan deze straling cellen beschadigen.
32 Bij de dosis wordt er alleen gekeken naar de hoeveelheid stralingsenergie die per kg wordt geabsorbeerd.
Bij het dosisequivalent wordt er ook rekening mee gehouden via welke vorm van straling de stralingsenergie
wordt geabsorbeerd. Daarmee geeft het dosisequivalent beter aan wat de aangerichte schade is.
33 Bij bestraling ontvangt het lichaam (of ander voorwerp) straling van buiten af: uitwendige bestraling.
Bij besmetting komen er radioactieve stoffen in het lichaam en worden lichaamsdelen van binnenuit
bestraald: inwendige bestraling.
34 Bij uitwendige bestraling bevindt de stralingsbron zich buiten het lichaam.
Bij inwendige bestraling bevindt de stralingsbron zich in het lichaam.
35 a Halveringstijd is een eigenschap van een stralingsbron.
b Bij A: er wordt gesproken over ‘hoeveelheid radioactieve straling’… . Hier wordt de bron (radioactief)
al verward met straling.
c Bij C: dit blijkt duidelijk uit 'niet meer radioactief is'.
d De halveringstijd is de tijd waarin de activiteit van een bepaalde radioactieve isotoop met de helft afneemt.
36 a A Zowel de bron ('radioactieve deeltjes') als de ontvanger ('op of in het lichaam') worden genoemd.
B Hier wordt het in verband met straling ('straling') en ontvanger ('op de huid of in het lichaam') gebracht.
C Hier wordt het alleen met de ontvanger in verband gebracht: 'stralingsdosis' en 'stralingsziekte'.
b Uitspraak A is juist omdat hier wordt aangegeven dat de stralingsbron zich 'op of in het lichaam' bevindt.
Newton havo deel 1
Uitwerkingen Hoofdstuk 8 – Straling en gezondheid
120
37 a Met behulp van tabel 25 van BINAS kun je vinden dat de isotopen als volgt straling uitzenden:
C-14: 
K-40: , 
Ra-226: , 
Rn-222: .
b In het lichaam zijn de -stralers het gevaarlijkst (weegfactor 20), dus Ra-226 en Rn-222.
38 D 
E str
m
BINAS (tabel 11): water = 0,998103 kgm-3  m =  V = 0,998103  1,010-3 = 1,0 kg
Estr is de geabsorbeerde stralingsenergie  D 
2
 2,0 Gy
1,0
Afgerond: D = 2 Gy
E str
1,05
 D
 0,015 Gy ; weegfactor Q = 20 (-straling).
m
70
H  0,015  20  0,30 Sv
Afgerond: H = 0,30 Sv
39 H  D  Q en D 
40 Gegeven: op 10 km hoogte is H = 5 Sv per uur = 510-6 Sv per uur
a Stel de reis duurt 8 uur: Htotaal = 510-6  8 = 4010-6 Sv.
Afgerond: Htotaal = 40 Sv
b Door de grotere snelheid ben je minder lang onderweg.
Blijkbaar is de afname van het dosisequivalent door de kortere tijdsduur
even groot als de toename door de grotere stralingsintensiteit.
Oefenopgaven
42 Stralingsenergie
Gegeven: H = 500 Sv in de vorm van -straling.
E str
Nieuwe onbekenden: D en m.
m
H  D  Q . Voor -straling is de weegfactor Q = 1  D = 500 Gy.
Neem aan dat m = 60 kg.
E
E
D  str  500  str  E str  500  60  30  103 J
m
60
a D
b Hoofdstuk 6: Qw = cw  mw  T.
BINAS (tabel 11): cwater =
Afgerond: Estr = 30 kJ
Nieuwe onbekenden: cw.
4,18103
Jkg-1K-1 .
30  103
Afgerond: T = 0,12 C
 0,1196 C
4,18  103  60
Conclusie: Een verhoging van 0,12 °C is voor het lichaam ongevaarlijk.
30  103  4,18  103  60  T   T 
N.B. Bij vraag a werd ook duidelijk dat D = 500 Gy d.w.z. 500 J/kg.
Je kunt dus ook voor Qw = 500 J nemen bij een massa m =1,0 kg.
c -straling is veel meer gericht op één atoom: de energie komt dus geconcentreerder terecht.
Daardoor heeft de -straling ook een ioniserende werking en dit geeft een heel ander effect in het lichaam.
43 Radiumverf
a Ra-226 zendt volgens tabel 25 uit BINAS - en -straling uit.
b Kernstraling - in dit geval -straling - bestaat niet uit zichtbaar licht.
c Door het likken is het vrijwel onvermijdelijk dat radioaktieve isotopen in het lichaam terecht komen
bijvoorbeeld in de maag of in de darmen. Daarnaast ontvangen mond en tong ook regelmatig kernstraling.
d Nauwelijks, de -straling komt niet door de metalen achterplaat heen, de -straling echter wel
via het venster (minder via de metalen achterplaat).
e H-3 is volgens tabel 25 uit BINAS een --straler: -straling heeft een minder schadelijke werking op de huid
dan -straling.
Newton havo deel 1
Uitwerkingen Hoofdstuk 8 – Straling en gezondheid
121
44 Jodiumtabletten
a De schildklier zal radioactief jodium I-131 opnemen. Bovendien heeft I-131 vanwege de relatief korte
halveringstijd juist in het begin een grotere activiteit. Daarom moet er meteen iets gedaan worden.
b De schildklier raakt verzadigd met jodium en neemt daarna geen radioactief jodium meer op.
c Het zou kunnen dat een vrouw die jodiumtabletten heeft geslikt en daarna toch nog radioactief jodium
binnen krijgt, gevaar loopt dat dit in het vruchtwater terecht komt. De foetus loopt dan
extra gevaar.
d In een foetus vinden zeer veel celdelingen plaats. Beschadiging van het DNA (erfelijke informatie)
zou dan gemakkelijk tot misvormingen kunnen leiden.
e Omdat de halveringstijd t1/2 = 8,0 d, is een week na het ongeluk is de hoeveelheid I-131
al sterk afgenomen.
Door de grotere afstand van de bron is de concentratie jodium kleiner geworden.
De radioactieve wolk is meer verspreid over een groter gebied.
8.5
Stralingsbescherming
Kennisvragen
46 Bij een gesloten stralingsbron is de radioactieve stof in een omhulsel opgesloten. De stof kan niet vrijkomen.
Veiligheidsmaatregelen zijn afstand houden en afscherming met een stof die de straling goed kan
absorberen.
Bij een open stralingsbron komen de radioactieve stoffen vrij in de leefomgeving of het milieu.
Dat levert dan het gevaar op van besmetting.In dit geval bestaan de veiligheidsmaatregelen
bij uitwendige besmetting vooral uit het grondig wassen van de kleding, je huid enz. .
Bij inwendige besmetting zal er isolatie van de persoon (of voorwerp) moeten plaatsvinden
tot de activiteit voldoende is afgenomen.
47 Het omhulsel zal de straling slechts gedeeltelijk absorberen afhankelijk van materiaalkeuze en dikte.
Maar met name de -straling heeft een groot doordringend vermogen en zal ook gedeeltelijk
door het omhulsel heen dringen.
48 a Nee, een gas verspreidt zich gemakkelijk door een ruimte.
b Nee, een gas zal ook om de loden plaat heen gaan.
49 a Met dracht wordt de afstand bedoeld waarover straling van een bepaalde soort en energiewaarde
in een bepaald soort stof volledig wordt geabsorbeerd. Het speelt een rol bij - of -straling.
b De waarde hangt af van de kinetische-energie (en dus de snelheid) van de uitgezonden -deeltjes.
c -deeltjes zijn veel kleiner dan -deeltjes. Ze botsen daardoor minder gemakkelijk en hebben
daarom ook een kleiner ionisatie-vermogen (weegfactor Q = 1). Doordat ze minder gemakkelijk botsen
en dus hun energie minder gemakkelijk kwijtraken komen ze verder in de lucht.
d Bij röntgen- of -straling is de absorptie door een stof nooit volledig.
e Halveringsdikte van een materiaal wil zeggen dat de doorgelaten stralingsenergie met de helft afneemt
als deze straling een plaat van dat materiaal passeert met een dikte gelijk aan de halveringsdikte.
50 Bij het doorlichten staat de patiënt een langere tijdsduur bloot aan de röntgenstraling. Vaak wil men
in dat geval bewegingen in het lichaam (bijvoorbeeld het hart) waarnemen en dat kost tijd.
51 Ioniserende straling wordt gebruikt in de radiodiagnostiek voor onderzoek van een aandoening (diagnose)
en in de radiotherapie voor behandeling van een aandoening.
52 Diktecontrole: bepaling van afmetingen van bijvoorbeeld een tumor. Controleren van het aangroeien
van een botbreuk. Ook hier gaat men met behulp van ‘diktecontrole’ na in hoeverre het bot
overal even dik is.
Volgen van gas- of vloeistofstromen: doorstroming van het bloed in een bepaald bloedvat bepalen.
In beide gevallen probeert men de snelheid te bepalen. Ook bij orgaan-onderzoek: men gebruikt een
bepaald soort tracer om na te gaan in welk deel van een orgaan wel of geen tracerstoffen terecht komen.
Voedselconservering: in de radiotherapie probeert men met behulp van bestraling tumorcellen te doden.
53 Echoscopie, MRI.
Newton havo deel 1
Uitwerkingen Hoofdstuk 8 – Straling en gezondheid
122
54 a -straling, deze komt alleen het aluminium heen.
- en -straling worden al volledig door een paar milimeter dik aluminium tegen gehouden.
b De achtergrondstraling heeft een
bijdrage van 14 tikken per min.
De gemeten waarden moet je
dus hiervoor corrigeren:
d
(cm)
2,30
6,90
11,4
16,0
I
(aantal/min)
1340
816
510
314
2000
1800
I
-1
(min ) 1600
1400
I cor
(aantal/min)
1326
802
496
300
1200
1000
800
600
c d1/2 kun je bepalen uit het verschil in d
tussen bijvoorbeeld I = 1000 en I = 500.
Hieruit blijkt d1/2 = 6,2 à 6,3 cm.
400
200
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
6,2 à 6,3 cm
18
20
d (cm)
55 Na elke halveringsdikte is de doorgelaten hoeveelheid 1/2 de oorspronkelijke hoeveelheid.
De dikte van de plaat is 10 cm = 100 mm = 10  d1/2.
De doorgelaten hoeveelheid is:  1 
2
10

1  0,000977  de oorspronkelijke hoeveelheid 
1024
ongeveer 0,1 % (= 0,001e deel) wordt nog doorgelaten.
x
d
6,4
56 20 %  0,20e deel wordt doorgelaten. Idoorgelaten =  1   Iopvallend, waarbij x 
.

2
d1/ 2
d1/ 2
x
Dus je krijgt de volgende wiskundige vergelijking op te lossen: 0,20   1  .
2
Bij opgave 26 is uitgelegd hoe je die met de logaritme-funktie of met de grafische rekenmachine
6,4
6,4
kunt bepalen: x = 2,322  2,322 
Afgerond: d1/2 = 2,8 mm
 d1/ 2 
 2,76 mm
d1/ 2
2,322
57 a Zie de figuur hiernaast.
b Het diagram laat een dalende kromme
grafieklijn zien. Het zou kunnen zijn dat
het een omgekeerd evenredig verband is.
Daarvoor moet je nagaan of I  r = constant is.
Controle met behulp van een aantal meetpunten:
88  0,20 = 17,6; 22  0,40 = 8,8; 7  0,70 = 4,9.
Conclusie: het is duidelijk geen omgekeerd
evenredig verband.
Andere mogelijkheid: het zou een omgekeerd
kwadratisch evenredig verband kunnen zijn.
Controle: in dit geval zou dan
c
I  r 2  constant ( of I  2 ) .
r
88  0,202 = 3,52 ;
40  0,302 = 3,60 ;
22  0,402 = 3,52;
14  0,502 = 3,50;
9  0,602 = 3,24;
7  0,702 = 3,43.
100
I
(s-1)
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90 100
r (cm)
Conclusie: de getallen schommelen enigszins, er is geen duidelijk toe- of afname te constateren.
Het lijkt terecht om te concluderen dat het een omgekeerd kwadratisch evenredig verband is.
c - en -straling wordt veel sterker geabsorbeerd in de lucht. Het verschijnsel van absorptie maakt
dat er waarschijnlijk een ander verband uitkomt dan dan vraag b.
Newton havo deel 1
Uitwerkingen Hoofdstuk 8 – Straling en gezondheid
123
Oefenopgaven
59 Afscherming
a Dit moet -straling zijn omdat - en -straling geen 10 m door de lucht bereiken.
De dracht door deze straling is veel kleiner.
b 10 mm is
10
 2,94  de halveringsdikte d1/2. D.w.z. de doorgelaten hoeveelheid is
3,4
2,94
 1
 0,1303  de oorspronkelijke hoeveelheid. Dan is de ontvangen dosis
 
2
achter het loodgordijn 0,1303  0,1010-3 = 0,1310-4 Gy
Afgerond: D = 0,01 mGy
60 Voedseldoorstraling
a Röntgen- en -straling geven geen reactie met de kern, waardoor eventuele radioaktieve isotopen
zouden kunnen ontstaan.
b Het beeld dat straling het voedsel radioactief zou kunnen maken of er ongewenste chemische reacties
in zouden kunnen ontstaan.
c (Bespreek de meningen in de klas)
61 Diagnostiek en therapie
Bij diagnotisch onderzoek wordt bijvoorbeeld een scintigram gemaakt. Hiervoor is niet veel tijd nodig.
Het lichaam van de patiënt hoeft dus niet lang straling uit te zenden. Dus gebruikt men radioactieve isotopen
met een korte halveringstijd. Hoe korter de halveringstijd is, hoe beter dit ook voor het lichaam is.
Isotopen met een korte halveringstijd hebben in het begin ook een relatief grote activiteit en geven dus
ook een grotere intensiteit aan straling. Dit betekent dat je ook minder radioactief materiaal nodig hebt.
Bij therapie is over het algemeen de behandelingsduur langer zijn: de gebruikte isotopen moeten
voor langere tijd een constante hoeveelheid straling uitzenden.
62 Stralingstoepassingen
A  -straling: - en -straling wordt in het lichaam geabsorbeerd;
 open bron: het verplegend personeel moet goed afgeschermd worden;
 Door de korte halveringstijd is het afval in de vorm van ontlasting niet groot.
Eventueel kan de ontlasting worden opgevangen en speciaal verwerkt.
B  -straling: - en -straling is waarschijnlijk minder geschikt wegens de korte dracht in het lichaam;
 open bron: het verplegend personeel moet goed afgeschermd worden;
 Afval in de vorm van ontlasting: deze kan worden opgevangen en speciaal verwerkt.
C   of -straling :omdat een huidtumor aan de oppervlakte zit zou ook -straling gebruikt kunnen worden;
 gesloten bron: het verplegend personeel moet goed afgeschermd worden;
 wel afval: bij gebruik van een isotoop met grote t1/2 moet het goed verwerkt worden als de bron niet
meer bruikbaar is.
D  -straling: - en -straling komen niet door de verpakking heen;
 gesloten bron: het personeel moet goed afgeschermd worden;
 wel afval: bij gebruik van een isotoop met grote t1/2 moet het goed verwerkt worden als de bron niet
meer bruikbaar is.
E  - of röntgenstraling: - en -straling komen niet door het staal heen;
 gesloten bron met een goede afscherming i.v.m. onnodige straling naar omgeving;
 wel afval: bij gebruik van een isotoop met grote t1/2 moet het goed verwerkt worden als de bron
niet meer bruikbaar is.
F  -straling:- of röntgenstraling is minder geschikt omdat deze nauwelijks door papier geabsorbeerd
worden terwijl -straling er weer niet door heen komt;
 verder als E.
G  -straling: - en -straling komen niet door het materiaal van de pijpleiding heen;
 open bron: het personeel moet goed afgeschermd worden;
 geen afval: men moet gebruik maken van isotopen met een hele kleine t1/2.
H  als E.
I  - of röntgenstraling;
 gesloten bron i.v.m. het mogelijk contact met het voedsel: het personeel moet goed afgeschermd
worden;
 wel afval (- bron) dat op de juiste manier moet worden opgeslagen.
Newton havo deel 1
8.7
Uitwerkingen Hoofdstuk 8 – Straling en gezondheid
124
Afsluiting
Oefenopgaven
68 Diktecontrole
Oriëntatie:
Gevraagd: 4,5 mm  dikte d  5,5 mm ?
Gegeven: (I,d)-diagram en (I,x)-diagram.
Planning:
In het (I,d)-diagram kun je nagaan tussen welke waarden de intensiteit I mag schommelen,
terwijl je in het (I,x)-diagram kunt nagaan of die grenzen overschreden worden.
Uitvoering:
Bij d = 4,5 mm kun je aflezen dat I = 80% en bij d = 5,5 mm dat I = 77%.
In het (I,x)-diagram kun je zien dat de waarde niet uitkomt boven de 80%, maar wel onder de 77%.
Controle:
Conclusie: De onderzochte plaat moet worden afgekeurd want hij is op één plek duidelijk dikker dan 5,5 mm.
69 Schildklieronderzoek
Oriëntatie:
Gevraagd: I-131 of I-123 ?
Gegeven: vervaldiagram van I-131 en I-123.
Bij schildklieronderzoek is het van belang dat de patiënt een jodumisotoop toegediend krijgt met een zo klein
mogelijke halveringstijd t1/2, omdat dit isotoop het snelst uitgewerkt is. Bovendien is er vanwege de grotere
activiteit in het begin ook minder nodig. Door de grotere activiteit kan er toch een goed scintigram gemaakt
worden, terwijl de patiënt het voordeel heeft dat de ontvangen dosis zo laag mogelijk blijft.
Planning en uitvoering:
Uit het vervaldiagram is gemakkelijk af te lezen dat I-123 de kleinste halveringstijd heeft
namelijk ongeveer een halve dag (= ca. 12 uur) terwijl I-131 een t1/2 van 8 dagen heeft.
Controle:
Conclusie: I-123 is het meest geschikt. (N.B. BINAS (tabel 25): t1/2 = 13,3 uur voor I-123.)
70 Ouderdomsbepaling
Oriëntatie:
Gevraagd: ouderdom van grafweefsel en van Dode-Zee-rollen.
Gegeven: percentage C-14: 1,010-10 %; diagram voor ouderdomscorrectie;
grafweefsel: percentage C-14: 0,5010-10 % ; Dode-Zee-rollen: percentage C-14: 0,7710-10 %.
Planning:
Het grafweefsel blijkt nog slechts de helft van het oorspronkelijke aantal te bevatten.
Voor dit weefsel zou volgens de koolstofdateringsmethode een ouderdom van 1  t1/2 gelden.
Je kunt dan uitrekenen uit welke tijdsperiode het stamt en vervolgens met behulp van
het correctie-diagram nagaan hoeveel jaren er bij geteld moeten worden.
0,77  10 10
 0,77 e deel
1,0  10 10
van het oorspronkelijke aantal C-14 over. Om de ouderdom te weten te komen moet je dan
Voor de Dode-Zee-rollen ligt het getal wat moeilijker: in het linnen is nog
x
de wiskundige vergelijking 0,77   1  oplossen, waarbij de gevraagde ouderdom t = x  t1/2 .
2
Uitvoering:
BINAS (tabel 25): t1/2 = 5730 jaar voor C-14.
Grafweefsel: ouderdom is 5730 jaar d.w.z. het stamt uit 5730-2003 = 3727 v.Chr.
Bij deze ouderdom moet volgens het diagram van fig. 16 gecorrigeerd worden met + 800 jaar,
d.w.z. de ouderdom is 5730 + 800 = 6530 jaar. Het stamt dus uit ca. 4527 v.Chr.
Afgerond: Ouderdom ca. 6,6 eeuwen dus van ongeveer 4,5 eeuwen v.Chr.
Dode-Zee-rollen met behulp van de rekenmethode zoals die bij opgave 26 beschreven is
kun je uitrekenen dat x = 0,377 en de ouderdom t = 0,377  5730 = 2160 jaar
d.w.z. ze stammen uit 157 v. Chr. Volgens het correctiediagram varieert het percentage koolstof
in die periode blijkbaar nogal: correctie tussen de 0 en - 80. We nemen het gemiddelde van - 40 jaar.
D.w.z. de ouderdom is 2160 - 40 = 2120 jaar. Dat zou betekenen dat ze uit ca.117 v.Chr.stammen.
Afgerond: Ouderdom ca. 21 eeuwen dus van ca. 1 eeuw v.Chr.
Vervolg op de volgende bladzijde.
Newton havo deel 1
Uitwerkingen Hoofdstuk 8 – Straling en gezondheid
125
Vervolg opgave 70.
Controle:
Conclusie: volgens de ENCARTA-encyclopedie is de cultuur van het oude Egypte van ca. 3400 v.C.
tot aan het begin van de Romeinse overheersing (30 v.C.) gedateerd. Het zou dus betekenen
dat het grafweefsel nog van een eeuw eerder stamt. Dat is natuurlijk mogelijk.
Over de Dode-Zeerollen wordt vermeld dat deze sinds 1947 aan de westzijde van de Dode Zee zijn
gevonden en dat ze te dateren zijn tussen de 2de eeuw v.C. en de 2de eeuw n.C. .
Dat betekent dat de berekende uitkomst dus ook heel goed mogelijk is.
1,0
N.B. Je zou in plaats van het berekenen ook
kunnen werken met een diagram waarbij
C
je de verhouding 14 uitzet als funktie
C12
van de tijd (= het vervaldiagram van C-14).
Verhouding 0,9
C-14 / C-12
in 10 -10 % 0,8
0,7
0,6
Vervolgens kun je uit dit diagram
de niet gecorrigeerde ouderdom halen.
0,5
0,4
Zie verder het diagram hiernaast.
0,3
0,2
0,1
71 Ziekenhuisafval
0
0
2
4
6
8
10
12
14
2,1 à 2,2
ca 5,7
Oriëntatie:
Gevraagd: opslagtijd topslag (= to ).
Gegeven: gebruik van isotoop Tc-99 met t1/2 = 6,0 uur; het afval is ongevaarlijk
A
als At  0,001 edeel van oorspronkelijke hoeveelheid A0  t  0,001 .
A0
16
18
20
t (eeuw)
x
Planning: om to te weten te komen moet je de wiskundige vergelijking 0,001   1  oplossen,
2
waarbij de gevraagde to = x  t1/2 = x  6,0 uur.
Uitvoering: Met behulp van de rekenmethode zoals die bij opgave 26 beschreven is,
kun je uitrekenen dat x = 9,97 en dus to = 9,97  6,0 = 59,8 uur
Afgerond: to = 60 uur
Conclusie: Dit lijkt een redelijke tijd.
72 Diepvriesspinazie
Oriëntatie:
Gevraagd: Is besmette spinazie na een 'paar maanden' al weer te eten.
Gegeven: besmetting met I-131; direkt na besmetting A = 2500 Bq/kg; voedsel is veilig als A = 1300 Bq/kg.
Planning:
De vraag is na hoeveel tijd t is
At
1300

 0,52 .
A0 2500
Het gemakkelijkste is om als antwoord te geven: iets korter dan 1  t1/2 van I-131.
Nauwkeuriger is het om de tijdsduur t te berekenen:
x
je moet de wiskundige vergelijking 0,52   1  oplossen, waarbij de gevraagde t = x  t1/2.
2
Uitvoering:
BINAS (tabel 25): t1/2 = 8,0 d voor I-131.
Met behulp van de rekenmethode zoals die bij opgave 26 beschreven is,
kun je nagaan dat in de vergelijking 0,52   1 
2
en dus t = 0,943  8,0 = 7,55 dagen
x
de waarde voor x = 0,943
Afgerond: t = 7,6 dagen
Controle:
Conclusie: Na ruim een week is de activiteit al onder de norm gekomen. Dus na een paar maanden
kun je de spinazie zeker weer veilig eten.