Elektrische schakelingen

Ioniserende straling
Ioniserende straling
• Röntgenstraling
• α-straling
• β-straling, β- = Elektron
• γ-straling
•
• Registreren van ioniserende straling.
• Fotografische plaat
• Wilsonvat
• Geiger-Muller teller
Een atoom:
Kernstraling: a, b, g, n, p
Kern:
•Z, Atoomnummer =
protonen en neutronenonen
aantal electronen
aantal protonen
kernlading
•A, Massagetal
= aantal protonen + aantal
neutronen
Een koperkern:
massagetal =
aantal n + aantal p
63
29
Cu
atoomnummer =
aantal protonen =
kernlading
De Cu-kern heeft
29 p en 63 n + p
dus . . .
63 – 29 = 34 n
Kernstraling
• instabiele kern verandert in een andere kern onder
uitzending van α-, β- of γ-straling
• α-straling: heliumkernen ( 42 He )
• β-straling: elektronen ( -1e ) – ontstaat doordat een
neutron in de atoomkern vervalt tot een proton en een
elektron
• γ-straling: fotonen – ontstaat doordat de atoomkern
vanuit een aangeslagen toestand terugvalt naar de
grondtoestand
0
Vervalvergelijking
• α-verval:
A
Z
4
X  AZ-4
Y
+
-2
2 He
• het α-deeltje is een heliumkern
Vervalvergelijking
0
-1
e (β - deeltje)
• β–-verval:
A
Z
A
X  Z +1
Y + -10 e
• het β–-deeltje is een elektron
• bij β–-verval vervalt een neutron in de kern
tot een proton en een elektron:
n  11p + -10 e
1
0
• het elektron wordt door de kern uitgestoten
Vervalvergelijking
• γ-verval:
Am
Z
Y  AZ Y + γ
• het γ-deeltje is een foton
• na α- of β-verval bezit de kern vaak nog teveel energie:
de kern bevindt zich in een aangeslagen toestand
(aangegeven door de letter m achter het massagetal)
• de kern raakt deze energie kwijt door het uitzenden van
een γ-foton
• γ-straling wordt dus uitgezonden in combinatie met α- of
β-straling
Halveringstijd
• bij radioactief verval verandert een instabiele
kern in een andere kern onder uitzending van α-,
β- of γ-straling
• de halveringstijd t1/2 is de tijd waarin de helft van
het aanwezige aantal instabiele kernen vervalt
• het aantal aanwezige instabiele kernen Nt neemt
af in de loop van de tijd t: na elke halveringstijd is
het aantal instabiele kernen een factor 2 kleiner
11
Activiteit
• de activiteit A is het aantal vervallende kernen per
seconde
– eenheid: becquerel (Bq)
• de activiteit At neemt af in
de loop van de tijd t: na elke
• halveringstijd is de activiteit
een factor 2 kleiner
• vervalkromme geeft de
activiteit At als functie van
de tijd t
12
Dosis en dosisequivalent
• de dosis D is de geabsorbeerde stralingsenergie per
kilogram van het absorberende materiaal:
•
Estr
D=
m
• eenheid: gray (Gy) (1 Gy = 1J/kg)
• het dosisequivalent H is de dosis, gecorrigeerd voor het
biologisch effect (of de aangerichte schade) van de
verschillende soorten straling:
• H =Q D
• eenheid: sievert (Sv)
• weegfactor: Qα = 20 en Qβ = Qγ = Qrö = 1
• Maximale dosisequivalent: Binas 27G
Aantal deeltjes
N
Halveringstijd
Energie per verval
Tijdsduur bestraling
Bestraalde massa
Stralingsweegfactor
Activiteit
A; Becquerel; Bq
Energie
E; Joule; J
Dosis
D; Gray; Gy
Equivalente Dosis
H; Sievert; Sv
14
Kernsplijtingsenergie
• •bij kernsplijting is sprake van een massadefect: de totale
massa van de kernen en losse kerndeeltjes is na de splijting
kleiner dan voor de splijting
• de ‘verdwenen’ massa – of: het massadefect m – is bij de
splijting volgens de equivalentie van massa en energie
omgezet in energie:
E = m c2
• •deze energie komt vrij in de vorm van kinetische energie
van de splijtingsproducten
• het massadefect m is te berekenen uit de atoom-massa’s en
de atomaire massa-eenheid u
Kernsplijtingsenergie
rekenvoorbeeld
splijtingsreactie:
voor splijting
235
92
isotoop
235
92
U
- 92 e
na splijting
94
1
U+ 01n  140
Xe
+
Sr
+
2
54
38
0n
massa
235,044·u
1,008·u
92· 0,00055·u
isotoop
140
54
94
38
Xe
Sr
2 01n
-92 e
massa
139,921·u
93,915·u
2,017·u
92· 0,00055·u
totaal
236,0014·u
totaal
235,8034·u
massadefect:
m = 0,198·u = 0,198·1,66·10–27 = 3,29·10–28 kg
16
Kernsplijtingsenergie
rekenvoorbeeld (vervolg)
massadefect:
m = 0,198·u = 0,198·1,66·10–27 = 3,29·10–28 kg
energie:
E = m·c2 = 3,29·10–28·(3,00·108)2 = 2,96·10–11 J
energie in elektronvolt (eV): 1 eV = 1,60·10–19 J 
energie:
E = 2,96·10–11/ 1,60·10–19 = 1,85·108 eV = 185 MeV
bij de splijting van U-235 in Xe-140 en Sr-94 komt dus 185
MeV energie vrij
17