pgo-leidraad algeme natuurwetenschappen

PGO-LEIDRAAD ALGEME NATUURWETENSCHAPPEN
MODULE: Materie
GROEPSLEDEN: Joost Bus, Erik Hernaamt, Kenji van Keeken, Ruben Stollman
ARIKEL (TITEL): toepassingen van radioactiviteit
1. Verhelder onduidelijke termen en begrippen
Kosmische straling
ioniserende straling
2. Definieer het centrale probleem / vraag van het artikel
Hoe wordt radioactiviteit gebruikt in het dagelijks leven?
3. Analyseer het artikel / de rode draad
Koolstofdateringsmethode:
Kosmische straling zorgt er voor dat, in de ons omringende atmosfeer, koolstof-14 gevormd wordt uit
stikstof-14. De verhouding van dit radioactieve koolstof (14C) ten opzichte van het niet-radioactieve
koolstof (12C) is in alle levende planten en dieren dezelfde als in de lucht. Wanneer een plant of dier
sterft zal het gehalte van 14c geleidelijk aan minder worden. Omdat kkolstof-14 een halveringstijd
heeft van 5750 jaar kunnen wetenschappers zien hoelang geleden iets is `gestorven`. Omdat 12c
blijft bestaan en 14c wordt steeds minder en men weet dat 14c ooit evenveel was als 12c kunnen ze
dat bepalen
Industrie / transport:
In de industrie worden radioactieve stoffen en straling gebruikt in procesbewaking en bij metingen.
Energievoorziening:
nucleaire elektrische centrales ontwikkelen een enorme hoeveelheden energie, die bij
kernsplijtingen vrijkomt. Men dacht dit voor goede dingen te kunnen gebruiken maar het bleek al
snel dat er veel hoogradioactief afval vrijkomt.
Wetenschap:
Een element in een chemische verbinding wordt herkenbaar gemaakt door één of meerdere atomen
te vervangen door een radioactief isotoop. Omdat isotopen vrijwel dezelfde chemische
eigenschappen hebben, verlopen chemische reacties op identieke wijze. Zo kan men chemische
omzettingen of een transportproces op de voet volgen. De gemerkte atomen of moleculen worden
ook wel tracers genoemd.
Sterilisatie:
Een zeer belangrijke toepassing van gammastraling is de sterilisatie van voedingsmiddelen en
medische gebruiksartikelen, zoals verband en injectienaalden. Micro-organismen worden door een
hoge dosis straling namelijk gedood. Het doorstralen van gebruiksartikelen en voedingsmiddelen laat
geen straling of radioactieve stoffen achter.
Medische toepassingen:
Radiodiagnostiek (ook wel röntgendiagnostiek) is veruit de meest gebruikte toepassing van straling.
Het gaat hierbij om met behulp van uitwendige bestraling (de straling komt uit het röntgenapparaat)
een fotografisch beeld van het inwendige van het lichaam te verkrijgen.
Radiotherapie:
Is een behandelmethode waarbij men, met behulp van ioniserende stralen, probeert om bepaalde
soorten tumorcellen te vernietigen.
4. Orden de ideeën uit de analyse van het probleem
- radioactioactivieteit kan ook voor goede doeleinden gebruikt worden enkele voorbeelden zijn:
radiotherapie, koolstofdateringsmethode, energievoorzieningen en in de industrie.
5. Formuleer leerdoelen
6. Beantwoord je leerdoelen
7. Schrijf een korte samenvatting van de ‘oplossing’ van dit probleem
Toepassingen van radioactiviteit
De toepassingen
Koolstofdateringsmethode:
Kosmische straling zorgt er voor dat, in de ons omringende atmosfeer, koolstof-14 gevormd wordt uit stikstof-14. De
verhouding van dit radioactieve koolstof (14C) ten opzichte van het niet-radioactieve koolstof (12C) is in alle levende
planten en dieren dezelfde als in de lucht. Indien echter een plant of dier sterft dan stopt de toevoer van alle koolstof aan
dat organisme en zal het gehalte aan 14C, door radioactief verval, geleidelijk dalen.
Door nu de verhouding 14C/12C van organisch materiaal te bepalen is het mogelijk om uit te maken hoe lang het
geleden was dat dit organisch materiaal “leefde”. Zo hebben archeologen de ouderdom kunnen bepalen van vele
gevonden voorwerpen zoals kleren, leer, hout, touw en beenderen. Door de betrekkelijk korte halveringstijd (5750 jaar)
van 14C is deze methode niet geschikt voor de datering van voorwerpen ouder dan ongeveer 50 000 jaar.
Industrie / transport:
In de industrie worden radioactieve stoffen en straling gebruikt in procesbewaking en bij metingen. De absorptie van
ioniserende straling neemt toe met de dikte van de laag en de dichtheid van de materie. Zo in men bijvoorbeeld in staat
om dikten van materialen te meten of op peil te houden tijdens de productie.
Ook het scannen van auto’s, bagage en bolletjesslikkers behoort tot de toepassing van ioniserende straling
Energievoorziening:
Tijdens de Tweede Wereldoorlog slaagde men erin om kernbommen te maken die een ongekende vernietigingskracht
hadden. De Japanse steden Hiroshima en Nagasaki werden hierdoor verwoest. Honderdduizenden mensen werden
hiervan direct en indirect het slachtoffer. Na de oorlog werden nucleaire elektrische centrales ontwikkeld om de enorme
hoeveelheden energie, die bij kernsplijtingen vrijkomt, voor vreedzame doeleinden te gaan gebruiken. Echter van het in
het begin aanwezige optimisme is niet veel meer overgebleven. Dit omdat aan de kernsplijting (van uraan-235 en
plutonium-239) nogal wat bezwaren kleven, zoals het ontstaan van grote hoeveelheden hoogradioactief afval en de
gevaren voor het milieu bij calamiteiten en rampen.
Wetenschap:
In verscheidene takken van de wetenschap heeft men veel moeilijke problemen kunnen oplossen door gebruik te maken
van het feit dat nucleaire straling nogal makkelijk aantoonbaar is. Belangrijke toepassingen liggen onder andere op het
gebied van de fotosynthese, biochemie en het virusonderzoek. Een element in een chemische verbinding wordt
herkenbaar gemaakt door één of meerdere atomen te vervangen door een radioactief isotoop. Omdat isotopen vrijwel
dezelfde chemische eigenschappen hebben, verlopen chemische reacties op identieke wijze. Zo kan men chemische
omzettingen of een transportproces op de voet volgen. De gemerkte atomen of moleculen worden ook wel tracers
genoemd.
Sterilisatie:
Een zeer belangrijke toepassing van gammastraling is de sterilisatie van voedingsmiddelen en medische
gebruiksartikelen, zoals verband en injectienaalden. Micro-organismen worden door een hoge dosis straling namelijk
gedood. Het doorstralen van gebruiksartikelen en voedingsmiddelen laat geen straling of radioactieve stoffen achter.
Medische toepassingen:
Radiodiagnostiek (ook wel röntgendiagnostiek) is veruit de meest gebruikte toepassing van straling. Het gaat hierbij om
met behulp van uitwendige bestraling (de straling komt uit het röntgenapparaat) een fotografisch beeld van het
inwendige van het lichaam te verkrijgen. Dit beeld wordt vastgelegd op een fotografische plaat, die zich achter het
lichaam bevindt. Vaak wordt hierbij ook gebruik gemaakt van contrastmiddelen (die straling sterk absorberen) om
lichaamsholten, bloedvaten of contouren van organen zichtbaar te maken. Voorbeelden van radiodiagnostiek zijn een
foto van de borstkas (thoraxfoto) of skelet. Ook de zogenoemde mammografie behoort tot de radiodiagnostiek.
Een bijzondere vorm van radiodiagnostiek is de zogenoemde computertomografie (CT). Hierbij roteert een smalle
röntgenbundel om het te onderzoeken lichaamsdeel en tast zo het doorsnedevlak in een groot aantal hoeken af. De
verschillen in doorlaatbaarheid worden via een gevoelige stralingsdetector in een computer vastgelegd en gecorreleerd
aan de plaats van projectie. Uit alle projecties wordt met behulp van een computerprogramma het doorsnedebeeld
berekend.
thoraxfoto
computertomografie (CT)
Radiotherapie is een behandelmethode waarbij men, met behulp van ioniserende stralen, probeert om bepaalde
soorten tumorcellen te vernietigen. Deze straling wordt opgewekt in speciaal voor dit doel ontwikkelde apparatuur
(röntgenapparaten en lineaire versnellers). Ook radioactieve materialen (kobalt-60, radium, cesium en iridium) kunnen
worden gebruikt. Bestraling kan uitwendig worden gegeven of inwendig (brachytherapie). Bij inwendige bestraling wordt
een ingekapselde radioactieve bron in een lichaamsholte gebracht of direct in weefsel gestoken.
Vaak wordt deze behandelmethode toegepast in combinatie met chirurgie en chemotherapie.