Ionisatie van lucht door röntgenstraling

Faculteit Bètawetenschappen
Ioniserende Stralen Practicum
Experiment 15
Naam:
……………………………………………...
Ionisatie van lucht door röntgenstraling
Doel
 Bepalen van het verband tussen de ionisatiestroom I en de spanning U over twee condensatorplaten
waar röntgenstraling tussendoor valt.
 Bepalen van het exposietempo van de röntgenbuis.
Opstelling
De röntgenbuis zit in een kast met een voorkant
van loodglas dat de geproduceerde röntgenvoeding
straling vrijwel volledig absorbeert. In de voorkant
van de kast staan twee condensatorplaten, aangesloten op een variabele spanningsbron. De
ionisatiestroom in de lucht tussen de twee platen
versterker
röntgenapparaat
is na versterking te meten met een stroommeter.
Let op: Je schakelt de röntgenbuis in door de rode knop aan de bovenzijde ingedrukt te houden. Bij loslaten schakelt het apparaat uit. Schakel het apparaat niet langer dan zo’n 5 s in om oververhitting van
de röntgenbuis te voorkomen.
Lees eerst de inleiding op pg. 18 van het oranje boekje ISP Experimenten over het ontstaan van een
ionisatiestroom tussen twee condensatorplaten.
Metingen
1 Stel de spanning in op 0 V en stel zo nodig de stroomsterkte in op 0 A met de daarvoor bestemde
knop op de versterker.
2 Zet een spanning U van 20 V (afleesbaar op de spanningsmeter) over de condensatorplaten. Schakel
de röntgenbuis in, lees de bijbehorende stroomsterkte I af en schakel de röntgenbuis weer uit. Noteer
het meetresultaat in de tabel hieronder.
3 Herhaal deze meting bij de andere in de tabel genoemde waarden van de spanning.
U (V)
20
40
70
100
150
200
250
300
350
400
450
500
650
800
Uitwerking
1 Maak hiernaast een grafiek van je meetresultaten.
2 Vanaf een bepaalde waarde van de spanning
treedt een verzadigingsstroom op: bij verder
toenemende spanning verandert de ionisatiestroom niet meer. Verklaar dit verschijnsel.
……………………………………………………
……………………………………………………
……………………………………………………
……………………………………………………
……………………………………………………
……………………………………………………
……………………………………………………
……………………………………………………
……………………………………………………
……………………………………………………
→ ionisatiestroom I (10–9 A)
I (10–9 A)
→ spanning U (V)
Met het resultaat van deze metingen is het exposietempo van het röntgenapparaat te bepalen. De
exposie is de door röntgenstraling gevormde lading per kg lucht. De eenheid van exposie is dus coulomb
(de eenheid van lading) per kilogram (de eenheid van massa). Of, afgekort: C/kg. Het exposietempo is
dan de exposie per seconde, met als eenheid C/kg·s (zie het oranje boekje ISP Experimenten, pg. 34).
Uit het exposietempo van het röntgenapparaat is de stralingsbelasting door röntgenstraling te
berekenen.
3 Bereken het exposietempo van het röntgenapparaat (binnen de met loodglas afgeschermde voorkant)
door de volgende regels aan te vullen:
 De gevonden verzadigingsstroom volgens de bij opdracht 1 getekende grafiek is ……… A.
 De hoeveelheid per seconde gevormde lading in de lucht tussen de condensatorplaten is dus
……… C/s.
Aanwijzing: De stroomsterkte (in ampère) is gedefinieerd als de hoeveelheid lading (in coulomb) die
per seconde door de dwarsdoorsnede van een stroomdraad loopt. Of, in het geval van dit experiment:
de hoeveelheid lading (in coulomb) die per seconde in de lucht tussen de condensatorplaten wordt
gevormd.
 Tussen de condensatorplaten bevindt zich 2,27·10–4 kg lucht. Bereken nu het exposietempo van
het röntgenapparaat.
………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………
Exposietempo: ……… C/(kg·s)
4 Een exposie van 1 C/kg komt overeen met een equivalente dosis van 40 Sv. Bereken hoe lang het
röntgenapparaat in dit experiment moet worden ingeschakeld om een equivalente dosis te geven die
vergelijkbaar is met de equivalente dosis van 1 mSv bij het maken van een röntgenfoto van een
gebroken been.
………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………
Inschakeltijd: ……… s
5 De exposie is een maat voor de stralingsbelasting, niet alleen door röntgenstraling maar door
ioniserende straling in het algemeen. Een oude eenheid van exposie is de röntgen (symbool: R) (zie
pg. 35 van het oranje boekje ISP Experimenten). Deze eenheid wordt echter nog steeds gebruikt,
bijvoorbeeld in Rusland.
Na de explosie van de kerncentrale in Chernobyl (1986) zijn de mensen die betrokken waren bij de
bestrijding van de gevolgen van deze ramp bestraald. Zo werd een brandweerman blootgesteld aan
een exposie van 5000 R. Voor een piloot die de ramp vanuit de lucht filmde was dat 1500 R.
Bereken met de gegevens op pg. 35 van het oranje boekje ISP Experimenten en de gegevens van
opdracht 4 de dosis die beide mensen hebben opgelopen.
………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………
Brandweerman: ……… Sv
Piloot:
……… Sv
ISP – 2013