1 / 47

Samenvatting Ioniserende straling HAVO

Faculteit Bètawetenschappen Ioniserende Stralen Practicum | ISP. Samenvatting Ioniserende straling HAVO. Inhoud. 1 Soorten ioniserende straling 2 Radioactief verval 3 Effecten van ioniserende straling 4 Medische beeldvorming 5 Kernenergie. 1 Soorten ioniserende straling. • Atoombouw

kipling
Download Presentation

Samenvatting Ioniserende straling HAVO

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript


  1. Faculteit Bètawetenschappen Ioniserende Stralen Practicum | ISP Samenvatting Ioniserende straling HAVO

  2. Inhoud • 1 Soorten ioniserende straling • 2 Radioactief verval • 3 Effecten van ioniserende straling • 4 Medische beeldvorming • 5 Kernenergie

  3. 1 Soorten ioniserende straling •Atoombouw • Röntgenstraling • Kernstraling • Ioniserend vermogen • Doordringend vermogen • Bronnen • Detectie

  4. Atoombouw •kern (protonen en neutronen) en elektronenwolk (elektronen in schillen) • atoomnummerZ: aantal protonen in de kern •massagetalA: aantal nucleonen (of kerndeeltjes: protonen en neutronen) • notatie: • isotopen: hetzelfde aantal protonen (Z) in de kern (dus: hetzelfde element X), maar verschillend aantal neutronen (N) in de kern en dus verschillend massagetal (A = Z + N)

  5. Röntgenstraling • • bron: röntgenbuis • • eigenschappen: ioniserend en doordringend vermogen • • soort straling: fotonen (energie • groter dan fotonenergie bij licht • en uv-straling)

  6. Kernstraling • • bron: instabiele istopen • • eigenschappen: ioniserend en doordringend vermogen • • soort straling:instabiele kern verandert in een andere kern onder uitzending van α-, β- of γ-straling • • α-straling:heliumkernen ( ) • • β-straling:elektronen ( ) • • γ-straling:fotonen (energie groter dan fotonenergie bij röntgenstraling)

  7. Ioniserend vermogen • • bij doordringen van straling in een stof wordt energie afgegeven aan elektronen in de buitenste schillen van de atomen • • stralingsdeeltje (bij α- en β-straling) of foton (bij röntgen- en γ-straling) stoot bij botsing een elektron uit het atoom: ionisatie

  8. Doordringend vermogen • • α- en β-straling: dracht • •dracht R:afstand waarover het stralingsdeeltje al zijn energie heeft afgegeven aan het materiaal – hangt af van de soort straling, de energie van het stralings-deeltje en de dichtheid van het materiaal

  9. Doordringend vermogen • • röntgen- en γ-straling: halveringsdikte • •halveringsdikte d1/2: afstand waarover een materiaal de helft van de invallende fotonen heeft geabsor-beerd – hangt af van de fotonenergie en de dichtheid van het materiaal • • de intensiteit Id van de • doorgelaten straling neemt • af met de dikte d van het • materiaal: na elke halverings- • dikte is de intensiteit een • factor 2 kleiner

  10. Doordringend vermogen • • voor de intensiteit Id van de doorgelaten straling als functie van de dikte d geldt: • met • • in deze formule is I0 de intensiteit van de invallende straling • • de doorlaatkromme geeft de • intensiteit Id als functie van de • dikte d

  11. Ioniserend en doordringend vermogen

  12. Bronnen • natuurlijke stralingsbronnen: achtergrondstraling • • kosmos • • bodem, water en lucht > voedsel en bouwmaterialen • kunstmatige stralingsbronnen • • medische toepassingen: diagnose en therapie • • kernreactoren, opslagplaatsen van radioactief afval • • deeltjesversnellers • • consumentenproducten zoals rookmelders • • fall-out door nucleaire rampen en kernbomproeven

  13. Detectie • Geiger-Müller telbuis • • vooral gevoelig voor β- deeltjes • • deeltje veroorzaakt ionisatie van gasatomen in de telbuis • • de vrijgemaakte elektronen leveren een spannings-puls • • elektronische teller telt het aantal • pulsen

  14. Detectie • Dosismeter • • bevat materiaal dat de energie • van de invallende straling • absorbeert • • vroeger een fotografische film – na ontwikkelen bepaalt de zwarting de dosis • • tegenwoordig thermoluminescentie – straling brengt atomen in aangeslagen toestand, na verhitting komt energie vrij in de vorm van licht: de lichtintensiteit bepaalt de dosis. • • uitvoering als badge

  15. 2 Radioactief verval • • Halveringstijd • • Activiteit • • Vervalvergelijking

  16. Halveringstijd • • bij radioactief verval verandert eeninstabiele kern in een andere kern onder uitzending van α-, β- of γ-straling • • de halveringstijdt1/2 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 • •voor het aantal instabiele kernen Nt in de loop van de tijd t geldt: • met

  17. Activiteit • • de activiteitA 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 • •de vervalkrommegeeft de • activiteit At als functie van • de tijd t

  18. Activiteit • •voor de activiteit Atvan een radioactieve bron in de loop van de tijd t geldt: • met • •in deze formule is A0 de activiteit op het tijdstip • t = 0 s

  19. Activiteit • •de activiteit Atvan een radioactieve bron op het tijdstip t is de helling van de raaklijn op dat tijdstip in het N,t-diagram: • •voor de gemiddelde activiteit • Agem over een periode Δt • geldt: N0 Nt

  20. 4 He A X 2 Z A-4 Y Z-2 Vervalvergelijking • •α-verval: • • het α-deeltje is een heliumkern • • behoudsprincipes: • massagetal: A = (A – 4) + 4 • atoomnummer: Z = (Z – 2) + 2

  21. A A X Y Z Z+1 β Vervalvergelijking • •β-verval: • • het β-deeltje is een elektron • • behoudsprincipes: • massagetal: A = A + 0 • atoomnummer: Z = (Z + 1) – 1 • • bij β-verval vervalt een neutron in de kern tot een proton en een elektron: • • het elektron wordt door de kern uitgestoten

  22. Am Y Z γ A Y Z Vervalvergelijking • •γ-verval: • • 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

  23. 3 Effecten van ioniserende straling • •Bron – straling – ontvanger • • Bestraling en besmetting • • Dosis en equivalente dosis • • Beschermingsmaatregelen • • Afwegen van risico’s

  24. besmetting bron ioniserende straling ontvanger radioactiviteit bestraling soorten straling ioniserend vermogen doordringend vermogen dosis equivalente dosis absorptie halveringsdikte radioactieve stof radioactief verval activiteit halveringstijd Bron – straling – ontvanger • schema:

  25. bron ioniserende straling ontvanger besmetting radioactiviteit bestraling Bestraling en besmetting • • bij bestraling absorbeert een ontvanger straling ‘van buitenaf’: uitwendige bestraling • • bij besmetting heeft een ontvanger zelf radioactieve stoffen binnengekregen (op of in het lichaam) en ontvangt daardoor straling ‘van binnenuit’: inwendige bestraling

  26. Dosis en equivalente dosis • • de dosisD is de geabsorbeerde stralingsenergie per kilogram van het absorberende materiaal: • •eenheid: gray (Gy) (1 Gy = 1J/kg) • •de equivalente dosisH is de dosis, gecorrigeerd voor het biologisch effect (of de aangerichte schade) van de verschillende soorten straling: • • eenheid: sievert (Sv) • • weegfactor: wR,α = 20 en wR,β,γ,rö= 1

  27. Dosis en equivalente dosis • rekenvoorbeeld • • lichaamsweefsel met een massa van 5 kg absorbeert bij bestraling met α-straling 0,05 J stralingsenergie • • dosis: • •equivalente dosis:

  28. Beschermingsmaatregelen • •de jaarlijkse equivalente dosis van zo’n 2 mSv als gevolg van de natuurlijke achtergrondstraling is onontkoombaar • • de ontvangen extra dosis moet zo laag mogelijk zijn en onder de dosislimiet blijven • • er zijn drie mogelijkheden om het stralingsrisico voor stralingswerkers te beperken: • • verkorten van de tijd dat de stralingswerker met de bron bezig is • •afscherming van de bron • • vergroten van de afstand tot de bron

  29. Afwegen van risico’s • • toepassingen moeten gerechtvaardigd zijn • • de ontvangen stralingsdosis moet zo laag mogelijk zijn en onder de dosislimiet blijven • • bij medisch diagnostische stralingstoepassingen steeds nagaan of er alternatieven zijn (zoals MRI of echoscopie) • • voor medisch therapeutische stralingstoepassingen (bestraling) geldt een andere afweging: het risico van niet behandelen tegenover het risico van de stralingsdosis • •deze stralingsdosis valt niet onder de dosislimiet

  30. 4 Medische beeldvorming • •Beeldvormingstechnieken • • Stralingsdosis

  31. Beeldvormingstechnieken • ioniserende straling röntgenfotografie computertomografie (CT) nucleaire diagnostiek •geluidsgolven echografie • radiogolven magneticresonance imaging (MRI) absorptie en transmissie van röntgenstraling uitzenden van γ-straling door tracer bij radioactief verval terugkaatsen van ultrasone geluidsgolven uitzenden van radiogolven door waterstofkernen in een magnetisch veld

  32. Stralingsdosis • ioniserende straling röntgenfotografie computertomografie (CT) nucleaire diagnostiek •geluidsgolven echografie • radiogolven magneticresonance imaging (MRI) klein 0,1 mSv groot 10 mSv matig 5 mSv geen geen

  33. 5 Kernenergie • •Kernsplijting • • Kernsplijtingsenergie • • Kettingreactie • • Kernreactor • • Splijtstofstaven • • Moderator • • Regelstaven • • Splijtstofcyclus • • Kernafval • • Veiligheidsaspecten • • Milieuaspecten

  34. • bij beschieting met neutronen kan een zware atoomkern splijten • een voorbeeld is de splijting van de uraniumisotoop U-235: • de splijtingsproducten zijn instabiel en vervallen onder uitzenden van α-, β- en/of γ-straling Kernsplijting

  35. • 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: • 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-eenheidu Kernsplijtingsenergie

  36. rekenvoorbeeld • splijtingsreactie: • voor splijting na splijting • massadefect: m = 0,198·u = 0,198·1,66·10–27 = 3,29·10–28 kg Kernsplijtingsenergie

  37. 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  1 J = 1/1,60·10–19 = 6,25·1018 eV • energie: E = 2,96·10–11·6,25·1018 = 1,85·108 eV = 185 MeV • bij de splijting van U-235 in Xe-140 en Sr-94 komt dus 185 MeV energie vrij Kernsplijtingsenergie

  38. Kettingreactie • • bij de splijting van U-235 ontstaan twee of drie vrije neutronen • • deze vrije neutronen kunnen op hun beurt weer nieuwe uraniumkernen splijten: zo ontstaat een kettingreactie

  39. Kernreactor • • in een kernreactor is sprake van een gecontroleerde kettingreactie van kernsplijtingen om energie vrij te maken: elke kernsplijting veroorzaakt één volgende kernsplijting • • de energie wordt gebruikt om stoom te maken • • de stoom drijft een turbine/ • generator-combinatie aan • • de kerncentrale levert elek- • trische energie

  40. Splijtstofstaven • • in de kernreactor zit de splijtstof (U-235) in splijtstof-staven • • natuurlijk uranium bestaat vooral uit U-238 en slechts voor 0,7% uit het splijtbare U-235 • • voor het kernsplijtingsproces is verrijkt uranium met 3 tot 5% U-235 nodig • • uit het U-238 in de splijtstofstaven ontstaat plutonium (Pu-239) door absorptie van neutronen:

  41. Moderator • • voor splijting van een uraniumkern is een langzaam neutron nodig • • de neutronen die ontstaan bij splijting van een uraniumkern hebben een grote snelheid • • om deze neutronen zodanig af te remmen dat ze een nieuwe uraniumkern kunnen splijten – • en zo de kettingreactie in stand kunnen • houden – is een moderator nodig • • in een kerncentrale is de moderator • meestal water

  42. Regelstaven • • de kettingreactie van kernsplijtingen wordt onder controle gehouden met regelstaven • • deze regelstaven bestaan uit een materiaal dat neutronen absorbeert zonder dat er verdere reacties optreden: boor of cadmium • • in een kritische reactor veroorzaakt precies één van de bij splijting vrijkomende neutronen een nieuwe splijtingsreactie • • de kernreactor levert dan een constant vermogen

  43. kerncentrale productie splijtstofstaven uranium- verrijking opwerking splijtstofstaven uranium- winning radioactief afval Splijtstofcyclus • • schema:

  44. Kernafval • • in een kerncentrale, maar ook in ziekenhuizen en onderzoekscentra wordt kernafval geproduceerd • • laag- en middelradioactief afval zoals kleding, papier, water- en luchtfilters wordt in Nederland boven-gronds opgeslagen bij de COVRA • • hoogradioactief kernsplijtingsafval gaat vanuit Nederland naar Frankrijk voor opwerking • • bij opwerking wordt het overgebleven uranium en het gevormde plutonium uit het kernsplijtingsafval gehaald voor hergebruik als splijtstof

  45. Veiligheidsaspecten • • in een Nederlandse kerncentrale wordt zorgvuldig gelet op de veiligheid door: • • ontwerp van de centrale met veiligheidsomhulling • • correct onderhoud van de centrale • • regels en procedures bij het werken met de centrale • • toezicht van de overheid op naleving van de regels

  46. Milieuaspecten • • bij normaal functioneren levert een kerncentrale een extra stralingsdosis van niet meer dan 10 μSv per jaar per persoon • • een kerncentrale van 1000 MW verbruikt per dag 3,2 kg uranium, een kolencentrale heeft voor eenzelfde energieproductie 10.600 ton steenkool nodig • • de voorraden splijtstof (uranium) en fossiele brand-stof (aardgas, aardolie en steenkool) zijn eindig • • een thermische centrale (op fossiele brandstof) draagt bij aan versterking van het broeikaseffect, een kerncentrale levert hoogradioactief kernsplijtings-afval

  47. Informatie • • onder achtergrondinformatie op het leerlingendeel van deze website staat aanvullende informatie over onder andere de eigenschappen, de effecten en de toepassingen van ioniserende straling

More Related