3KGT H8 Atomen en straling

• Natuurkunde
• Middelbare school
• vmbo k, g, t
• Leerjaar 3

NS1 Natuurkunde

Fijn dat je er bent!

Pak alvast je spullen en leg je tas op de grond.

jeugdjournaal.nl

Vr 4 maart: Spannende nacht in Oekraïne,

Russen nemen kerncentrale over

• In een kerncentrale wordt energie opgewekt. Daarbij komen gevaarlijke, radioactieve deeltjes vrij.
• Er zijn strenge afspraken over hoe die worden opgeborgen, want als ze in de lucht komen is het erg gevaarlijk. Straling heet dat.
• Door die straling kunnen mensen heel ziek worden. Ze hebben bijvoorbeeld een grotere kans om kanker te krijgen.
  
• Bij een aantal kerncentrales is dat helemaal misgegaan, zoals in Tsjernobyl en Fukushima.

8.1 Atomen als stralingsbron

• Stoffen die deze straling uitzenden, zijn radioactief.
• Radioactieve stoffen vind je in heel kleine hoeveelheden overal om je heen. Veel van deze stoffen zijn van natuurlijke oorsprong. Je noemt zulke stoffen natuurlijk radioactief. Uraniumerts is een natuurlijk radioactief gesteente.

Radioactieve stoffen

• Na de ontdekking van radioactiviteit in 1896 hebben mensen geleerd om zelf nieuwe radioactieve stoffen te maken.
• Zulke stoffen noem je kunstmatig radioactief. Sommige van die stoffen zijn belangrijk in de geneeskunde

Atomen

• Om radioactiviteit te verklaren, moet je naar de bouwstenen kijken waaruit de moleculen zijn opgebouwd. Deze bouwstenen noem je atomen.
• Een stof als CO2, waarvan de moleculen uit verschillende soorten atomen bestaan, noem je een verbinding.

Atomen

• Ontleden betekent in stukjes ‘knippen’ en de verschillende onderdelen bekijken. Als je koolstofdioxide ontleedt, ontstaan er twee nieuwe stoffen: koolstof en zuurstof.
• Een element is een stof die je niet verder kunt ontleden, omdat hij uit één soort atomen bestaat.

De bouw van een atoom

• Eerst werd gedacht dat atomen de kleinste deeltjes zijn die er bestaan. Later werd duidelijk dat een atoom op zijn beurt uit nog kleinere deeltjes bestaat: protonen, neutronen en elektronen.

De bouw van een atoom

• Zoals elk atoom bestaat het uit een kern met daaromheen een aantal elektronen. Elektronen hebben een negatieve elektrische lading.
• De kern is veel kleiner dan het atoom zelf. Hij is opgebouwd uit twee soorten deeltjes: protonen en neutronen.

De bouw van een atoom

• Een proton heeft een positieve elektrische lading die even groot is als de negatieve lading van een elektron. Neutronen zijn, zoals hun naam al aangeeft, neutraal: ze hebben geen elektrische lading.

De bouw van een atoom

• Een atoom heeft evenveel protonen als elektronen. Daardoor is een atoom als geheel elektrisch neutraal: je kunt de positieve lading van de protonen ‘wegstrepen’ tegen de negatieve lading van de elektronen.

Isotopen

• Elk element heeft zijn eigen atoomnummer, dat gelijk is aan het aantal protonen in de kern.
• De atoomkernen van één element kunnen wel een verschillend aantal neutronen hebben. Je zegt dan dat het element verschillende isotopen heeft.

Isotopen

• Om isotopen van elkaar te onderscheiden, kijk je naar het totale aantal kerndeeltjes: het aantal protonen plus het aantal neutronen.
• Zo heeft koolstof drie isotopen. De getallen waarmee je de isotopen van elkaar onderscheidt, noem je massagetallen. 

Isotopen

• Het massagetal geeft aan hoe groot het aantal kerndeeltjes is, maar is ook een maat voor de totale atoommassa.
• massagetal = aantal protonen + aantal neutronen

Isotopen

• De drie isotopen van koolstof zien er precies hetzelfde uit. Ze hebben scheikundig gezien dezelfde eigenschappen.
• De dichtheid van de isotopen is wel verschillend. Dat komt doordat het aantal kerndeeltjes in de atoomkernen verschillend is.

Isotopen

• Er is nog een ander belangrijk verschil. De atomen van C‐14 kunnen ioniserende straling produceren.
• Je zegt dat C‐14 een radioactieve isotoop van koolstof is

Instructie opgaven

Wat?                    Opgaven 1 tot en met 11

Hoe?                    Zelfstandig/alleen, boek blz 202 - 205

Hulp?                  Boek, blz 198 - 201

Tijd?                     Einde van de les / volgende les af

Uitkomst?         Samen nakijken en verbeteren

Klaar?                 Ander vak, leesboek of puzzeltijd

Toetsen 3K

Alle onderdelen ingeleverd voor PO Licht?!

Toetsen inhalen:

Erfan

Shaylandro

Nick

Jens

Pieter

8.2 Radioactief verval

• Veel elementen hebben zowel radioactieve als niet-radioactieve isotopen.
• C‐12 en C‐13, de meest voorkomende isotopen van koolstof, zijn niet radioactief. De isotoop C‐14, die veel minder voorkomt, is dat wel.

Radioactief verval

• Een radioactieve isotoop heeft atoomkernen die instabiel zijn.
• Het aantal protonen en neutronen in de kern is dan niet goed in evenwicht.
• Hierdoor kunnen deze atoomkernen spontaan, zonder invloed van buitenaf, uit elkaar vallen.
• Dit noem je radioactief verval.
• Als gevolg daarvan zendt zo’n atoomkern heel kort, in een flits, ioniserende straling uit.

Stabiele en instabiele kernen

• Bij radioactief verval ontstaat een nieuwe atoomkern met nieuwe eigenschappen.
• De atoomkernen van C‐14 veranderen bijvoorbeeld in atoomkernen van N‐14, een isotoop van stikstof die zelf niet radioactief is.
• Dit noem je een kernreactie.
• Net als bij een chemische reactie verdwijnt er een stof (in dit geval C‐14) en ontstaat er een stof(in dit geval N‐14).

Ioniseren

• Doordat er steeds atoomkernen vervallen, zenden radioactieve stoffen de hele tijd ioniserende straling uit.
• De stralingsenergie in deze straling is zo geconcentreerd dat ze de verbinding tussen de atomen in een molecuul kan verbreken.
• Dit noem je ioniseren.
• De moleculen vallen daardoor in brokstukken uit elkaar.

Activiteit

• In een radioactief voorwerp zijn er voortdurend atoomkernen die vervallen.
• Het aantal kernen dat in één seconde vervalt, noem je de activiteit.
• Je meet de activiteit in becquerel (Bq). Bij een activiteit van 100 Bq vervallen er elke seconde honderd kernen.

Activiteit

• Een veelgebruikt instrument om de ioniserende straling te meten die een radioactieve stof uitzendt, is de geigerteller.
• Als je dit apparaat bij een radioactief voorwerp houdt, begint het te klikken. Hoe sneller de klikken elkaar opvolgen, des te meer straling de teller opvangt.

Halveringstijd

• De activiteit van een hoeveelheid radioactief materiaal wordt steeds kleiner. Dat komt doordat er steeds minder instabiele kernen overblijven.
• De tijd T is de halveringstijd of halfwaardetijd. Na die halveringstijd:
  
• • is de helft van de oorspronkelijke, instabiele atoomkernen verdwenen, en
  
• • hoeveelheid straling, helft verminderd.
• Elke radioactieve isotoop heeft een eigen, kenmerkende halveringstijd.

Halveringstijd

________________

______

________

Instructie opgaven

Wat?                    Opgaven 1 tot en met 11

Hoe?                    Zelfstandig/alleen, boek blz 202 - 205

Hulp?                  Boek, blz 198 - 201

Tijd?                     Einde van de les / volgende les af

Uitkomst?         Samen nakijken en verbeteren

Klaar?                 Ander vak, leesboek of puzzeltijd

8.3 Straling gebruiken

• Door radioactieve stoffen worden verschillende soorten ioniserende straling uitgezonden: alfastraling, bètastraling en gammastraling. 
• De ene soort straling heeft een veel groter doordringend vermogen dan de andere.
• De dracht geeft aan hoe ver de straling in een stof kan doordringen. Gammastraling kun je nooit helemaal tegenhouden. Daarom kun je voor deze soort straling ook geen dracht noemen.

8.3 Straling gebruiken

• Door radioactieve stoffen worden verschillende soorten ioniserende straling uitgezonden: alfastraling, bètastraling en gammastraling. 
• De ene soort straling heeft een veel groter doordringend vermogen dan de andere.
• De dracht geeft aan hoe ver de straling in een stof kan doordringen. Gammastraling kun je nooit helemaal tegenhouden. Daarom kun je voor deze soort straling ook geen dracht noemen.

Onderzoek met gammastraling

• Bij medisch onderzoek wordt vaak gebruikgemaakt van gammastraling. Met een gammacamera kan medisch personeel afbeeldingen maken van organen in je lichaam.
• Een tracer is een stof die vooral door een specifiek orgaan wordt opgenomen. De stof wordt kunstmatig radioactief gemaakt door er atomen ‘in te bouwen’ van een isotoop die gammastraling uitzendt.

Onderzoek met gammastraling

• Bij medisch onderzoek wordt vaak gebruikgemaakt van gammastraling. Met een gammacamera kan medisch personeel afbeeldingen maken van organen in je lichaam.
• Een tracer (Radioactieve merkstof) is een stof die vooral door een specifiek orgaan wordt opgenomen. De stof wordt kunstmatig radioactief gemaakt door er atomen ‘in te bouwen’ van een isotoop die gammastraling uitzendt.

Bestraling van buitenaf

• Ioniserende straling wordt gebruikt om kanker te bestrijden. De straling kan kankercellen zó beschadigen dat ze doodgaan. 
• Een radioactieve bron beweegt rond het lichaam en bestraalt het gezwel van verschillende kanten. Omdat de straling van buiten het lichaam komt, is de patiënt na de behandeling niet radioactief.

Bestraling van buitenaf

• Voor bestraling van buitenaf wordt altijd gammastraling gebruikt.
• Gammastraling kan ver in het lichaam doordringen en richt veel schade aan in de kankercellen.
• Lichaamsdelen die niet mogen worden bestraald, worden afgeschermd met loden platen of een loodschort.

Bestraling van binnenuit

• Er zijn ook behandelingen waarbij het lichaam van binnenuit wordt bestraald.
• Artsen brengen dan een radioactieve stof in het lichaam.
• Bij bestraling van binnenuit wordt de patiënt zelf tijdelijk radioactief. Er is een radioactieve stof in het lichaam gebracht en die blijft ook na de behandeling nog enkele weken tot maanden aanwezig. 
• Waarom worden isotopen met een korte halveringstijd gebruikt?

Instructie opgaven

Wat?                    Opgaven 1 tot en met 11

Hoe?                    Zelfstandig/alleen, boek blz 223

Hulp?                  Boek

Tijd?                     Einde van de les / volgende les af

Uitkomst?         Samen nakijken en verbeteren

Klaar?                 Ander vak, leesboek of puzzeltijd

8.4Bescherming tegen straling

• Mensen die een extreem hoge dosis straling oplopen, overlijden vrijwel meteen.
• Bij een iets minder hoge dosis word je na enkele dagen of weken ernstig ziek.
• Mensen die een lage dosis straling oplopen, merken daar op het moment zelf niets van.
• Wel is de kans groter dat ze later kanker krijgen. Ook wordt de kans groter dat ze kinderen krijgen met een aangeboren afwijking.

Gevaren van straling

• Bij bestraling van buitenaf is gammastraling het meest schadelijk.
• Bij bestraling van binnenuit zijn alle soorten straling gevaarlijk. De cellen van je lichaam staan dan direct aan de straling bloot.
• Alfastraling levert het meeste risico op, omdat deze straling in een klein gebied rond de bron wordt geabsorbeerd en daar grote schade aanricht.

Bescherming tegen bestraling

• Welke voorzorgsmaatregelen?
• Tijd zo kort mogelijk
• Afstand zo groot mogelijk
• Afschermingsmateriaal gebruiken dat de straling absorbeert. Dat is vooral belangrijk voor gammastraling, de soort straling met het grootste doordringende vermogen. Een veelgebruikt afschermingsmateriaal is lood.
• Hoe dikker de laag lood is, hoe meer gammastraling er wordt geabsorbeerd en hoe minder er wordt doorgelaten.

Besmetting voorkomen

• Radioactieve stoffen mogen niet terechtkomen in de bodem, het grondwater of de lucht. Als dat toch gebeurt, zeg je dat er radioactieve besmetting (vervuiling) heeft plaatsgevonden. Er kunnen dan radioactieve stoffen in je lichaam terechtkomen:
  
• via de lucht die je inademt; via het water dat je drinkt; via het voedsel dat je eet.
• Het gevolg is dat je lichaam inwendig wordt bestraald.

Besmetting voorkomen

• Werk alleen met radioactieve stoffen in daarvoor aangewezen ruimtes.
  
• Doe een jas en schoenhoezen aan als je een werkruimte binnengaat (figuur 3).
  
• Let er goed op dat je geen radioactieve stoffen morst.
  
• Was altijd eerst je handen grondig als je de werkruimte verlaat.
  
• Controleer regelmatig of de werkruimtes niet radioactief besmet zijn.

Maatregelen bij besmetting

• Ondanks alle voorzorgsmaatregelen kan het toch gebeuren dat er radioactieve besmetting plaatsvindt.
• Mensen moeten besmette kleding uittrekken en meteen gaan douchen.
  
• De besmette kleding moet zorgvuldig worden opgeborgen.
  
• Besmette ruimtes moeten worden schoongemaakt (ontsmet).
• één uitgangspunt: houd radioactieve stoffen uit de buurt van mensen

Instructie opgaven

Wat?                    Opgaven 1 tot en met 9

Hoe?                    Zelfstandig/alleen, boek blz 235

Hulp?                  Boek

Tijd?                     Einde van de les / volgende les af

Uitkomst?         Samen nakijken en verbeteren

Klaar?                 Ander vak, leesboek of puzzeltijd