Kernfysica halfwaardetijd

Kernfysica

STRALING

1 / 96

Slide 1: Slide

NatuurkundeMiddelbare schoolvwoLeerjaar 2

This lesson contains 96 slides, with interactive quizzes, text slides and 6 videos.

Lesson duration is: 50 min

Items in this lesson

Kernfysica

STRALING

Slide 1 - Slide

DOELEN

1- Je kunt het begrip ioniserende straling beschrijven.

2- Je kunt de begrippen alfa-, bèta- en gammastraling omschrijven.

3- Je kunt alfa-, bèta en gammaverval voorstellen doormiddel van een reactievergelijking.

4- Je kunt het ioniserend en doordringend vermogen van de verschillende soorten ioniserende straling benoemen.

5- Je kunt het begrip halfwaardetijd omschrijven.

6- Je kunt de halfwaardetijd berekenen en grafisch afleiden.

7- Je kunt de activiteit van straling berekenen.

Slide 2 - Slide

STRALING

- Deel 1: Soorten elektromagnetische straling

- Deel 2: formule voor golflengte

- Deel 3: Eigenschappen alfa-, bèta en gammastraling

- Deel 4: Vervalvergelijkingen

Slide 3 - Slide

Deel 1

Soorten elektromagnetische straling

Slide 4 - Slide

Slide 5 - Slide

Slide 6 - Video

Wanneer straling op een voorwerp valt, kunnen er drie dingen gebeuren:

Absorptie

De straling wordt geabsorbeerd door het materiaal van het voorwerp. Dit kan leiden tot een temperatuurstijging of tot chemische of elektrische reacties, afhankelijk van het type straling. Bijvoorbeeld: zonlicht dat warmte opwekt op een zwart oppervlak.

Reflectie

De straling wordt teruggekaatst door het oppervlak van het voorwerp. Dit gebeurt vaak bij glanzende of gladde oppervlakken, zoals een spiegel. De hoek van inval is hierbij gelijk aan de hoek van reflectie.

Transmissie

De straling gaat door het voorwerp heen, waarbij het materiaal transparant of doorschijnend moet zijn voor dat type straling. Bijvoorbeeld: licht dat door een glasraam gaat of röntgenstralen die door zachte weefsels in het lichaam gaan.

Slide 7 - Slide

Ioniserende straling

Instabiele nucliden vervallen tot stabiele nucliden.

Wat gebeurt er bij verval?

--> radioactief verval of kortweg radioactiviteit.

Slide 8 - Slide

Stralingsbelasting

Slide 9 - Slide

Soorten straling

Alfastraling en bètastraling bestaan uit hoog energetische deeltjes.
Gammastraling is een vorm van hoog energetische elektromagnetische straling.

Slide 10 - Slide

Soort straling en weegfactor straling

Slide 11 - Slide

Effectieve dosis en het effect van de straling

Slide 12 - Slide

Weefselweegfactor

Slide 13 - Slide

Slide 14 - Slide

Besmetting en regels

Slide 15 - Slide

Hoe activiteit meten

Geigerteller (Geiger-Müller-teller)

- Achtergrondstraling

- Telt het aantal deeltjes in pulsen

- Becquerel (Bq)

Wordt veel gebruikt in laboratoria, industrie en persoonlijke stralingsmeters.

Slide 16 - Slide

Dosismeter

Meet de stralingsdosis die is geabsorbeerd door materiaal of een persoon.

Vooral gebruikt voor stralingsbescherming en persoonlijke monitoring (bijvoorbeeld in kerncentrales of medische laboratoria)

Slide 17 - Slide

Slide 18 - Slide

Kleine frequentie

Grote golflengte

Kleine energie

Grote frequentie

Kleine golflengte

Grote energie

Zet het spectrum op de juiste volgorde

Infrarood-straling

Radiogolven

Zichtbaar licht

Röntgenstraling

Gamma-straling

Ultraviolet-straling

Slide 19 - Drag question

Wat is de snelheid van elektromagnetische golven zoals radiosignalen?

3,0*10^8 m/s

343 m/s

oneindig groot

hangt af van de temperatuur

Slide 20 - Quiz

Welk soort straling heeft een golflengte tussen 10 nm en 0,01 nm

Zichtbaar licht

radiogolven

röntgenstraling

gammastraling

Slide 21 - Quiz

Welk soort elektromagnetische straling beweegt ongehinderd dwars door een muur heen?

Zichtbaar licht

Gammastraling

UV-straling

Slide 22 - Quiz

Welke 3 dingen kunnen er gebeuren wanneer straling op een voorwerp valt?

Slide 23 - Open question

Als infraroodstraling op jouw huid valt treedt er ..... op

transmissie

doorlating

reflectie

absorbtie

Slide 24 - Quiz

Deel 2

Formule golflengte

Slide 25 - Slide

Slide 26 - Video

Formule

λ = \frac{​ c ​ ​}{​ f ​}

Grootheid: Golflengte

Eenheid: meter [m]

Grootheid: Lichtsnelheid

Eenheid: meter per seconde [m/s]

Dit is ALTIJD 300.000.000 m/s

Grootheid: Frequentie

Eenheid: Hertz [Hz]

Slide 27 - Slide

Voorbeeldvraag

a. Bepaal de golflengte

b. Wat voor soort straling is dit?

c. Wat is de frequentie van deze golf?

*probeer deze vraag eerst zelf op te lossen, de uitwerking staat op de volgende slide*

Slide 28 - Slide

Uitwerking A

a. Bepaal de golflengte

De golflengte is de lengte van de golf, je gaat dus kijken naar de afbeelding. Je ziet in de afbeelding dat het begin en het einde van de golf (van top tot top of van dal tot dal, maakt niet uit)

Je ziet dat de golf 3,5 hokje lang is, dat betekent dat de golf 3,5 x 2meter = 7 meter lang is.

λ = 7 m

Slide 29 - Slide

Uitwerking B

b. Wat voor soort straling is dit?

Je kijkt naar figuur 3 (blz. 281) in jouw boek. De bovenste rij getallen is de golflengte, je ziet dat een golflengte van 7 meter radiogolven zijn.

*Die getallen van figuur 3 hoef je niet uit jouw hoofd te leren, als dit een toetsvraag was zou je dit figuurtje erbij krijgen*

λ = 7 m

Slide 30 - Slide

Uitwerking C

c. Wat is de frequentie van deze golf?

gegeven gevraagd

f = ?? Hz

m/s

oplossing

λ = 7 m

c = 3, 0 \cdot 10^{​ 8 ​ ​}

λ = \frac{​ c ​ ​}{​ f ​} ⇝ f = \frac{​ c ​ ​}{​ λ ​}

f = \frac{​ c ​ ​}{​ λ ​}

f = \frac{​ 3 , 0 \cdot 1 0 ^{​ 8 ​ ​} ​ ​}{​ 7 ​} = 42857 H z

Dit is een vaste waarde, dus c heeft ALTIJD deze waarde

Slide 31 - Slide

Een laser geeft licht met een golflengte van 700 nm. Bereken de frequentie van het licht (geef je berekening)

Slide 32 - Open question

FM-golven hebben een frequentie van rond de 100 MHz. Bereken de golflengte van deze radiogolven. Geef een uitgebreide berekening

Slide 33 - Open question

Deel 3

Eigenschappen alfa-, bèta en gammastraling

Slide 34 - Slide

Slide 35 - Video

Slide 36 - Slide

Alfa-straling

Bèta-straling

Gammastraling

Even een overzichtje

Minst doordringend vermogen (dracht)

(komt door de minste stoffen heen)

Minst ioniserend vermogen

(minst schadelijk als het iets bereikt)

Meest ioniserend vermogen

(meest schadelijk als het iets bereikt)

Meest doordringend vermogen (dracht)

(komt door de meeste stoffen heen)

Slide 37 - Slide

Het doordringend vermogen verschilt per soort straling.

In welke regel staat de straling in de goede volgorde van een groot naar een klein doordringend vermogen?

bèta-gamma-alfa

alfa-bèta-gamma

gamma-bèta-alfa

gamma-alfa-bèta

Slide 38 - Quiz

Welke straling heeft het grootst ioniserend vermogen.

Alfa

Beta

Gamma

Delta

Slide 39 - Quiz

Schrijf in eigen woorden waarom:
een alfa-straler niet gevaarlijk is als je hem in een envelopje in jouw binnenzak stop maar wel gevaarlijk is als je hem op eet.

Slide 40 - Open question

Welke straling word gestopt door papier?

Bètastraling

Gammastraling

Alfastraling

Epsilonstraling

Slide 41 - Quiz

Deel 4

Vervalvergelijkingen alfa-, bèta en gammastraling

Slide 42 - Slide

Herhaling - scheikunde

A= Aantal kerndeeltjes (protonen+neutronen)

Z=atoomnummer, aantal protonen (bepaalt naam atoom)

X= De naam van het atoom

Slide 43 - Slide

Slide 44 - Video

Alfa straling

Slide 45 - Slide

notatie Alfa straling

Bij alfa-straling splitst een atoom in een heliumkern en een ander atoom.

Een heliumkern heeft 2 protonen en 2 neutronen, de notatie daarvan is:

Slide 46 - Slide

vervalvergelijking Alfa straling

92 protonen

146 neutronen

Uranium

Thorium

90 protonen

144 neutronen

Helium-kern

2 protonen

2 neutronen

!Het aantal protonen en neutronen zijn gelijk aan beide zijden!

92 protonen = 90 protonen + 2 protonen

146 neutronen = 144 neutronen + 2 neutronen

Slide 47 - Slide

Oefenvraag Alfa-vervalvergelijking

Bismut ( Bi) vervalt, hierbij onstaat alfastraling. Schrijf de vervalvergelijking op.

213

Slide 48 - Slide

Uitwerking

Bismut vervalt, hierbij onstaat alfastraling. Schrijf de vervalvergelijking op.

Je weet al een deel van de vervalvergelijking, je weet dat het alfaverval dat onstaat is. Hierom weet je het volgende:

Nu kan je de getallen van elkaar aftrekken (213-4) en (83-2) en kan je een stap verder

Dan kan je opzoeken (periodiek systeem) dat er bij atoomnummer 81, Titanium hoort.

^{​ 83 ​ 213 ​ ​} B i ⟶^{​ ? ​ ? ​ ​} ? +^{​ 2 ​ 4 ​ ​} H e

^{​ 83 ​ 213 ​ ​} B i ⟶^{​ 81 ​ 209 ​ ​} ? +^{​ 2 ​ 4 ​ ​} H e

^{​ 83 ​ 213 ​ ​} B i ⟶^{​ 81 ​ 209 ​ ​} T i +^{​ 2 ​ 4 ​ ​} H e

Slide 49 - Slide

bèta straling

Slide 50 - Slide

notatie bèta-straling

Bij bèta-straling splitst 1 van de neutronen in een kern zich in een proton en een elektron. De notatie van dit afgesplitste elektron is:

Slide 51 - Slide

vervalvergelijking bèta straling

42 protonen

57 neutronen

Molybdeen

Techneticum

43 protonen

56 neutronen

Elektron

1 neutron verandert in een proton en in een elektron

^{​ 42 ​ 99 ​ ​} M o ⟶

^{​ 43 ​ 99 ​ ​} T c +^{​ - 1 ​ 0 ​ ​} e

Slide 52 - Slide

Oefenvraag Bèta-vervalvergelijking

Er is bèta-verval, hierbij onstaat stikstof ( N ). Uit welk atoom is dit onstaan?

Slide 53 - Slide

Uitwerking

Bismut vervalt, hierbij onstaat alfastraling. Schrijf de vervalvergelijking op.

Je weet al een deel van de vervalvergelijking, je weet dat het bètaverval is dat onstaat is. Hierom weet je het volgende:

Nu kan je de getallen bij elkaar optellen (14+0=14) en (7+-1=6) en kan je een stap verder

Dan kan je opzoeken (periodiek systeem) dat er bij atoomnummer 6, koolstof (C)hoort.

^{​ ? ​ ? ​ ​} ? ⟶^{​ 7 ​ 14 ​ ​} N +^{​ - 1 ​ 0 ​ ​} e

Uitwerking

Er is bèta-verval, hierbij onstaat stikstof . Uit welke kern is dit onstaan?

^{​ 6 ​ 14 ​ ​} ? ⟶^{​ 7 ​ 14 ​ ​} N +^{​ - 1 ​ 0 ​ ​} e

^{​ 6 ​ 14 ​ ​} C ⟶^{​ 7 ​ 14 ​ ​} N +^{​ - 1 ​ 0 ​ ​} e

Ofwel, het atoom waaruit het onstaan is koolstof ( )

^{​ 6 ​ 14 ​ ​} C

Slide 54 - Slide

Gamma-straling

Gamma-straling is geen deeltjes-straling. Dit betekent de atoomkern niet verandert/opspiltst. Er is hierom is het een beetje onzinnig om een vervalvergelijking op te stellen. Die zou er dan zo uitzien (het atoom blijft hetzelfde)

^{​ 28 ​ 60 ​ ​} N i - >^{​ 28 ​ 60 ​ ​} N i + γ

Slide 55 - Slide

Je hebt bij deze vragen de atoomnummers met de namen nodig.

Het staat niet in je boek. Hiernaast zie je een overzicht -->

Klik hier om hem uit te printen

Slide 56 - Slide

Zilver heeft:

47 neutronen 61 protonen 47 elektronen

61 neutronen 47 protonen 47 elektronen

107 neutronen 61 protonen 47 elektronen

108 neutronen 47 protonen 47 elektronen

Slide 57 - Quiz

Bij welke vorm van radioactief verval veranderen het massagetal en het atoomnummer allebei niet?

alfa-straling

bèta-straling

gamma-straling

Slide 58 - Quiz

Bekijk de vervalvergelijking.
Vul de ontbrekende getallen in

Slide 59 - Open question

Om welke soort straling gaat het bij dit verval?

alpha straling

beta straling

gamma straling

Slide 60 - Quiz

Jood-131 zendt bèta-straling uit.
Geef de vervalvergelijking van Jood-131.

Slide 61 - Open question

Uitwerking

Jood-131 zendt bèta-straling uit. Geef de vervalvergelijking van Jood-131.

Je weet al een deel van de vervalvergelijking, je weet dat het bètaverval dat onstaat is. Ook weet je dat het atoomnummer van jood 53 is.

Hierom weet je het volgende:

Nu kan je de getallen van elkaar aftrekken (131-0) en (53--1=54) en kan je een stap verder

Dan kan je opzoeken (periodiek systeem) dat er bij atoomnummer 54, Xenon hoort.

^{​ 53 ​ 131 ​ ​} I ⟶^{​ ? ​ ? ​ ​} ? +^{​ - 1 ​ 0 ​ ​} e

^{​ - 1 ​ 0 ​ ​} e

^{​ 53 ​ 131 ​ ​} I ⟶^{​ 54 ​ 131 ​ ​} ? +^{​ - 1 ​ 0 ​ ​} e

^{​ 53 ​ 131 ​ ​} I ⟶^{​ 54 ​ 131 ​ ​} X e +^{​ - 1 ​ 0 ​ ​} e

Slide 62 - Slide

Een onbekende radio-actieve kern vervalt onder uitzending van alfastraling tot At-215. Laat met behulp van een vervalvergelijking zien wat de oorspronkelijke kern was.

Slide 63 - Open question

Uitwerking

Je weet al een deel van de vervalvergelijking, je weet dat het alfaverval dat onstaat is. Ook weet je dat het atoomnummer van astaat (At) 85 is.

Hierom weet je het volgende:

Nu kan je de getallen bij elkaar optellen (214+4) en (85+2) en kan je een stap verder

Dan kan je opzoeken (periodiek systeem) dat bij atoomnummer 87, Francium hoort.

^{​ ? ​ ? ​ ​} ? ⟶^{​ 85 ​ 215 ​ ​} A t +^{​ 2 ​ 4 ​ ​} H e

^{​ 2 ​ 4 ​ ​} H e

Een onbekende radio-actieve kern vervalt onder uitzending van alfastraling tot At-215. Laat met behulp van een vervalvergelijking zien wat de oorspronkelijke kern was.

^{​ 87 ​ 219 ​ ​} ? ⟶^{​ 85 ​ 215 ​ ​} A t +^{​ 2 ​ 4 ​ ​} H e

^{​ 87 ​ 219 ​ ​} F r ⟶^{​ 85 ​ 215 ​ ​} A t +^{​ 2 ​ 4 ​ ​} H e

Slide 64 - Slide

Nikkel-63 veranderd door radioactief verval in koper-63. Welk soort verval is dit?

alfa-straling

bètastraling

gamma-straling

Slide 65 - Quiz

Straling meten doe je met een....?

Bequerelmeter

Geigerteller

Spectrometer

Geen van deze antwoorden is juist

Slide 66 - Quiz

Hoeveel neutronen heeft C-14?

Geen van deze antwoorden is juist

Slide 67 - Quiz

C-14 is een isotoop van C-12. Dit betekent dat de aantallen van bepaalde deeltjes verschillen, welke deeltjes zijn dit?

Protonen

Elektronen

Neutronen

Quarks

Slide 68 - Quiz

Slide 69 - Video

activiteit en halfwaardetijd

Het aantal atoomkernen dat per seconde vervalt noemt men de activiteit van een radio-actieve stof.

Hoe groter de activiteit, des te meer straling er per seconde vrijkomt.

De activiteit van een radio-actieve stof meet men in bequerel (Bq), waarbij 1 Bq gelijk is aan 1 kern die per seconde vervalt.

De activiteit van een radio-actieve stof wordt steeds kleiner, omdat er steeds meer atoomkernen zijn vervallen (er blijft dus steeds minder van deze stof over). De tijd waarin nog maar de helft van de originele hoeveelheid van de radio-actieve stof over is noemt men de halfwaardetijd of halveringstijd.

Slide 70 - Slide

Slide 71 - Video

Wanneer springen er per seconde meer schuimbellen kapot?

Als je veel schuim hebt

Als je weinig schuim hebt

Als je geen schuim hebt

De hoeveelheid schuim maakt niet uit.

Slide 72 - Quiz

Halfwaardetijd

Halveringstijd/halfwaardetijd:
De helft van de instabiele atoomkernen is vervallen;
De activiteit van de bron is met de helft verminderd.

Slide 73 - Slide

Slide 74 - Slide

Slide 75 - Slide

Slide 76 - Slide

Slide 77 - Slide

Voorbeeld

De halveringstijd van jood (I-131) is 8 dagen. Artsen gebruiken dit om afwijkingen aan de schildklier te behandelen.

Het ziekenhuis ontvangt een hoeveelheid jood met een activiteit van 64 MBq. Dit betekent dat er elke seconde 64 miljoen atoomkernen veranderen.

Bereken hoe groot de activiteit van I-131 na 40 dagen is.

antwoord

start: 64 MBq

Na 8 dagen: 32 MBq

Na 16 dagen: 16 MBq (+ 8 dagen., want dan is de activiteit gehalveerd)

Na 24 dagen: 8 MBq (+ 8 dagen, want dan is de activiteit gehalveerd))

Na 32 dagen: 4 MBq ( enz.)

Na 40 dagen: 2 MBq

Slide 78 - Slide

Van een bron techneticum wordt de activiteit gemeten, deze blijkt 4912 Bq te zijn. Hoeveel atoomkernen van Techneticum vervallen er per seconde?

Slide 79 - Open question

Van een bron cobalt wordt de activiteit gemeten, deze blijkt 30.148 Bq te zijn. Ter gelijker tijd wordt van een bron
Jodium-131 ook de activiteit gemeten, deze blijkt 546 te zijn. Welke stof zend een grotere hoeveelheid straling uit?

De bron Cobalt

De bron jodium-131

Slide 80 - Quiz

Juist/onjuist:

Hoe hoger de waarde van de activiteit van een radioactieve bron, des te schadelijker de straling?

Ja dit is juist

Nee dit is onjuist

Dat kun je niet zeggen aan de hand van de activiteit alleen

Slide 81 - Quiz

halfwaarde tijd aflezen

Op het begintijdstip (T=0 dagen) wordt

de hoeveelheid Jood-131 bepaald.

Deze hoeveelheid noemt men 100%.

In de grafiek is te zien dat slechts 50%

van de hoeveelheid stof over is na

8 dagen. De halfwaardetijd van Jood-131

is dus 8 dagen!

Slide 82 - Slide

Hoe groot is de halfwaardetijd voor ijzer-59? (Geef je antwoord in dagen). Noteer alleen het getal.

Slide 83 - Open question

Hoe groot is de halfwaardetijd voor de stof uit de afbeelding?(Geef je antwoord in dagen). Noteer alleen het getal.

Slide 84 - Open question

voorbeeldsom halfwaardetijd

De halfwaardetijd van jodium-131 is 8 dagen.

Hoe groot (percentage) is de activiteit na 32 dagen?

Slide 85 - Slide

(na 0dagen = 100%)

1 keer halfwaarde tijd verstreken = 8 dagen = 50%

2 keer halfwaarde tijd verstreken = na 16 dagen = 25%

3 keer halfwaarde tijd verstreken = na 24 dagen = 12,5%

4 keer halfwaarde tijd verstreken = na 32 dagen = 6,25%

Slide 86 - Slide

voorbeeldsom halfwaardetijd

verstreken tijd = 24 dagen

halfwaarde tijd = 8 dagen

activiteit tijdstip 0 dagen = 100%

(aantal keer de halfwaarde tijd = 32 / 8 = 4x)

Slide 87 - Slide

De halfwaardetijd van bismut is 5 dagen. Hoeveel procent van het bismut is er nog over na 30 dagen?

12,5%

6,25%

3,125%

1,5625%

Slide 88 - Quiz

Wat is de halfwaardetijd van Al-28.
(Zoek op in binas)

Halfwaardetijd Al-28 = ………….minuten

Slide 89 - Open question

voorbeeldsom halfwaardetijd

De halfwaardetijd van zilver-110 is 24s. De activiteit wordt gemeten op tijdstip T=0s en blijkt 56198 Bq. Hoe groot is de activiteit na 2,8min?

Slide 90 - Slide

voorbeeldsom halfwaardetijd

verstreken tijd = 2,8min = 168s

halfwaarde tijd = 24s

activiteit = 56198 Bq

(aantal keer de halfwaarde tijd = 168 / 24 = 7x)

Slide 91 - Slide

(na 0s = 56198 Bq)

1 keer halfwaarde tijd verstreken = na 24s = 28099 Bq

2 keer halfwaarde tijd verstreken = na 48s = 14050 Bq

3 keer halfwaarde tijd verstreken = na 72s = 7025 Bq

4 keer halfwaarde tijd verstreken = na 96s = 3512 Bq

5 keer halfwaarde tijd verstreken = na 120s = 1756 Bq

6 keer halfwaarde tijd verstreken = na 144s = 878 Bq

7 keer halfwaarde tijd verstreken = na 168s = 439 Bq

Slide 92 - Slide

Van een radio-actieve isotoop is de halfwaardetijd 12 jaar. De activiteit op tijdstip T=0jaar is 47812 Bq. Wat is de activiteit na 48 jaar? Rond af op hele getallen!

Slide 93 - Open question

toepassingen van radio-actieve isotopen

uranium (kerncentrales) —> halveringstijd 704 miljoen jaar

radium of cesium (bestraling van kankergezwellen) —> 30-1620 jaar

koolstof (oudheidsbepalingen) —> 5730 jaar

jood (schilklierafwijkingen verhelpen) —> 8 dagen

technetium (tracer voor medische onderzoeken) —> 6 uur

americium (rookmelders)

Slide 94 - Slide

koolstofdatering

koolstof-14 wordt in de atmosfeer gevormd onder invloed van zonnestraling. De hoeveelheid C-14 in de atmosfeer is redelijk stabiel. Planten nemen de C-14 op tijdens de fotosynthese. Dieren die de planten eten krijgen deze C-14 dus ook binnen. alle levende organismen bestaan dan ook voor een redelijk vast percentage uit C-14 tijdens hun leven. na de dood krijgt een organisme de C-14 echter niet meer binnen (want de plant doet niet meer aan fotosynthese na de dood en een dier eet niet meer na de dood). Omdat C-14 radio-actief (de kernen vallen uit elkaar) wordt de hoeveelheid C-14 na de dood steeds kleiner., dit gebeurd altijd met dezelfde snelheid, omdat koolstof

-14 een vast halfwaard tijd heeft. Wanneer men de hoeveelheid C-14 bepaald die nog over is in een organisme, dan kan men nagaan hoe lang geleden dit organisme gestorven is.

Slide 95 - Slide

werking rookmelder

ook een rookmelder werkt met behulp van radio-actieve stoffen:

filmpje rookmelder

Slide 96 - Slide