radioactieve stoffen deel 5

• Natuurkunde
• Middelbare school
• havo
• Leerjaar 3

Verval en splijtingen van kernen

α-straling

Hoe ver komt het in lucht (= dracht)?

• paar centimeter
  
• Te stoppen door?
  
• papiertje, kleding, huid
  
• Gevaarlijk?
  
• Niet van buiten af want het komt niet door de huid.
• Inwendig erg gevaarlijk als je atomen binnenkrijgt die deze α-straling uitzenden.
  

β⁻ -straling

Hoe ver komt het in lucht (= dracht)? 

• paar centimeter in weefsel (in lucht meters)
• Te stoppen door?
• kleding, metaalfolie
• Gevaarlijk?
• Niet van buiten af want het komt niet ver door de huid
• Inwendig gevaarlijk omdat de straling in een heel klein gebied schade veroorzaakt (minder gevaarlijk dan α)

β⁺-straling

Wat is het?

• positron of anti-elektron (zelfde massa als een elektron maar een positieve lading)
  
• Hoe ver komt het in lucht (= dracht)?
  
• tot het eerste elektron
  
• Te stoppen door?
  
• alles waar elektronen in zitten
  
• Gevaarlijk?
  
• Ja, als positron en elektron op elkaar botsen verdwijnen beide deeltjes (annihilatie) en er ontstaan 2 𝛾-deeltjes
  

𝛾-straling

• Wat is het?
  
• lichtdeeltje of foton (geen lading, geen massa)
• Hoe ver komt het in lucht (= dracht)?
  
• hééééél ver
  
• Te stoppen door?
  
• met een paar centimeter lood houd je nog maar de helft tegen
  
• Gevaarlijk?
  
• Het ioniserend vermogen is niet erg groot maar het gaat wel bijna overal door heen en is daardoor gevaarlijk (inwendig en uitwendig)
  

Jorieke en Pauline nemen op 16 maart 2004 deel aan een practicum over ioniserende straling. Op een van de radioactieve preparaten zit het volgende etiket:

Ci is een afkorting van ‘curie’, een oude eenheid van activiteit. 

 Bereken de activiteit van het preparaat op 16 maart 2004 in becquerel.

Door atoomkernen samen te laten smelten, kunnen nieuwe elementen worden gemaakt. Men laat de kern van een Pb-atoom met massagetal 208 samensmelten met een Ni-atoom met massagetal 62. Hierbij ontstaat de kern van een nieuw atoom.

• Laat door middel van een reactievergelijking zien welk atoom er ontstaat.

De rugzak van Jorieke met daarin een zakje boterhammen heeft tijdens het practicum in de buurt van het preparaat gelegen. 

Pauline zegt tegen Jorieke: 

“De gammastraling gaat door je rugzak heen. Je boterhammen zijn dus besmet geraakt.” 

Pauline doet met deze uitspraak twee beweringen.

Leg van elke bewering uit of deze juist is.

• bewering 1 is juist

In de “radioactieve slok” zit de isotoop jood-131 die bètastraling en gammastraling uitzendt.

Geef de vervalreactie van jood-131.

De straling beschadigt de schildkliercellen die het hardst werken. Welke beweringen zijn juist?

-De bètastraling is vooral verantwoordelijk voor de beschadiging omdat deze een 

groter ioniserend vermogen heeft.

- De bètastraling is vooral verantwoordelijk voor de beschadiging omdat deze een

groter doordringend vermogen heeft.

- De gammastraling is vooral verantwoordelijk voor de beschadiging omdat deze

een groter ioniserend vermogen heeft.

- De gammastraling is vooral verantwoordelijk voor de beschadiging omdat deze

een groter doordringend vermogen heeft.

- Bètastraling en gammastraling zijn in gelijke mate verantwoordelijk voor de

beschadiging.

• De eerste bewering

Stel dat er precies één etmaal tussen het aanmaken en het gebruik van jodium-123 zit. 

Bereken dan hoeveel procent van het oorspronkelijke jodium-123 nog over is.

Jodium-123 zendt gammastraling uit. Er worden fotonen uitgezonden met een energie van 2,0 Mev. 

Bereken hoeveel procent van de gammastraling geabsorbeerd wordt door een betonnen muur van 11 cm
.

Activiteit

De activiteit van het preparaat in deze opgave bedraagt in het begin (op t = 0 h)
8,5 kBq.

Bepaal de activiteit van het preparaat op t = 8,0 h. Maak hierbij geen gebruik van de

halveringstijd.

Bij een ongeluk ademt iemand 3,6·10ˉ⁸ μg van het radioactieve gas radon-219 in. Door de relatief korte halveringstijd vervalt 40% van het radon in zijn longen voordat hij het heeft kunnen uitademen. 

Leg uit of hier sprake is van bestraling of besmetting.

• Zolang het radon in zijn longen zit draagt hij de bron bij zich in zijn lichaam en spreek je van besmetting.
• Alle straling die vrijkomt wordt binnen het lichaam geabsorbeerd. Leg uit waarom.
• In BINAS tabel 25A vinden we dat zowel ²¹⁹Rn als het vervalproduct ²¹⁵Po α-stralers zijn. α-straling heeft een klein doordringend vermogen. Dit betekent dat alle straling door de long wordt geabsorbeerd.

²⁸

In een radioactieve bron ²⁸Mg bevindt zich één soort radioactieve kernen. Deze vervallen tot stabiele dochterkernen. ²⁸Mg heeft een activiteit van 2,8 kBq. Bereken de activiteit na 64 uur.

Er wordt een röntgen gemaakt van de linkerborst van mevrouw De Waal. De arts ziet meteen dat er een kleine tumor zit. Leg uit of de arts de tumor op de foto ziet als een wittere vlek dan de omgeving of als een minder witte vlek.

• Als een wittere vlek, want door de grotere dichtheid van het tumor weefsel wordt er meer straling geabsorbeerd en wordt de foto daar minder zwart.

Geef de vervalvergelijking van Beryllium-7.

Wilma en Antonie zijn het niet eens over de manier waarop de stof Tl-205 kan ontstaan. Volgens Wilma is de stof ontstaan door β- verval. Volgens Antonie is de stof ontstaan door αverval. Wie heeft er gelijk  en geef de vervalreactie.

Een hoeveelheid jodium-131 wordt op een nauwkeurige weegschaal gelegd en gewogen. In de loop van de tijd blijkt de massa af te nemen (zie grafiek hieronder). Dit komt omdat de het vervalproduct van jodium-131 een gas is.

• Welk gas ontstaat bij het verval van I-131?
• Wat was de begin massa van joduim-131 als er na 50 dagen nog 0,33 μg over is. Gebruik hiervoor de geleerde formule maar dan met de m van massa.

Wim en Daan zijn het niet eens over hoe de massa verder afneemt. Volgens Daan is er voor de resterende 0,33 μg nog een keer 50 dagen nodig om te verdwijnen. Volgens Wim halveert de massa steeds na een bepaalde tijd en zal de massa wel steeds kleiner worden maar nooit helemaal nul worden. Leg uit dat beiden ongelijk hebben.

• Volgens de formule wordt de massa steeds met ½ vermenigvuldigt en zal deze steeds kleiner worden maar nooit echt nul worden. In die zin heeft Wim gelijk. In de praktijk heb je altijd te maken met een eindig aantal atomen. Er komt een moment dat er nog maar één atoom over is. Als dit atoom op een gegeven moment vervalt zijn er geen atomen meer over en is de massa toch echt nul.

Wat gebeurt er bij β- verval?

• Een neutron veranderd in een proton en een elektron. Het elektron schiet met grote snelheid uit de kern en de neutron blijft achter in de kern.

Wat is ionisatie?

• Een elektron β-deeltje komt met grote snelheid in botsing met één van de elektronen van een atoom, dat daardoor uit het atoom gestoten wordt. Het botsende deeltje gaat verder tot het een volgend atoom treft. In een stof ontstaat zo een spoor van ionen, waarbij de snelheid van eht elektron steeds verder afneemt tot het stilstaat.

Je beschiet ijzer-56 met een neutron. Er ontstaat een deeltje en een elektron. Geef de vervalvergelijking.

koolstof-12 wordt beschoten met deeltjes. Er ontstaat koolstof-14. Met welke deeltjes is Koolstof-12 beschoten? Toon dit aan met een vervalvergelijking.

Holmium-163 wordt beschoten met een neutron en laat daarna een elektron los. Toon aan met een vervalvergelijking welke stof er ontstaat.

Cadmium-109 heeft een activiteit van 7,1 ∙ 10³ Bq. 

Geef de vervalvergelijking.

• Wat is de activiteit van Cadmium-109 na 3 jaar?

Je hebt 3028 kernen kwik-203, hoeveel kernen zijn er nog over na een half jaar?

Van welke drie factoren is de hoeveelheid straling die je ontvangt afhankelijk?

• Tijd van blootstelling aan de straling
• De afstand tot e bron
• De afscherming van de straling

Een bot van een dinosaurus heeft een dikte van 8,4 cm. Bereken hoeveel % straling van de bron wordt  geabsorbeert door het Bot. Wanneer er fotonen gebruikt worden met een energie van 5,0 MeV.

Geef de vervalreeks van Francium-221.

Tussen de aanmaak van het jodium-123 in Eindhoven en het gebruik ervan in Athene verloopt enige tijd. Omdat de hoeveelheid jodium-123 afneemt, mag die tijd niet te groot 

zijn. De halveringstijd van jodium-123 bedraagt 13,3 uur.

Bereken de tijd die mag verstrijken zodat de hoeveelheid jodium-123 bij gebruik 8,0 maal zo klein is als bij aanmaak.