Nova Havo 3 hfdst 7.5 Activiteit en halfwaardetijd. Theorie

• Natuurkunde
• Middelbare school
• havo
• Leerjaar 3

Nova Havo 3 Hfdst. 7.5 activiteit en halfwaardetijd

5. Activiteit en halfwaardetijd

In de techniek en in de geneeskunde worden tientallen radioactieve isotopen gebruikt. Voor elke toepassing wordt de meest geschikte isotoop gezocht. Daarbij spelen twee factoren een rol: het soort straling dat wordt uitgezonden en het tempo waarin het isotoop vervalt.

De activiteit meten

Met een geigerteller kun je radioactieve bronnen opsporen. Elke keer dat het apparaat een alfadeeltje, bétadeeltje of een puls gammastraling registreert, hoor je een klik. De teller maakt geen verschil tussen alfa- béta- of gammastraling en meet ook niet de energie van het deeltje of de puls. Hij registreert alleen hat feit dat een deeltje of een stralingspuls de sensor heeft bereikt.

De activiteit meten

Als je de geigerteller aanzet geeft hij af en toe een klik. 

Dat is een gevolg van de achtergrondstraling die constant aanwezig is; er is altijd wel wat radioactiviteit in je leefomgeving. 

Als de teller opeens sneller begint te tikken moet er een sterkere bron in de buurt zijn. 

Als de tikken te snel komen zet je het geluid af en lees je op het scherm af hoe intens de straling is.

De activiteit meten

Met behulp van een geiegerteller kun je een schatting maken van de activiteit van een bron. Dat is het aantal atoomkernen dat elke seconde vervalt. De eenheid van activiteit is de becquerel (Bq). Het duikershorloge in figuur 45 heeft bijvoorbeeld een activiteit van 2MBq. Dat betekent dat er in de wijzers elke seconde twee miljoen atoomkernen vervallen. Dat is verhoudingsgewijs erg weinig. De bronnen die in ziekenhuizen en in de industrie gebruikt worden hebben een veel grotere activiteit.

De halfwaardetijd

In een radioactieve bron bevindt zich een enorm aantal instabiele atoomkernen. Je kunt onmogelijk voorspellen wanneer één bepaalde atoomkern zal vervallen. Maar je kunt wel voorspellen wanneer de helft van alle atoomkernen zal zijn.

Elke radioactieve isotoop heeft een eigen kenmerkende halveringstijd of halfwaardetijd.

-Na die tijd is de helft van de instabiele atoomkernen vervallen

-Na die tijd is de activiteit van de bron met de helft verminderd

t​​2​​1​​​​

De halfwaardetijd

Radioactieve isotopen hebben heel verschillende halfwaardetijden. Zo is de halfwaardetijd van Uranium-238 ongeveer 4,5 Miljard jaar, maar de halfwaardetijd van Barium-144 slechts 12 seconden. Als de halfwaardetijd klein is vervalt de de stof heel snel en zal de activiteit dus relatief groot zijn.

In tabel 6 kun je de halfwaardetijd van enkele veelgebruikte isotopen opzoeken.

De halfwaardetijd

De halfwaardetijd

Je kunt de halfwaardetijd van een radioactieve stof aflezen uit de vervalskromme. Dat is een grafiek waarin de activiteit van een hoeveelheid stof is uitgezet tegen de tijd. In figuur 46 zie je een voorbeeld . In dit geval neemt de activiteit in 50 minuten af van 800 MBq tot 400 MBq. Dit betekent dat de stof een halfwaardetijd heeft van 50 minuten. 

Medische isotopen

In ziekenhuizen  worden radioactieve stoffen gebruikt met een halfwaardetijd van uren tot weken. Deze kortlevende medische isotopen komen niet (meer) in de natuur voor; daarvoor is hun levensduur te kort. Ze worden gemaakt in kernreactoren die speciaal voor dat doel zijn gebouwd.

In Nederland is één reactor waar zulke medische isotopen worden gemaakt. Deze reactor staat in Petten in Noord Holland. Hij wordt beheerd door de NRG, een nederlands bedrijf dat isotopen produceert voor ziekenhuizen in heel Europa. In 2013 kwam ongeveer een derde van de wereldproductie van medische isotopen hier vandaan.

Medische isotopen

Voorbeeldopgave: I-131 is een radioactieve isotoop van Jood. Artsen gebruiken I-131 om er afwijkingen van de schildklier mee te behandelen. De halveringstijd is 8 dagen. Een ziekenhuis ontvangt op een bepaald moment een hoeveelheid I-131 met een activiteit van 64MBq. 

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

    =  8 dagen,  activiteit = 64MBq

  Activiteit na 40 dagen = ? MBq

Na 8   dagen is de activiteit 32 MBq

Na 16 dagen is de activiteit 16 MBq

Na 24 dagen is de activiteit  8 MBq

Na 32 dagen is de activiteit  4 MBq

Na 40 dagen is de activiteit  2 MBq

t​​2​​1​​​​

PLUS   Tracers

Artsen gebruiken radioactieve stoffen om te onderzoeken of organen zoals nieren of de longen nog wel goed werken. Zo'n onderzoek verloopt als volgt:

1. In een laberatorium wordt een tracer (radioactieve merkstof) gemaakt. Dit is een stof die vooral wordt opgenomen door één orgaan, zoals de lever of de schildklier. De tracer wordt kunstmatig radioactief gemaaktdoor er instabiele atomen "in te bouwen". Hiervoor worden isotopen gebruikt met een korte halfwaardetijd die gammastraling uitzenden.

PLUS   Tracers

Artsen gebruiken radioactieve stoffen om te onderzoeken of organen zoals nieren of de longen nog wel goed werken. Zo'n onderzoek verloopt als volgt:

2. De  tracer wordt in het lichaam van de patiënt gebracht. Meestal gebeurt dat door een injectie. De tracer verspreidt zich daarna door het lichaam, en komt zo bij het orgaan terecht dat onderzocht moet worden. Het orgaan neemt verhoudingsgewijs een grote hoeveelheid van de tracer op.

PLUS   Tracers

Artsen gebruiken radioactieve stoffen om te onderzoeken of organen zoals nieren of de longen nog wel goed werken. Zo'n onderzoek verloopt als volgt:

3. De gammastralingdie de tracer uitzendt, kan voor een deel uit het lichaam ontsnappen. De straling die uit het lichaam komt, wordt geregistreerd door een gamma camera. Een computer in zo'n camera gebruikt de meetgegevens om een afbeelding te maken van het orgaan.

PET scan van slokdarm, onderzoek naar kanker in slokdarm.