Natuurkunde
4 VWO
H5 – Straling & Gezondheid
Ioniserende Straling
Newton
1
©SeO
, Inhoudsopgave
5.1 - Introductie ........................................................................................................................ 3
5.2 - Röntgenstraling ................................................................................................................ 4
5.3 - Kernstraling ...................................................................................................................... 6
5.4 - Radioactief verval ............................................................................................................. 9
5.5 - Stralingsbelasting............................................................................................................ 12
5.6 - Beeldvorming .................................................................................................................. 16
Bijlages ..................................................................................................................................... 19
Grootheden, namen, symbolen en eenheden ................................................................................................................... 19
Constanten ......................................................................................................................................................................... 19
Formules ............................................................................................................................................................................. 20
BiNaS .................................................................................................................................................................................. 21
eV – J – kWH..................................................................................................................................................................... 21
2
©SeO
, 5.1 - Introductie
Inleiding Tot Atoombouw
• Een atoom bestaat uit een kern en elektronen, die rond de kern bewegen.
De kern bestaat uit protonen en neutronen.
Relatieve massa Lading
Proton (+) 1 +1
Neutron 1 0
Elektron (-) 0 -1
• Het aantal protonen in de kern is gelijk aan het aantal elektronen in het atoom. Daardoor is een
atoom elektrisch neutraal.
• Als een atoom er één of meer elektronen bij krijgt of kwijtraakt, verandert het in een negatief of
positief geladen ion.
• Straling met voldoende energie kan een atoom ioniseren: de straling stoot een
elektron uit het atoom:
3
©SeO
, 5.2 - Röntgenstraling
Inleiding Tot Röntgenstraling
Röntgenstraling brengen met lichtsnelheid (c = 3,0 · 108 m/s) fotonen (energiepakketjes) over. Hoe groter de
frequentie f (aantal trillingen per seconde), des te groter is de energie van het foton (evenredig).
Afb. Elektromagnetisch spectrum
Hoe gemakkelijk een straling ergens doorheen gaat wordt het doordringend vermogen. Sommige
stralingen kunnen een elektron wegschieten uit een atoom. Daardoor ontstaat er een ion. Dit noem je het
ioniserend vermogen van de straling.
Beide vermogens zijn het gevolg van de energie per foton.
Stralingsabsorptie
Het doorlaten van straling heet transmissie.
Het niet doorlaten van straling noemen we absorptie: de energie van de straling wordt geabsorbeerd en
gebruikt om een atoom te ioniseren (het foton verdwijnt). Er zijn altijd wel een aantal fotonen die wel door
het materiaal heen dringen.
Hoe groter de absorptie, des te kleiner is de intensiteit van de doorgelaten straling. De intensiteit (I) is de
hoeveelheid energie E (in J) die in 1 seconde een dwarsdoorsnede van 1 m2 passeert (Joule per seconde per
vierkante meter) → J/(s · m2) = W/m2.
De absorptie van een straling hangt af van 2 eigenschappen:
• Materiaalsoort
Grotere dichtheid → Grotere absorptie
• Materiaaldikte
Dikkere laag → Grotere absorptie
4
©SeO
,Halveringsdikte
De dikte van een laagje dat de helft van de straling doorlaat heet halveringsdikte (d1/2 = diktehelft).
Afb. Doorlaatkromme van een materiaal voor röntgenstraling | Afb. Voorbeeld van halveringsdikte
Als er meer elektronen in een atoom zitten (grotere dichtheid), wordt de stof beter geabsorbeerd. Dit zorgt
voor een kleinere halveringsdichtheid:
Grotere dichtheid → Grotere absorptie → Kleinere d1/2
Fotonen met weel energie gaan makkelijker door materiaal:
Grotere fotonenergie → Grotere d1/2
De halveringsdikte van verschillende materialen en verschillende waarden van de fotonenergie staan in
BiNaS Tabel 28F - Fysica en Milieu - Halveringsdiktes.
Stralingsintensiteit en halveringsdikte
De intensiteit is afhankelijk van het aantal laagjes:
𝟏
I = I0 ∙( )n
𝟐
I = Intensiteit doorgelaten röntgenstraling (in W/m2 of %)
I0 = Intensiteit invallende röntgenstraling (in W/m2 of %)
d
n = Aantal halveringsdiktes dat past in de dikte d van de laag van het absorberende materiaal = d
1/2
𝟏 d
I = I0 ∙ ( )d1/2
𝟐
Fotonenergie
Hoe groter de frequentie, des te groter de fotonenergie:
Ef = h ∙ f
Ef = Fotonenergie (in J)
f = Frequentie van straling (in Hz)
h = Constante van Planck = 6,626 ∙ 10-34 J ∙ s
Meestal hebben röntgenfotonen een energie tussen 10-16 en 10-13 J. Een andere energie-eenheid is de
elektronvolt (eV): 1 eV = 1,6 ∙ 10-19 J.
5
©SeO
, 5.3 - Kernstraling
Alfa-, bèta- en gammastraling
Een straling afkomstig uit de atoomkern van radioactieve stoffen noem je kernstraling.
Bij kernstraling komt er een deeltje en/of een foton uit de atoomkern:
• α-straling → 2 protonen & 2 neutronen (breken uit de kern af).
• β-straling → elektron of positron (uit de kern, maar komen niet voor in de kern)
• γ-straling → gammafoton
Een radioactieve stof kan ook een combinatie van verschillende soorten kernstraling uitzenden.
Eigenschappen van kernstraling
Kernstraling heeft net als röntgenstraling een doordringen en ioniserend vermogen. Het ioniserend
vermogen van kernstraling geeft aan hoeveel ionisaties per cm de straling kan veroorzaken in een materiaal.
Groot ioniserend vermogen → Veel botsingen → Kleine snelheid → Lage doordringbaarheid
Doordring- Ioniserend
Naam Massa Lading Bestaat uit Notatie
baarheid vermogen
4
Alfa (α) Groot Positief (+) Klein Groot Helium kern He
2
Elektron of 0 - 0
Bèta (β) Klein Negatief (-) Matig Matig e of e
Positron -1 1
Gamma (γ) Niks Neutraal Groot Klein Energie E
(Röntgenstraling) (Foton)
Notatie
Massagetal
(Aantal deeltjes in de kern = protonen + neutronen | Symbool: A)
4
He Atoomsoort
2
Atoomnummer
(Aantal protonen in de kern = aantal elektronen) | Symbool: Z)
6
©SeO
, Activiteit
Kernstraling wordt uitgezonden door instabiele atoomkernen van een radioactieve stof.
Bij radioactief verval van een instabiele kern wordt een α-deeltje, een β-deeltje of een γ-foton uitgezonden
(emissie).
Het aantal instabiele kernen dat per seconde vervalt, is de activiteit (A) in becquerel (Bq).
1 Bq = gemiddeld 1 atoomkern vervalt per seconde.
De activiteit A van een radioactieve bron is evenredig met het aantal instabiele atoomkernen
en neemt dus geleidelijk af in de loop van de tijd.
De activiteit A van een radioactieve bron hangt af van hoe instabiel de kernen van de radioactieve
atoomsoort zijn.
Radioactief verval is een toevalsproces (je kunt niet voorspellen wanneer een bepaalde instabiele kern
vervalt). Van een grote verzameling kan dat wel.
Halveringstijd
De tijdsduur waarin de activiteit tweemaal zo klein wordt, heet de halveringstijd (t1/2). De halveringstijd is
per radioactieve atoomsoort verschillend.
Afb. Vervalkromme
7
©SeO
4 VWO
H5 – Straling & Gezondheid
Ioniserende Straling
Newton
1
©SeO
, Inhoudsopgave
5.1 - Introductie ........................................................................................................................ 3
5.2 - Röntgenstraling ................................................................................................................ 4
5.3 - Kernstraling ...................................................................................................................... 6
5.4 - Radioactief verval ............................................................................................................. 9
5.5 - Stralingsbelasting............................................................................................................ 12
5.6 - Beeldvorming .................................................................................................................. 16
Bijlages ..................................................................................................................................... 19
Grootheden, namen, symbolen en eenheden ................................................................................................................... 19
Constanten ......................................................................................................................................................................... 19
Formules ............................................................................................................................................................................. 20
BiNaS .................................................................................................................................................................................. 21
eV – J – kWH..................................................................................................................................................................... 21
2
©SeO
, 5.1 - Introductie
Inleiding Tot Atoombouw
• Een atoom bestaat uit een kern en elektronen, die rond de kern bewegen.
De kern bestaat uit protonen en neutronen.
Relatieve massa Lading
Proton (+) 1 +1
Neutron 1 0
Elektron (-) 0 -1
• Het aantal protonen in de kern is gelijk aan het aantal elektronen in het atoom. Daardoor is een
atoom elektrisch neutraal.
• Als een atoom er één of meer elektronen bij krijgt of kwijtraakt, verandert het in een negatief of
positief geladen ion.
• Straling met voldoende energie kan een atoom ioniseren: de straling stoot een
elektron uit het atoom:
3
©SeO
, 5.2 - Röntgenstraling
Inleiding Tot Röntgenstraling
Röntgenstraling brengen met lichtsnelheid (c = 3,0 · 108 m/s) fotonen (energiepakketjes) over. Hoe groter de
frequentie f (aantal trillingen per seconde), des te groter is de energie van het foton (evenredig).
Afb. Elektromagnetisch spectrum
Hoe gemakkelijk een straling ergens doorheen gaat wordt het doordringend vermogen. Sommige
stralingen kunnen een elektron wegschieten uit een atoom. Daardoor ontstaat er een ion. Dit noem je het
ioniserend vermogen van de straling.
Beide vermogens zijn het gevolg van de energie per foton.
Stralingsabsorptie
Het doorlaten van straling heet transmissie.
Het niet doorlaten van straling noemen we absorptie: de energie van de straling wordt geabsorbeerd en
gebruikt om een atoom te ioniseren (het foton verdwijnt). Er zijn altijd wel een aantal fotonen die wel door
het materiaal heen dringen.
Hoe groter de absorptie, des te kleiner is de intensiteit van de doorgelaten straling. De intensiteit (I) is de
hoeveelheid energie E (in J) die in 1 seconde een dwarsdoorsnede van 1 m2 passeert (Joule per seconde per
vierkante meter) → J/(s · m2) = W/m2.
De absorptie van een straling hangt af van 2 eigenschappen:
• Materiaalsoort
Grotere dichtheid → Grotere absorptie
• Materiaaldikte
Dikkere laag → Grotere absorptie
4
©SeO
,Halveringsdikte
De dikte van een laagje dat de helft van de straling doorlaat heet halveringsdikte (d1/2 = diktehelft).
Afb. Doorlaatkromme van een materiaal voor röntgenstraling | Afb. Voorbeeld van halveringsdikte
Als er meer elektronen in een atoom zitten (grotere dichtheid), wordt de stof beter geabsorbeerd. Dit zorgt
voor een kleinere halveringsdichtheid:
Grotere dichtheid → Grotere absorptie → Kleinere d1/2
Fotonen met weel energie gaan makkelijker door materiaal:
Grotere fotonenergie → Grotere d1/2
De halveringsdikte van verschillende materialen en verschillende waarden van de fotonenergie staan in
BiNaS Tabel 28F - Fysica en Milieu - Halveringsdiktes.
Stralingsintensiteit en halveringsdikte
De intensiteit is afhankelijk van het aantal laagjes:
𝟏
I = I0 ∙( )n
𝟐
I = Intensiteit doorgelaten röntgenstraling (in W/m2 of %)
I0 = Intensiteit invallende röntgenstraling (in W/m2 of %)
d
n = Aantal halveringsdiktes dat past in de dikte d van de laag van het absorberende materiaal = d
1/2
𝟏 d
I = I0 ∙ ( )d1/2
𝟐
Fotonenergie
Hoe groter de frequentie, des te groter de fotonenergie:
Ef = h ∙ f
Ef = Fotonenergie (in J)
f = Frequentie van straling (in Hz)
h = Constante van Planck = 6,626 ∙ 10-34 J ∙ s
Meestal hebben röntgenfotonen een energie tussen 10-16 en 10-13 J. Een andere energie-eenheid is de
elektronvolt (eV): 1 eV = 1,6 ∙ 10-19 J.
5
©SeO
, 5.3 - Kernstraling
Alfa-, bèta- en gammastraling
Een straling afkomstig uit de atoomkern van radioactieve stoffen noem je kernstraling.
Bij kernstraling komt er een deeltje en/of een foton uit de atoomkern:
• α-straling → 2 protonen & 2 neutronen (breken uit de kern af).
• β-straling → elektron of positron (uit de kern, maar komen niet voor in de kern)
• γ-straling → gammafoton
Een radioactieve stof kan ook een combinatie van verschillende soorten kernstraling uitzenden.
Eigenschappen van kernstraling
Kernstraling heeft net als röntgenstraling een doordringen en ioniserend vermogen. Het ioniserend
vermogen van kernstraling geeft aan hoeveel ionisaties per cm de straling kan veroorzaken in een materiaal.
Groot ioniserend vermogen → Veel botsingen → Kleine snelheid → Lage doordringbaarheid
Doordring- Ioniserend
Naam Massa Lading Bestaat uit Notatie
baarheid vermogen
4
Alfa (α) Groot Positief (+) Klein Groot Helium kern He
2
Elektron of 0 - 0
Bèta (β) Klein Negatief (-) Matig Matig e of e
Positron -1 1
Gamma (γ) Niks Neutraal Groot Klein Energie E
(Röntgenstraling) (Foton)
Notatie
Massagetal
(Aantal deeltjes in de kern = protonen + neutronen | Symbool: A)
4
He Atoomsoort
2
Atoomnummer
(Aantal protonen in de kern = aantal elektronen) | Symbool: Z)
6
©SeO
, Activiteit
Kernstraling wordt uitgezonden door instabiele atoomkernen van een radioactieve stof.
Bij radioactief verval van een instabiele kern wordt een α-deeltje, een β-deeltje of een γ-foton uitgezonden
(emissie).
Het aantal instabiele kernen dat per seconde vervalt, is de activiteit (A) in becquerel (Bq).
1 Bq = gemiddeld 1 atoomkern vervalt per seconde.
De activiteit A van een radioactieve bron is evenredig met het aantal instabiele atoomkernen
en neemt dus geleidelijk af in de loop van de tijd.
De activiteit A van een radioactieve bron hangt af van hoe instabiel de kernen van de radioactieve
atoomsoort zijn.
Radioactief verval is een toevalsproces (je kunt niet voorspellen wanneer een bepaalde instabiele kern
vervalt). Van een grote verzameling kan dat wel.
Halveringstijd
De tijdsduur waarin de activiteit tweemaal zo klein wordt, heet de halveringstijd (t1/2). De halveringstijd is
per radioactieve atoomsoort verschillend.
Afb. Vervalkromme
7
©SeO
