Samenvatting Uitgewerkte zelfstudietaken SB5 (Taakeenheid 3)

Taak:


3.2

Onderwerp:

Elektromagnetische
straling



1.
Straling
kan
onderverdeeld
worden
in
elektromagnetische
(EM)
en
deeltjesstraling.

Noem
van
EM-­‐straling
minimaal
drie
voorbeelden.

• Licht

• Röntgenstraling

• Gammastraling

• Radiogolven




• Warmtestraling





2.
Elektromagnetische
straling
kan
onderverdeeld
worden
in
ioniserende
en
niet-­‐ioniserende
straling.

Wanneer
wordt
deze
straling
ioniserend
genoemd
en
welke
energie
van
het
foton
is
daar
minimaal
voor

nodig?

Straling
is
ioniserend
wanneer
er
genoeg
energie
is
om
een
elektron
uit
de
buitenste
schil
van
een
atoom

weg
te
slaan.

Minimale
bindingsenergie
moet
worden
opgeheven
à
12,4
eV





3.
Met
welke
snelheid
verplaatsen
EM-­‐golven
zich?

De
snelheid
van
het
licht



8

c
=
299.792.458
m/s

3Ÿ10 m/s





4.
Wat
zijn
‘fotonen’?

Fotonen
zijn
pakketjes
energie,
evenredig
met
de
frequentie
van
de
golf.

Fotonen
hebben
geen
massa




Elektronen
hebben
massa
à
deeltjesstraling





5.
Een
EM-­‐golf
heeft
een
golflengte
van
20
pm.
Hoe
hoog
is
de
frequentie
van
deze
golf?

𝑐 3 ⋅ 10!
𝑓 =                                      𝑓 = = 1,5 ⋅ 10!"  Hz

λ 20 ⋅ 10!!"


terra
-­‐
giga
-­‐
mega
-­‐
kilo
–
meter
–
mili
–
micro(u)
–
nano
–
pico





6.
De
energie
van
EM-­‐straling
is
afhankelijk
van
de
golflengte
c.q.
de
frequentie
van
de
golf.
Hoe
hoog
is
de

energie
(in
Joule
en
elektronvolt)
van
EM-­‐straling
met
een
golflengte
van
20
pm?

!  ⋅  !   (!,!"  ⋅  !"!!"  )  ⋅  (!  ⋅  !"! )
𝐸=                      𝐸 = = 9,945 ⋅ 10!!"  𝐽
! !"  ⋅  !"!!"


9,945 ⋅ 10!!" 62156,25
= 62156,25  𝑒𝑉               = 62  𝑘𝑒𝑉

1,6 ⋅ 10 !!" 1000





, -­‐11
7.
De
golflengte
van
een
foton
is
5·∙10
[m].
Wat
zijn
de
frequentie
[Hz]
en
de
energie
E
(in:
[J]
én
[keV])
van

dit
foton?

𝑐 3 ⋅ 10!
𝑓 =                                      𝑓 = = 6 ⋅ 10!"  Hz

λ 5 ⋅ 10!!!


6,63 ⋅ 10!!"
𝐸 = ℎ   ⋅ 𝑓                          𝐸 = = 3,978 ⋅ 10!!"  J

6 ⋅ 10
!"



3,978 ⋅ 10!!" 24862,5
=  24862,5  𝑒𝑉                   = 24,8  𝑘𝑒𝑉

1,6 ⋅ 10!!" 1000




8.

a.
Wat
wordt
verstaan
onder
de
‘kwadratenwet’?

(𝑜𝑢𝑑𝑒  𝑎𝑓𝑠𝑡𝑎𝑛𝑑)!
𝐼!"#$%#  !"#$!%&   =   ∙  𝐼!"#$  !"#$!%&

(nieuwe  afstand)!



b.
In
welk
medium
geldt
deze
wet(matigheid)?

Vacuüm



c.
In
welk
medium
zullen
wij
deze
‘kwadratenwet’
ook
toepassen?

Lucht





9.
Tijdens
het
maken
van
een
röntgenfoto
wordt
in
de
directe
stralenbundel
in
lucht
op
1,5
meter
van
het

focus
een
dosis
van
0,5
mGy
gemeten.
Hoe
hoog
zal,
onder
gelijke
omstandigheden,
de
dosis
op
een
afstand

van
4,5
meter
van
het
focus
zijn?

1,5!
∙  0,5   = 0,0556  mGy

4,5!




10.
Wat
is
de
overeenkomst
en
wat
zijn
de
verschillen
tussen
gamma
en
röntgenstraling?
Kijk
hierbij
naar
de

wijze
van
ontstaan
van
de
verschillende
soorten
straling
en
naar
de
stralingsspectra.

Overeenkomsten:


Beide
elektromagnetische
straling:


Kunnen
in
principe
ook
dezelfde
energieën
hebben
(het
spectrum
kan
wel
verschillen)



Verschillen:


Herkomst:
Gamma
straling
komt
uit
de
kern
(mono-­‐energetisch)




Röntgenstraling
uit
energie
verlies
van
elektronen
(continu
stralingsspectrum)




, Taak:


3.3

Onderwerp:

Opwekking
röntgenstraling



1.


a.
Hoe
wordt
in
een
röntgenbuis
röntgenstraling
opgewekt?

Röntgenstraling
ontstaat
als
elektronen
met
een
hoge
snelheid
een
atoom
treffen
en
daarbij
worden

afgeremd,
of
andere
atomen
uit
hun
vaste
baan
stoten.



Elektronen
gaan
van
de
kathode
naar
de
anode
en
raken
de
anode
in
het
focus
en
er
ontstaan

röntgenstraling



b.
Door
een
röntgenbuis
loopt
een
stroom
van
12
[mA].
Gemiddeld
maakt
0,7%
van
de
elektronen
die
op
de

anode
invallen
hieruit
een
foton
vrij.

Hoeveel
fotonen
komen
er
per
seconde
uit
de
röntgenbuis
vrij?

-­‐3

12mA
=
12Ÿ10
C/s

-­‐3




mili
=
omgezet
naar
10
12 ⋅ 10!!
= 7,5 ⋅ 10!"

1,6 ⋅ 10!!"


7,5 ⋅ 10!" ⋅ 0,007   = 5,25 ⋅ 10!"    fotonen



2.
Bij
de
botsing
van
de
versnelde
elektronen
op
het
focus
van
de
anode
wordt
de
botsingsenergie
van
deze

elektronen
gedeeltelijk
in
stralingsenergie
omgezet.


a.
Welke
twee
categorieën
röntgenstraling
komen
daarbij
vrij?

• Remstraling





• Karakteristieke
röntgenstraling



Karakteristieke
straling
à
is
voor
elk
element
verschillend
omdat
de
energie
die
vrijkomt
bij
elk
element

verschilt.




b.
Beschrijf
de
twee
manieren
waarop
de
ingeschoten
elektronen
in
wisselwerking
treden
met
de
atomen
in

het
focus,
zodat
röntgenstraling
vrijkomt.


Remstraling:


Elektronen
kunnen
worden
afgebogen
door
een
kern.


Karakteristieke
röntgenstraling:
Elektronen
kunnen
een
ander
elektron
uit
de
schil
schieten.





3.
Waarom
kent
de
remstraling
een
continu
stralingsspectrum?


De
energie
van
de
remstraling
is
afhankelijk
van
de
afstand
waarmee
het
elektron
de
atoomkern

passeert.
Het
elektron
zal
dus
weinig
of
veel
energie
verliezen
(en
dit
resulteert
in
verschillende

energieën
voor
de
remstralingsfotonen).