Natuurkunde samenvatting H5, H7 HAVO 5
Hoofdstuk 5, Straling en gezondheid
.1 Atoombouw:
- Een atoom bestaat uit een kern en elektronen die rond de kern bewegen. De kern
bestaan uit protonen en neutronen.
- De massa van het proton is vrijwel even groot als die van het neutron, de massa van
het elektron is veel kleiner.
- Het proton heeft een positieve elektrische lading en het elektron een negatieve. Deze
ladingen zijn even groot. Het neutron heeft geen lading. Het aantal protonen in de
kern is gelijk aan het aantal elektronen in het atoom.
- Een atoom dat 1 of meer elektronen bij krijgt (of kwijt raakt), verandert in een
negatief (of positief) geladen ion.
- Straling met voldoende energie kan een atoom ioniseren: de straling stoot een elektron
uit het atoom.
Röntgen- en kernstraling hebben beide voldoende energie om atomen te ioniseren. Daarom
heet deze straling ook wel ioniserende straling.
.2 Röntgenstraling lijkt op licht. Het is energie die met de lichtsnelheid overgebracht wordt in
afzonderlijke energiepakketjes, die fotonen heten. Bij röntgenstraling hebben de fotonen veel
meer energie dan bij zichtbaar licht, waardoor een groot deel van de fotonen dwars door je
lichaam kan gaan. Dit met een lichtsnelheid c van 3,0 ⋅ 1 08 m/s. Röntgenstraling en licht zijn
twee vormen van elektromagnetische straling. Röntgenstraling gaat gemakkelijk door de huid
en door zacht weefsel heen. Dit is het doordringend vermogen van de straling. Het nadeel is
dat de straling die niet door het lichaam heen gaat schade kan toebrengen aan het DNA in
cellen. Die schade ontstaat doordat röntgenfotonen genoeg energie hebben om elektronen uit
atomen te kunnen wegstoten en daardoor die atomen te ioniseren.
Het niet doorlaten van straling heet absorptie, de energie wordt opgenomen in het lichaam.
Het doorlaten van straling heet transmissie. Hoe groter de absorptie van röntgenstraling in
een materiaal, des te kleiner de intensiteit van de doorgelaten straling. Dit is de hoeveelheid
energie E (in J) die in 1s een dwarsdoorsnede van een vierkante meter passeert. De eenheid is
dus J/(s⋅m 2).
Hoeveel wordt geabsorbeerd hangt af van het soort materiaal en de dikte. Bij een
materiaalsoort is de absorptie van de röntgenstraling groter in materialen met een grotere
dichtheid, zoals bij botten. Bij de materiaaldikte is het zo dat hoe dikker het materiaal, hoe
groter de absorptie is van de röntgenstraling en des te kleiner de intensiteit van de
doorgelaten straling.
De dikte van een laagje dat de helft van de straling doorlaat is de halveringsdikte. Bij
materialen die veel straling absorberen is de halveringsdikte klein, bij materialen die veel
straling doorlaten is de halveringsdikte groot. Aa de doorlaatkromme kun je bij elke dikte
aflezen hoeveel straling er wordt doorgegeven. Hoe groter de dichtheid van een materiaal,
des te kleiner is de halveringsdikte en hoe groter de fotonenergie, des te groter de
halveringsdikte.
I =I o⋅ ¿ ¿
, Hierin is I de intensiteit (in W/vierkante m of in %) van de doorgelaten straling, Io is de
intensiteit van de invallende röntgenstraling. Het getal n is het aantal halveringsdiktes d1/2
dat past in de dikte d van het absorberend materiaal.
Ef =h ⋅ f
Hierin is Ef de fotonenergie (in J), f de frequentie van de straling (in Hz) en h is de constante
van Planck met waarde 6,626 ⋅1 0−34 j ⋅ s .
De energie van röntgenfotonen geef je meestal op in de eenheid elektronvolt (eV), waarbij
geldt: 1 eV = 1,6 ⋅1 0−19 J .
.3 Bij kernstraling komt er een deeltje en/of foton uit de atoomkern. Bij α -straling bestaat dat
deeltje uit twee protonen en twee neutronen. Bij β -straling komt er een elektron uit de kern.
Bètadeeltjes zijn veel lichter en kleiner dan alfadeeltjes. bij γ -straling komt uit de kern een γ -
foton, een vorm van elektromagnetische straling. Gammafotonen hebben veel meer energie
dan röntgenfotonen en heel veel meer dan fotonen van zichtbaar licht.
Alfastraling - Het doordringend vermogen van deze straling is klein. Het dringt in lucht niet
verder dan een paar centimeter door en wordt door een dik vel papier volledig geabsorbeerd.
Het heeft wel een groot ioniserend vermogen en kan in een klein gebied veel schade
aanrichten.
Bètastraling - Doordringend vermogen is groter dan van α -straling: β -straling dringt in lucht
ongeveer een meter door en wordt pas volledig geabsorbeerd door aluminium van een paar
millimeter dikte. Het ioniserend vermogen is kleiner dan van α -straling, deze richt minder
schade aan.
Gammastraling - Deze straling kan dwars door het lichaam heen. Het doordringend vermogen
van γ -straling is zo groot dat zelfs een plaat lood van een paar centimeter dik niet alle straling
tegenhoudt. Het ioniserend vermogen is echter heel klein.
Kernstraling wordt uitgezonden door instabiele atoomkernen van een radioactieve stof. Bij
radioactief verval van een instabiele kern, dat op een willekeurig moment plaatsvindt, wordt
een alfa-deeltje, een beta-deeltje of een gamma-foton uitgezonden. Dit heet ook wel emissie.
Het aantal instabiele kernen dat per seconde vervalt, is de activiteit van de bron. Dit wordt
gemeten in de eenheid becquerel. De activiteit van een radioactieve bron geeft dus ook aan
hoeveel deeltjes er per seconde worden uitgezonden. De activiteit van de bron wordt
geleidelijk kleiner, doordat er steeds minder instabiele kernen overblijven. Als de helft van de
instabiele kernen is vervallen, is de activiteit twee keer zo kleiner geworden. Radioactief
verval is een toevalsproces, je kunt niet voorspellen op welk moment een bepaalde instabiele
kern vervalt.
De tijdsduur waarin de activiteit tweemaal zo klein wordt, heet de halveringstijd van die
radioactieve stof.
Om het aantal halveringstijden n te berekenen doe je:
t
n=
1
t
2
Hierin zijn n de halveringstijden, t het tijdstip en t1/2 de halveringstijd, beide in dezelfde
eenheid
Hoofdstuk 5, Straling en gezondheid
.1 Atoombouw:
- Een atoom bestaat uit een kern en elektronen die rond de kern bewegen. De kern
bestaan uit protonen en neutronen.
- De massa van het proton is vrijwel even groot als die van het neutron, de massa van
het elektron is veel kleiner.
- Het proton heeft een positieve elektrische lading en het elektron een negatieve. Deze
ladingen zijn even groot. Het neutron heeft geen lading. Het aantal protonen in de
kern is gelijk aan het aantal elektronen in het atoom.
- Een atoom dat 1 of meer elektronen bij krijgt (of kwijt raakt), verandert in een
negatief (of positief) geladen ion.
- Straling met voldoende energie kan een atoom ioniseren: de straling stoot een elektron
uit het atoom.
Röntgen- en kernstraling hebben beide voldoende energie om atomen te ioniseren. Daarom
heet deze straling ook wel ioniserende straling.
.2 Röntgenstraling lijkt op licht. Het is energie die met de lichtsnelheid overgebracht wordt in
afzonderlijke energiepakketjes, die fotonen heten. Bij röntgenstraling hebben de fotonen veel
meer energie dan bij zichtbaar licht, waardoor een groot deel van de fotonen dwars door je
lichaam kan gaan. Dit met een lichtsnelheid c van 3,0 ⋅ 1 08 m/s. Röntgenstraling en licht zijn
twee vormen van elektromagnetische straling. Röntgenstraling gaat gemakkelijk door de huid
en door zacht weefsel heen. Dit is het doordringend vermogen van de straling. Het nadeel is
dat de straling die niet door het lichaam heen gaat schade kan toebrengen aan het DNA in
cellen. Die schade ontstaat doordat röntgenfotonen genoeg energie hebben om elektronen uit
atomen te kunnen wegstoten en daardoor die atomen te ioniseren.
Het niet doorlaten van straling heet absorptie, de energie wordt opgenomen in het lichaam.
Het doorlaten van straling heet transmissie. Hoe groter de absorptie van röntgenstraling in
een materiaal, des te kleiner de intensiteit van de doorgelaten straling. Dit is de hoeveelheid
energie E (in J) die in 1s een dwarsdoorsnede van een vierkante meter passeert. De eenheid is
dus J/(s⋅m 2).
Hoeveel wordt geabsorbeerd hangt af van het soort materiaal en de dikte. Bij een
materiaalsoort is de absorptie van de röntgenstraling groter in materialen met een grotere
dichtheid, zoals bij botten. Bij de materiaaldikte is het zo dat hoe dikker het materiaal, hoe
groter de absorptie is van de röntgenstraling en des te kleiner de intensiteit van de
doorgelaten straling.
De dikte van een laagje dat de helft van de straling doorlaat is de halveringsdikte. Bij
materialen die veel straling absorberen is de halveringsdikte klein, bij materialen die veel
straling doorlaten is de halveringsdikte groot. Aa de doorlaatkromme kun je bij elke dikte
aflezen hoeveel straling er wordt doorgegeven. Hoe groter de dichtheid van een materiaal,
des te kleiner is de halveringsdikte en hoe groter de fotonenergie, des te groter de
halveringsdikte.
I =I o⋅ ¿ ¿
, Hierin is I de intensiteit (in W/vierkante m of in %) van de doorgelaten straling, Io is de
intensiteit van de invallende röntgenstraling. Het getal n is het aantal halveringsdiktes d1/2
dat past in de dikte d van het absorberend materiaal.
Ef =h ⋅ f
Hierin is Ef de fotonenergie (in J), f de frequentie van de straling (in Hz) en h is de constante
van Planck met waarde 6,626 ⋅1 0−34 j ⋅ s .
De energie van röntgenfotonen geef je meestal op in de eenheid elektronvolt (eV), waarbij
geldt: 1 eV = 1,6 ⋅1 0−19 J .
.3 Bij kernstraling komt er een deeltje en/of foton uit de atoomkern. Bij α -straling bestaat dat
deeltje uit twee protonen en twee neutronen. Bij β -straling komt er een elektron uit de kern.
Bètadeeltjes zijn veel lichter en kleiner dan alfadeeltjes. bij γ -straling komt uit de kern een γ -
foton, een vorm van elektromagnetische straling. Gammafotonen hebben veel meer energie
dan röntgenfotonen en heel veel meer dan fotonen van zichtbaar licht.
Alfastraling - Het doordringend vermogen van deze straling is klein. Het dringt in lucht niet
verder dan een paar centimeter door en wordt door een dik vel papier volledig geabsorbeerd.
Het heeft wel een groot ioniserend vermogen en kan in een klein gebied veel schade
aanrichten.
Bètastraling - Doordringend vermogen is groter dan van α -straling: β -straling dringt in lucht
ongeveer een meter door en wordt pas volledig geabsorbeerd door aluminium van een paar
millimeter dikte. Het ioniserend vermogen is kleiner dan van α -straling, deze richt minder
schade aan.
Gammastraling - Deze straling kan dwars door het lichaam heen. Het doordringend vermogen
van γ -straling is zo groot dat zelfs een plaat lood van een paar centimeter dik niet alle straling
tegenhoudt. Het ioniserend vermogen is echter heel klein.
Kernstraling wordt uitgezonden door instabiele atoomkernen van een radioactieve stof. Bij
radioactief verval van een instabiele kern, dat op een willekeurig moment plaatsvindt, wordt
een alfa-deeltje, een beta-deeltje of een gamma-foton uitgezonden. Dit heet ook wel emissie.
Het aantal instabiele kernen dat per seconde vervalt, is de activiteit van de bron. Dit wordt
gemeten in de eenheid becquerel. De activiteit van een radioactieve bron geeft dus ook aan
hoeveel deeltjes er per seconde worden uitgezonden. De activiteit van de bron wordt
geleidelijk kleiner, doordat er steeds minder instabiele kernen overblijven. Als de helft van de
instabiele kernen is vervallen, is de activiteit twee keer zo kleiner geworden. Radioactief
verval is een toevalsproces, je kunt niet voorspellen op welk moment een bepaalde instabiele
kern vervalt.
De tijdsduur waarin de activiteit tweemaal zo klein wordt, heet de halveringstijd van die
radioactieve stof.
Om het aantal halveringstijden n te berekenen doe je:
t
n=
1
t
2
Hierin zijn n de halveringstijden, t het tijdstip en t1/2 de halveringstijd, beide in dezelfde
eenheid
