Straling

a Bijvoorbeeld: de zon, een lamp, een mobiele telefoon, een wifi-router, een magnetron, een röntgenapparaat, graniet of bakstenen.

b Radioactief materiaal zit in graniet en bakstenen (natuurlijk radioactieve stoffen). De zon, lamp, telefoon, router en magnetron bevatten geen radioactief materiaal; een röntgenapparaat ook niet (het maakt de straling elektrisch).

a 'Van onder': straling uit de bodem, bijvoorbeeld graniet of bouwmaterialen. 'Van boven': kosmische straling van de zon en de sterren.

b Medisch: röntgenfoto's, radiotherapie (bestralen van tumoren), tracers, CT-scans. Technisch: diktecontrole, tracers in pijpleidingen, voedselbestraling, rookmelders.

c Deeltjesstraling: alfa en bèta. Energiepakketjes (fotonen): gamma en röntgen (of uv, licht).

a Een atoom (of molecuul) dat een of meer elektronen heeft verloren of opgenomen, en daardoor geladen is.

b Elektronen uit een atoom (of molecuul) slaan, zodat een ion ontstaat.

c Ionisatie in lichaamscellen kan moleculen zoals DNA beschadigen. Cellen kunnen daardoor muteren of doodgaan; dat kan tot kanker leiden.

a Waar: tv-uitzendingen gebruiken radiogolven.

b Onwaar: een tv ontvangt radiogolven en zendt vooral licht (en wat infrarood) uit.

c Waar: een hoogtezon geeft uv-straling, met meer energie per foton dan zichtbaar licht.

d Onwaar: radar werkt met microgolven (radiogolven).

e Onwaar: voor een röntgenfoto gebruik je harde röntgenstraling; zachte straling komt niet door het lichaam.

f Onwaar: α- en β-straling bestaan uit deeltjes, niet uit elektromagnetische straling.

g Onwaar: een gsm zendt radiogolven uit; die fotonen hebben veel minder dan 10 eV.

h Waar: röntgenfotonen hebben (veel) meer dan 10 eV.

1. kosmische straling: natuurlijk
2. kerncentrale: kunstmatig
3. gesteente van bergen: natuurlijk
4. ziekenhuis (röntgen, bestraling): kunstmatig
5. voedsel: natuurlijk
6. straling uit de bodem (het water uit de bron): natuurlijk

a Bij bestraling zit de bron buiten je lichaam. Bij besmetting zit de radioactieve stof in of op je lichaam.

b Besmetting is meestal schadelijker. Je draagt de bron mee en wordt dus voortdurend bestraald, ook door α- en β-straling die van buitenaf niet ver zou komen.

c De radioactieve stoffen zitten in het water rondom de vissen: daardoor worden ze bestraald. Ze nemen de stoffen ook op via kieuwen en voedsel: daardoor zijn ze besmet.

d Wie de vis eet, krijgt de radioactieve stof in zijn lichaam: hij is besmet. Daardoor wordt hij ook van binnenuit bestraald: beide.

a Diagnostisch is: onderzoek doen om vast te stellen wat er aan de hand is.

b Bijvoorbeeld een röntgenfoto, een CT-scan of onderzoek met een tracer.

c Therapeutisch is: een ziekte behandelen.

d Bijvoorbeeld radiotherapie: een tumor bestralen om de kankercellen te doden.

a Onjuist: γ-straling komt (gedeeltelijk) door beton en metaal heen.

b Juist: de radioactieve stof op je huid zendt straling uit.

c Onjuist: de straling van de stof op je huid bestraalt jou ook.

d Juist: op 12 km hoogte beschermt de atmosfeer minder tegen kosmische straling.

e Juist: achtergrondstraling is er altijd.

f Juist: bij kinderen delen cellen sneller; schade aan het DNA heeft dan meer effect.

g Onjuist: je huis zelf (bakstenen, beton) en de lucht binnen (radon) zenden ook straling uit.

h Onjuist: γ- en röntgenstraling bestaan uit fotonen, niet uit deeltjes met massa.

i Onjuist: een gm-teller meet alleen ioniserende straling, en ook daarvan niet alles (α komt soms niet door het venster).

j Onjuist: een smartphone zendt radiogolven uit; die zijn niet ioniserend.

a In Binas 19B heeft gammastraling de fotonen met de meeste energie.

b Blauw licht: het ligt in Binas 19B bij een hogere frequentie dan rood.

c A: in de tabel hoort bij een hogere frequentie een hogere energie, in dezelfde verhouding.

d E_f = h · f.

e h is een constante (de constante van Planck). E_f is dus h maal f: recht evenredig.

a Op de foto is het wit waar weinig straling doorkomt: de voorwerpen houden daar de straling tegen.

b Ja: de metalen voorwerpen zijn helemaal wit, dus ze houden de röntgenstraling goed tegen.

c In aluminium: het aluminium blok is grijzer (er komt meer straling door) dan de stalen paperclips, die wit zijn.

d Lichter: het zout in het contrastmiddel houdt meer straling tegen dan water (vergelijk de twee flesjes).

a Kernen van hetzelfde element (dezelfde Z) met een verschillend aantal neutronen, dus een andere A.

b Binas 25A: ¹⁶₈O, ¹⁷₈O, ¹⁸₈O (stabiel) en bijvoorbeeld ¹⁵₈O en ¹⁹₈O (instabiel).

c α-deeltje: ⁴₂He. β-deeltje: ⁰₋₁e. γ-foton: ⁰₀γ.

a Een stabiele kern vervalt niet: hij blijft altijd dezelfde kern.

b C-12: Z = 6, dus 6 protonen en 12 − 6 = 6 neutronen.

c C-14: 6 protonen en 14 − 6 = 8 neutronen.

A. Een neutron wordt een proton: N neemt met 1 af, Z met 1 toe, A blijft gelijk.

a Een kern die vanzelf, na kortere of langere tijd, vervalt onder uitzending van straling.

b Bij een stabiele isotoop staat in Binas 25A geen halveringstijd (en geen soort straling).

c 83 (bismut); daarboven bestaan geen stabiele kernen.

d Kijk bij Z = 6 in de kolom halveringstijd: de isotoop met de kleinste halveringstijd vervalt het snelst. C-11 (ongeveer 20 minuten) vervalt bijvoorbeeld veel sneller dan C-14 (5,7 · 10³ jaar); staat er een koolstofisotoop met een nog kortere halveringstijd in jouw Binas, dan is dat het antwoord.

e O-16, O-17 en O-18.

f Isotopen hebben dezelfde Z en een ander aantal neutronen. In Binas 25B staat Z verticaal en N horizontaal: isotopen liggen naast elkaar (op dezelfde hoogte).

a Po-209 is een α-straler (Z = 84):

b O-19 is een β-straler (Z = 8):

c Bi-213 (Z = 83) kan op twee manieren vervallen:

d Ra-226 is een α-straler (Z = 88):

e

U-238 is een α-straler. De dochterkern is Th-234: A = 234 en Z = 90.

Ladingen in e:

Volgorde: D – C – G en J – E en I – A en F – H – B.

Volgorde: C – D – B en E – G – A – F.

a Z = 92: U (uranium). Z = 7: N (stikstof). Z = 36: Kr (krypton).

b

• U-233: 92 protonen en 233 − 92 = 141 neutronen.
• N-18: 7 protonen en 18 − 7 = 11 neutronen.
• Kr-82: 36 protonen en 82 − 36 = 46 neutronen.

a Binas 7: 1 u = 1,660 54 · 10⁻²⁷ kg.

b Een α-deeltje is een heliumkern: het He-4-atoom (4,002 603 u, Binas 25A) zonder zijn twee elektronen (2 × 0,000 549 u).

(Reken je met de massa van het hele heliumatoom, dan krijg je 6,646 · 10⁻²⁷ kg.)

c Een α-deeltje heeft twee protonen:

De vervalvergelijking:

Het massagetal blijft 100 en het atoomnummer gaat van 43 naar 44: één stap naar rechts, op dezelfde hoogte. Dat is pijl 3.

a Pb-206 (lood).

b Bij een rode pijl gaan Z en N allebei 2 omlaag: α-verval.

c Bij een blauwe pijl gaat Z 1 omhoog en N 1 omlaag: β-verval.

d U-238 → Pb-206: A daalt met 32. Alleen α-verval verandert A, dus 32 / 4 = 8 keer α-verval. Daardoor zou Z dalen met 16, van 92 naar 76; Z moet 82 worden, dus er zijn 6 keer β-verval nodig. Samen 14 keer.

a In Binas 25B is Nd-155 (Z = 60) een β-straler:

b Nd-155 heeft 95 neutronen en 60 protonen: te veel neutronen voor een stabiele kern (het ligt onder/rechts van de stabiele band). Pm-155 heeft 94 neutronen en 61 protonen: één neutron minder en één proton meer, dus een stap richting de stabiele band.

Een ruwe schatting:

1. Oppervlak van de oceanen: ⅔ × 4π · (6,4 · 10⁶)² = 3,4 · 10¹⁴ m².
2. Volume: 3,4 · 10¹⁴ × 4 · 10³ = 1,4 · 10¹⁸ m³; massa water: 1,4 · 10²¹ kg.
3. Aantal watermoleculen:

4. Elk molecuul heeft 2 waterstofatomen: 9,1 · 10⁴⁶. Daarvan is 0,015% deuterium: 1,4 · 10⁴³ atomen.
5. Een deuteriumatoom heeft een massa van ongeveer 2 u:

Het boek geeft 2 · 10¹⁶ kg. Bij zo'n ruwe schatting gaat het om de orde van grootte: ongeveer 10¹⁶ kg.

De energie van de straling, het ioniserend vermogen en het doordringend vermogen (de dracht of de halveringsdikte).

a De dikte van een materiaal waarna de intensiteit van de röntgen- of gammastraling is gehalveerd.

b Een kleine halveringsdikte: na een dunne laag is de straling al gehalveerd.

c Van de energie van de fotonen.

d

a Hoog in de bergen beschermt de atmosfeer minder tegen kosmische straling. Daarnaast is er in de bergen veel gesteente zoals graniet, dat natuurlijke radioactieve stoffen bevat.

b Röntgenstraling heeft een kleinere energie dan gammastraling en dus een kleinere halveringsdikte. Door een dikke metalen wand komt bijna geen röntgenstraling meer heen: je meet dan niets.

A

B zachte röntgenstraling (Binas 19B): ongeveer 10⁻³ MeV.

C 0,41 MeV (gegeven).

D harde γ-straling (Binas 19B): ongeveer 10² MeV.

E Rf-259 (Binas 25A): 9,2 MeV.

F uv-foton (Binas 19B): ongeveer 10⁻⁴ MeV.

G Ni-63 (Binas 25A): 0,062 MeV.

Volgorde: F – B – G – C – A – E – D.

a Binas 28F, lood bij 100 keV (0,1 MeV): d½ = 0,0106 cm.

b

Het schort houdt 100 − 3,1 = 96,9% tegen.

6,25% = (½)⁴: de plaat is 4 halveringsdiktes dik. Binas 28F, ijzer bij 2,0 MeV: d½ = 2,1 cm.

Wat zeker is: α-deeltjes hebben het kleinste doordringend vermogen, en het α-deeltje met de meeste energie komt het verst (A vóór E). Bètadeeltjes komen verder dan α-deeltjes, en ook daar komt het deeltje met de meeste energie verder (G vóór C). Bij fotonen geldt: hoe meer energie, hoe groter het doordringend vermogen (F vóór B vóór D). De hardste γ-straling (D) dringt het verst door.

Een volgorde die daarbij past: A – E – F – G – B – C – D. (Het uv-foton F wordt al in de bovenste huidlaag tegengehouden.)

Wat zeker is: α-deeltjes ioniseren het sterkst, bètadeeltjes minder, fotonen het minst. Het uv-foton (F) is nauwelijks ioniserend. Een volgorde die daarbij past, van klein naar groot: F – B – D – G – C – A – E.

a

In Binas 25A zendt Po-212 α-deeltjes van 8,78 MeV uit.

b

c

d

e

f Ja: de α-deeltjes komen niet verder dan 8,8 cm. Blijf je verder weg, dan bereikt geen straling je (Po-212 zendt alleen α-straling uit).

a α- en β-deeltjes hebben een kleine dracht: een dikke stalen wand houdt ze volledig tegen.

b Een 50 cm dikke wand is 20 cm dikker dan een wand van 30 cm. Dat zijn 20 / 2,5 = 8 halveringsdiktes.

c Agenten langs het spoor staan maar heel kort bij de trein, en op grotere afstand. Agenten die meereizen, worden de hele reis van dichtbij bestraald. Bij duizenden agenten langs het spoor ontvangt ieder maar een heel kleine dosis.

a Co-60 (Z = 27) is een β- en γ-straler:

b Nee. Het fruit wordt alleen bestraald; er komt geen radioactieve stof in of op het fruit.

c D. Het fruit bevat geen radioactieve stof en zendt geen straling uit: wie het eet, wordt niet besmet en niet bestraald.

d Lees af bij 50% doorgelaten straling: d½ = 12 cm.

e Nee: elke 12 cm halveert de straling, maar wordt nooit precies nul.

f Minder steil: fotonen met meer energie dringen dieper door, de halveringsdikte wordt groter.

Kosmische straling komt overal van boven door de piramide heen. Hoeveel er doorkomt, hangt af van de dikte steen: elke halveringsdikte halveert de straling. De onderzoekers berekenden met een model van de piramide hoeveel straling er in elke richting zou moeten doorkomen. In één richting maten ze meer straling. Daar moet dus minder steen zitten: een holle ruimte. Uit hoeveel meer straling er doorkomt, kun je berekenen hoeveel halveringsdiktes steen er ontbreken, en dus hoe groot de ruimte is. Door vanuit meerdere plekken te meten, vind je ook waar hij zit.

a De tijd waarin de helft van de instabiele kernen vervalt.

b ⅛ = (½)³: na drie halveringstijden.

c Na twee halveringstijden is nog ¼ = 25% over: 75% is vervallen.

a groter

b kleiner

c groter

d kleiner

e kleiner

f groter

Halveringstijden uit Binas 25A, omgerekend met 1 jaar = 3,16 · 10⁷ s en 1 dag = 86 400 s:

Volgorde: A – D – E – C – B – F – H – G.

Binas 25A: Tc-99m heeft t½ = 6,0 uur.

a

b Twee etmalen = 48 uur: n = 48 / 6,0 = 8.

c Na twee dagen is bijna alles al vervallen. Het transport moet dus snel, anders komt er bijna niets meer aan.

a Een deel van de 40 tikken komt van de achtergrondstraling.

b De α-deeltjes gaan alle kanten op, maar een deel komt bij de teller. En de teller telt niet elk deeltje (α-deeltjes worden ook al in de lucht en het venster tegengehouden).

c Bij een andere afstand valt er een ander deel van de straling op de teller (en wordt er in de lucht een ander deel tegengehouden). Dan meet je een ander teltempo, ook als de activiteit niet verandert.

a Lees af: N₀ = 1,0 · 10⁹ kernen. Eén kern I-131 heeft een massa van ongeveer 131 u.

Dat is 2,2 · 10⁻¹³ g = 0,22 pg.

b N is gehalveerd tot 0,5 · 10⁹ op t = 8 dagen: t½ = 8 d.

c

d 0,65 / 1,00 = 0,65; 0,42 / 0,65 = 0,65; 0,27 / 0,42 = 0,65. Elke 5 dagen blijft 65% over: steeds 35% vervalt.

e Teken de raaklijn op t = 10 d.

De raaklijn gaat door (0 d; 0,79 · 10⁹) en (22 d; 0).

Jouw raaklijn kan iets anders lopen; het boek geeft 4,0 · 10² Bq.

f Op t = 20 d is N = 0,18 · 10⁹.

g In het begin zijn er meer kernen, dus is de activiteit groter. Het gemiddelde over 0 tot 20 dagen ligt daardoor hoger dan de activiteit op t = 10 dagen.

Binas 25A: Na-24 heeft t½ = 15,0 uur. Van 400 Bq naar 25 Bq: 400 → 200 → 100 → 50 → 25, dat zijn 4 halveringstijden.

a Achtergrond: 7 per 30 s is 2,3 per 10 s. Van de bron telt de buis 61 − 2,3 = 58,7 deeltjes. Dat is 5,2% van wat er op het venster valt.

b Die 1,1 · 10³ is 1,2% van alle uitgezonden deeltjes in 10 s.

a C-14 vervalt, terwijl er in de dode plant geen nieuwe C-14 bij komt. C-12 is stabiel. Het aantal C-14-kernen ten opzichte van C-12 wordt daardoor steeds kleiner.

b De verhouding is gehalveerd (van 1 · 10⁻¹² naar 0,5 · 10⁻¹²): er is één halveringstijd verstreken. Binas 25A: C-14 heeft t½ = 5,7 · 10³ jaar.

De rol komt uit ongeveer 3750 v.Chr. (Het boek geeft 3710 v.Chr.; het verschil komt door de afronding van de halveringstijd.)

Niet per se. Een stof met een korte halveringstijd heeft bij hetzelfde aantal kernen een veel grotere activiteit: op korte termijn is die juist gevaarlijker. Een stof met een lange halveringstijd straalt zwakker, maar heel lang. Welke gevaarlijker is, hangt af van hoe lang je eraan blootstaat.

a Besmetting: de radioactieve stof zat in de melk en kwam zo in het lichaam.

b Pu-239 (2,4 · 10⁴ jaar) en U-238 (4,5 · 10⁹ jaar) hebben zo'n lange halveringstijd dat hun activiteit in een paar maanden niet merkbaar daalt. De grafiek daalt in 2,5 maand van 100% naar ongeveer 67%: de halveringstijd is een paar maanden.

c Van 15 oktober (100%) tot 31 december (67%) is 77 dagen. Dat is ongeveer 0,58 halveringstijd ((½)^0,58 = 0,67).

In Binas 25A heeft Po-210 een halveringstijd van 138 dagen en is een α-straler. Dat past.

a Zacht weefsel heeft een grotere halveringsdikte dan bot: het houdt minder straling tegen. Het heeft dus een lagere dichtheid.

b 25% = (½)²: twee halveringsdiktes.

c De energie die op de plek valt:

Daarvan wordt 75% opgenomen (25% gaat erdoor): 0,75 × 2,3 · 10⁻⁷ = 1,7 · 10⁻⁷ J. (Het boek rekent met de hele 2,3 · 10⁻⁷ J.)

d Energie van één foton:

(Met de hele 2,3 · 10⁻⁷ J, zoals het boek: 2,8 · 10⁷ fotonen.)

a Binas 25A: I-123: 13,2 uur. I-131: 8,0 dagen.

b

c De activiteit hangt af van het aantal kernen én de halveringstijd. I-123 heeft een veel kortere halveringstijd: per seconde vervalt een veel groter deel van de kernen. Met minder kernen krijg je dan dezelfde activiteit.

d In de figuur van het boek: op t = 5,0 h is de massa I-131 ongeveer 39,2 · 10⁻¹² g.

e Uit jouw figuur (of met de formule):

f I-123 is na het onderzoek veel sneller uitgewerkt. De patiënt wordt daarna veel korter bestraald (minder stralingsbelasting).

a Ni-63 (Z = 28):

b Het nikkel zendt bètadeeltjes (elektronen, negatief) uit. Er verdwijnt negatieve lading uit het plaatje, dus het wordt positief.

c Bètadeeltjes met veel energie hebben een grote dracht. Ze gaan dan door het dunne koperen plaatje heen en worden niet geabsorbeerd: het koper wordt minder negatief geladen.

d γ-straling wordt nauwelijks geabsorbeerd: die energie gaat verloren, en de straling komt buiten de batterij en kan de omgeving bestralen.

e Het vermogen van de straling:

Dat is 2,9%.

f Binas 25A: Ni-63 heeft een halveringstijd van ongeveer 100 jaar. De activiteit neemt dus heel langzaam af: de batterij werkt tientallen jaren.

a Am-241 (Z = 95):

b Binas 25A: t½ = 432 jaar.

c De α-deeltjes gaan alle kanten op, niet alleen naar de opening. En een deel wordt al in het americium zelf of in de afdekking geabsorbeerd.

d Ionisaties per α-deeltje:

Elektronen per seconde:

a A. Rb (Z = 37) wordt Sr (Z = 38) met hetzelfde massagetal: β-verval, er komt een elektron vrij.

b Aantal kernen in 1,0 mg Rb-87:

c De lijn gaat door (0; 6,90 · 10⁸) en (4,5 · 10⁸; 7,20 · 10⁸).

(Het boek geeft 4,6 · 10⁹ jaar; het verschil komt door het aflezen.)

a A: 235 + 1 = 144 + 90 + x, dus x = 2 neutronen. Z: 92 = 56 + Z, dus Z = 36: krypton.

b Van U-239 (Z = 92) naar Pu-239 (Z = 94) blijft A gelijk en neemt Z met 2 toe. Dat kan alleen met twee keer β-verval. U-239 is dus een β-straler.

c Onjuist. Van 100% naar 50% duurt ongeveer 31 s. Van 50% naar 25% duurt veel langer (ongeveer 60 s). De halveringstijd is dus niet constant: het mengsel bevat isotopen met verschillende halveringstijden.

d Volume van 100 ton plutonium:

Een klaslokaal van ongeveer 8 m × 7 m × 3 m heeft een volume van ongeveer 170 m³: daar past 5 m³ ruim in.