Samenvatting Natuurkunde Hoofdstuk 5 & 6
5.1 Straling en bronnen
• Infrarode straling is, net als zichtbaar licht, een vorm van elektromagnetische straling
(em-straling)
o Em-straling wordt overgedragen in energiepakketjes, fotonen.
o De fotonen van stralings-soorten met een hoge frequentie hebben meer energie.
• De fotonen van röntgenstraling hebben
veel energie en gaan voor een
groot gedeelte door je
lichaam heen.
o Botten houden meer
straling tegen, daarom zie je deze witter op een röntgenfoto.
• Straling kan atomen ioniseren. Hierbij verliest een atoom een of meerdere elektronen.
• StoFen die van nature ioniserende straling uitzenden noem je radioactief.
• Er zijn drie soorten straling:
1. Alfa straling (α), deze heeft een massa en is geladen en is makkelijk te stoppen.
2. Bèta straling (ß), deze heeft ook een massa en is geladen. Deze is lastiger te stoppen.
3. Gammastraling (y), deze bestaat uit deeltjes zonder massa en is ongeladen.
• Straling kan je meten met een geigermüllerteller (gm-teller).
• Als de afstand tot de stralingsbron groter is, is de straling zwakker. Er geldt een
omgekeerd kwadratisch verband. Bij een 3 maal zo grote afstand wordt de straling 9 keer
zo klein.
• Hoe diep de ioniserende straling door kan dringen hangt af van de soort stof; dit noem je
het doordringend vermogen.
• Het ioniserend vermogen geeft aan hoe goed de straling in staat is atomen te ioniseren.
Röntgenstraling heeft een zwak ioniserend vermogen en gammastraling heeft een sterker
ioniserend vermogen. De fotonen van andere straling (links van ultraviolet) hebben te
weinig energie om te kunnen ioniseren.
• Natuurlijke bronnen zender straling uit die altijd in onze omgeving aanwezig is:
o Kosmische straling, afkomstig uit de kosmos. Bestaat uit snelle deeltjes
(protonen + elektronen) en ook röntgen-, gamma- en uv-straling.
o Aarde straling komt vooral uit graniet een gesteenten met uranium en radium. Dit
zijn stoFen die van nature radioactieve stoFen bevatten.
o Voedsel bevat ook een hele lage concentratie radioactieve stoFen.
• Kunstmatige bronnen, deze zijn door mensen gemaakt. Deze kom je tegen in:
o Bestralingsapparatuur in ziekenhuizen
o Röntgenapparaten bij tandartsen en ziekenhuizen
o Rookmelders
o Kerncentrales
o Tracers, radioactieve stoFen die een arts in het menselijk lichaam inbrengt
o Kernwapens
• Alle stralingsbronnen samen veroorzaken in je omgeving een permanente hoeveelheid
straling: de achtergrondstraling.
• Blootstelling aan straling kan op twee manieren gebeuren:
o Bestraling, dan ben je blootgesteld aan straling van een externe stralingsbron.
o Besmetting, dan zit de bron van straling in of op je lichaam.
§ Dit is gevaarlijker dan bestraling.
, • Blootstelling aan straling van het lichaam kan leiden tot de ionisatie van atomen in het
lichaam. Op deze manier kan ook het DNA veranderen en cellen laten muteren, wat tot
kanker kan leiden.
5.2
• De kern van een atoom bestaat uit protonen (+e) en neutronen die geen
lading hebben.
• In de elektronenwolk rond de kern bewegen de elektronen, met een lading
van -e
• Een atoom is elektrisch neutraal à gelijk aantal protonen als elektronen
• Het aantal protonen in de kern noem je het atoomnummer en geef je aan
met een Z
• Het aantal neutronen geef je aan met een N
o Het totaal aantal kerndeeltjes geeft je aan met een A en noem je het
massagetal.
A=N+Z A is het totaal aantal kerndeeltjes (massagetal)
N is het aantal neutronen in de kern
Z is het aantal protonen in de kern (het atoomnummer)
Je schrijft voor het neutron
- De atoommassa A is uitgedrukt in de
atomaire massa-eenheid u:
o 1u = 1,66054 x 10-27 kg
- Niet alle atomen van een bepaald
element hebben dezelfde massa. Het
aantal neutronen in de kern kan
verschillend zijn.
- Kernen met dezelfde Z, maar
verschillende A heten isotopen.
- Je kan ook bijv. X-A noteren, dus bijv. N-22.
- Van een groot aantal elementen zijn soms wel
tien of meer isotopen bekend. Je kunt ze niet op
aarde vinden, omdat ze instabiel zijn. Deze
kernen zijn radioactief: onder het uitzenden van
straling verandert zo’n atoom in een ander element.
- De tijd waarin de helft van het aantal radioactieve kernen vervalt, noem je de
halveringstijd t1/2. De hoeveelheid kernen halveert steeds in die vaste tijd.
- Het vervallen gebeurt door het uitzenden van a- of ß-deeltjes of g-straling.
- Een kern van een niet-radioactief atoom verandert nooit en heet daarom stabiel.
- Bij het uitzenden van straling verandert de oorspronkelijke kern in een andere =
radioactief verval.
o De oorspronkelijke kern noem je de moederkern, de kern na verval is de
dochterkern.
- Grote hoeveelheden kernen hebben een gemiddelde vervaltijd, maar niet elke kern hoeft
zich hier aan te houden!
- Als een instabiele kern vervalt, schiet een a- of ß-deeltje uit
de kern en vaak ook g-straling
- Een a-deeltje bestaat uit twee neutronen en twee protonen:
een heliumkern.
- Bij ß—verval komt er een elektron uit de kern. à Een neutron
verandert in een proton en een elektron.
, - Bij ß+-verval wordt er een positief elektron, een positron, weggeschoten.
- Hoe een atoomkern vervalt, beschrijf je met een vervalvergelijking:
- Deze vervalreactie noem je alfaverval.
- Bij een vervalvergelijking spelen twee regels een belangrijke rol: behoud van massa (A) en
behoud van lading (voor het getal Z)
- Er zijn ook atomen die ß-straling uitzenden. Dit noem je bètaverval:
- Voor ß+-verval:
- Je kan ook een kern laten fuseren met een ander deeltje, zoals
een neutron:
- Een kerncentrale werkt meestal op de splijting (het uiteeinvallen)
van U-235. Dit gaat beter door deze isotoop te
beschieten met neutronen:
- Het voordeel van deze reactie is dat er meer neutronen ontstaan dan er voor de reactie
nodig zijn. De reactie levert dus neutronen voor de volgende reactie. Zo kan er een
kettingreactie ontstaan.
- Een andere manier om kernenergie de produceren is de
fusiereactor. Bij een fusiereactie wordt uit twee lichte
kernen een zwaardere
kern gevormd:
5.3 Ioniserend en doordringend vermogen
- Röntgenstraling, a-, ß- en g-straling, kan ioniseren door de energie die ze heeft.
- a- en ß-deeltjes hebben bewegingsenergie en kunnen daarmee bij een botsing met een
atoom elektronen vrijmaken.
- Röntgen en g-straling hebben energie in pakketjes, fotonen.
o Hoe hoger de frequentie, hoe meer energie zo’n foton heeft.
o De hoeveelheid energie kun je uitdrukken in joule, maar deze is
vaak erg klein. Daarom gebruik je de eenheid elektronvolt.
- Als, bijvoorbeeld een ß- -deeltje een elektron uit de elektronenwolk
botst verliest het wat van zijn energie. Uiteindelijk staat het ß-deeltje
helemaal stil.
- Het ioniserend vermogen van a-straling groter dan die van ß-straling.
ß-straling heeft wel meer energie, maar een alfadeeltje heeft een veel
grotere massa.
- g-straling kan ook ioniseren, fotonen hebben geen massa, maar kunnen toch energie
afstaan wanneer ze langs een elektron van een atoom bewegen. De kans is echter erg
klein, het ioniserend vermogen van gammastraling en röntgenstraling is dus erg klein.
