Hoofdstuk 5 Straling
5.1 Straling en bronnen
Een geiger-müllerteller of GM-teller, geschikt om straling van radioactieve stoffen te meten.
Eigenschappen van straling
Straling beweegt langs rechte lijnen vanuit een bron. Ze worden zwakker als ze verder van de bron
komen. Ioniserend vermogen, zegt iets over de schadelijkheid. Door straling veranderen atomen in
positieve ionen. Door ionisatie kunnen moleculen in een cel (DNA) beschadigen en kunnen cellen
veranderen (muteren) of doodgaan. Doordringend vermogen 🡪 hoe diep de staling door kan dringen
in een bepaalde stof. Hoe groter iv, des te kleiner is dv.
Ontdekking van ioniserende straling
Röntgenstraling kan atomen ioniseren, is zeer doordringend en kan door menselijk weefsel
heengaan. Een apparaat zet elektrische energie om in stralingsenergie. Röntgenstraling wordt dus
niet door een radioactieve stof uitgezonden. Een radioactieve stof heeft instabiele atomen die
straling uitzenden. Instabiel betekent dat deze atomen niet altijd in deze vorm zullen blijven bestaan.
α-straling is minder doordringend dan β-straling. Er is nog een derde straling die uit radioactief
materiaal kan komen. Die straling lijkt op röntgenstraling, maar is nog doordringender,
gammastraling. Röntgen- en γ-straling lijken op uv-straling, maar zijn veel gevaarlijker.
Bronnen van ioniserende straling
Alle stralingsbronnen samen veroorzaken in onze omgeving een permanente hoeveelheid straling, de
achtergrondstraling. Bestraling kan zowel inwendig (in de persoon) als uitwendig (buiten de persoon)
plaatsvinden, afhankelijk van de plaats van de bron. Radioactieve besmetting ontstaat bv door het
inademen van radioactieve gassen die in de natuur voorkomen.
Stralingsenergie
Alfa en bèta deeltjes hebben bewegingsenergie en dragen die over aan het materiaal dat de deeltjes
absorbeert. Röntgen en gamma straling vervoeren ook energie, maar bestaan uit een ander soort
deeltjes, fotonen. Deze deeltjes hebben geen massa en geen lading maar wel energie. Een foton is
een pakketje stralingsenergie. De energie van de fotonen kan atomen ioniseren. Hoe groter de
energie van de straling, hoe groter het ioniserend vermogen.
5.2 Atomen en verval
Isotopen
Kernen van één element met dezelfde Z, maar een verschillende A heten isotopen. Ze verschillen
alleen in het aantal neutronen. Bij kleine kernen is het aantal neutronen meestal gelijk aan het aantal
protonen. Bij grotere kernen zijn er in verhouding meer neutronen nodig om de sterke afstoting van
de protonen te compenseren. Instabiele isotopen vervallen op een gegeven moment.
α-straling en β-straling
Bij het uitzenden van straling verandert de oorspronkelijke kern in een andere, radioactief verval. De
moederkern 🡪 de dochterkern. Je kunt niet voorspellen wanneer een kern vervalt.
Grote hoeveelheden kernen hebben wel een gemiddelde vervaltijd. Als een instabiele
kern vervalt, schiet een α of een β deeltje uit de kern en vaak ook γ-straling. Bij
β-verval komt er een elektron uit de kern. Dit komt doordat een neutron verandert in
een proton en een elektron. Het elektron schiet weg uit de kern kan ook veranderen in
een neutron. Bij dit verval ontstaat een positief deeltje.
5.3 Ioniserende werking en doordringend vermogen
Ioniserend vermogen van straling
,α- en β-straling hebben energie doordat ze snelheid hebben. De γ-straling door de fotonen. Bij elke
botsing verliest een elektron (β-straling) een deel van zijn energie, zo ontstaat er een spoor van
ionen. α-straling trekt door de positieve lading de buitenste elektronen mee. γ-fotonen hebben geen
massa, maar kunnen toch energie afstaan, deze kans is vrij klein 🡪 groot doordringend vermogen.
Doordringen vermogen en dracht
De maximale afstand die een stralingsdeeltje kan afleggen in een materiaal, dracht. Bij γ en
röntgenstraling spreek je niet over dracht maar over halveringsdikte d1/2. Dat is de dikte van een
materiaal waarbij de stralingsintensiteit tot de helft is afgenomen. α-straling 🡪 enkele centimeters,
β-straling 🡪 door een laagje metaal (enkele mm) en enkele cm weefsel en γ- straling 🡪 cm dikke
loodplaten of een paar meter beton. Verloop van de absorptie geef je weer in een doorlaatkromme.
Bij γ en röntgenstraling spreek je niet over dracht maar over halveringsdikte d1/2. Dat is de dikte van
een materiaal waarbij de stralingsintensiteit tot de helft is afgenomen.
5.4 Activiteit en halveringstijd
Activiteit
De activiteit is het aantal kernen dat per seconde vervalt. De bron zelf absorbeert ook een deel van
de straling. 🡪 in praktijk deeltjes die de bron uitzendt is kleiner dan dat het aantal dat vervalt.
GM-teller telt steeds een deel van de deeltjes dat op de teller valt en geeft het aantal weer op een
display. Een scintillatieteller produceert per deeltje een klein lichtflitsje, het aantal lichtflitsjes wordt
geteld. Je moet altijd rekening houden met de achtergrondstraling.
Halveringstijd
De tijd waarin de helft van het aantal radioactieve kernen vervalt 🡪 halveringstijd, t1/2. Het
(N,t)-diagram van figuur 5.24 🡪 vervalkromme. De activiteit is recht evenredig met het aantal
instabiele kernen. De halveringstijd is een vast getal, dat je niet kunt beïnvloeden en alleen afhangt
van de mate van instabiliteit van de kern van een bepaalde isotoop.
A = A0 (1/2) ^ t/ t1/2 N = N0 (1/2) ^ t/ t1/2
A = de activiteit in becquerel (Bq) na t seconden (s) N = het aantal instabiele kernen na t seconden
A0 = de activiteit op tijdstip t = 0 s in becquerel (Bq) N0 = het aantal instabiele kernen op tijdstip t=0 s
t = de lopende tijd in seconde (s) t = de lopende tijd in seconde (s)
t1/2 = de halveringstijd in seconde (s) t1/2 = de halveringstijd in seconde (s)
t/ t1/2 = het aantal verstreken halveringstijden t/ t1/2 = het aantal verstreken halveringstijden
Halveringstijd en activiteit
De steilheid van de raaklijn aan een (N,t)-diagram is gelijk aan de activiteit op dat tijdstip.
A = - dN/dt
A = de activiteit in becquerel (Bq) na t seconde
- dN/dt = het aantal vervallen deeltjes per seconde
Bij lage activiteit neemt het aantal moederkernen langzaam af, dus duurt het lang voor de stof
verdwenen is. De halveringstijd is dan groot. Activiteit en halveringstijd zijn omgekeerd evenredig.
A = (ln 2/t1/2)* N
A = de activiteit in becquerel (Bq)
N = het aantal instabiele kernen
t1/2= de halveringstijd in seconde (s)
, Bij medische toepassingen (bv een tracer) moet je rekening houden met de activiteit, het
doordringend vermogen en de halveringstijd. De biologische halveringstijd is de tijd waarin een mens
de helft van de opgenomen radioactieve stof weer uitscheidt.
Opslag van radioactieve stoffen
Gebruikte brandstof uit kerncentrales en gebruikte isotopen uit ziekenhuizen vertonen soms nog een
hoge activiteit. Dit radioactief afval moet je veilig opbergen, totdat de activiteit zover is afgenomen
dat het niet meer schadelijk is. Je giet de stoffen in glas en beton in een roestvrijstalen vat, waarop je
een letter zet. Veilige bewaartijd = 10x de bewaartijd. Er zijn drie categorieën radioactief afval:
● Categorie A = kortlevend (t1/2 minder dan 30 jaar) afval met middelmatige activiteit ( A < 400
Bq per gram). 🡪 Gebruikte producten die in contact zijn gekomen met radioactieve stoffen.
● Categorie B = langlevend afval met middelmatige activiteit, maar met veel langere
halveringstijden. 🡪 van installaties die brandstof aanmaken voor kerncentrales en van die
opwerkingsfabrieken voor bestraalde brandstof.
● Categorie C = langlevend hoogactief afval. Dit is afval dat bestaat uit afgewerkte brandstof uit
kerncentrales.
5.5 Effecten van straling
Stralingsdosis
De energie die ioniserende straling in weefsel afgeeft, veroorzaakt schade. Een maat voor de schade
is de geabsorbeerde straling per Estr per kilogram weefsel, stralingsdosis D.
D = Estr/m
D = de stralingsdosis in gray (Gy = J/kg)
Estr = de geabsorbeerde stralingsenergie in joule (J)
m = de massa van het bestraalde weefsel of orgaan in kilogram (kg)
Voor het berekenen van de geabsorbeerde stralingsenergie Estr = A * Edeeltje * t heb je gegevens nodig:
● Het aantal deeltjes dat per seconde energie afgeeft, te berekenen met activiteit ter plaatse.
Omdat de activiteit dan is te meten op de plaats waar de straling geabsorbeerd wordt.
● De energie van een deeltje Edeeltje, Binas tabel 25.
● De tijdsduur waarin het weefsel aan de bestraling is blootgesteld.
● Meestal geïnteresseerd in de gem stralingsdosis in een orgaan 🡪 massa van het hele orgaan.
Dosisequivalent en weegfactoren
De berekende dosis in Gy geeft aan hoeveel energie door 1 kg weefsel is geabsorbeerd. Maar de
schade aan levend weefsel hangt ook af van de soort straling. Elke soort straling heeft een eigen
stralingsweegfactor WR waarmee je de dosis moet vermenigvuldigen om de schaden te kunnen
vergelijken. De equivalente stralingsdosis geeft beter aan hoe groot de schade is.
H = WR * D
H = de equivalente stralingsdosis in sievert (Sv = J/kg)
WR = de stralingsweegfactor, afhankelijk van de soort straling (geen eenheid)
D = de stralingsdosis in gray (Gy)
De eenheid millisievert per uur hoort bij de grootheid dosistempo, die aangeeft hoe groot de dosis is
die je per tijdseenheid ontvangt.
5.1 Straling en bronnen
Een geiger-müllerteller of GM-teller, geschikt om straling van radioactieve stoffen te meten.
Eigenschappen van straling
Straling beweegt langs rechte lijnen vanuit een bron. Ze worden zwakker als ze verder van de bron
komen. Ioniserend vermogen, zegt iets over de schadelijkheid. Door straling veranderen atomen in
positieve ionen. Door ionisatie kunnen moleculen in een cel (DNA) beschadigen en kunnen cellen
veranderen (muteren) of doodgaan. Doordringend vermogen 🡪 hoe diep de staling door kan dringen
in een bepaalde stof. Hoe groter iv, des te kleiner is dv.
Ontdekking van ioniserende straling
Röntgenstraling kan atomen ioniseren, is zeer doordringend en kan door menselijk weefsel
heengaan. Een apparaat zet elektrische energie om in stralingsenergie. Röntgenstraling wordt dus
niet door een radioactieve stof uitgezonden. Een radioactieve stof heeft instabiele atomen die
straling uitzenden. Instabiel betekent dat deze atomen niet altijd in deze vorm zullen blijven bestaan.
α-straling is minder doordringend dan β-straling. Er is nog een derde straling die uit radioactief
materiaal kan komen. Die straling lijkt op röntgenstraling, maar is nog doordringender,
gammastraling. Röntgen- en γ-straling lijken op uv-straling, maar zijn veel gevaarlijker.
Bronnen van ioniserende straling
Alle stralingsbronnen samen veroorzaken in onze omgeving een permanente hoeveelheid straling, de
achtergrondstraling. Bestraling kan zowel inwendig (in de persoon) als uitwendig (buiten de persoon)
plaatsvinden, afhankelijk van de plaats van de bron. Radioactieve besmetting ontstaat bv door het
inademen van radioactieve gassen die in de natuur voorkomen.
Stralingsenergie
Alfa en bèta deeltjes hebben bewegingsenergie en dragen die over aan het materiaal dat de deeltjes
absorbeert. Röntgen en gamma straling vervoeren ook energie, maar bestaan uit een ander soort
deeltjes, fotonen. Deze deeltjes hebben geen massa en geen lading maar wel energie. Een foton is
een pakketje stralingsenergie. De energie van de fotonen kan atomen ioniseren. Hoe groter de
energie van de straling, hoe groter het ioniserend vermogen.
5.2 Atomen en verval
Isotopen
Kernen van één element met dezelfde Z, maar een verschillende A heten isotopen. Ze verschillen
alleen in het aantal neutronen. Bij kleine kernen is het aantal neutronen meestal gelijk aan het aantal
protonen. Bij grotere kernen zijn er in verhouding meer neutronen nodig om de sterke afstoting van
de protonen te compenseren. Instabiele isotopen vervallen op een gegeven moment.
α-straling en β-straling
Bij het uitzenden van straling verandert de oorspronkelijke kern in een andere, radioactief verval. De
moederkern 🡪 de dochterkern. Je kunt niet voorspellen wanneer een kern vervalt.
Grote hoeveelheden kernen hebben wel een gemiddelde vervaltijd. Als een instabiele
kern vervalt, schiet een α of een β deeltje uit de kern en vaak ook γ-straling. Bij
β-verval komt er een elektron uit de kern. Dit komt doordat een neutron verandert in
een proton en een elektron. Het elektron schiet weg uit de kern kan ook veranderen in
een neutron. Bij dit verval ontstaat een positief deeltje.
5.3 Ioniserende werking en doordringend vermogen
Ioniserend vermogen van straling
,α- en β-straling hebben energie doordat ze snelheid hebben. De γ-straling door de fotonen. Bij elke
botsing verliest een elektron (β-straling) een deel van zijn energie, zo ontstaat er een spoor van
ionen. α-straling trekt door de positieve lading de buitenste elektronen mee. γ-fotonen hebben geen
massa, maar kunnen toch energie afstaan, deze kans is vrij klein 🡪 groot doordringend vermogen.
Doordringen vermogen en dracht
De maximale afstand die een stralingsdeeltje kan afleggen in een materiaal, dracht. Bij γ en
röntgenstraling spreek je niet over dracht maar over halveringsdikte d1/2. Dat is de dikte van een
materiaal waarbij de stralingsintensiteit tot de helft is afgenomen. α-straling 🡪 enkele centimeters,
β-straling 🡪 door een laagje metaal (enkele mm) en enkele cm weefsel en γ- straling 🡪 cm dikke
loodplaten of een paar meter beton. Verloop van de absorptie geef je weer in een doorlaatkromme.
Bij γ en röntgenstraling spreek je niet over dracht maar over halveringsdikte d1/2. Dat is de dikte van
een materiaal waarbij de stralingsintensiteit tot de helft is afgenomen.
5.4 Activiteit en halveringstijd
Activiteit
De activiteit is het aantal kernen dat per seconde vervalt. De bron zelf absorbeert ook een deel van
de straling. 🡪 in praktijk deeltjes die de bron uitzendt is kleiner dan dat het aantal dat vervalt.
GM-teller telt steeds een deel van de deeltjes dat op de teller valt en geeft het aantal weer op een
display. Een scintillatieteller produceert per deeltje een klein lichtflitsje, het aantal lichtflitsjes wordt
geteld. Je moet altijd rekening houden met de achtergrondstraling.
Halveringstijd
De tijd waarin de helft van het aantal radioactieve kernen vervalt 🡪 halveringstijd, t1/2. Het
(N,t)-diagram van figuur 5.24 🡪 vervalkromme. De activiteit is recht evenredig met het aantal
instabiele kernen. De halveringstijd is een vast getal, dat je niet kunt beïnvloeden en alleen afhangt
van de mate van instabiliteit van de kern van een bepaalde isotoop.
A = A0 (1/2) ^ t/ t1/2 N = N0 (1/2) ^ t/ t1/2
A = de activiteit in becquerel (Bq) na t seconden (s) N = het aantal instabiele kernen na t seconden
A0 = de activiteit op tijdstip t = 0 s in becquerel (Bq) N0 = het aantal instabiele kernen op tijdstip t=0 s
t = de lopende tijd in seconde (s) t = de lopende tijd in seconde (s)
t1/2 = de halveringstijd in seconde (s) t1/2 = de halveringstijd in seconde (s)
t/ t1/2 = het aantal verstreken halveringstijden t/ t1/2 = het aantal verstreken halveringstijden
Halveringstijd en activiteit
De steilheid van de raaklijn aan een (N,t)-diagram is gelijk aan de activiteit op dat tijdstip.
A = - dN/dt
A = de activiteit in becquerel (Bq) na t seconde
- dN/dt = het aantal vervallen deeltjes per seconde
Bij lage activiteit neemt het aantal moederkernen langzaam af, dus duurt het lang voor de stof
verdwenen is. De halveringstijd is dan groot. Activiteit en halveringstijd zijn omgekeerd evenredig.
A = (ln 2/t1/2)* N
A = de activiteit in becquerel (Bq)
N = het aantal instabiele kernen
t1/2= de halveringstijd in seconde (s)
, Bij medische toepassingen (bv een tracer) moet je rekening houden met de activiteit, het
doordringend vermogen en de halveringstijd. De biologische halveringstijd is de tijd waarin een mens
de helft van de opgenomen radioactieve stof weer uitscheidt.
Opslag van radioactieve stoffen
Gebruikte brandstof uit kerncentrales en gebruikte isotopen uit ziekenhuizen vertonen soms nog een
hoge activiteit. Dit radioactief afval moet je veilig opbergen, totdat de activiteit zover is afgenomen
dat het niet meer schadelijk is. Je giet de stoffen in glas en beton in een roestvrijstalen vat, waarop je
een letter zet. Veilige bewaartijd = 10x de bewaartijd. Er zijn drie categorieën radioactief afval:
● Categorie A = kortlevend (t1/2 minder dan 30 jaar) afval met middelmatige activiteit ( A < 400
Bq per gram). 🡪 Gebruikte producten die in contact zijn gekomen met radioactieve stoffen.
● Categorie B = langlevend afval met middelmatige activiteit, maar met veel langere
halveringstijden. 🡪 van installaties die brandstof aanmaken voor kerncentrales en van die
opwerkingsfabrieken voor bestraalde brandstof.
● Categorie C = langlevend hoogactief afval. Dit is afval dat bestaat uit afgewerkte brandstof uit
kerncentrales.
5.5 Effecten van straling
Stralingsdosis
De energie die ioniserende straling in weefsel afgeeft, veroorzaakt schade. Een maat voor de schade
is de geabsorbeerde straling per Estr per kilogram weefsel, stralingsdosis D.
D = Estr/m
D = de stralingsdosis in gray (Gy = J/kg)
Estr = de geabsorbeerde stralingsenergie in joule (J)
m = de massa van het bestraalde weefsel of orgaan in kilogram (kg)
Voor het berekenen van de geabsorbeerde stralingsenergie Estr = A * Edeeltje * t heb je gegevens nodig:
● Het aantal deeltjes dat per seconde energie afgeeft, te berekenen met activiteit ter plaatse.
Omdat de activiteit dan is te meten op de plaats waar de straling geabsorbeerd wordt.
● De energie van een deeltje Edeeltje, Binas tabel 25.
● De tijdsduur waarin het weefsel aan de bestraling is blootgesteld.
● Meestal geïnteresseerd in de gem stralingsdosis in een orgaan 🡪 massa van het hele orgaan.
Dosisequivalent en weegfactoren
De berekende dosis in Gy geeft aan hoeveel energie door 1 kg weefsel is geabsorbeerd. Maar de
schade aan levend weefsel hangt ook af van de soort straling. Elke soort straling heeft een eigen
stralingsweegfactor WR waarmee je de dosis moet vermenigvuldigen om de schaden te kunnen
vergelijken. De equivalente stralingsdosis geeft beter aan hoe groot de schade is.
H = WR * D
H = de equivalente stralingsdosis in sievert (Sv = J/kg)
WR = de stralingsweegfactor, afhankelijk van de soort straling (geen eenheid)
D = de stralingsdosis in gray (Gy)
De eenheid millisievert per uur hoort bij de grootheid dosistempo, die aangeeft hoe groot de dosis is
die je per tijdseenheid ontvangt.
