Overal Natuurkunde 5e ed - Hoofdstuk 2 - Straling oefentoetsen & antwoorden

Mogelijke antwoorden zijn:Radiogolven; om informatie uit te wisselen.Microgolven; om eten op te warmen of wifi te ontvangen.Infraroodstraling; om warm te worden.Licht; om te kunnen zien.Ultraviolette straling; om bruin te worden of geldbiljetten te controleren.Röntgenstraling; om botbreuken zichtbaar te maken. Gammastraling; voor medische toepassingen. Een verschil is dat er bij een chemische reactie moleculen uit elkaar vallen en nieuwe verbindingen aangaan, terwijl bij een vervalreactie (instabiele) atomen uit elkaar vallen.Een overeenkomst is dat er bij beide reacties nieuwe stoffen ontstaan. Het doordringend vermogen geeft aan hoe gemakkelijk straling ergens doorheen gaat.  Niet waar: de zon zendt allerlei soorten straling uit, waaronder infraroodstraling.Waar.Niet waar: het is omgekeerd, namelijk: Een molecuul bestaat uit één of meerdere soorten verschillende atomen.Waar.Niet waar: een radioactief atoom zendt alfa-, bèta- en/of gammastraling uit. Bij straling is het, naast het ioniserend vermogen, belangrijk te weten wat het doordringend vermogen is van straling. De α-straling bestaat uit, relatief, grote deeltjes (helium-ionen). Deze deeltjes hebben een zeer laag doordringend vermogen, zie het plaatje. Terwijl γ-straling een veel groter doordringend vermogen heeft en dus dieper in je lichaam komt. En hoewel het ioniserend vermogen laag is kan het toch voor gevaarlijke situaties zorgen (zoals mutatie van cellen).  De loden plaat is 3x zo dik, met andere woorden: de plaat heeft 3x de halveringsdikte.Manier 1: De stralingshoeveelheid wordt per 1,2 cm gehalveerd:Bij 1,2 cm gaat er 50 % door de plaat heen.Bij 2,4 cm gaat er 25 % door de plaat heen.Bij 3,6 cm gaat er 12,5 % door de plaat heen.Manier 2: Met behulp van de formule voor het percentage doorgelaten straling:Bij 3,6 cm gaat er $(\frac{1}{2})^3 \times 100 \% = 12,5 \%$ doorheen. De botten absorberen de meeste straling/houden de meeste straling tegen. Daarom zie je de botten als wit. Bij het maken van een röntgenfoto komt röntgenstraling vrij. Het is niet erg als deze straling op je valt één keer in de paar jaar, maar dit moet niet regelmatig gebeuren. Om ervoor te zorgen dat de tandarts niet een te hoge equivalente dosis binnenkrijgt aan ioniserende straling, beschermt hij zichzelf van de straling door achter een muurtje te gaan staan.Zodat een tracer zich na enige tijd snel al grotendeels heeft geconcentreerd in het gebied dat onderzocht moet worden. Verder heeft dit ook nog als voordelen dat er maar weinig van de radioactieve stof ingebracht hoeft te worden en dat deze stof ook relatief snel uitgewerkt is.Een kunstmatige bron van gammastraling (een tracer) wordt het lichaam van de patiënt ingebracht. De tracer verspreidt zich door het lichaam en komt daardoor ook langs de organen die onderzocht moeten worden. De tracer zendt in het lichaam gammastraling uit en dit wordt waargenomen door een gammacamera. De detectoren van de camera detecteren enkel de gammastraling die loodrecht op het detectieveld valt. Ten slotte maakt een computer op basis van de meetgegevens een beeld. Dit is een false color image beeld waar de sterkte van de straling met verschillende kleuren wordt aangegeven. Dit kan op de volgende drie manieren:Zoveel mogelijk afstand nemen tot de stralingsbronZo kort mogelijk in de buurt zijn van de stralingsbronAfschermingsmateriaal met een grote dichtheid tussen jou en de stralingsbron hebben staan.Wanneer iemand:Een ongewone radioactieve bron in het lichaam (inwendige besmetting) of op het lichaam (uitwendige besmetting) heeft.In zijn lichaam radioactieve stoffen heeft die zich langzaamaan ophopen.Mogelijke antwoorden zijn drie van de volgende:Cellen beschadigenDNA in de cellen beschadigen (leidt tot mutaties)Schade aan beenmerg en lymfeklierenOnvruchtbaarheidAantasting van het centrale zenuwstelselBewusteloosheidIn coma rakenOverlijden Gegeven: Massa technetium = 0,7 gMassa per kern: 1,67*10-27 kg = 1,67*10-24 g. (Je mag ook beide massa’s in kg omzetten, maar het is belangrijk dat ze allebei in dezelfde eenheid staan!).Gevraagd: Aantal kerndeeltjesFormule: - Berekening:Deel het totaal aantal gram door het aantal gram per kern. Dat geeft: aantal kernen = 0,7 g : 1,67*10-24 g = 4,19*1023.Conclusie: 4,19*1023 kerndeeltjes. Als er 0,525 g is vervallen, dan is er nog 0,7 - 0,525 = 0,175 g van de oorspronkelijke hoeveelheid over. Dat is $\frac{0,175}{0,7} \times 100\% = 25\%$.Bij 25% horen 2 halveringstijden, dus 1 halveringstijd is 12/2 = 6 uur. Omdat koolstof-14 instabiel is, vervalt het. Daarbij ontstaat een ander atoom en dus zal het gehalte koolstof-14 afnemen.  Toen het net ontstond bevatte het 100% van de oorspronkelijke hoeveelheid koolstof-14.Na 1 halveringstijd: 50%Na 2 halveringstijden: 25%Na 3 halveringstijden: 12,5 %Na 4 halveringstijden: 6,25%Dus het bot is minimaal 4 halveringstijden oud. Dat betekent 4 x 5730 jaar = 22.920 jaar oud. Na iedere halveringstijd is nog maar de helft van de koolstof-14 over. Dat betekent dat je op een gegeven moment zó weinig koolstof-14 hebt dat het bijna niet meer te meten is. (In de praktijk wordt koolstofdatering gebruikt voor botten tot ongeveer 60.000 jaar oud).  Om het aantal vluchten per jaar uit te rekenen, gaan we kijken bij welk aantal vluchten de dosislimiet wordt overschreden. Dat doen we als volgt:Gegeven: Dosislimiet: 20 mSvDosisequivalent per vlucht: 0,0688 mSvGevraagd: Maximaal aantal vluchten per jaarFormule: -Berekening: Het aantal vluchten is gelijk aan de dosislimiet gedeeld door de dosisequivalent per vlucht, dus 20/0,0688 = 290,7…Conclusie: deze piloot mag op deze vlucht maximaal 290 vluchten maken. (Let op: als je zou afronden kom je tot 291, maar met 291 vluchten zit je bóven de dosislimiet. Daarom is 290 het juiste antwoord).Hoe dikker het materiaal, hoe meer straling het zou tegenhouden. De piloten zouden dus (voor wat betreft hun stralingsdosis) veiliger zijn als het vliegtuig van dikker materiaal was gemaakt.  De halveringstijd van tritium is 12,33 jaar. Wanneer deze stof ingebracht zou worden in het lichaam zou deze zeer lang actief nog zijn en dus ioniserende straling uitzenden in het lichaam. Dit maakt tritium dus ongeschikt om ingezet te worden in de medische wereld. Gegeven:Massa = 4 gramHalveringstijd = 12,33 jaarGevraagd: Massa na 37 jaarFormule: percentage overgebleven atomen = $(\frac{1}{2)^n \times 100 \%$Berekenen:Het aantal halveringstijden $n = \frac{37}{12,33} = 3$.Dus er is nog $(\frac{1}{2)^3 \times 100 \% = 12,5 \%$ over. $12,5 \%$ van 4 gram is $\frac{12,5}{100} \times 4 = 0,5$ gram.Conclusie: De massa zal dan 0,5 gram zijn.Tijd (jaar)nMassa tritium00412,331226,66213730,5Op de y-as de massa (in grammen) en op de x-as de tijd in jaren.