Newton LRN-line Deel A+B - Hoofdstuk 3 - 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.Zichtbaar 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.  ‘$\mu$’ betekent één miljoensteSv staat voor Sievert: dat is de eenheid van stralingsbelasting.Een isotoop is een atoom met een afwijkend massagetal en dus met een afwijkende hoeveelheid neutronen in de atoomkern.Een alfadeeltje is in feite een positief geladen heliumkern. Dit betekent dat een alfadeeltje uit twee protonen en twee neutronen bestaat.De dikte van een materiaal die je nodig hebt om de helft van de straling tegen te houden.Als bij een kernreactie splijtingen steeds een volgende kern laten splijten. Zo gaan de splijtingen vanzelf door.Kernafval met een sterke straling, dat nog zeer lang actief blijft.  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.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 Antwoord: Alfastraling. Toelichting: Het massagetal van het beginproduct daalt met vier en het atoomnummer met twee. Dit betekent dat een deeltje met 2 neutronen en 2 protonen (samen vier kerndeeltjes) het beginproduct verlaten heeft.Antwoord:$^{43}_{19}K$. Toelichting: Het eindproduct is een stof met het atoomnummer 20 en er is een bètadeeltje vrijgekomen. Dit betekent dat de atoomkern van het beginproduct een neutron meer en een proton minder had. Dus is het atoomnummer van het beginproduct 19.Antwoord: $^{60}_{28}Ni$. Toelichting: Wanneer er gammastraling vrijkomt, komt er geen deeltje vrij maar energie. Gammastraling komt vaak vrij nadat een kern al bèta- of alfaverval heeft meegemaakt en de kern de overtollige energie moet verliezen. Hierdoor blijft de samenstelling van het atoom bij gammastraling hetzelfde.Bij vervalreactie 3. Gammastraling heeft het grootste doordringende vermogen doordat het niet uit deeltjes bestaat. Bij straling is het, naast de energie van de straling, 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 de energie van gamma-straling lager 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:$I=I_0 \cdot 0,5^n$ invullen geeft: $I = 100\% \cdot 0,5^3 = 12,5\%$.Bij 3,6 cm gaat er dus $12,5 \%$ doorheen. De hoeveelheid uraniumerts op de wereld is niet oneindig: het is een keer op. Daarom is het geen hernieuwbare bron van energie.  Om te voorkomen dat er een kettingreactie ontstaat (die niet meer gecontroleerd kan worden). De regelstaven beperken het aantal kernreacties, doordat ze neutronen absorberen.  In onderstaande tabel de hoeveelheden neutronen, protonen en elektronen per isotoop.IsotoopAantal neutronenAantal protonenAantal elektronenWaterstof-1011Waterstof-2111Waterstof-3211Toelichting: gegeven is dat waterstof-1 als symbool heeft: $\rm ^1 _1 He$. Dat betekent: één proton (en dus één elektron), en nul neutronen, want het massagetal is 1. Waterstof-2 heeft massagetal twee en heeft dus één neutron; waterstof-3 heeft er twee. (Het is nog steeds waterstof, dus het aantal protonen verandert niet).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: $N = N_0 \cdot 0,5^n$Berekenen:Het aantal halveringstijden $n = \frac{37}{12,33} = 3$.Dus er is nog $100\% \cdot 0,5^3 = 12,5 \%$ 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. 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).  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 0,1750,7×100%=25%\frac{0,175}{0,7} \times 100\% = 25\%0,70,175​×100%=25%.Bij 25% horen 2 halveringstijden, dus 1 halveringstijd is 12/2 = 6 uur. Een bètadeeltje is −10β^0 _{-1} \beta−10​β. Dat komt aan de rechterkant te staan. Omdat het atoomnummer aan beide kanten gelijk moet zijn, neemt het rechts met één toe. Gegeven is dat er een isotoop van ruthenium ontstaat; we weten dat het atoomnummer dus 43+1=4443 + 1 =4443+1=44 moet zijn.Dus vervalvergelijking:  4399Tc→ 4499Ru+−10β\rm  ^{99} _{43} Tc \to  ^{99} _{44} Ru + ^0 _{-1} \beta 4399​Tc→ 4499​Ru+−10​β. Zoek eerst polonium op in het periodiek systeem: $\rm Po$ heeft atoomnummer 84, dus dat is $\rm ^{210}_{84}Po$.Bedenk dat een alfadeeltje is: $\rm ^4_2 \alpha$.Voor en na de pijl moet je hetzelfde massagetal hebben: dus rechts heeft het nieuwe deeltje massagetal 210 - 4 = 206. Voor en na de pijl moet je ook hetzelfde aantal protonen hebben (de atoomnummers): dus rechts heeft het nieuwe deeltje atoomnummer 84 - 2 = 82. Dat is Pb (lood) (zie het periodiek systeem). Dus je krijgt: $\rm ^{210}_{84}Po \to ^{206}_{82}Pb +  ^4_2 \alpha$. 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.