Nova NaSk1 MAX 2021 deel B - Hoofdstuk 8 - Atomen en straling oefentoetsen & antwoorden

De dracht geeft aan hoe ver de straling in een stof kan doordringen.Een stof die (spontaan) ioniserende straling uitzendt, noem je radioactief.De eenheid van activiteit is becquerel (Bq).Bij bestraling van buitenaf is gammastraling het meest schadelijk.Een geigerteller.Moleculen zijn opgebouwd uit atomen. Juist. De stralingsenergie kan de verbinding tussen de atomen in een molecuul verbreken. Dit proces noemen we ioniseren. Het gevolg is dat de moleculen als brokstukken uit elkaar vallen.Onjuist. Een element bestaat uit één atoomsoort en kan dus niet verder ontleed worden.Onjuist. Het afschermingsmateriaal wordt gebruikt om straling te absorberen. Hierdoor wordt er minder straling doorgelaten.Juist. Gammastraling kan zowel tegelijk met alfastraling en bètastraling uitgezonden worden, maar er zijn ook stoffen die alleen gammastraling uitzenden.Juist. De atomen van één element hebben allemaal hetzelfde aantal protonen in hun kern. Het aantal protonen in de kern bepaalt dus om welk element het gaat. Het aantal protonen in de kern geeft het atoomnummer aan en dus bepaalt het atoomnummer om welk element het gaat. Deze radioactieve stoffen kunnen in je lichaam terecht komen door de lucht die je inademt, het voedsel dat je eet of het water dat je drinkt. Hierdoor kan er besmetting optreden waardoor radioactieve stoffen je lichaam van binnenuit bestralen.Een atoom bestaat uit een kern waar omheen elektronen bewegen. De kern bestaat uit protonen en neutronen. Van laag naar hoog doordringend vermogen: alfastraling - bètastraling - gammastraling. Gegeven: 5.3 MBq.Gevraagd: het aantal Bq.Formule: er is geen formule gegeven in dit hoofdstuk. We weten dat 1.0 MBq gelijk is aan 1000000 Bq. We kunnen dit vervolgens vermenigvuldigen met 5.3.Berekening: $5.3 \times 1000000 = 5300000$ Bq.Conclusie: 5.3 MBq is gelijk aan 5300000 Bq. Straling afkomstig van radioactieve stoffen is gevaarlijk omdat mensen die een extreem hoge dosis oplopen vrijwel meteen overlijden.Het oplopen van een lage dosis is wel gevaarlijk, omdat de kans dat je kanker krijgt groter wordt.Kinderen van ouders die een lage dosis straling ontvangen hebben, hebben een grotere kans om met een afwijking geboren te worden.In het boek zijn drie voorzorgsmaatregelen genoemd. Ze worden hier alle drie beschreven:De tijd dat mensen in de buurt van de radioactieve stoffen komen zo kort mogelijk houden.De afstand tot de radioactieve stoffen zo groot mogelijk maken. Dit kan eventueel door machines te gebruiken die op afstand bediend worden.Afschermingsmateriaal gebruiken dat straling absorbeert. Toelichting: vooral voor gammastraling is dit belangrijk omdat gammastraling het grootste doordringende vermogen heeft. Vaak wordt hiervoor lood gebruikt.Als er radioactieve stoffen in het rivierwater terecht zijn gekomen zorgt het drinken hiervan dat je besmet raakt. Wanneer je besmet bent, wordt je lichaam van binnenuit bestraald en ben je dus radioactief. Hierdoor wordt je lichaam continu bestraald van binnenuit, waardoor er veel schade kan optreden in je lichaam. Een persoon kan radioactieve stoffen in zijn/haar lichaam krijgen door radioactieve stoffen die in de lucht zitten in te ademen.Een persoon kan radioactieve stoffen in zijn/haar lichaam krijgen door voedsel te eten waar radioactieve stoffen in zitten. De straling die de tracer uitzendt wordt met behulp van een apparaat opgevangen (in dit geval een gammacamera). Omdat het apparaat de straling moet kunnen meten, moet de straling buiten het lichaam komen. Alfastraling en bètastraling hebben een klein doordringend vermogen en zullen niet door het lichaam heen komen. Gammastraling heeft een groot doordringend vermogen en komt wel door het lichaam heen, waarna het gemeten kan worden met de gammacamera. Hierdoor wordt een tracer gebruikt die gammastraling uitzendt. In een laboratorium wordt de tracer gemaakt door er atomen in te bouwen van een isotoop die gammastraling uitzendt.De tracer wordt in het ziekenhuis in het lichaam van de patiënt ingebracht (veelal door een injectie). Eenmaal in het lichaam verspreidt de tracer zich en komt ook in het orgaan terecht dat onderzocht moet worden. In verhouding tot de andere organen neemt dit orgaan veel tracermateriaal op.De tracer zendt gammastraling uit die tot buiten het lichaam te meten is. Met behulp van een gammacamera wordt de gammastraling gemeten, waarna een computer een afbeelding van het orgaan maakt. Met het begrip dracht wordt aangegeven hoe ver de straling in een stof kan doordringen.Alfastraling en bètastraling kunnen compleet tegengehouden worden door verschillende materialen (alfastraling al door een vel papier). Hierdoor zijn er materialen waar deze soorten straling niet doorheen gaan en dus kun je kijken naar de afstand die deze straling in die stoffen kan doordringen. Gammastraling kan nooit helemaal tegengehouden worden en dus dringt het altijd door de verschillende soorten materialen heen. Hierdoor kan men niet van dracht spreken omdat gammastraling altijd door het materiaal heen komt, hoe klein de resterende straling na het materiaal ook is.Omdat de straling van buiten het lichaam komt, is de patiënt na de behandeling niet radioactief.Voor bestraling van buitenaf wordt altijd gammastraling gebruikt.Delen van het lichaam die niet bestraald mogen worden, worden afgeschermd met lood.Wanneer een patiënt van binnenuit bestraald wordt, is de patiënt tijdelijk radioactief.Om de risico’s voor de patiënt en zijn/haar omgeving te verkleinen, worden isotopen met een korte halveringstijd gebruikt. Elke rode bol geeft de positie van een elektron weer. De elektronen zijn dus te vinden buiten de atoomkern. Deze bewegen om de atoomkern heen. Een elektron heeft een negatieve lading.Protonen zijn te vinden in de kern van het atoom. De protonen bevinden zich dus in de zwarte bol. Een proton heeft een positieve lading.Neutronen zijn te vinden in de kern van het atoom. De neutronen bevinden zich dus in de zwarte bol. Een neutron bevat geen elektrische lading maar is neutraal.Als een atoom elektrisch neutraal is wil dat zeggen dat het evenveel protonen als elektronen bevat. Hierdoor is er dus geen netto lading.De 10 in C-10 geeft het massagetal aan. Het massagetal is gelijk aan het aantal kerndeeltjes in de atoomkern. In andere woorden, het massagetal geeft het aantal protonen plus neutronen aan. C-10 bevat in de kern dus in totaal 10 protonen en neutronen samen.Gegeven: 6 elektronen (zie afbeelding), het atoom is elektrisch neutraal en het massagetal is 10 (C-10).Gevraagd: het aantal protonen en neutronen in de atoomkern.Formule: er is geen formule gegeven in het boek. We kunnen het aantal protonen bepalen door te beseffen dat het atoom elektrisch neutraal is, er zijn dus evenveel protonen als elektronen. Vervolgens kan het aantal neutronen bepaald worden door het aantal protonen van het massagetal af te halen, want de kern bevat in totaal 10 deeltjes (protonen + neutronen). De formule voor het massagetal is: massagetal = aantal protonen + aantal neutronen.Berekening: er zijn 6 elektronen, dus ook 6 protonen. Het aantal neutronen is gelijk aan $10 - 6 = 4$.Conclusie: de atoomkern bestaat dus uit 6 protonen en 4 neutronen. Dit maakt een totaal van 10 kerndeeltjes, wat overeenkomt met het massagetal. Gegeven: C-10 bestaat uit 10 protonen + neutronen, C-13 bestaat uit 13 protonen + neutronen.Gevraagd: hoeveel keer zwaarder het C-13 atoom is dan het C-10 atoom.Formule: er is geen formule gegeven in het boek. Hoeveel keer zwaarder het C-13 atoom is dan het C-10 atoom kan berekend worden door de massa van het C-13 atoom te delen door de massa van het C-10 atoom. Let erop dat de massa hier geen eenheid heeft, omdat we niet weten hoe groot de massa van een proton en neutron precies is. We weten alleen hoeveel protonen + neutronen er in elk atoom zitten. We gaan dus het massagetal van C-13 delen door het massagetal van C-10.Berekening: $\frac{13}{10} = 1.3$.Conclusie: het C-13 atoom is 1.3 keer zwaarder dan het C-10 atoom. De activiteit is gelijk aan het aantal kernen dat per seconde vervalt. Bij een activiteit van 80 Bq vervallen er dus elke seconde 80 kernen.In de figuur hierboven kun je aflezen dat na 14 jaar de activiteit gehalveerd is van 100 Bq naar 50 Bq. De helft van het radioactieve Pu-241 is dan vervallen. De halveringstijd van Pu-241 is dus 14 jaar. Gegeven: de halveringstijd van Pu-241 is 14 jaar.Gevraagd: de activiteit in Bq na 42 jaar.Formule: er is geen formule gegeven in het boek. Je kunt het aantal verstreken halveringstijden berekenen door 42 jaar te delen door de halveringstijd van 14 jaar. Vervolgens halveer je vanaf 100 Bq net zo vaak als het aantal halveringstijden dat verstreken is.Berekening: het aantal verstreken halveringstijden is gelijk aan $\frac{42}{14} = 3$. De activiteit kan nu berekend worden door 3 keer te halveren vanaf 100 Bq, dit ziet er als volgt uit: $\frac{100}{2} = 50$, $\frac{50}{2} = 25$, $\frac{25}{2} = 12.5$. Er is nu 3 keer gehalveerd.Conclusie: na 42 jaar is de activiteit gelijk aan 12.5 Bq.Wanneer een geigerteller radioactiviteit meet begint het te klikken. Hoe hoger de activiteit is, des te meer klikken hoor je, omdat de klikken elkaar sneller opvolgen. Over 5 jaar is de activiteit afgenomen ten opzichte van nu, waardoor het aantal klikken dat Gijs hoort minder zal zijn, omdat de klikken elkaar minder snel opvolgen.Toelichting: het maakt niet uit dat we niet weten hoe groot de activiteit nu is en over 5 jaar, omdat we in de figuur kunnen zien dat de activiteit afneemt als de tijd verstrijkt. We weten dan dus dat de activiteit over 5 jaar lager zal zijn dan de activiteit nu.