MATERIE EN STRALING
•Kernfysica
Chadwick (1932)
• Beschoot beryllium (94Be) met alfa-stralen, er ontstond
een vreemde straling die geen lading had. neutronen
Bouw van de atoomkern
• NucleonenProtonen m = 1.6726.10-27 kgNeutronen m = 1.6750.10-27 kg
Kernkarakteristieken
• Atomaire massa-eenheid :1 u = 1.6606 10-27 kg
• Massagetal A• Atoomnummer Z• Neutronental N
A = Z + N
Isotopen
• Isotopen zijn varianten van een atoomsoort met hetzelfde atoomnummer, maar een verschillend massagetal
Isotopen hebben eenzelfde aantal protonen, maar een verschillend aantal neutronen
Voorbeeld isotoop
126C
6 protonen, 6 neutronen
146C
6 protonen, 8 neutronen
Massadefect
• Indien men de kernmassa van een isotoop berekent door de respectievelijke massa’s van neutronen en protonen op te tellen en men vergelijkt dit resultaat met de werkelijke kermassa, blijkt de werkelijke kernmassa kleiner te zijn
massadefect
Verklaring massadefect
• Een deel van de massa wordt omgezet in energie, nodig om de elementaire kerndeeltjes samen te houden
• Dit volgens Einstein
E = ∆m c2
Bindingsenergie in functie van massagetal
Soorten radio-actieve straling
α, β en γ - straling
α-straling
• α-stralen zijn He-kernen: 42α = 4
2He
• Lading : + 2
• v = 14000 ->20000 km/s
• Sterk ioniserend vermogen
• Gering doordringingsvermogen Enkele cm in lucht Volledig geabsorbeerd door Al plaatje van 1/10 mm
α-straling
β-straling
• β-stralen zijn e: 0-1β
• Lading : - 1
• V = 100000 ->290000 km/s
• Klein ioniserend vermogen
• Vrij groot doordringingsvermogenDoordringen Al plaatje van enkele mm dik
β straling
Verklaring
01n -> 1
1p + -10β + 0
0ν
Anti – neutrino: Pauli (1953):
dit deeltje bezit energie uit massadefect datelektron niet bezit
γ-straling
γ-stralen zijn fotonen
Lading : 0 Massa: 0
00 γ
Verwaarloosbaar ioniserend vermogen
Zeer groot doordringingsvermogen
γ -straling
1ste transmutatieregel van Soddy
• Bij het uitzenden van een α-deeltje door een kern vermindert het atoomnummer met 2 eenheden en het massagetal met 4 eenheden.
ZAX -> 2
4α + Z-2A-4Y
Energie die vrijkomt bij uitzenden α-straling bij verval kern X naar kern Y
∆E = (massa kern X – massa kern Y – massa α) * 931,5 MeV
Deze energie vinden we voornamelijk terugals kinetische energie van het α-deeltje
2de transmutatieregel van Soddy
• Bij het uitzenden van een β-deeltje door een kern vergroot het atoomnummer met 1 eenheid
ZAX -> -1
0β + Z+1AY
Regels bij γ-straling
• α en β –straling kan gepaard gaan met uitzending γ-straling
• Bij het uitzenden van γ-straling door een kern blijven zowel het atoomnummer als het massagetal ongewijzigd.
Desintegratie van
Halveringstijd T
Dit is de tijd nodig om de helft van de aanwezige kernen te desintegreren.
t = 0 N = N0
t = T N = N0/2
t = 2T N = N0/4 = N0/ 2t/T
N = N02-t/T
Radioactief verval
Enkele voorbeelden van halveringstijden
Desintegratieconstante λ
∆N : aantal kernen dat desintegreert
∆N ~ ∆t
∆N ~ N
∆N = -λN∆t
Verband λ en T
Wiskundig kan ∆N = -λN∆t omgezet worden in:
N = N0e-λt
Vorige formule: N = N02-t/T
T = 0,693/λ
Kernfusie
• 2 lichte kernen versmelten tot 1 grote, stabiele kern
NatuurlijkKunstmatig
Een deel van de massa wordt omgezet in energie: E = ∆m c2
Natuurlijke kernfusie
• De energie van de zonnestralen vindt zijn oorsprong in de fusie van 2 waterstof-kernen
2 11H + 2 1
1n -> 24He + energie
energie: 1 kg geeft 6.75 1014 J
Kunstmatige kernfusie
• waterstofbom
Kernfissie
• Synoniem voor kernsplijting: uiteenvallen van zware isotopen tot kleine, stabiele elementen
NatuurlijkKunstmatig
Hierbij komt energie vrij
Natuurlijke kernfissie
• Desintegratie van U-238 tot Pb-206
Ouderdoms-bepalingen
Kunstmatige kernfissie
• Kernreactor PWR
Principe kettingrectie
Reactorvat
3 gescheiden kringen
Kernsplijtingsbommen (A-bommen)
Geigerteller
Activiteit
• De activiteit A van een radio-actieve stof is de verhouding van het aantal desintegraties in een bepaald tijdsinterval tot dit tijdsinterval.
• A = (aantal desintegraties)/ ∆t
• A = λN = λN0 e -λt
• A = 1 desintegratie/s = 1 Bq
Activiteit
• Volwassene (70 kg) 85OO Bq
• Zeewater 12 Bq/l
Geabsorbeerde dosis
• De geabsorbeerde dosis D is de verhouding van de stralingsenergie overgedragen aan een bestraald materie-element tot de massa van dit element.
• D = E/m
• [D] = J/ kg = Gy
Dosi-equivalent
• Het dosi-equivalent H is het product van de geabsorbeerde dosis met de qualiteitsfactor Q
• H = D Q
• [H] = 1 J/ kg = 1 Sv (Sievert)
Dosimeter
Dosimeter meet in mSv
• Sievert (Sv) is eenheid voor stralingsenergie door het menselijk lichaam opgenomen bij blootstelling aan straling
• Meestal werkt men met mSv
• Maximale blootstelling van 50 mSv/ jaar
Voorbeelden stralingsbelasting
Voorbeelden stralingsbelasting
Beveiligingsmaatregelen tegen straling
• Duur van de blootstelling
Beveiligingsmaatregelen tegen straling
• Afscherming en insluiting
Beveiligingsmaatregelen tegen straling
• Afstand tot de bron