Soul-project Samenwerken, onderzoeken uitleggen en leren Natuurkunde 3 vwo



Dovnload 245.82 Kb.
Datum17.08.2016
Grootte245.82 Kb.


SOUL-project

Samenwerken, onderzoeken uitleggen en leren



Natuurkunde 3 vwo


Hoofdstuk 9 Straling

Leerlingenbundel bij NovA







les

datum

klassikaal/groepje

Opdrachten / Huiswerk

1



Blok 1 – Wat is radioactiviteit?

1 t/m 8

2



Blok 2 – Besmetting en bestraling

9 t/m 12

3



Blok 3 – Toepassingen

13 t/m 16

4



Blok 4 – Verschillende soorten straling

17 t/m 19

5



Blok 5 – Sterkte van een bron

20 t/m 28

6



NovA §9∙1




7



Blok 6 – Wat is straling eigenlijk?

27 t/m 43

8



NovA §9∙2





Radioactiviteit


Geschreven door: Kees Klaassen

Wout Moerman


Met medewerking van: Chris Janssen

Piet Lijnse

Harrie Eijkelhof

Rupert Genseberger

Hans Créton

Besteladres: Vakgroep Natuurkunde-Didaktiek RUU

Postbus 80.008

3508 TA Utrecht

Telefoon: 030-531179
Vakgroep Natuurkunde-Didaktiek, CDß, Rijksuniversiteit te Utrecht 1991

Bewerkt voor SOUL-project Natuurkunde


bij lesmethode NoVa – uitgeverij Malmberg

St. Bonifatiuscollege, Utrecht

schooljaar 2006-2007
Deelnemende docenten:

Antoon Boks

Rudolf Burggraaf

Kees Hooyman

Elie Masela

Ad Migchielsen

Wouter Tinbergen

Carien Vruggink


Technische ondersteuning:

Marti van IJzendoorn


SOUL 3HV - 9 Radioactiviteit en Straling

Blok 1 – Wat is Radioactiviteit?




Kernvraag

1. Wat is radioactiviteit, en wat is straling?

Kernvraag

2. Hoe ontstaat radioactiviteit? Hoe kan een voorwerp radioactief worden?


1. Welke dingen hebben te maken met radioactiviteit en straling?


a) De volgende voorwerpen hebben allemaal te maken met radioactiviteit en/of straling. Noteer bij elk voorwerp:

- is het voorwerp radioactief?

- zendt het voorwerp straling uit?

- heeft het op een andere manier met radioactiviteit te maken?



We noemen een voorwerp radioactief als het gevaarlijk straling uitzendt.

b) Welke voorwerpen op de foto’s zijn radioactief?

c) Bij welke voorwerpen is de radioactiviteit kunstmatig?


d) Welk voorwerp zendt wel straling uit, maar is niet radio-actief?



2. Tsjernobyl


De ramp met de kercentrale in Tsjernobyl is het grootste ongeluk dat met een kerncentrale is gebeurd. Door een menselijke fout ‘ontplofte’ de kerncentrale, en er ontstond brand. Door de ontploffing stortte het dak van de centrale in, en er ontsnapte veel radioactief materiaal.

In het krantenartikel hiernaast uit die tijd kun je lezen dat er ‘een zwaar radio-actieve wolk’ boven de centrale hing.

a) Hoe kan een wolk radio-actief zijn? Waar bestaat die wolk dan uit?


De radio-actieve wolk zorgde voor een groot gevaar. De Europese Commissie besloot tot een invoerverbod van landbouwproducten.

b) Zouden deze landbouwproducten uit zes Oosteuropese landen ook radio-actief kunnen zijn geworden? Hoe?

Het eten van spinazie uit Nederland wordt ten sterkste ontraden. De spinazie moet ook vernietigd worden.

c) Hoe kan spinazie in Nederland radio-actief zijn geworden van een kerncentrale in Rusland?

Radioactiviteit is overal!


Er is altijd straling aanwezig. Die straling komt vanuit radioactieve bronnen uit de omgeving. Dat kan uit de bodem, wanden van gebouwen of uit de ruimte zijn. Dit is de zogenaamde achtergrondstraling, en de bronnen noemen we natuurlijke bronnen. Voorbeelden zijn:

  • de zon en andere sterren (de straling hiervan wordt kosmische straling genoemd, omdat deze uit de ruimte, de kosmos, komt);

  • gesteentes met uranium, radium en polonium;

  • bouwmaterialen, zoals bakstenen, die gebakken zijn uit klei. Die klei bevat van nature radioactieve stoffen. Ook gipsplaten kunnen radio­actieve stoffen bevatten.

Bronnen die door mensen zijn gemaakt, heten kunstmatige bronnen. Voorbeelden hiervan zijn:



  • bestralingsapparatuur in ziekenhuizen;

  • rookmelders, die als radioactieve bron de door mensen gemaakte stof americium bevatten;

  • kerncentrales; - atoombommen; - tracers, die in het menselijk lichaam gebracht worden. Ze bevatten kleine hoeveelheden radioactieve stof. Er wordt gekeken hoe ze zich door het lichaam verspreiden.


Gevolgen van het ontvangen van straling


Alle levende wezens bestaan uit cellen. Een levend wezen groeit doordat cellen zich delen. Als cellen te snel delen ontstaan tumoren. Je hebt al eerder geleerd dat radioactieve straling de cellen die te snel groeien kan doden. Maar röntgenstraling en radioactieve straling kunnen ook normale cellen beschadigen. Er zijn drie soorten beschadigingen aan cellen.

  • Een cel wordt maar licht beschadigd. De cel kan zichzelf daarna weer helemaal herstellen.

  • Een cel wordt zo beschadigd dat hij zijn taak niet goed meer uitvoert, of te snel gaat delen.

  • Een cel wordt zo erg beschadigd dat hij dood gaat.

Als cellen licht beschadigd worden en zich weer herstellen, wordt die persoon even ziek maar ook weer beter. Iemand krijgt kanker als de cellen zich te snel gaan delen. Daar wordt iemand pas jaren later ziek van. Pas dan zijn die tumoren zo groot dat die persoon er last van krijgt. Als iemand erg veel straling ontvangt, kunnen veel cellen doodgaan. Dat kan de dood van die persoon betekenen.




Natuurlijke radioactiviteit

Op de kaart hiernaast is aan­gegeven hoeveel straling de Nederlandse bodem uitzendt. De een­heid die gebruikt wordt, is nano-sievert per uur. (1 nSv = 1 miljardste Sv). De verschillen ontstaan doordat er op sommige plaatsen meer grondmateriaal met radioactieve stoffen zoals uranium en radium aan de oppervlakte liggen. Maar ook de aanwezigheid van steenkool kan de oorzaak zijn.





3. Achtergrondstraling


De kaart van Nederland geeft de achtergrondstraling op verschillende plaatsen weer.

a) Is de achtergrondstraling bij jou in de buurt laag of hoog?


Uranium en radium vinden we, net als bijvoorbeeld ijzererts, vaak in gesteentes. Uraniummijnen bestaan dus alleen in rotsachtige gebieden en gebergtes. Die komen we in Nederland niet veel tegen.

b) Hoe is het radioacieve materiaal in Nederland gekomen? Kijk daarbij goed naar de kaart van Nederland.

4. Celbeschadiging en kanker


Er zijn drie soorten beschadigingen aan cellen.

  • Een cel wordt maar licht beschadigd. De cel kan zichzelf daarna weer helemaal herstellen.

  • Een cel wordt zo beschadigd dat hij zijn taak niet goed meer uitvoert, of te snel gaat delen.

  • Een cel wordt zo erg beschadigd dat hij dood gaat.

a) Door welke soort beschadiging (1, 2 of 3) aan cellen wordt kanker opgewekt?


Om kanker te bestrijden gebruiken we chemotherapie en (vreemd genoeg) bestraling. Bij bestraling proberen we de slechte cellen te beschadigen.

b) Door welke soort beschadiging (1, 2 of 3) aan cellen wordt kanker bestreden?

c) Een tumor wordt vaak van heel veel verschillende kanten bestraald. Waarom doet men dat?


d) Als iemand straling ontvangt, kan die persoon daar pas jaren later last van krijgen. Sommige mensen denken dat dit komt omdat de straling dan pas schade aanricht. Ben je het daarmee eens? Leg je antwoord uit.



5. Kerncentrale


In een kerncentrale wordt elektriciteit opgewekt. Soms staat z'n centrale in de buurt van een stad. Maar de inwoners van zo'n stad mogen daar geen straling ontvangen.

Hoe zorgt men dat het veilig is om in de buurt van een kerncentrale te wonen?



6. (Demonstratie-)onderzoek


In de klas ligt wat radioactief materiaal. Onderzoek met welke materialen je de straling goed tegen kunt houden. Je kunt gebruik maken van karton, papier, beton en/of lood. Gebruik verschillende diktes, maar zorg dat de afstand tussen bron en meetapparaat constant is.

Schrijf je resultaten hieronder op.




7. Tsjernoby;


In 1986 is er in Tsjernobyl (dat ligt in Oekraïne) een ongeluk gebeurd met een kerncentrale. Niet alleen voor de omgeving van Tsjernobyl had het ongeluk gevolgen. Ook in Nederland kregen we er last van. En dat terwijl Nederland op meer dan 1500 km van Tsjernobyl ligt.

a) In de omgeving van Tsjernobyl werd tijdens en na het ongeluk heel veel straling gemeten. Straling heeft een zeer grote snelheid (de lichtsnelheid: 300.000 km/s). Toch werd de eerste dagen in Nederland nauwelijks meer straling gemeten dan normaal. Hoe kan dat?

b) Enkele dagen na het ongeluk werd in Nederland meer straling gemeten dan normaal. Hoe zou dat gekomen kunnen zijn?

In Nederland werd ook afgeraden verse groenten te eten. En de spinazie die toen geoogst werd, mocht niet verkocht worden. Ook mocht er geen verse melk worden verkocht. Al die verse spullen waren te radioactief.

c) Hoe zouden die verse spullen radioactief geworden zijn?

8. Radioactief maken


Hoe zouden jullie met de spullen in de klas iets radioactief kunnen maken?

Controleer of je een appel radioactief kunt maken daar het te bestralen in het Röntgenapparaat.




Wat heb je nu geleerd?

Welke vragen heb je nu nog?







SOUL 3HV - 9 Radioactiviteit en Straling

Blok 2 – Besmetting en bestraling



Kernvraag

1. Hoe kan een normaal voorwerp radioactief worden?

Kernvraag

2. Welke veiligheidmaatregelen kun je nemen? In welke situatie zijn die maatregelen goed?

9. Radioactief afval


Bij kerncentrales ontstaat radioactief afval. Dat afval bestaat uit radioactief materiaal. Radioactief afval wordt soms in zee gestort. Dat is erg omstreden. Lees het onderstaande stukje maar eens.
Britse fabriek loost te veel kernafval.

Londen, 5 juli   het staatsbedrijf voor de opwerking van gebruikte splijtstof in het Britse Sellafield loost nog steeds onnodig veel radioactief afval in de Ierse Zee. Dit heeft een adviesorgaan van de Britse regering vastgesteld. Er is al lange tijd kritiek op de veiligheidsnormen die in Sellafield worden gehanteerd. Milieuorganisaties hebben al herhaaldelijk aangedrongen op de beëindiging van de lozing van radioactief afval in zee. In november van het vorige jaar moest de regering stranden in de buurt van het bedrijf sluiten omdat er te hoge doses straling werden gemeten.


a) Sommige vissen uit de Ierse Zee zijn radioactief geworden, terwijl het afval van de centrale niet eetbaar was. Hoe zouden de vissen radioactief geworden kunnen zijn?

b) Hoe zou het komen dat er te veel straling op de stranden werd gemeten?


c) Waarom is het ongezond om de vissen op te eten? Wat gebeurt er dan in je lichaam?


d) Hoe kan een appel radioactief worden?

e) Hoe werden verse voedingsmiddelen in Nederland toch radioactief na Tsjernobyl?

10. Samenvatting





Belangrijke beweringen om te onthouden

(en een korte samenvatting van het voorafgaande)
Jullie kennen ondertussen een aantal belangrijke begrippen:
straling bestraald radioactief materiaal besmet radioactief
Bedenk hieronder eens wat beweringen waarin deze begrippen voorkomen. De beweringen moeten natuurlijk wel kloppen. Er mag geen onzin staan. Om jullie te helpen staan er eerst twee voorbeelden.
Een bewering met radioactief materiaal en straling:

1 Radioactief materiaal zendt straling uit.


Een bewering met bestraald en straling:

2 Een bestraald voorwerp zendt wel/geen straling uit.


Een bewering met radioactief materiaal en besmet:
3 ……………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………………..
Een bewering met besmet en straling:
4 ……………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………………..
Een bewering met bestraald en radioactief
5 ……………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………………..
Een bewering met besmet en radioactief
6 ……………………………………………………………………………………………..
………………………………………………………………………………………………..




11 Veiligheidsmaatregelen


a) Bedenk twee maatregelen om te voorkomen dat iemand bestraald wordt door een radioactieve bron. Leg uit waarom die maatregelen helpen.

Maatregel tegen bestraling: uitleg:

1 .

2.

b) Bedenk twee maatregelen om te voorkomen dat iemand besmet raakt door een radioactieve bron. Leg uit waarom die maatregelen helpen.



Maatregel tegen bestraling: uitleg:

1 .


2.
c) Iemand is toch besmet geraakt. Bedenk twee maatregelen om de negatieve gevolgen van zo'n besmetting te verminderen. Leg uit waarom die maatregelen helpen.

Maatregel tegen bestraling: uitleg:

1 .

2.

12 Op de röntgenafdeling


a) De röntgenafdeling van een ziekenhuis wordt 's avonds schoongemaakt. Zouden jullie de schoonmakers een loodschort geven? Leg je antwoord uit.

b) Bij de dierenarts wordt ook wel eens een röntgenfoto gemaakt, maar dieren blijven niet altijd stil zitten. De röntgenassistent moet het dier vasthouden tijdens het nemen van de foto.

Wie van de onderstaande personen zouden jullie loodhandschoenen geven en waarom?

  De röntgenassistent, tijdens het nemen van de foto.

  De oppasser die de dieren daarna verzorgt.

  Allebei.

  Geen van beiden.
Uitleg:


Wat heb je nu geleerd?

Welke vragen heb je nu nog?





SOUL 3HV - 9 Radioactiviteit en Straling

Blok 3 – Toepassingen van straling



Kernvraag

1. Waarom wil men toch met straling werken als het zo gevaarlijk is?

Kernvraag

2. Zijn er ook goede toepassingen van straling? Noem er enkele.

Kernvraag

3. Waarom wordt er nog steeds met kernenergie gewerkt?

Toepassingen van radioactieve straling


Ook in ziekenhuizen en in de industrie heb je soms te maken met radioactiviteit. Er zijn veel toepassingen waarbij radioactieve straling gebruikt wordt. Hieronder komen er drie aan bod.

13 Voedselbestraling


Voedsel wordt soms bestraald met radioactieve straling. Dat doen ze om het voedsel langer houdbaar te maken. Aardbeien bederven bijvoorbeeld snel, doordat er schimmels en bacteriën op komen. Radioactieve straling doodt die schimmels en bacteriën, waarna de aardbeien langer bewaard kunnen worden.

a) Wat is de bedoeling van het bestralen van voedsel?

b) Zou je bestraald voedsel willen eten? Waarom wel/niet?

c) Op de verpakking van bestraald voedsel moet aangegeven worden dat het bestraald is. Is het symbool hiernaast daarvoor een geschikt teken? Leg je antwoord uit.



14 Steriliseren van injectienaalden


Instrumenten in ziekenhuizen moeten steriel zijn. Dat betekent dat er geen bacteriën en virussen op mogen zitten. Radioactieve straling doodt die bacteriën en virussen. Daarom worden medische instrumenten, zoals injectienaalden vaak bestraald.

a) Wat is de bedoeling van het bestralen van injectienaalden?

b) Sommige mensen vinden dit geen goede werkwijze. Ze zeggen dat een patiënt dan wel geen infecties krijgt, maar die patiënt wordt wel door de naald bestraald. Ben je het daarmee eens? Leg je antwoord uit.

15 Bestraling van kanker


Alle levende wezens bestaan uit cellen, Een levend wezen groeit doordat cellen zich delen en de twee halve cellen elk weer tot normale grootte groeien. Bij kinderen vinden veel celdelingen plaats. Maar ook bij volwassenen treden celdelingen op, bijvoorbeeld van bloedcellen en huidcellen, of bij genezing van een wond.

Wil een mens gezond blijven dan moeten cellen zich normaal delen. Bij iemand met kanker delen sommige cellen zich te snel. Er ontstaan dan kluitjes cellen die we tumoren noemen. Tumoren worden soms bestraald met radioactieve straling. De straling doodt dan de cellen die te snel delen. Daardoor vermindert de groei of verdwijnen de tumoren zelfs voorgoed. De patiënt is dan genezen.

a) Wat is de bedoeling van het bestralen van kankerpatiënten?

b) Na de bestraling gaan de patiënten naar een ziekenzaal, waar ze door verpleegkundigen verzorgd worden. Moeten die verpleegkundigen zichzelf dan beschermen met bijvoorbeeld een loodschort? leg je antwoord uit.



16 Hart onderzoek


Radioactieve stoffen worden gebruikt bij onderzoek in ziekenhuizen. Bijvoorbeeld als iemands hart slecht werkt. Het hart is een spier die bloed door het lichaam pompt. Om te kunnen werken heeft deze spier zelf ook bloed nodig. Dat bloed wordt aangevoerd door een aantal aders. Bij sommige mensen zit één van deze aders verstopt. Die ader moet dan ontstopt worden.

De hartspecialist moet eerst weten welke ader verstopt zit. Om daarachter te komen spuit zij een radioactieve stof in het bloed van de patiënt. Dat bloed is dan radioactief besmet en zendt straling uit. Die straling kan een fotografische film zwarten. Net zoals röntgenstraling. Hieronder zie je een “foto" van een hart met een verstopte ader.


a) Volg de aders op de foto. Waar zit de verstopping? Zet daar in de foto een pijl bij. Schrijf op hoe jullie hier achter zijn gekomen.


b) Mag een verpleegkundige vlak na het onderzoek wel dicht bij zo'n patiënt in de buurt komen?

Ja / Nee, omdat

c) Mogen de verpleegkundigen een dag na het onderzoek dicht bij de patiënt in de buurt komen?

Ja/ Nee, omdat

d) Zijn er voor de patiënt risico's verbonden aan zo'n hartonderzoek? Ja / Nee.

Zo ja, is het verstandig om die risico's te nemen?

Zo nee, waarom zijn er geen risico's?


…………………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………………


17 Diktemeting van metaal


Metalen platen worden gemaakt door een hoeveelheid metaal tussen twee walsen door te persen. Hoe verder de walsen van elkaar af staan, hoe dikker de platen worden.

Om te controleren of een plaat de juiste dikte heeft gebruikt men een bron waar een radioactieve stof inzit. Die bron houdt men aan de ene kant van de plaat. Aan de andere kant meet men hoeveel straling de plaat doorlaat. Hoe dikker de plaat is, hoe minder straling die doorlaat.



a) Hierboven staat een tekening. Geef aan hoe de straling gaat.


b) Als de stralingsmeter te weinig straling meet, dan is het metaal te dik / te dun.

Hoe moeten de walsen dan afgesteld worden? Dichter naar elkaar toe. / Verder van elkaar af.


c) De metalen platen die zo geproduceerd worden zijn wel / niet radioactief.

18 Diktemeting van papier


Ook papier moet precies de juiste dikte krijgen. Dit gebeurt op dezelfde manier als bij metaal. Alleen zit er een andere radioactieve stof in de bron. Bij de diktemeting van papier wordt de radioactieve stof strontium 90 gebruikt. Bij de diktemeting van metaal wordt de radioactieve stof krypton 85 gebruikt.

a) Zou strontium 90 ook gebruikt kunnen worden bij de diktemeting van metaal? Ja/ Nee,


omdat:

b) Zou krypton 85 ook gebruikt kunnen worden bij de diktemeting van papier? Ja/ Nee, .


omdat:


Wat heb je nu geleerd?
Welke vragen heb je nu nog?




SOUL 3HV - 9 Radioactiviteit en Straling

Blok 4 – Verschillende soorten straling




Kernvraag

1. Er zijn verschillende soorten straling. Welke verschillen zouden er kunnen zijn tussen die soorten straling?


Kernvraag

2. Welke soort straling wordt gebruikt voor röntgenfoto’s? En welke voor het steriliseren van injectienaalden?



Doordringend vermogen van straling


De straling die krypton 85 uitzendt gaat gedeeltelijk door metaal heen, maar gaat heel makkelijk door papier. De straling die strontium 90 uitzendt gaat voor een deel door papier heen, en helemaal niet door metaal. De eigenschap dat straling door iets heen kan dringen noemen we doordringend vermogen. De straling die strontium 90 uitzendt heeft dus een lager doordringend vermogen dan de straling die krypton 85 uitzendt.
Er is een korte naam voor radioactieve straling met een laag doordringend vermogen. Die straling wordt alfa straling genoemd. (De alfa is de eerste letter van het Griekse alfabet. Eigenlijk schrijf je de alfa zo: .)

Alfa straling dringt niet eens door een velletje papier heen. Ook komt ­straling niet door de huid. In lucht dringt alfa straling niet veel verder door dan een paar centimeter.







Er is ook een korte naam voor radioactieve straling met een middelmatig doordringend vermogen. Die straling noemen we bèta-straling. (De bèta is de tweede letter van het Griekse alfabet. Eigenlijk schrijf je de bèta zo: β.)

Bèta straling dringt gedeeltelijk door een vel papier heen. Maar bèta-straling komt niet door een plaatje aluminium. Bèta straling gaat wel voor een deel door de huid. Maar in het lichaam dringt bèta straling niet veel verder dan een paar centimeter door.
De korte naam voor radioactieve straling met een hoog doordringend vermogen is gamma straling. (De gamma is de derde letter van het Griekse alfabet. Eigenlijk schrijf je de gamma zo: .)

Gamma straling dringt zelfs voor een deel nog door een laag lood heen. Gamma straling gaat bijna onverminderd door het lichaam heen.



Doordringend vermogen van röntgenstraling


Röntgenstraling lijkt op radioactieve straling (het lijkt het meest op gamma-straling). Want ook röntgenstraling kun je meten met een geigermüller teller. Alleen wordt röntgenstraling niet uitgezonden door een radioactieve stof. Röntgenstraling wordt kunstmatig opgewekt in een röntgenapparaat.

Het doordringend vermogen van röntgenstraling is wat hoger dan dat van β straling. En wat lager dan dat van γ straling. Röntgenstraling komt wel gedeeltelijk door een plaatje aluminium. Maar röntgenstraling dringt niet door een plaatje lood heen.




19 Even nadenken


a) Bij de diktemeting van papier gebruikt men strontium 90, dat zendt alfa / bèta / röntgen / gamma straling uit, omdat:

b) Bij de diktemeting van metaal gebruikt men krypton 85, dat zendt alfa / bèta / röntgen / gamma straling uit, omdat:

c) Een radioactieve steen zendt straling uit die door glas en door lood dringt. Die steen zendt dus

alfa / bèta / röntgen / gamma straling uit, omdat :

d) Bij een hartpatiënt wordt een radioactieve stof in het bloed gespoten. De straling die deze stof uitzendt kan buiten het lichaam gemeten worden. Deze stof moet alfa / bèta / röntgen / gamma straling uitzenden, omdat:

20 Een röntgenfoto


Röntgenstraling wordt gebruikt om röntgenfoto's te maken. Op een röntgenfoto zie je vooral de botten heel duidelijk.

a) Röntgenstraling gaat bijna niet door:

botten / vlees.


Röntgenstraling gaat bijna onverminderd door

botten / vlees.


b) Waarom zijn  straling, β straling en  straling niet geschikt voor zo’’n foto?.

21 Steriliseren van injectienaalden


Instrumenten in een ziekenhuis moeten steriel zijn. Dat steriliseren gebeurt vaak met straling van een radioactieve bron. In zo'n bron zit bijvoorbeeld de stof kobaft 60. Deze radioactieve stof zendt  straling

uit.


a) Waarom zit in die bron een stof die  straling uitzendt, en niet een stof die  straling of β-straling uitzendt?

b) Injectienaalden kun je ook steriliseren door ze te verhitten. Dan worden de bacteriën en virussen ook gedood. Wat is het voordeel van het steriliseren door bestraling? Zijn er ook nadelen?


Huiswerk:

lees blz 144 en 145 uit NovA

maak opg. 5 en 9 uit het werkboek

SOUL 3HV - 9 Radioactiviteit en Straling

Blok 5 - Verandert de sterkte van radioactief materiaal?





Kernvraag

Zou een radioactieve bron altijd evenveel straling blijven uitzenden? Hoe zou de sterkte dan veranderen?





De sterkte van een radioactieve bron


Als we de sterkte van een radioactieve bron willen bepalen dan willen we weten hoeveel stralingsdeeltjes de bron per seconde uitzendt. De meeste GM-tellers (ook de teller die we op school hebben) meten het aantal deeltjes per minuut. Er zijn ook GM-tellers die na het indrukken van de startknop blijven doortellen.

22 Sterkte en doordringend vermogen


Heeft de straling van een sterke bron ook een hoog doordringend vermogen? Leg uit.

23 Jonge onderzoekers


In een klas willen wat leerlingen onderzoeken of de sterkte van een radioactieve bron gelijk blijft. De docent geeft hen daarvoor een GM­-teller en een potje met radioactief materiaal. De leerlingen spreken af om in elke natuurkundeles te meten. Zij noteren de datum, het aantal tikken en hoelang zij hebben gemeten.
Datum aantal tikken meetduur sterkte

vr 1 maart 724 10 sec …………………………………

ma 4 maart 558 10 sec …………………………………

wo 6 maart 1413 30 sec …………………………………

vr 8 maart 590 15 sec …………………………………

ma 11 maart 910 30 sec …………………………………

wo 13 maart vergeten te meten

vr 15 maart 1295 1 min …………………………………

ma 18 maart 166 10 sec …………………………………

wo 20 maart vergeten te meten

vr 22 maart 352 0,5 min …………………………………

ma 25 maart 407 45 sec …………………………………

a) Bereken voor elke meting de sterkte van de bron en zet deze in de tabel.
b) Uit de tabel blijkt dat de sterkte:

A toeneemt

B gelijk blijft

C afneemt.



c) Zet de metingen in een grafiek uit. Doe dit heel zorgvuldig. Later moet je de grafiek nog gebruiken.




24 Nog een grafiek


Hieronder staat nog een grafiek afgedrukt. Die lijkt veel op jouw eigen grafiek. Deze grafiek krijg je als je op verschillende tijden de sterkte meet van een bron waar de radioactieve stof natrium 24 in zit.

a) De sterkte aan het begin is . .


b) Na hoeveel uur is de beginsterkte tot de helft afgenomen?

Na ................................. uur.


c) Na hoeveel uur is deze halve sterkte opnieuw gehalveerd?
Na ................. uur.
d) Deze sterkte is weer gehalveerd na ............... uur.
e) Wat zou bedoeld worden met het woord halveringstijd?

f) Wat is de halveringstijd van het materiaal uit opdracht 19?



25 Cesium


De grafiek van cesium

Bij alle radioactieve bronnen neemt de sterkte af. Alleen gaat dat niet bij alle bronnen even snel. Bij een bron met de radioactieve stof cesium 137 vind je bijvoorbeeld de volgende grafiek.

a) Wat is het verschil tussen de grafiek van natrium 24 en de grafiek van cesium 137?

b) De halveringstijd van cesium 137 is ……… uur / dagen / jaar.


De halveringstijden van radioactieve stoffen kunnen heel verschillend zijn. Van de ene stof is de halveringstijd enkele honderdsten van een seconde. Van de andere een paar miljard jaar. In de onderstaande tabel staan wat radioactieve stoffen met bijbehorende halveringstijden genoemd.


radon 21 8 0,03 seconde

natrium 24 15 uur

jodium 131 8 dagen

kobalt 60 5,2 jaar

krypton 85 10,7 jaar

strontium 90 28 jaar

piutonium 240 6.580 jaar

uranium 235 713 miljoen jaar

lood 204 140.000 biljoen jaar

26 Stofherkenning


Het radioactief materiaal uit vraag 21 is ……………………..


27 Opslag


Radioactief afval moet soms heel lang worden opgeslagen, omdat ...

28 Sterkte van Radon


De sterkte van een hoeveelheid van het radioactieve gas radon 218 is 160 tikken/seconde.
a) Na ………. seconde / minuten / uur zal dat radongas een sterkte van 80 tikken/seconde hebben.
b) Na ………. seconde / minuten / uur zal dat radongas een sterkte van 20 tikken/seconde hebben.

29 De melk van Tsjernobyl


De melk van koeien die in de buurt van Tsjernobyl graasden was na het ongeluk besmet met radioactief jodium 131. Die melk kon daardoor een zeer grote sterkte hebben.

Als de sterkte van een liter melk groter is dan 10 tikken/seconde mag de melk niet verkocht worden.

a) Na ongeveer hoeveel tijd zou een liter melk met een sterkte van 1.000 tikken/seconde verkocht mogen worden? Schrijf er ook bij hoe je aan je antwoord gekomen bent.


b) Kun je die melk dan nog verkopen? Ja / Nee, omdat ...



30 De diktemeting van papier


Bij de diktemeting van papier moet je een stof gebruiken met een korte / lange halveringstijd, want ...

Vervolgopdracht: lees blz 146 en 147, maak opg. 6 t/m 8 uit het werkboek

SOUL 3HV - 9 Radioactiviteit en Straling

Blok 6 – Hoe kunnen we ons straling voorstellen?





Kernvraag

1. Wat is straling eigenlijk?

Kernvraag

2. Waarom komt -straling niet eens door een paar centimeter lucht, terwijl -straling alleen door zeer dikke muren tegengehouden wordt?

Kernvraag

3. Hoe ontstaat straling binnen de stoffen?

Kernvraag

4. Waarom neemt de sterkte van een bron af en waarom is de halveringstijd voor elk stof anders?

Ook natuurkundigen hebben zich dit soort vragen gesteld. Uit proeven is gebleken dat straling uit hele kleine deeltjes bestaat, die zich heel snel voortbewegen.Volgens de natuurkundigen schiet een radioactieve stof deeltjes weg. Die uitgezonden deeltjes kunnen onderweg van alles tegenkomen. Bijvoorbeeld een geigermüllerteller. Of een menselijk lichaam. De teller tikt iedere keer wanneer er zo'n deeltje in de teller komt. In een menselijk lichaam zal zo'n deeltje tegen cellen botsen. Daardoor kunnen die cellen beschadigd worden.


Straling is niets anders dan deeltjes die zich heel snel voortbewegen.

Misschien vind je dat maar een raar idee. En dat is het ook! Toch vinden natuurkundigen het een nuttig idee. Omdat ze daarmee een heleboel vragen kunnen beantwoorden. Kunnen jullie dat ook?



  • -deeltjes De -deeltjes zijn het grootst en het zwaarst (wel 7.000 keer zo zwaar als een -deeltje), en ze hebben de laagste snelheid.

  • -deeltjes De -deeltjes zijn eigenlijk gewoon elektronen. Ze gaan sneller dan -deeltjes, en zijn ook veel kleiner en lichter.

  • - en Rö-deeltjes lijken het meest op gewoon licht, en ze bewegen met de lichtsnelheid. Ze hebben alleen veel meer energie dan gewoon licht, en kunnen dus meer schade aanrichten.

Onbeantwoorde vragen beantwoorden


31 Bèta-straling


a) Bèta-straling komt niet door een plaatje lood. Waarom? (Aanwijzingen: Bèta straling bestaat uit deeltjes, en lood bestaat uit moleculen.)

b) Bèta straling gaat gedeeltelijk door een plaatje aluminium heen, maar niet door een plaatje lood. Waarom?



32 Alfa straling


a) Alfa straling dringt maar een paar centimeter in lucht door. Hoe komt dat? (Aanwijzing: Ook lucht bestaat uit moleculen, die heel ver uit elkaar zitten.)

b) Alfa straling gaat niet door een velletje papier. Bèta straling voor een deel wel. Het doordringend vermogen van bèta straling is dus hoger. Bedenk daar eens wat verklaringen voor.


Hoe kunnen we ons (radioactieve) stoffen voorstellen?


Straling bestaat uit deeltjes. Maar dat idee beantwoordt lang niet alle vragen. En het roept zelf weer nieuwe vragen op. Volgens dat idee schiet een radioactieve stof deeltjes weg. Maar waar komen die deeltjes nou vandaan? Hoe ontstaat straling? Waarom zijn sommige stoffen wel radioactief en andere niet? Waarom is de ene radioactieve stof een sterkere bron dan de andere? Waarom zendt een radioactieve stof steeds minder straling uit? En waarom kun je radioactief materiaal niet gewoon uit zetten? Net zoals een lamp of een röntgenapparaat.

Hoe komt het eigenlijk dat een radioactieve stof radioactief is?


Om die vraag te kunnen beantwoorden moeten we eerst weten hoe stoffen opgebouwd zijn.

De opbouw van stoffen


Hieronder zie je hoe natuurkundigen denken dat stoffen opgebouwd zijn. Stoffen zijn opgebouwd uit moleculen. Moleculen zijn opgebouwd uit atomen.

In de Atomen zit een hele kleine kern die opgebouwd is protonen, neutronen. Aan de buitenkant van het atoom zitten de elektronen. In ieder atoom zitten evenveel protonen als elektronen. Dit aantal bepaalt welk soort het atoom is. Er zijn ongeveer honderd verschillende soorten atomen. Al deze atomen hebben een naam. Zo heb je zuurstofatomen, ijzeratomen, loodatomen, enzovoorts. Behalve een naam hebben de atomen ook een nummer. We noemen dat nummer het atoomnummer. Hieronder staan een paar voorbeelden.



naam atoomnummer

waterstof 1 kobalt 27

helium 2 jodium 53

zuurstof 8 lood 82

aluminium 13 uranium 92

ijzer 26 plutonium 94
Het atoomnummer is dus gelijk aan het aantal protonen dat in de kern zit. Zuurstof heeft bijvoorbeeld atoomnummer 8. Dat betekent dat er in de kern van een zuurstofatoom 8 protonen zitten. En dus draaien er 8 elektronen om de kern. Want een atoom bestaat uit evenveel protonen als elektronen.
Het model zegt niet hoeveel neutronen er in een atoom zitten. Jodium bijvoorbeeld heeft atoomnummer 53. In alle jodiumatomen zitten dus 53 protonen en 53 elektronen. Toch zijn er nog verschillende jodiumatomen. Er zijn jodiumatomen met 70 neutronen. Met 74 neutronen. En ook met 78 neutronen.
Die jodiumatomen zijn een soort broertjes en zusjes van elkaar. We noemen dat isotopen. Zo spreken we bijvoorbeeld over het isotoop jodium-131. Dat isotoop bestaat uit 53 protonen, 53 elektronen en 78 neutronen. In de kern van dit isotoop zitten dus 53 protonen en 78 neutronen. In totaal zijn dat 53 + 78 = 131 deeltjes. Daarom noemen we dat isotoop van jodium dus jodium 131.


Oefenen met het model


33 Hoeveel protonen zitten er in de kern van een waterstofatoom?

34 Hoeveel elektronen draaien er rond de kern van een loodatoom?

35 Hiernaast staat hoe een bepaald atoom is opgebouwd.

a) Wat is het atoomnummer van dit atoom?

b) Wat is de naam van dit atoom?
c) Hoeveel neutronen heeft dit atoom in zijn kern?

36 Hoeveel protonen zitten er in de kern van een aluminiumatoom?


37 Deze vraag gaat over het isotoop jodium 123.

a) Hoeveel deeltjes zitten er in totaal in de kern van dat isotoop?
b) Hoeveel protonen zitten er in de kern van dit isotoop?
c) Hoeveel neutronen zitten er in de kern van dit isotoop?
d) Hoeveel deeltjes (elektronen) draaien er in totaal om de kern van dat isotoop?

38 Deze vraag gaat over het isotoop van jodium met 74 neutronen.

a) Hoeveel deeltjes draaien er in totaal om de kern van dat isotoop?
b) Hoeveel deeltjes zitten er in totaal in de kern van dat isotoop?
c) Hoe zouden jullie dit isotoop noemen?

39 a) Hoeveel protonen zitten er in de kern van een kobaltatoom?
b) Hoeveel neutronen heeft het isotoop kobalt 60?
c) Er is een isotoop van kobalt met 32 neutronen.

Hoe zouden jullie dat isotoop noemen?



Wat is er bijzonder aan radioactieve stoffen?


Met radioactieve stoffen is iets bijzonders aan de hand. De kernen van de atomen van radioactieve stoffen zijn instabiel. Een instabiele kern is niet stabiel, er kan een klein stukje afbreken.

Links staat de kern van het isotoop uranium 238 getekend. Uranium 238 heeft een instabiele kern. Die kern verandert door een alfa deeltje weg te schieten. Een alfa deeltje is een kluitje van twee protonen en twee neutronen. Het alfa deeltje schiet met grote snelheid weg.

Het aantal kernen dat per seconde verandert noemen we de activiteit. De activiteit zegt dus ook hoeveel deeltjes er per seconde wegschieten.

We gebruiken de eenheid becquerel om de activiteit in uit de drukken. Bijvoorbeeld: "deze steen heeft een activiteit van 324 becquerel.”, of: “de activiteit is 324 Bq. Dat betekent dat er in de steen 324 kernen per seconde veranderen. Het betekent ook dat er per seconde 324 deeltjes weggeschoten worden.




Oefenen met de ideeën over radioactieve stoffen


40 Uranium heeft atoomnummer 92. Het isotoop uranium 238 is radioactief. Het zendt alfa straling uit.

a) Hoeveel protonen zitten er in de kern van het isotoop uranium 238?


b) Hoeveel neutronen zitten er in de kern van het isotoop uranium 238?
c) Het isotoop uranium 238 heeft een instabiele kern. Die kern wil veranderen. Hoe doet die kern dat?
d) Na zo'n verandering blijft er een andere kern over.

Hoeveel protonen heeft de nieuwe kern?

Hoeveel neutronen heeft de nieuwe kern?
e) Is de kern die overblijft een uraniumkern? Ja/ Nee, omdat ...

41 Na het ongeluk in Tsjernobyl raakte in Nederland de spinazie besmet. In de spinazie waren radioactieve stoffen gekomen. Of anders gezegd: er waren isotopen met instabiele kernen in gekomen.

Een kilo spinazie had toen een activiteit van 50 Bq. Wat betekent dat? Omcirkel de antwoorden die jullie goed vinden. Meerdere antwoorden kunnen goed zijn!

A In een kilo spinazie zaten toen 50 instabiele kernen.

B In een kilo spinazie veranderden toen 50 instabiele kernen per seconde.

C Een kilo spinazie had tot dan toe 50 deeltjes uitgezonden.

D Een kilo spinazie zond toen 50 deeltjes per seconde uit.


42 Activiteit en sterkte


a) Wat verstaan we onder de sterkte van een bron?
b) De sterkte van een bron drukken we uit in …..
c) Hoe kun je de sterkte van een radioactieve bron meten?
d) Wat heeft de activiteit van een bron met zijn sterkte te maken?

43 Onbeantwoorde vragen beantwoorden


a) Sommige stenen zijn sterk radioactief, andere een klein beetje. Er zijn ook stenen die niet radioactief zijn. Hoe kan dat?

b) Waarom kun je radioactief materiaal niet gewoon uitzetten, net zoals een lamp of een röntgenapparaat?


c) Sommige stoffen hebben een halveringstijd van een paar miljard jaar. De halveringstijd van andere stoffen is maar een paar tiende seconde. Hoe kan dat?


44 Tsjernobyl


Door het ongeluk in Tsjernobyl werden de weilanden in Nederland besmet. Vooral de radioactieve stof Jodium 131 was op de weilanden neergeslagen. Jodium 131 heeft een halveringstijd van 8 dagen.

Na een tijd sloeg er geen jodium 131 meer neer op de weilanden. De activiteit van 1 m2 weiland was toen 8000 Bq.

Hoeveel was 24 dagen later de activiteit van 1 m² weiland? (Schrijf er ook bij hoe jullie tot jullie antwoord gekomen zijn)

45 Plutonium afval


In kerncentrales ontstaat plutonium 239 als radioactief afval. Dat radioactieve plutonium heeft een halveringstijd van 24.400 jaar.

Na hoeveel jaar is van 4 gram plutonium 239 nog 0,25 gram over? (Schrijf er ook bij hoe jullie tot jullie antwoord gekomen zijn)



Vervolgopdracht: lees §9∙2, maak opg. 12 t/m 22 uit het werkboek



Antwoorden NovA 3HV hfst 9


§1 Radioactiviteit
1    manier 1: met een geigerteller.

manier 2: met een fotografische film.


2    a   Radioactieve stoffen die in de natuur voorkomen.

b   stof 1: uranium (uraan). stof 2: koolstof.


3    De atomen van een radioactieve stof veranderen spontaan in andere atomen.
4    Gammastraling is het meest doordringend.
5    De halveringstijden van de stoffen in het afval zijn groot.
6    a   Zie de figuur.

b De halveringstijd is ongeveer 56 uur.



7    a   Zie de figuur.



b   In 2000 is nog 29% strontium-90 over.

c   Na ongeveer 190 jaar is er nog

1 % strontium-90 over.


8    a   Cesium-137 zendt de grootste hoeveelheid straling uit. Het 137 heeft een kortere halveringstijd, dus per tijdseenheid vervallen meer radioactieve cesiumatomen dan plutonium-239-atomen.

b   Ja, na een periode van 100 jaar is er meer dan 87,5% cesium vervallen.

c   Nee, de halveringstijd van Pu is heel groot.

d   Dit afval bevat radioactieve stoffen die heel lang straling blijven uitzenden.


9    a   Met de filmbadge kun je nagaan of en hoeveel straling je opgelopen hebt.

b   Alfastraling. Deze straling heeft een klein doordringend vermogen en zal de film in de badge niet bereiken.

c   Gammastraling.

d   Gammastraling heeft een groot doordringend vermogen en gaat dwars door je lichaam heen.




§2 Straling in het ziekenhuis
11    Men onderzoekt met behulp van straling of organen of lichaamsdelen afwijkingen vertonen.
12    a   Dosis.

b   De eenheid is J/kg.


13    a   De halveringsdikte d112 van een materiaal is de dikte van een laag van dit materiaal waarbij de helft van de opvallende straling doorgelaten wordt.

b   Voor gammastraling en rontgenstraling.


14    a   Gammastraling.

b   Alfastraling.

c   Lood absorbeert straling.
15    a   Inwendig.

b Uitwendig.

c Uitwendig.

d   Inwendig.


16 a   12 mm

b 40 mm


17    a   De arts draagt handschoenen om te voorkomen dat hij besmet wordt.

b   De handschoenen kunnen besmet zijn met radioactieve stoffen. De handschoenen horen dus bij het radioactief afval.


18    a   2 gigabecquerel (2 x 109 Bq)

b   2 x 109 krypton-79 atomen.

c   200 kBq = 200 000 Bq

d   De longen (door inademing).

e   Door het radioactief verval.
19    a   De koeien en dus ook de melk worden radioactief besmet door het eten van besmet gras.

b   Door het radioactief verval. Ook zal een deel van het jood met regenwater in bodem verdwijnen.


20 a   Gammastraling.

b   9 mm.

c   Als 45 % van de straling wordt doorgelaten, is de dikte 8 mm ofwel 1 mm te dun.
21    Bij patiënten die inwendig bestraald zijn. Er is een radioactieve stof in het lichaam gebracht, die het lichaam via de urine weer verlaat.
22    a   De hoeveelheid radon die het huis binnenkomt en weer verlaat (via ventilatie), blijft constant.

b   Per dag vervallen 0,06 x 3600 x 20 = 4320 radon-222 atomen.

c   H = 4,5∙10-5 Sv

Breinkraker

a   Bij het water is de energie verdeeld over een ontzettend groot aantal deeltjes (watermoleculen). Bij straling gaat het om energie die afkomstig is van

een beperkt aantal deeltjes (radioactieve atomen).

b   Voor 50 kg: 4000 uur.



Test jezelf

1    a   Gammastraling. Deze straling gaat dwars door het ijzer heen,

b   Gammastraling is zeer energierijk en gaat dwars door je lichaam heen. Daardoor kunnen lichaamscellen beschadigd raken.
2    4 uur
3    Om inwendige (eten, drinken) en uitwendige (handen wassen) besmetting te voorkomen.
4    a   Onjuist.

b   Juist.

c   Juist.

d   Onjuist.

e   Onjuist.
5    a   Zie de figuur.

b    1300 Bq/kg = 2600 Bq/2 kg; 6 dagen.

c   Nee, na 17 dagen is de activiteit nog 1000 Bq/2 kg = 500 Bq/kg.
6    a   Hoe meer lucht, hoe meer straling door de lucht wordt geabsorbeerd. Verder neemt de straling met de afstand af.

b   De tijd dat de verpleegster bij de patiënt is, zo kort mogelijk houden.



c   Nee, de patiënt mag nog niet naar huis: op 1 m afstand is het dosisequivalent hoger dan 4 μSv.
7    A = 20.000 Bq
8    H = 4x10-3 Sv = 4 mSv






De database wordt beschermd door het auteursrecht ©opleid.info 2017
stuur bericht

    Hoofdpagina