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