21/05/2014
3.1 Soorten radioactieve straling en transmutatieregels
3. Natuurlijke en kunstmatige radioactiviteit 3.1 Soorten radioactieve straling en transmutatieregels
meeste atomen: stabiele kern (blijft onveranderd)
3.2 Halveringstijd
sommige atomen: instabiele kern = radioactieve kern of radionuclide
3.3 Detectiemethoden voor radioactieve straling 3.4 Oefeningen
gaat na verloop van tijd over in stabielere kern (want: lagere energie)
= radioactief verval gaat gepaard met uitzenden α-, β- en γ-straling
Fysica 5ASO - deel 3
meestal: nieuwe kern na één verandering nog niet stabiel
1
3.1
Fysica 5ASO - deel 3
2
3.1
nog veranderingen vervalreeksen vb.: vervalreeks
235 92
U
Fysica 5ASO - deel 3
3
1
21/05/2014
3.1
soorten straling:
3.1.1 α-straling energierijke deeltjes uitgestoten uit instabiele kernen
3.1.1 α-straling 3.1.2 β-straling
2 protonen en 2 neutronen
3.1.3 γ-straling
= structuur He-kern
soort kern verandert! (want aantal p+ wijzigt) Fysica 5ASO - deel 3
eerste transmutatieregel van Soddy (α-straling): A Z
X
A 4 Z 2
5
Fysica 5ASO - deel 3
3.1.1
6
3.1.2 β -straling β-min-straling
X ' 24He
β-plus-straling
voorbeeld: 220 86
Rn
216 84
Po 24He
Fysica 5ASO - deel 3
7
Fysica 5ASO - deel 3
8
2
21/05/2014
3.1.2
β-min-straling sommige kernen: te groot aantal n0 om stabiel te zijn
tweede transmutatieregel van Soddy (β--straling): A Z
A Z 1
X
3.1.2
X ' e e
stabieler worden door i/d kern een neutron om te zetten in een proton gaat gepaard met uitzenden van elektron en antineutrino
n → p + e- + e
β--straling
voorbeeld: verval van C14-kernen 14 6
C
14 7
N + e- + e
soort kern verandert! (want Z wijzigt) Fysica 5ASO - deel 3
verklaring van de neutron-proton omzetting:
Fysica 5ASO - deel 3
9
3.1.2
10
3.1.2
β-plus-straling sommige kernen: te klein aantal n0 om stabiel te zijn
verandering van neutron in proton = down-quark omzetten in up-quark met vrijkomen v/e elektron en antineutrino
stabieler worden door i/d kern een proton om te zetten in een neutron
d → u + e- + e
gaat gepaard met uitzenden van positron en neutrino
p → n + e+ + ve
β+-straling
= veroorzaakt door de zwakke wisselwerking
behoud van lading?
soort kern verandert! (want Z wijzigt)
nagaan! Fysica 5ASO - deel 3
11
Fysica 5ASO - deel 3
12
3
21/05/2014
3.1.2
transmutatieregel voor β+-straling: A Z
X
A Z 1
0
15 7
= up-quark omzetten in down-quark met vrijkomen v/e positron en neutrino u → d + e+ + ve = veroorzaakt door de zwakke wisselwerking
N + e+ + ve
behoud van lading? Fysica 5ASO - deel 3
3.1.2
verandering van proton in neutron
X ' e e
voorbeeld: gebruik van 158 0 als β+-straler in PET-scanners 15 8
verklaring van de proton-neutron omzetting:
nagaan!
13
3.1.3 γ -straling
Fysica 5ASO - deel 3
vergelijking voor γ-straling:
een kern kan zich i/e aangeslagen toestand bevinden
A Z
= te veel aan energie om stabiel te zijn stabieler worden door hoeveelheid energie uit te zenden i.v.v. elektromagnetische golven (fotonen) = γ-straling
14
3.1.3
X ZA X
voorbeeld: kobalt-60 voor bestraling van kankercellen 60 27
Co
60 27
Co
soort kern verandert niet! Fysica 5ASO - deel 3
15
Fysica 5ASO - deel 3
16
4
21/05/2014
3.2 Halveringstijd
3.2.1 begrip halveringstijd
3.2.1 begrip halveringstijd
radioactief verval
3.2.2 toepassingen
weten wanneer een bepaalde nuclide vervalt? wel: radioactief verval van een aantal (N) nucliden in de tijd verloopt altijd op dezelfde manier = statistisch proces
voorspellingen maken
halveringstijd T1/2 = de tijdsduur waarin het oorspronkelijke aantal radioactieve nucliden (N0) tot de helft (N0/2) is herleid Fysica 5ASO - deel 3
17
3.2.1
Fysica 5ASO - deel 3
Tijdstip t t=0
N = 32 N = 16
Aantal radioactieve kernen op N(t) N0 N0/(20)
t = 1.T1/2
N0/2
N0/(21)
t = 2. T1/2
N0/4
N0/(22)
t = 3. T1/2
N0/8
N0/(23)
t = 4. T1/2
N0/16
N0/(24)
…………
…………
…………
t = n. T1/2
18
N0/(2n)
3.2.1
N(t) = N0/(2n) N(t) = N0/(2t/T1/2)
n = t / T1/2
Fysica 5ASO - deel 3
19
Fysica 5ASO - deel 3
N (t ) N0 .2
t T1/ 2 20
5
21/05/2014
3.2.1
voorbeeld
cursus p. 36
3.2.2 toepassingen nucleaire geneeskunde …
uitwerken! (?)
Fysica 5ASO - deel 3
21
3.2.2
radioactief afval …
Fysica 5ASO - deel 3
22
3.2.2
ouderdomsbepaling …
Fysica 5ASO - deel 3
23
Fysica 5ASO - deel 3
24
6
21/05/2014
3.2.2
………………..
3.3 Detectiemethoden voor radioactieve straling radioactieve straling niet rechtstreeks waarnemen meettoestellen ontwikkeld fotografische plaat
…
Geiger-Müllerteller vonken- of dradenkamer bellenvat of nevelkamer scintillatiedetectoren halfgeleiderdetectoren Fysica 5ASO - deel 3
25
3.3
fotografische plaat
Fysica 5ASO - deel 3
27
Fysica 5ASO - deel 3
26
3.3
Geiger-Müllerteller
Fysica 5ASO - deel 3
28
7
21/05/2014
Vonken- of dradenkamer
Fysica 5ASO - deel 3
3.3
29
3.3
Scintillatiedetectoren
Fysica 5ASO - deel 3
Bellenvat of nevelkamer
31
Fysica 5ASO - deel 3
3.3
30
3.3
Halfgeleiderdetectoren
Fysica 5ASO - deel 3
32
8
21/05/2014
3.4 Oefeningen
3.4
…
cursus p. 40
Fysica 5ASO - deel 3
33
Fysica 5ASO - deel 3
34
9
