8 Straling en gezondheid

Transcriptie

1 Newton havo deel 1 Uitwerkingen Hoofdstuk 8 Straling en gezondheid Straling en gezondheid 8.1 Inleiding Voorkennis 1 Ioniserende straling a Alfa-, bèta- en gamma-straling (of α-, β- en γ-straling). Een atoom kan door botsing met een α- of β-deeltje één of meer elektronen verliezen. Dit kan ook gebeuren wanneer een atoom γ-straling ontvangt. Een atoom dat één of meer elektronen te weinig (of teveel) heeft wordt een ion genoemd. Zodoende kan straling atomen ioniseren en spreken we over ioniserende straling. b De straling plant zich rechtlijnig voort. De straling kan een gas geleidend maken. Een lichtgevoelige film reageert op deze straling. Verschillende stoffen laten de straling in verschillende mate door. c Het lichaam ervaart neutrale atomen anders dan geïoniseerde atomen. Ionen geven een andere chemische reactie in het lichaam dan neutrale atomen. En door die chemische reacties kunnen cellen worden beschadigd. 2 Toepassingen a Mogelijke voorbeelden: Gezondheidszorg: doorlichten of bestraling van kankergezwellen. Industrie: controle lasnaden of dikten van materialen. Wetenschappelijk onderzoek: ouderdomsbepaling via C-14. b Bijvoorbeeld het doorlichten : Nut - onderzoeken zonder te opereren, met andere straling lukt dat niet. Risico - er kan gezond weefsel worden beschadigd. Veiligheidsmaatregelen - hoeveelheid straling zo klein mogelijk houden en andere delen van het lichaam goed afschermen. Risico s In die situatie Op dit moment Verkleinend A geen geen minder straling B klein weinig kort belichten, kleinere intensiteit (gevoeligere film) 4 Radioactiviteit A Onjuist. Er is een kans dat je ziek wordt. Hoe minder straling, des te kleiner de kans. B Juist. Met straling kan men sommige tumoren in zoverre vernietigen,dat de overlevingskansen sterk toenemen en de patiënt genezen wordt verklaard. C Onjuist. Dit zou voor α- of β-straling betekenen dat de isotopen van de stoffen waaruit het lichaam is opgebouwd veranderen in instabiele isotopen. Die kans is heel klein. Wel is het mogelijk dat de geïoniseerde atomen terugvallen naar hun grondtoestand en daarbij röntgenstralen uitzenden. Dit proces is afgelopen zodra de bestraling eindigt. D Juist. E Onjuist. Straling kun je niet opslaan. De bedoeling is dat de dosis zo groot is dat levende organismen in de levensmiddelen het niet overleven. F Juist. Als door het ongeluk radioactieve stoffen in de atmosfeer zijn gekomen, dan kunnen deze o.a. via regen weer terugkomen op het aardoppervlak (de zogenaamde 'fall out'). G Onjuist. Er zijn van nature radioactieve stoffen die in de bodem of de atmosfeer aanwezig zijn, denk aan uranium en C-14. De straling die zij uitzenden is dus ook van nature aanwezig. Daarnaast zendt de zon ook diverse soorten straling uit. H Onjuist. Radioactieve isotopen worden door de wind verspreid, niet de straling die de isotopen uitzenden. I Juist. De zon zendt voortdurend straling uit, evenals andere zonnen. Naast zichtbare straling bevat deze straling o.a. ultraviolette straling. Ook deze laatste straling werkt ioniserend. J Juist. Denk bijvoorbeeld aan de uraniummijnen. Vervolg op volgende bladzijde.

2 Newton havo deel 1 Uitwerkingen Hoofdstuk 8 Straling en gezondheid 115 Vervolg opgave 4. K Juist. De ioniserende straling kan het DNA in celkernen beschadigen evenals andere belangrijke delen. Het gevolg kan een ongeremde groei zijn van cellen die niet goed meer hun funktie kunnen uitoefenen. L Juist. Kinderen en zwangere vrouwen hebben te maken met veel celdelingen i.v.m. de groei. Als er cellen op DNA-niveau door straling beschadigd zijn, kunnen deze beschadigde cellen dus in korte tijd wegens de groeiprocessen van grote invloed worden. M Ten dele. De α-stralen en in mindere mate ook de β-stralen hebben een gering doordringend vermogen en zijn tegen te houden. De γ-stralen gaan er gewoon doorheen. Daarvoor vormen deuren en ramen geen bescherming. N Juist. Tenminste bij gelijke dikte. Om dezelfde hoeveelheid straling tegen te houden zou je van aluminium veel dikkere wanden moeten maken. O Juist. Net als iedere plaat houdt het de radioactieve stoffen tegen. P Onjuist. Radioactieve stoffen zijn instabiele isotopen en dus atomen. Als die vervallen, komt de straling er in de vorm van α-, β- en/of γ-stralen uit. Q Juist. R Juist. In verband met Q en R zul je in de komende paragrafen de grootheid halveringstijd t 1/2 leren kennen 8.2 Ioniserende straling Kennisvragen 7 a soort karakter doordringend vermogen ioniserend vermogen licht elektromagnetische straling (e.m.-straling) groot in 'doorzichtige' stoffen (glasvezelkabel) en in vacuum zeer klein röntgenstraling e.m.- straling groot klein α-straling kernen van klein groot heliumatomen β-straling elektronen matig matig γ-straling e.m.- straling groot klein b Röntgenstraling en de drie soorten kernstraling hebben een doordringend en een ioniserend vermogen. c De γ-straling. Zowel γ-straling als röntgenstraling zijn een vorm van elektromagnetische straling. Alleen is de stralingsenergie van γ-straling groter dan die van röntgenstraling. 8 Factoren: soort straling; de energie-waarde van de straling; soort materiaal waar de straling door heen gaat; de dikte van het materiaal. 9 A Soort straling: röntgenstraling. Gebruikt: röntgenstraling, omdat het doordringend vermogen groot is, terwijl verschillende materialen duidelijker op een verschillende manier geabsorbeerd worden. Bovendien is het minder gevaarlijk voor levende organismen. B Soort straling: röntgenstraling, γ-straling. Gebruikt: γ-straling, omdat deze straling een groter doordringend vermogen heeft en daardoor ook gemakkelijker door metalen heen gaat. C Soort straling: röntgenstraling, γ-straling. Gebruikt: röntgenstraling, omdat het doordringend vermogen groot is, terwijl verschillende weefsels duidelijker op een verschillende manier geabsorbeerd worden. Bovendien is het minder gevaarlijk voor de onderzochte persoon. Bij bestraling van een tumor wordt echter wel γ-straling gebruikt, omdat deze straling beter de tumorcellen kan beschadigen. 1 Lood, omdat dit metaal het beste de γ-straling absorbeert. 11 Een stof is radioactief en de straling is ioniserend. In de woorden radioactieve straling worden die twee woorden ten onrechte samengevoegd.

3 Newton havo deel 1 Uitwerkingen Hoofdstuk 8 Straling en gezondheid Een stukje film in een ondoorzichtig plastic doosje doen en bij het scherm houden. De straling gaat door het plastic en belicht de film. Je maakt hierbij gebruik van het doordringend vermogen van röntgenstraling (door het plastic heen) én van het ioniserend vermogen (de film wordt 'belicht'). Oefenopgaven 14 Stralingsbronnen A α- en γ-straling, want papier houdt al veel tegen (α-straling), terwijl lood duidelijk de γ-straling nog doorlaat. B β-straling, want papier houdt niets tegen en lood vrijwel alles. C β- en γ-straling, want aluminium houdt de helft tegen (β-straling) en lood laat nog iets door (γ-straling). D α-straling, want papier houdt vrijwel alles al tegen. 15 a α- of β- straling omdat het doordringend vermogen klein tot matig is. Juist bij α-straling is het ioniserend vermogen groot. b γ-straling omdat het doordringend vermogen groot is. Bovendien is de stralingsenergie groter dan van röntgenstraling zodat het effectiever is bij het beschadigen van tumorcellen. c Bij een tumor die diep in het lichaam ligt, moet de van buitenaf toegediende straling ook door gezond weefsel heen. En ook daar zal een deel van de straling geabsorbeerd worden én treedt er beschadiging op van gezonde cellen. Om te voorkomen dat dit weefsel teveel beschadigingen oploopt, wordt de tumor vanuit verschillende hoeken bestraald. 8. Stralingsbronnen Kennisvragen 17 Radioactief verval is een toevalsproces: je kunt dus niet voorspellen op welk moment een kern vervalt. Een kern vervalt ook in één keer. Een kern vervalt nooit voor de helft. Ook bij twee kernen kun je nog niet over halveringstijd spreken. Daar heb je volgens de regels van de statistiek veel meer kernen voor nodig. Bij 4 miljoen kernen is het vrij nauwkeurig vast te stellen op welk moment er nog 2 miljoen kernen van de radioactieve isotoop resteren. 18 I-11 heeft een halveringstijd heeft van 8, d. Dus na 8 dagen zal de jodium-isotoop nog voor 5% niet-vervallen zijn en zal de activiteit nog de helft zijn van 8 dagen geleden. Het begrip halveringstijd is voor mensen blijkbaar moeilijk te omschrijven. 19 a/b Zie BINAS tabel 25. isotoop straling halveringstijd U-28 α, γ 4, j Th-22 α, γ 1,4 1 1 j K-4 β, γ 1, j c Isotopen met een korte halveringstijd zijn sinds het ontstaan van de aarde allang vervallen tot stabiele isotopen. 2 t 1/2 = 8, d. Je ziet dat de activiteit in 8 dagen van naar verminderd is. 21 Diagram: zie de figuur hiernaast. Uit dit diagram is te bepalen dat: t 1/2 = 25 min. 8 A 7 (MBq) t (min)

4 Newton havo deel 1 Uitwerkingen Hoofdstuk 8 Straling en gezondheid Diagram: zie de figuur hiernaast. Uit dit diagram is te bepalen dat op t = 1 s de activiteit ca. 11 MBq is. A 7 (MBq) Om het vervaldiagram te tekenen gaan we er van uit dat de activiteit in het begin [ A() ] 1% is. Dit is de opgegeven activiteit. Na 1 de halveringstijd t 1/2 is de activiteit nog 5%, na 2 t 1/2 nog 25% enz. Dit levert het diagram op van hiernaast. Uit dit diagram kun je aflezen dat bij 2,5% de verlopen tijdsduur ca. 5, t 1/2 is. BINAS (tabel 25): voor Co-6 is t 1/2 = 5,27 jaar. Dus Δt = 5, 5,27 = 27,9 j. Afgerond: Δt = 28 j A(t) A() in % t (s) 24 Afname activiteit = 8 = 1 = Conclusie: de afname heeft plaats gevonden in de halveringstijd d.w.z. t 1/2 = 6, t 1/2 = 2, h , t (aantal t 1/2 ) Oefenopgaven 26 Activiteit en halveringstijd a De activiteit A en het aantal instabiele kernen N zijn recht evenredig: als er n zoveel kernen zijn, zullen er n zoveel per s vervallen. b Hoe groter de halveringstijd t 1/2,hoe minder atomen er per seconde vervallen. Je zou kunnen verwachten dat de activiteit A en t 1/2 omgekeerd evenredig zijn: dus verwachting A 1. t c en d Uit,69 N A = volgt dat t 1/ 2 - A en N recht evenredig én - A en t 1/2 omgekeerd evenredig zijn. (kbq) 16 e I-11 t 1/2 = 8, d. 12 6,69 N, A = = = 9,9 Bq 1 t1/ 2 8, 24 6 Afgerond: A = 4 Bq. 8 6 I-128 t 1/2 = 25 min 6,69 N, A = = = 18,4 1 Bq t1/ I Afgerond: A = 18,4 1 Bq = 18,4 kbq Voor het diagram: zie hiernaast. t (min) Zoals je wellicht opmerkt, begint de lijn voor I-11 heel laag en omdat de halveringstijd daarvan 8, dagen is zal in het tijdsverloop van 125 minuten ook geen merkbare daling optreden. f Een grotere t 1/2 maakt de activiteit A kleiner en zorgt ervoor dat de A minder snel afneemt. A I / 2 125

5 Newton havo deel 1 Uitwerkingen Hoofdstuk 8 Straling en gezondheid Koolstofdatering a Alleen voorwerpen die gemaakt zijn uit levend materiaal zijn geschikt voor de koolstofdateringsmethode omdat die materialen (b.v. hout) C-14 bevatten. b Papyrusrollen zijn gemaakt van papyrus, een plant die C-14 heeft opgenomen. c De activiteit is nog 1 % van de oorspronkelijke hoeveelheid d.w.z.,1 e deel van de oorspronkelijke hoeveelheid =,1 de oorspronkelijke activiteit Ga met je rekenmachine na hoe vaak je enz. moet herhalen om op ca.,1 uit te komen je zult merken dat je dan ergens tussen de en uit komt. 2 2 BINAS (tabel 25): t 1/2 = 57 jaar voor C-14. Er is dus een tijdsduur t verlopen tussen t = 6 t 1/2 = 6 57 = 48 jaar en t = 7 t 1/2 = 7 57 = 4 11 jaar Ouderdom is 5 à 4 duizend jaar. N.B. Nauwkeuriger kun je de ouderdom berekenen met behulp van de logaritmefunctie. Wiskundig geldt namelijk dat: log a = log a. Bij vraag c ga je dan als volgt te werk: 1% =,1 e deel. Je moet dus de wiskundige vergelijking,1 = oplossen. Door met de log-functie te werken, kun je opschrijven: (,1) log,1 = log log = - 2, = Uitkomst: = 6,644 t = 6,644 t 1/2 = 6, = 8 69 jaar verlopen. Afgerond: ouderdom is 8 duizend jaar. N.B. Je kunt het aantal keren de halveringstijd ook berekenen met behulp van het programma 'Solver' van de grafische rekenmachine: Bij vraag c ga je dan als volgt te werk: 1% =,1 e deel. Je moet vervolgens de wiskundige vergelijking,1 = oplossen, waarbij de gevraagde ouderdom Δt = t 1/2. Ga als volgt te werk: 1. Kies in het menu MATH de optie :Solver om het vergelijkingsscherm op te roepen. Wanneer je de optie Solver kiest, verschijnt één van deze twee schermen: - het vergelijkingsscherm wordt getoond wanneer de vergelijkingsvariabele eqn leeg is: in dit geval kun je de vergelijking invoeren (zie 2.). - het interactieve vergelijkingsscherm verschijnt wanneer je een vergelijking in de variabele eqn hebt opgeslagen: in dit geval moet je eerst de reeds ingevoerde vergelijking worden gewist of aangepast. Dit doe je door de -toets in te drukken en vervolgens op 'CLEAR' om de vergelijking te wissen. 2. Aangezien de Solver met de vergelijking = werkt, moet je bijvoorbeeld invoeren =,5 -,1. Om de variabele '' in te voeren kun je de toets 'X,T, F,n' gebruiken. Je krijgt dan uiteindelijk een scherm met:. Druk op de 'ENTER'- of -toets. Het interactieve vergelijkingsscherm wordt weergegeven. De vergelijking, die werd opgeslagen in eqn, verschijnt nu op de bovenste regel en is gelijk aan nul. Daaronder staat al de regel X=. Alleen bedenk goed dat dit nog niet de oplossing hoeft te zijn. Als je al eerder met de Solver hebt gewerkt dan vermeldt deze regel nog het antwoord van een vorige vergelijking. Je kunt deze wissen met de 'CLEAR'-toets (niet echt noodzakelijk!). Vervolgens laat je de nieuwe oplossing bepalen door de 'ALPHA'- en 'ENTER'-toets in te drukken (= SOLVE). Daarna verschijnt in je venster de oplossing: = 6, De ouderdom is dan Δt = 6,64 t 1/2 =. N.B. Voor de etra's die je rekenmachine je geeft ('bound =.enz) : zie bijbehorende handleiding. d Het percentage C-14 is wel heel klein geworden. De bepaling wordt dan onnauwkeurig. EQUATION SOLVER eqn: =.5^X -.1.5^X -.1= X = 6, bound= {-1E99,1 left - rt=

6 Newton havo deel 1 Uitwerkingen Hoofdstuk 8 Straling en gezondheid Besmetting a Bij uitwendige bestraling is alleen γ-straling eigenlijk goed te gebruiken aangezien deze straling een groot doordringend vermogen heeft. β-straling is hooguit te gebruiken bij bestralingen aan de oppervlakte. α-straling zou gebruikt kunnen worden als de α-bron in het lichaam aangebracht wordt vlak bij het te bestralen gedeelte (implantaat). b Cs-17 zendt β- en γ-straling uit. Aangezien Cs-17 dus ook γ-straling uitzendt, is deze dus goed in bestralingsapparaten te gebruiken. c Kernstraling in de vorm van γ-straling is voor het oog onzichtbaar. De gloed - dus zichtbare straling komt niet uit de kern maar uit andere delen van een atoom (zie hoofdstuk 8). d 1% =,1 e deel = (½) 6 à (½) 7 (zie ook opgave 26). BINAS (tabel 25): t 1/2 = 5 jaar voor Cs-17. I.v.m. bovenstaande afname moet er dus een tijdsduur t verlopen zijn tussen Δt minimaal = 6 t 1/2 = 6 5 = 21 jaar en Δt maimaal = 7 5 = 245 jaar. Het klopt dat er dus minstens 2 jaar verlopen moet zijn. N.B. Met behulp van de uitleg bij opgave 26 kun je nauwkeuriger bepalen dat een afname tot 1% tot stand komt in een tijdsduur van Δt = 6,64 5 = 2 jaar. 8.4 Stralingsdosis en -effecten Kennisvragen a Bron Straling Ontvanger radioactieve stof röntgenstraling ionisatie röntgenbuis kernstraling absorptie activiteit gray halveringstijd dosisequivalent isotoop sievert becquerel geiger-müllerteller instabiele kern radioactief verval b Deeltjes in de vorm van instabiele kernen vormen een bron Daarnaast bestaan α-straling en β-straling ook uit deeltjes namelijk He-kernen resp. elektronen. 1 De bron van straling is I-11 (in de spinazie). Deze bron heeft een activiteit van 2 Bq. N.B. Hoewel daar niets over geschreven wordt, mag je verwachten dat dit 2 Bq per kg spinazie is. Straling: deze bron zendt β-straling uit. Ontvanger: bij besmetting met I-11 kan deze straling cellen beschadigen. 2 Bij de dosis wordt er alleen gekeken naar de hoeveelheid stralingsenergie die per kg wordt geabsorbeerd. Bij het dosisequivalent wordt er ook rekening mee gehouden via welke vorm van straling de stralingsenergie wordt geabsorbeerd. Daarmee geeft het dosisequivalent beter aan wat de aangerichte schade is. Bij bestraling ontvangt het lichaam (of ander voorwerp) straling van buiten af: uitwendige bestraling. Bij besmetting komen er radioactieve stoffen in het lichaam en worden lichaamsdelen van binnenuit bestraald: inwendige bestraling. 4 Bij uitwendige bestraling bevindt de stralingsbron zich buiten het lichaam. Bij inwendige bestraling bevindt de stralingsbron zich in het lichaam. 5 a Halveringstijd is een eigenschap van een stralingsbron. b Bij A: er wordt gesproken over hoeveelheid radioactieve straling. Hier wordt de bron (radioactief) al verward met straling. c Bij C: dit blijkt duidelijk uit 'niet meer radioactief is'. d De halveringstijd is de tijd waarin de activiteit van een bepaalde radioactieve isotoop met de helft afneemt. 6 a A Zowel de bron ('radioactieve deeltjes') als de ontvanger ('op of in het lichaam') worden genoemd. B Hier wordt het in verband met straling ('straling') en ontvanger ('op de huid of in het lichaam') gebracht. C Hier wordt het alleen met de ontvanger in verband gebracht: 'stralingsdosis' en 'stralingsziekte'. b Uitspraak A is juist omdat hier wordt aangegeven dat de stralingsbron zich 'op of in het lichaam' bevindt.

7 Newton havo deel 1 Uitwerkingen Hoofdstuk 8 Straling en gezondheid 12 7 a Met behulp van tabel 25 van BINAS kun je vinden dat de isotopen als volgt straling uitzenden: C-14: β K-4: β, γ Ra-226: α, γ Rn-222: α. b In het lichaam zijn de α-stralers het gevaarlijkst (weegfactor 2), dus Ra-226 en Rn Estr D = BINAS (tabel 11): ρ water =,998 1 kgm - m = ρ V =, , 1 - = 1, kg m 2 E str is de geabsorbeerde stralingsenergie D = = 2, Gy Afgerond: D = 2 Gy 1, Estr 1,5 9 H = D Q en D = D = =,15 Gy ; weegfactor Q = 2 (α-straling). m 7 H =,15 2 =, Sv Afgerond: H =, Sv 4 Gegeven: op 1 km hoogte is H = 5 μsv per uur = Sv per uur a Stel de reis duurt 8 uur: H totaal = = Sv. b Door de grotere snelheid ben je minder lang onderweg. Blijkbaar is de afname van het dosisequivalent door de kortere tijdsduur even groot als de toename door de grotere stralingsintensiteit. Oefenopgaven 42 Stralingsenergie a Gegeven: H = 5 Sv in de vorm van γ-straling. Afgerond: H totaal = 4 μ Sv Estr D = Nieuwe onbekenden: D en m. m H = D Q. Voor γ-straling is de weegfactor Q = 1 D = 5 Gy. Neem aan dat m = 6 kg. Estr Estr D = 5 = Estr = 5 6 = 1 J Afgerond: E str = kj m 6 b Hoofdstuk 6: Q w = c w m w ΔT. Nieuwe onbekenden: c w. BINAS (tabel 11): c water = 4,18 1 Jkg -1 K = 4, ΔT ΔT = =,1196 C Afgerond: ΔT =,12 C 4, Conclusie: Een verhoging van,12 C is voor het lichaam ongevaarlijk. N.B. Bij vraag a werd ook duidelijk dat D = 5 Gy d.w.z. 5 J/kg. Je kunt dus ook voor Q w = 5 J nemen bij een massa m =1, kg. c γ-straling is veel meer gericht op één atoom: de energie komt dus geconcentreerder terecht. Daardoor heeft de γ-straling ook een ioniserende werking en dit geeft een heel ander effect in het lichaam. 4 Radiumverf a Ra-226 zendt volgens tabel 25 uit BINAS α- en γ-straling uit. b Kernstraling - in dit geval γ-straling - bestaat niet uit zichtbaar licht. c Door het likken is het vrijwel onvermijdelijk dat radioaktieve isotopen in het lichaam terecht komen bijvoorbeeld in de maag of in de darmen. Daarnaast ontvangen mond en tong ook regelmatig kernstraling. d Nauwelijks, de α-straling komt niet door de metalen achterplaat heen, de γ-straling echter wel via het venster (minder via de metalen achterplaat). e H- is volgens tabel 25 uit BINAS een β - -straler: β-straling heeft een minder schadelijke werking op de huid dan α-straling.

8 Newton havo deel 1 Uitwerkingen Hoofdstuk 8 Straling en gezondheid Jodiumtabletten a De schildklier zal radioactief jodium I-11 opnemen. Bovendien heeft I-11 vanwege de relatief korte halveringstijd juist in het begin een grotere activiteit. Daarom moet er meteen iets gedaan worden. b De schildklier raakt verzadigd met jodium en neemt daarna geen radioactief jodium meer op. c Het zou kunnen dat een vrouw die jodiumtabletten heeft geslikt en daarna toch nog radioactief jodium binnen krijgt, gevaar loopt dat dit in het vruchtwater terecht komt. De foetus loopt dan etra gevaar. d In een foetus vinden zeer veel celdelingen plaats. Beschadiging van het DNA (erfelijke informatie) zou dan gemakkelijk tot misvormingen kunnen leiden. e Omdat de halveringstijd t 1/2 = 8, d, is een week na het ongeluk is de hoeveelheid I-11 al sterk afgenomen. Door de grotere afstand van de bron is de concentratie jodium kleiner geworden. De radioactieve wolk is meer verspreid over een groter gebied. 8.5 Stralingsbescherming Kennisvragen 46 Bij een gesloten stralingsbron is de radioactieve stof in een omhulsel opgesloten. De stof kan niet vrijkomen. Veiligheidsmaatregelen zijn afstand houden en afscherming met een stof die de straling goed kan absorberen. Bij een open stralingsbron komen de radioactieve stoffen vrij in de leefomgeving of het milieu. Dat levert dan het gevaar op van besmetting.in dit geval bestaan de veiligheidsmaatregelen bij uitwendige besmetting vooral uit het grondig wassen van de kleding, je huid enz.. Bij inwendige besmetting zal er isolatie van de persoon (of voorwerp) moeten plaatsvinden tot de activiteit voldoende is afgenomen. 47 Het omhulsel zal de straling slechts gedeeltelijk absorberen afhankelijk van materiaalkeuze en dikte. Maar met name de γ-straling heeft een groot doordringend vermogen en zal ook gedeeltelijk door het omhulsel heen dringen. 48 a Nee, een gas verspreidt zich gemakkelijk door een ruimte. b Nee, een gas zal ook om de loden plaat heen gaan. 49 a Met dracht wordt de afstand bedoeld waarover straling van een bepaalde soort en energiewaarde in een bepaald soort stof volledig wordt geabsorbeerd. Het speelt een rol bij α- of β-straling. b De waarde hangt af van de kinetische-energie (en dus de snelheid) van de uitgezonden α-deeltjes. c β-deeltjes zijn veel kleiner dan α-deeltjes. Ze botsen daardoor minder gemakkelijk en hebben daarom ook een kleiner ionisatie-vermogen (weegfactor Q = 1). Doordat ze minder gemakkelijk botsen en dus hun energie minder gemakkelijk kwijtraken komen ze verder in de lucht. d Bij röntgen- of γ-straling is de absorptie door een stof nooit volledig. e Halveringsdikte van een materiaal wil zeggen dat de doorgelaten stralingsenergie met de helft afneemt als deze straling een plaat van dat materiaal passeert met een dikte gelijk aan de halveringsdikte. 5 Bij het doorlichten staat de patiënt een langere tijdsduur bloot aan de röntgenstraling. Vaak wil men in dat geval bewegingen in het lichaam (bijvoorbeeld het hart) waarnemen en dat kost tijd. 51 Ioniserende straling wordt gebruikt in de radiodiagnostiek voor onderzoek van een aandoening (diagnose) en in de radiotherapie voor behandeling van een aandoening. 52 Diktecontrole: bepaling van afmetingen van bijvoorbeeld een tumor. Controleren van het aangroeien van een botbreuk. Ook hier gaat men met behulp van diktecontrole na in hoeverre het bot overal even dik is. Volgen van gas- of vloeistofstromen: doorstroming van het bloed in een bepaald bloedvat bepalen. In beide gevallen probeert men de snelheid te bepalen. Ook bij orgaan-onderzoek: men gebruikt een bepaald soort tracer om na te gaan in welk deel van een orgaan wel of geen tracerstoffen terecht komen. Voedselconservering: in de radiotherapie probeert men met behulp van bestraling tumorcellen te doden. 5 Echoscopie, MRI.

9 Newton havo deel 1 Uitwerkingen Hoofdstuk 8 Straling en gezondheid a γ-straling, deze komt alleen het aluminium heen. α- en β-straling worden al volledig door een paar milimeter dik aluminium tegen gehouden. b De achtergrondstraling heeft een bijdrage van 14 tikken per min. De gemeten waarden moet je dus hiervoor corrigeren: I 2 18 (min -1 ) 16 d (cm) I (aantal/min) I cor (aantal/min) 2, , , , 14 c d 1/2 kun je bepalen uit het verschil in d tussen bijvoorbeeld I = 1 en I = 5. Hieruit blijkt d 1/2 = 6,2 à 6, cm Na elke halveringsdikte is de doorgelaten hoeveelheid 1 / 2 de oorspronkelijke hoeveelheid. De dikte van de plaat is 1 cm = 1 mm = 1 d 1/2. De doorgelaten hoeveelheid is: 1 1 =, = de oorspronkelijke hoeveelheid ongeveer,1 % (=,1 e deel) wordt nog doorgelaten %,2 e deel wordt doorgelaten. I doorgelaten = ,2 à 6, cm d (cm) I opvallend, waarbij d 6,4 = =. d1/ 2 d1/ 2 Dus je krijgt de volgende wiskundige vergelijking op te lossen:,2 =. Bij opgave 26 is uitgelegd hoe je die met de logaritme-funktie of met de grafische rekenmachine 6,4 6,4 kunt bepalen: = 2,22 2,22 = d1/ 2 = = 2,76 mm Afgerond: d 1/2 = 2,8 mm d1/ 2 2,22 57 a Zie de figuur hiernaast. b Het diagram laat een dalende kromme grafieklijn zien. Het zou kunnen zijn dat het een omgekeerd evenredig verband is. Daarvoor moet je nagaan of I r = constant is. Controle met behulp van een aantal meetpunten: 88,2 = 17,6; 22,4 = 8,8; 7,7 = 4,9. Conclusie: het is duidelijk geen omgekeerd I (s -1 ) evenredig verband. 4 Andere mogelijkheid: het zou een omgekeerd kwadratisch evenredig verband kunnen zijn. Controle: in dit geval zou dan 2 c I r = constant ( of I = ). 2 r ,2 2 =,52 ; 4, 2 =,6 ; ,4 2 =,52; 14,5 2 =,5; r (cm) 9,6 2 =,24; 7,7 2 =,4. Conclusie: de getallen schommelen enigszins, er is geen duidelijk toe- of afname te constateren. Het lijkt terecht om te concluderen dat het een omgekeerd kwadratisch evenredig verband is. c α- en β-straling wordt veel sterker geabsorbeerd in de lucht. Het verschijnsel van absorptie maakt dat er waarschijnlijk een ander verband uitkomt dan dan vraag b

10 Newton havo deel 1 Uitwerkingen Hoofdstuk 8 Straling en gezondheid 12 Oefenopgaven 59 Afscherming a Dit moet γ-straling zijn omdat α- en β-straling geen 1 m door de lucht bereiken. De dracht door deze straling is veel kleiner. b 1 mm is 1 = 2, 94 de halveringsdikte d1/2.,4 D.w.z. de doorgelaten hoeveelheid is 2,94 =,1 de oorspronkelijke hoeveelheid. Dan is de ontvangen dosis achter het loodgordijn,1,1 1 - =,1 1-4 Gy Afgerond: D =,1 mgy 6 Voedseldoorstraling a Röntgen- en γ-straling geven geen reactie met de kern, waardoor eventuele radioaktieve isotopen zouden kunnen ontstaan. b Het beeld dat straling het voedsel radioactief zou kunnen maken of er ongewenste chemische reacties in zouden kunnen ontstaan. c (Bespreek de meningen in de klas) 61 Diagnostiek en therapie Bij diagnotisch onderzoek wordt bijvoorbeeld een scintigram gemaakt. Hiervoor is niet veel tijd nodig. Het lichaam van de patiënt hoeft dus niet lang straling uit te zenden. Dus gebruikt men radioactieve isotopen met een korte halveringstijd. Hoe korter de halveringstijd is, hoe beter dit ook voor het lichaam is. Isotopen met een korte halveringstijd hebben in het begin ook een relatief grote activiteit en geven dus ook een grotere intensiteit aan straling. Dit betekent dat je ook minder radioactief materiaal nodig hebt. Bij therapie is over het algemeen de behandelingsduur langer zijn: de gebruikte isotopen moeten voor langere tijd een constante hoeveelheid straling uitzenden. 62 Stralingstoepassingen A γ-straling: α- en β-straling wordt in het lichaam geabsorbeerd; open bron: het verplegend personeel moet goed afgeschermd worden; Door de korte halveringstijd is het afval in de vorm van ontlasting niet groot. Eventueel kan de ontlasting worden opgevangen en speciaal verwerkt. B γ-straling: α- en β-straling is waarschijnlijk minder geschikt wegens de korte dracht in het lichaam; open bron: het verplegend personeel moet goed afgeschermd worden; Afval in de vorm van ontlasting: deze kan worden opgevangen en speciaal verwerkt. C β of γ-straling :omdat een huidtumor aan de oppervlakte zit zou ook β-straling gebruikt kunnen worden; gesloten bron: het verplegend personeel moet goed afgeschermd worden; wel afval: bij gebruik van een isotoop met grote t 1/2 moet het goed verwerkt worden als de bron niet meer bruikbaar is. D γ-straling: α- en β-straling komen niet door de verpakking heen; gesloten bron: het personeel moet goed afgeschermd worden; wel afval: bij gebruik van een isotoop met grote t 1/2 moet het goed verwerkt worden als de bron niet meer bruikbaar is. E γ- of röntgenstraling: α- en β-straling komen niet door het staal heen; gesloten bron met een goede afscherming i.v.m. onnodige straling naar omgeving; wel afval: bij gebruik van een isotoop met grote t 1/2 moet het goed verwerkt worden als de bron niet meer bruikbaar is. F β-straling: γ- of röntgenstraling is minder geschikt omdat deze nauwelijks door papier geabsorbeerd worden terwijl α-straling er weer niet door heen komt; verder als E. G γ-straling: α- en β-straling komen niet door het materiaal van de pijpleiding heen; open bron: het personeel moet goed afgeschermd worden; geen afval: men moet gebruik maken van isotopen met een hele kleine t 1/2. H als E. I γ- of röntgenstraling; gesloten bron i.v.m. het mogelijk contact met het voedsel: het personeel moet goed afgeschermd worden; wel afval (γ- bron) dat op de juiste manier moet worden opgeslagen.

11 Newton havo deel 1 Uitwerkingen Hoofdstuk 8 Straling en gezondheid Afsluiting Oefenopgaven 68 Diktecontrole Oriëntatie: Gevraagd: 4,5 mm dikte d 5,5 mm? Gegeven: (I,d)-diagram en (I,)-diagram. Planning: In het (I,d)-diagram kun je nagaan tussen welke waarden de intensiteit I mag schommelen, terwijl je in het (I,)-diagram kunt nagaan of die grenzen overschreden worden. Uitvoering: Bij d = 4,5 mm kun je aflezen dat I = 8% en bij d = 5,5 mm dat I = 77%. In het (I,)-diagram kun je zien dat de waarde niet uitkomt boven de 8%, maar wel onder de 77%. Controle: Conclusie: De onderzochte plaat moet worden afgekeurd want hij is op één plek duidelijk dikker dan 5,5 mm. 69 Schildklieronderzoek Oriëntatie: Gevraagd: I-11 of I-12? Gegeven: vervaldiagram van I-11 en I-12. Bij schildklieronderzoek is het van belang dat de patiënt een jodumisotoop toegediend krijgt met een zo klein mogelijke halveringstijd t 1/2, omdat dit isotoop het snelst uitgewerkt is. Bovendien is er vanwege de grotere activiteit in het begin ook minder nodig. Door de grotere activiteit kan er toch een goed scintigram gemaakt worden, terwijl de patiënt het voordeel heeft dat de ontvangen dosis zo laag mogelijk blijft. Planning en uitvoering: Uit het vervaldiagram is gemakkelijk af te lezen dat I-12 de kleinste halveringstijd heeft namelijk ongeveer een halve dag (= ca. 12 uur) terwijl I-11 een t 1/2 van 8 dagen heeft. Controle: Conclusie: I-12 is het meest geschikt. (N.B. BINAS (tabel 25): t 1/2 = 1, uur voor I-12.) 7 Ouderdomsbepaling Oriëntatie: Gevraagd: ouderdom van grafweefsel en van Dode-Zee-rollen. Gegeven: percentage C-14: 1, 1-1 %; diagram voor ouderdomscorrectie; grafweefsel: percentage C-14:,5 1-1 % ; Dode-Zee-rollen: percentage C-14:, %. Planning: Het grafweefsel blijkt nog slechts de helft van het oorspronkelijke aantal te bevatten. Voor dit weefsel zou volgens de koolstofdateringsmethode een ouderdom van 1 t 1/2 gelden. Je kunt dan uitrekenen uit welke tijdsperiode het stamt en vervolgens met behulp van het correctie-diagram nagaan hoeveel jaren er bij geteld moeten worden. 1,77 1 e Voor de Dode-Zee-rollen ligt het getal wat moeilijker: in het linnen is nog =,77 deel 1 1, 1 van het oorspronkelijke aantal C-14 over. Om de ouderdom te weten te komen moet je dan de wiskundige vergelijking,77 = oplossen, waarbij de gevraagde ouderdom Δt = t 1/2. Uitvoering: BINAS (tabel 25): t 1/2 = 57 jaar voor C-14. Grafweefsel: ouderdom is 57 jaar d.w.z. het stamt uit 57-2 = 727 v.chr. Bij deze ouderdom moet volgens het diagram van fig. 16 gecorrigeerd worden met + 8 jaar, d.w.z. de ouderdom is = 65 jaar. Het stamt dus uit ca v.chr. Afgerond: Ouderdom ca. 6,6 eeuwen dus van ongeveer 4,5 eeuwen v.chr. Dode-Zee-rollen met behulp van de rekenmethode zoals die bij opgave 26 beschreven is kun je uitrekenen dat =,77 en de ouderdom Δt =,77 57 = 216 jaar d.w.z. ze stammen uit 157 v. Chr. Volgens het correctiediagram varieert het percentage koolstof in die periode blijkbaar nogal: correctie tussen de en - 8. We nemen het gemiddelde van - 4 jaar. D.w.z. de ouderdom is = 212 jaar. Dat zou betekenen dat ze uit ca.117 v.chr.stammen. Afgerond: Ouderdom ca. 21 eeuwen dus van ca. 1 eeuw v.chr. Vervolg op de volgende bladzijde.

12 Newton havo deel 1 Uitwerkingen Hoofdstuk 8 Straling en gezondheid 125 Vervolg opgave 7. Controle: Conclusie: volgens de ENCARTA-encyclopedie is de cultuur van het oude Egypte van ca. 4 v.c. tot aan het begin van de Romeinse overheersing ( v.c.) gedateerd. Het zou dus betekenen dat het grafweefsel nog van een eeuw eerder stamt. Dat is natuurlijk mogelijk. Over de Dode-Zeerollen wordt vermeld dat deze sinds 1947 aan de westzijde van de Dode Zee zijn gevonden en dat ze te dateren zijn tussen de 2de eeuw v.c. en de 2de eeuw n.c.. Dat betekent dat de berekende uitkomst dus ook heel goed mogelijk is. N.B. Je zou in plaats van het berekenen ook kunnen werken met een diagram waarbij C14 je de verhouding uitzet als funktie C12 van de tijd (= het vervaldiagram van C-14). Vervolgens kun je uit dit diagram de niet gecorrigeerde ouderdom halen. Zie verder het diagram hiernaast. 71 Ziekenhuisafval Oriëntatie: 2,1 à 2,2 ca 5,7 Gevraagd: opslagtijd t opslag (= t o ). Gegeven: gebruik van isotoop Tc-99 met t 1/2 = 6, uur; het afval is ongevaarlijk als A e A =,1 deel van oorspronkelijke hoeveelheid A t A =,1 t. Planning: om t o te weten te komen moet je de wiskundige vergelijking,1= oplossen, waarbij de gevraagde t o = t 1/2 = 6, uur. Uitvoering: Met behulp van de rekenmethode zoals die bij opgave 26 beschreven is, kun je uitrekenen dat = 9,97 en dus t o = 9,97 6, = 59,8 uur Afgerond: t o = 6 uur Conclusie: Dit lijkt een redelijke tijd. Verhouding C-14 / C-12 in 1-1 % 1,,9,8,7,6,5,4,,2, t (eeuw) 72 Diepvriesspinazie Oriëntatie: Gevraagd: Is besmette spinazie na een 'paar maanden' al weer te eten. Gegeven: besmetting met I-11; direkt na besmetting A = 25 Bq/kg; voedsel is veilig als A = 1 Bq/kg. Planning: De vraag is na hoeveel tijd Δt is A t 1 = =,52 A 25. Het gemakkelijkste is om als antwoord te geven: iets korter dan 1 t 1/2 van I-11. Nauwkeuriger is het om de tijdsduur Δt te berekenen: je moet de wiskundige vergelijking,52 = oplossen, waarbij de gevraagde Δt = t 1/2. Uitvoering: BINAS (tabel 25): t 1/2 = 8, d voor I-11. Met behulp van de rekenmethode zoals die bij opgave 26 beschreven is, kun je nagaan dat in de vergelijking,52 = de waarde voor =,94 en dus Δt =,94 8, = 7,55 dagen Afgerond: Δt = 7,6 dagen Controle: Conclusie: Na ruim een week is de activiteit al onder de norm gekomen. Dus na een paar maanden kun je de spinazie zeker weer veilig eten.