Straling. Onderdeel van het college Kernenergie

Transcriptie

1 Straling Onderdeel van het college Kernenergie Tjeerd Ketel, 4 mei 2010

2 In 1946 ontworpen door Cyrill Orly van Berkeley (Radiation Lab) Nevelkamer met radioactiviteit, in dit geval geladen deeltjes vanuit het centrum

3 Rechts onder: Nieuw stralingssymbool van IAEA en ISO

4 Doordringend vermogen Afremmen met energieverlies bepaalt een dracht R: R lucht alfa (E) 1 cm R lucht beta (E) 100 cm Kans P op interactie via Compton- of foto-effect bepaalt een absorptielengte L: P lucht gamma(e) =1 e d/l 4 L 1000 cm

5 Dracht en energie 5

6 Absorptieconstante µ=l 1 en energie 6

7 Radioactiviteit Kinetische energie E van het deeltje dat wordt uitgezonden in het verval wordt bepaalt door massaverschil begin- en eindkern en massa van het deeltje m. Tijdstip t van het verval wordt gegeven door het kansproces van tunnelen door een barriere met een hoogte (energie) en een breedte (afstand). 7

8 Vervalsconstante A(t) =λn(t) Activiteit A(t) is aantal vervallende kernen per tijdseenheid. N(t) is aantal kernen dat kan vervallen. λ is de vervalskans van de kern per tijdseenheid en is tijdsonafhankelijk. 8

9 Eenheden activiteit becquerel (Bq) aantal vervallen per seconde curie (Ci) 1 Ci = 3,7 x Bq Equivalent van 1 g zuiver 226 Ra met τ =1/λ = 1580 jaar 9

10 Halveringstijd Na de halveringstijd T1/2 is de activiteit gehalveerd. Eigen werk. Laat zien: N(t) =N(0) e λt T 1/2 = ln 2/λ =0, 693/λ 1 Ci = 3,7 x Bq 10

11 Beta-verval en elektronvangst 11

12 Z β M (Z, N ) > M (Z + 1, N 1) N A(Z, N ) A(Z + 1, N 1) + β + ν e 12

13 + β M (Z, N ) > M (Z 1, N + 1) + 2me A(Z, N ) A(Z 1, N + 1) + β + νe + 13

14 EC M (Z, N ) > M (Z 1, N + 1) A(Z, N ) + ebaan A(Z 1, N + 1) + νe + egat 14

15 α M (Z, N ) > M (Z 2, N 2) + mα A(Z, N ) A(Z 2, N 2) + α 15

16 Rekenvoorbeeld Fusie in de zon begint met 1 H+ 1 H 2 H+β + + ν e De Q-waarde volgt uit m( 1 H) = 1, u en m( 2 H) = 2, u, Q 1 = m c 2 =(m( 1 H) + m( 1 H) m( 2 H) m e m β )c 2 = 2 1, , , = 0, u c 2 = 0, 42 MeV De energie die vrijkomt is U 2H = Q 1 + Q ann =0, , 022 = 1, 442 MeV 16

17 Eenheden dosis gray (Gy) geabsorbeerde energie per gewicht in J kg 1 rad (rad) energie per gewicht in 100 erg g 1 1 Gy = 1 m 2 s 2 = 10 4 cm 2 s 2 = 100 rad exposie in röntgen (R) aantal gamma's voor ionisatielading van 1 esu cm 3 (=2, C kg 1 ) in lucht 1 R = 0,878 rad 17

18 Effectieve dosis Radiobiologisch equivalente (RBE) waarde, weegfactor w, of kwaliteitsfactor QF RBE = 1 gamma elektron, muon RBE = 5 RBE = 20 proton > 2 MeV alfa neutron <0,01 MeV neutron (0,1-2 MeV) sievert (Sv) als dosis D = 1 Gy, dan eff. dosis H = RBE Sv rad equivalent voor een mens (rem) als dosis D = 1 rad, dan eff. dosis H = RBE rem 18

19 Rekenvoorbeeld Een A = 10 6 Bq bron met 100 kev gammastraling staat op 1 m afstand van een persoon (70 kg). Ongeveer 10% van de straling treft het lichaam en wordt volledig geabsorbeerd. Bereken de dosis gedurende een uur. Energie per uur = 0, A 10 5 [ev]1, [ J/eV]= 2, J verdeeld over het totale lichaamsgewicht. De dosis in een uur is: 2,25/ J/kg = 0,032 μsv (met RBE=1) 19

20 Gemiddelde stralingsdoses Bron 20 Jaarlijkse dosis (μsv) Omgeving * 1650 Medisch 370 Voedsel 300 Kosmische straling 260 Beroep 8 Fall-out 5 Overig klein 0,4 * Radon, kalium en thorium bijdragen kunnen lokaal veel groter zijn

21 21

22 22

23 Effecten lichaamsdelen 23

24 Effecten gehele lichaam 24

25 Bestuderen Andrews en Jelley "Radiation shielding" Giancoli 43-5 to 43-9 Straling en toepassingen Deze presentatie (op website nikhef/ ~tjeerd) Vaardigheid: Berekenen van stralingsdoses 25

26 Werken met bronnen Eet niet en rook niet in een radiologisch laboratorium Was je handen nadat je met radioactieve bronnen in contact geweest bent. Draag je dosimeter of filmbadge. Wees voorzichtig met bronnen en bewaar ze in een daarvoor bestemde ruimte. 26

27 Afscherming γ : Lood (Pb), materiaal met hoge Z. e - : Plastic of aluminium (lage Z), tegen remstraling van e -, en extra laag Pb tegen de γ s. e+: Lood (Pb) tegen 511 kev annihilatie γ s. andere geladen deeltjes: materiaal met hoge dichtheid. neutronen: moderator met hoge (n, γ) doorsnede. Daar omheen hoge Z tegen γ s. 27

28 Samenvatting eenheden Activiteit van radioactieve bronnen 1 becquerel (Bq) = 1 s- 1 1 curie (Ci) = 3, s - 1 (1 g radium) Dosis geabsorbeerd in materiaal 1 gray (Gy) = 1 J kg- 1 1 rad (rad) = 100 erg g- 1 = 100 g cm 2 s - 2 g röntgen (R) = 0,878 rad = 0, Gy Effectieve dosis voor biologisch materiaal 1 sievert = RBE Gy (RBE = 1-20) 1 rem = RBE rad 28

29 xcursie naar reactor in Delft rijdag 7 mei: tation A'dam-Zuid 9:12 uur tation Delft

30 Röntgenafbeelding 30

31 Röntgenarts rond

32 Laboratorium van Marie Curie 32