H8 Straling 8.1 + 8.2

• Natuurkunde / Scheikunde
• Middelbare school
• vmbo k, g
• Leerjaar 3

Hoofdstuk 8, Straling

Leerdoelen

Eind van de les weet/ken je:

- 5 soorten elektromagnetische straling en de kenmerken

- waar straling vandaan komt

- 2 effecten van straling

- wat radioactiviteit/ioniserende straling is

- het verschil tussen stabiele en instabiele kernen

- radioactief verval en halveringstijd

8.1 Eigenschappen van straling

• ElektroMagnetische (E.M.-) straling
• Stralingsbronnen
• Straling waarnemen
• Doorlaten en absorberen
• (Negatieve) effecten van straling

EM-straling en licht

Elektromagnetische (EM) straling omvat alle straling om ons heen.

In het hoofdstuk Licht hebben we het gehad over het 'zichtbare' deel van EM-straling: kleuren spectrum met aan de randen IR- en UV-straling.

Er is ook een niet zichtbaar deel van EM-straling wat wel aangetoond en gebruikt kan worden.

EM-straling

Alle EM-straling dat op een voorwerp valt, kan het worden:

Het gedrag van EM-straling volgt dus de wetten van het licht.

1) gereflecteerd	2) geabsorbeerd	3) doorgelaten
spiegels	opwarming	breking
schotel antennes	verbranding	lens werking

Straling waarnemen

De mens kan met zijn ogen alleen lichtstraling waarnemen, van rood tot violet, door de reflectie van kleuren op voorwerpen.

Alle andere EM-stralingen zijn voor mensen onzichtbaar. Wel kunnen wij IR- en UV-straling op onze huid waarnemen als warmte en verbranding.

Er zijn apparaten ontwikkeld die andere straling zichtbaar maken b.v. een infrarood (nacht zicht) camera.

Verschillende dieren kunnen voor ons onzichtbare straling wel waarnemen b.v. slangen die IR-straling waarnemen.

E.M.-straling

Het hele ElektroMagnetische spectrum bestaat uit:

• radio, microgolven (magnetron)
  
• I.R.-straling
• zichtbaar licht, kleuren
  
• U.V.-straling
  
• Röntgenstraling
• gamma-straling
  

Uv straling

UV-straling

De UV-straling zorgt er o.a.voor dat je bruin wordt maar ook dat je verbrand als je te lang in de zon bent geweest.

Ook is het nodig voor de aanmaak van vitamine D in je lichaam. 

Zonlicht bestaat uit:

95% UV-A straling: huidveroudering

  5% UV-B straling: bruin worden

  0% UV-C straling: kan met speciale lampen worden gemaakt.

IR-straling

Infrarood straling wordt ook wel warmtestraling genoemd. Deze straling wordt gebruikt in sauna's en in warmte zoekende camera's voor night-vision b.v. bij de politie of het leger.

IR straling

Microgolven

In de moderne keuken 'hoort' een magnetron. Deze maakt gebruik van micro-golven om waterdeeltjes in trilling te krijgen. Dat resulteert in opwarming van wat in de magnetron staat.

Röntgen-straling

In 1894 nam Wilhelm Röntgen de eerste Röntgenfoto van de hand van zijn vrouw. Tegenwoordig maken we nog steeds gebruik van deze techniek om naar botbreuken of gebitsproblemen te kijken.

Tegenwoordig zijn er ook andere manieren om in een mens te 'kijken' b.v. CT of MRI scantechniek.

CT-scan: Computer Tomografie door het meten van  ingespoten radioactieve stoffen in je lichaam.

MRI: Magneto Resonance Imaging waarbij gebruik wordt gemaakt van zeer sterke magnetische velden, wat niet (of heel veel minder) schadelijk is.

Röntgenfoto's

Een Röntgenfoto wordt gemaakt door Röntgenstraling via een lichaamsdeel van een patiënt op een (ouderwetse) foto-film te stralen.

De beenderen absorberen de straling en belichten de film niet, de huid en het vlees de absorberen de straling minder en zorgen voor 'belichting' van de film.

Hierna wordt de foto ontwikkeld (zwart wordt wit en wit wordt zwart), waardoor je de beenderen als wit ziet en de rest zwart. Maar andersom kan ook.

Straling meten

Straling breidt zich als een cirkel vanuit het middelpunt uit. 

Het komt  altijd afkomstig van een stralingsbron.

Vlak bij de bron is de straling het sterkst. Hoe verder je van de bron weg gaat, hoe zwakker de straling wordt.

8.2 Radioactiviteit

• wat betekent radioactiviteit
• hoe nemen we radioactiviteit waar
• het atoommodel
  
• stabiele en instabiele kernen
• halveringstijd
  

Ioniserende straling en radioactiviteit

U.V. en Röntgenstraling zijn ioniserend maar Röntgen is dat veel sterker dan U.V. en daarom is  Röntgen schadelijker.

Ioniserende straling is deels E.M.-straling en deels radioactieve straling.

E.M.-straling is elektromagnetische straling zoals licht en wifi-straling.
.

Radioactief?

Radioactief bestaat uit de woorden radio en actief.

Radioactief betekend: stralings-activiteit (of ...-werkzaamheid)

Anders gezegd: een activiteit of werkzaamheid  die straling teweeg brengt. Iets wat radioactief is zendt zonder hulp van buiten zelf straling uit.

Natuurlijke/kunstmatige stralers

Er zijn natuurlijke radioactieve stoffen, deze geven zelf radioactieve straling af: Uranium, Radon, Polonium

Die hebben een lange levensduur tot miljoenen jaren.

Er zijn ook stoffen die kunstmatig ontstaan en radioactieve straling afgeven b.v. Technetium, Americanum

Die hebben een heel korte levensduur tot delen van seconden.

Het atoom model

We kunnen atomen niet zien maar kunnen ons wel een voorstelling ervan maken, zoals hiernaast.

In het midden bevinden zich de:

• kern, met protonen en neutronen;
• elektronen er omheen.
  

Elk scheikundig element heeft een atoomnummer, overeenkomend met het aantal protonen in de kern.

Het atoommodel van Bohr

Stabiele en Instabiele kernen

De kern van een atoom kan stabiel zijn of instabiel.

Stabiele kernen zijn niet radioactief.

Instabiele kernen willen stabiel worden en zijn dan radioactief.

Een stof heeft soms radioactieve en niet radioactieve isotopen.

B.v.: het scheikundig element koolstof C (Carbon) komt voor als:

1. C-12 en C-13 en zijn niet radioactief (veel voorkomend)
   
2. C-14 en is wel radioactief (weinig voorkomend)
   

Instabiele kernen en verval

Een radioactief isotoop heeft atoomkernen die instabiel zijn en die kunnen (zonder invloed van buitenaf) veranderen.

Op zeker moment verandert de atoomkern, door met hoge snelheid:

• 2 protonen en 2 neutronen (een heliumkern = 𝛼 -straling) uit te zenden;
• elektronen (= 𝛽-straling) uit te zenden;
• energie (= 𝛾-straling) uit te zenden;
  

Deze veranderingen van de atoom-kern heten: radioactief verval.

Geigerteller

Ioniserende straling kun je met een Geiger-teller meten.

Hij geeft klikjes als er straling aanwezig is, hij verklikt dus eigenlijk de straling.

Meten van radioactiviteit

Je meet radioactiviteit met een Geiger-teller.

Je meet dit in Bequerel [Bq]

1 Bq is 1 veranderde kern per seconde.

Halveringstijd

Om aan te geven hoe snel het radioactief verval gaat, wordt gemeten wanneer de activiteit is gehalveerd.

Die tijd heet de halveringstijd.

De tabel en grafiek geven weer: de halveringstijd van 1 kg met een activiteit van 300 Bq.

De halveringstijd is dan 1 dag.

tijd dag	activiteit [Bq]	massa [kg]	daling [%]	factor
0	300	1	---	---
1	150	0,5	50	x 0,5
2	75	0,25	50	x 0,5
3	32,5	0,125	50	x 0,5