Ioniserende straling (Natuurkunde vwo), les 2: Examentraining

• newEditor
• Natuurkunde
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 4-6

Introductie

Examentraining ioniserende straling in vier vraagtypen (fotonenergie, kernreactie, soort straling en risico, dosis en equivalente dosis) met twee vragen per type in examenstijl. Docent: let op eenheden en wR.

Sporen van β-deeltjes in een nevelkamer (foto: Nuledo, CC BY-SA 4.0)

EXAMENSTOF · B2 · IONISERENDE STRALING

Examentraining

Ioniserende straling: zo pak je examenvragen aan

Les 2 van 3. Laat leerlingen in tweetallen overleggen bij de open vragen. Image credit: Nuledo / Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0

EXAMENSTOF · B2 · IONISERENDE STRALING

Wat ga je kunnen?

Ik kan fotonenergie berekenen, kernreacties opstellen, risico's van stralingssoorten beredeneren en met dosis rekenen.

EXAMENSTOF · B2 · IONISERENDE STRALING

Zo pak je een examenvraag aan

• 1. Lees: schrijf gegeven en gevraagd op, met eenheden (eV, mSv, g).

• 2. Kies: pak de formule uit je informatieboek, of tel A en Z bij een kernreactie.

• 3. Reken: zet eerst om naar J, m, kg en Gy; let op het aantal significante cijfers.

• 4. Controleer: klopt de eenheid, de orde van grootte en de telling van A en Z?

EXAMENSTOF · B2 · IONISERENDE STRALING

Vraagtype 1: fotonenergie

• E = h·f en c = f·λ; samen E = h·c/λ. Constanten staan in je informatieboek.

• Zet keV om naar J met 1 eV = 1,602·10⁻¹⁹ J.

• Een foton met meer energie heeft een hogere f en een kleinere λ.

Een γ-foton heeft 1,40·10² keV. Bereken zijn golflengte.

A

8,86·10⁻⁹ m

B

8,86·10⁻¹² m

C

8,86·10⁻¹⁵ m

D

1,42·10⁻²⁷ m

E = 1,40·10⁵ · 1,602·10⁻¹⁹ = 2,243·10⁻¹⁴ J. λ = h·c/E = 6,626·10⁻³⁴ · 2,998·10⁸ / 2,243·10⁻¹⁴ = 8,86·10⁻¹² m (nagerekend: 1,9865·10⁻²⁵ / 2,243·10⁻¹⁴ = 8,857·10⁻¹²). Fouten: keV als eV (10⁻⁹), keV als MeV (10⁻¹⁵) of eV niet omgerekend naar J (10⁻²⁷). Syllabus B2.1.

Een röntgenfoton heeft 75 keV. Bereken f.

E = 75·10³ · 1,602·10⁻¹⁹ = 1,20·10⁻¹⁴ J. f = E/h = 1,20·10⁻¹⁴ / 6,626·10⁻³⁴ = 1,8·10¹⁹ Hz (2 significante cijfers). Twee keer nagerekend. Verwachte fout: keV niet naar J omrekenen of de factor 10³ vergeten. Syllabus B2.1.

EXAMENSTOF · B2 · IONISERENDE STRALING

Vraagtype 2: kernreactie

• Som van A en som van Z links en rechts gelijk.

• α: A - 4 en Z - 2. β⁻: Z + 1. β⁺: Z - 1. γ: niets.

• Het element bij het nieuwe Z zoek je op in je informatieboek.

Po-210 (Z = 84) zendt een α-deeltje uit. Welke kern ontstaat?

A

Pb-206 (Z = 82)

B

Pb-210 (Z = 82)

C

Bi-210 (Z = 83)

D

Hg-206 (Z = 80)

α-deeltje: A - 4 = 206 en Z - 2 = 82, dat is lood. Controle: 210 = 206 + 4 en 84 = 82 + 2. Fouten: A niet laten dalen (Pb-210), β⁺ gebruiken (Bi-210) of Z met 4 laten dalen (Hg-206). Syllabus B2.2.

F-18 (Z = 9) vervalt via β⁺. Welke kern ontstaat?

A

Ne-18 (Z = 10)

B

N-14 (Z = 7)

C

O-18 (Z = 8)

D

F-17 (Z = 9)

β⁺: A blijft 18, Z gaat van 9 naar 8: zuurstof (O-18). Fouten: β⁻ (Ne-18), α (N-14) of dat A daalt zonder Z te veranderen. Syllabus B2.2.

Loden schort en handschoenen, 1920-1958 (foto: Wellcome Collection, CC BY 4.0)

EXAMENSTOF · B2 · IONISERENDE STRALING

Vraagtype 3: soort straling en risico

• Koppel de soort straling aan ioniserend en doordringend vermogen.

• α en β stop je met weinig materiaal, γ vraagt dikke afscherming (lood).

• Let op: zit de bron buiten of in je lichaam (bestraling of besmetting)?

Image credit: Wellcome Collection / Wikimedia Commons, CC BY 4.0

Een rookmelder bevat Am-241, een α-bron. Waarom is hij ongevaarlijk zolang hij heel is?

A

α-straling is niet ioniserend

B

α-straling komt niet door de behuizing heen

C

α-deeltjes hebben een grote dracht

D

De bron zendt alleen zwakke γ-straling uit

α heeft een kleine dracht en wordt door de behuizing en enkele centimeters lucht tegengehouden. Het ioniserend vermogen is juist groot. Verwachte fout: denken dat α niet ioniseert. Syllabus B2.2.

Waarom is ingeslikte α extra gevaarlijk?

Van buiten stopt α al in de buitenste huidlaag. Ingeslikt zit de bron tegen levend weefsel (besmetting): alle energie gaat op korte afstand in de cellen, wat door het sterke ioniserend vermogen veel schade geeft. Verwachte fout: alleen zeggen dat het gevaarlijker is zonder dracht of ioniserend vermogen te noemen. Syllabus B2.2.

EXAMENSTOF · B2 · IONISERENDE STRALING

Vraagtype 4: dosis en equivalente dosis

• D = E/m in Gy en H = wR·D in Sv.

• Reken g naar kg en mJ naar J voordat je invult.

• Meer soorten straling: tel de bijdragen H = wR·D bij elkaar op.

Een schildklier van 20 g absorbeert 3,0 mJ β-straling (wR = 1). Bereken H.

A

1,5·10² Sv

B

1,5·10⁻⁴ Sv

C

3,0 Sv

D

0,15 Sv

m = 0,020 kg en E = 3,0·10⁻³ J: D = 3,0·10⁻³ / 0,020 = 0,15 Gy. H = 1 · 0,15 = 0,15 Sv. Fouten: mJ niet omgerekend (150), g niet omgerekend (1,5·10⁻⁴) of wR = 20 gebruiken (3,0). Syllabus B2.2.

Een werker krijgt 0,40 mGy γ en 0,030 mGy α (wR = 20). Bereken H.

A

0,43 mSv

B

0,60 mSv

C

8,6 mSv

D

1,0 mSv

H = 1 · 0,40 + 20 · 0,030 = 0,40 + 0,60 = 1,0 mSv (twee keer nagerekend; bij optellen telt het aantal decimalen). Fouten: wR vergeten (0,43), alleen α meetellen (0,60) of wR op de som toepassen (8,6). Syllabus B2.2.

Welk vraagtype vind jij het lastigst?

1

Fotonenergie

2

Kernreactie

3

Soort straling en risico

4

Dosis en equivalente dosis

EXAMENSTOF · B2 · IONISERENDE STRALING

Tips voor op het examen

• Staat een formule niet in je hoofd? Zoek hem op in je informatieboek en schrijf eerst op welke grootheid wat is.

• Bij een kernreactie: controleer altijd of de som van A en de som van Z links en rechts gelijk is.

• Een dosis in mGy of mSv reken je eerst om naar Gy of Sv, en gram naar kilogram.