Wikijunior:Natuurkunde/Straling

Gezocht: Wikibookianen die een beroep hebben waar natuurkunde bij gebruikt wordt en die in het hoofdstuk "Einde" heel kort iets willen vertellen over hun beroep.

Inleiding: Radioactieve straling en gezondheid

In het ziekenhuis wordt radioactieve straling gebruikt om kanker tegen te gaan. Deze straling kan ook gezonde delen van je lichaam beschadigen. Daarom moet je een speciale opleiding volgen om met radioactieve straling te mogen werken.

Soorten straling

Licht

De bekendste soort straling is licht. Licht is een soort straling die wij kunnen zien. Licht wordt uitgezonden door bijvoorbeeld de zon, maar ook door bijvoorbeeld een lekker warm kampvuurtje.

Als het licht in je ogen komt, zie je het. Als het licht via een voorwerp in onze ogen komt, zien we het voorwerp.

UV en IR

UV-straling

UV-straling kun je niet zien, maar je kunt er wel lekker bruin van worden. Als je er te lang in ligt, kun je er zelfs door verbranden! Het verschil met het zichtbare licht is de frequentie. Zo heeft bijvoorbeeld blauw licht een andere frequentie dan rood licht. UV heeft een zodanig hoge frequentie dat het buiten het bereik van het menselijk oog valt.

Toch is UV-straling in staat om moleculen kapot te maken. Dat kun je goed zien met het volgende proefje:

Proef: Moleculen slopen
Benodigdheden: gekleurd vel papier, glanzende voorwerpen (bijv. schaar, flessenopener en munt), een hittegolf Deze proef kun je perfect doen als er een hittegolf is. Leg een gekleurd vel papier in de felle zon en leg de voorwerpen erop. Wacht nu tot het einde van de hittegolf, dan zul je zien dat het papier zichtbaar is verkleurd.
Wat heb ik geleerd: ultraviolette straling kan moleculen beschadigen.

UV staat voor UltraViolet

IR-straling

Dit zit ook in de zon. Hierdoor is het in de zon zo warm. Ieder voorwerp zendt IR-straling uit, dus met een infraroodcamera kun je ’s nachts voorwerpen zien.

IR, of InfraRood, kun je niet met het blote oog zien, omdat de frequentie zo laag is dat het buiten het bereik van het menselijk oog valt. (vergelijk eventueel UV)

Kernstraling

Sommige stoffen zenden spontaan straling uit. Dat komt doordat de atoomkernen van die stoffen instabiel zijn. De kernen hebben namelijk teveel energie, die ze uitstralen. Dit noemen we radioactiviteit.

Zelf straling maken

We maken zelf ook straling. Onze botten bevatten een kleine hoeveelheid van radioactieve kalk, waar radioactieve straling uitkomt.

Zichtbare straling

We maken bijvoorbeeld licht, met een lamp.

Onzichtbare straling

Maar ook onzichtbare, bijvoorbeeld met een magnetron, met een radio en in het ziekenhuis produceren ze ook röntgenstraling.

Wat is dit?

Er zijn een heleboel vormen van straling genoemd. Maar waneer is iets nou straling en wanneer niet?

We spreken van straling als energie van een bron naar een ontvanger gaat, zonder dat daarbij een tussenstof nodig is.

Geluid is geen straling

Geluid is geen straling omdat geluid niet kan worden overgebracht zonder tussenstof.

De zon

De zon zendt zonnestraling (licht, UV en IR) uit. De zon is dus de bron.

Als jij in de zon ligt, dan eindigt een deel van die straling op jouw lichaam: je ziet het licht, je voelt de IR-straling en je wordt bruin van de UV-straling. Jij bent dan de ontvanger.

Tussen jou en de zon zit de dampkring, en daarna het heelal. In het heelal zijn geen stoffen. De straling is dus van de zon bij jou gekomen zonder dat er een tussenstof aanwezig was. In de dampkring zijn wel stoffen, maar die zijn niet nodig om de straling over te dragen.

Golven

Het transport van de meeste straling vindt plaats in de vorm van golven. Daarom spreken we meestal over golven, terwijl we eigenlijk over straling hebben. Je zou kunnen zeggen dat de "stralingsdeeltjes" zich in golven voort bewegen.

Deeltjes

Energietransport door straling kan ook plaatsvinden in de vorm van kleine deeltjes. Dit is alleen het geval bij bepaalde soorten kernstraling.

Gevaarlijk?

Veel soorten straling zijn helemaal niet gevaarlijk.

Licht en IR-straling hebben we dagelijks om ons heen, zonder dat ze gevaar vormen.

Ook radiogolven zijn niet gevaarlijk en kunnen daarom zonder beschermende maatregelen overal worden verzonden/ontvangen.

Ioniserende straling

Dat UV-straling (voor een deel) gevaarlijk kan zijn, wist je al. Je huid kan erdoor verbranden en als dat te vaak gebeurt vergroot dat de kans op het ontstaan van huidkanker. Ook röntgenstraling en kernstraling zijn gevaarlijk.

Deze stralingssoorten heten ioniserende straling.

Ioniserende straling is straling die zo energierijk is, dat elektronen uit een atoom worden 'losgeslagen', wanneer de straling een atoom treft. Zo’n atoom met te weinig elektronen heet een ion, vandaar de naam ioniserende straling. In een atoom zijn de elektrische ladingen van de samenstellende deeltjes in evenwicht. Maar een ion is elektronen (negatieve geladen deeltjes) kwijtgeraakt, dus de positieve ladingen in het ion winnen het, zodat een ion elektrisch positief geladen is.

Als deze straling op planten of dieren komt, kunnen de atomen dus worden beschadigd. Als dit te vaak gebeurt, kan er kanker ontstaan.

Ontstaan

Röntgenstraling (in het Engels: X-ray genoemd) wordt gemaakt door mensen in een röntgenapparaat en inde sterrenkunde. In een röntgenapparaat worden elektronen met grote snelheid op een trefpunt op een metalen plaat geschoten. Dat trefpunt reageert hierop door röntgenstraling uit te zenden.

Kernstraling

Sommige stoffen zenden spontaan energierijke straling uit. Deze stoffen heten radio- actieve stoffen. De straling die ze uitzenden heet kernstraling.

Overal op aarde is altijd wel wat straling aanwezig. Deze straling heet de achtergrondstraling. Dit komt, onder andere, doordat radioactieve stoffen gewoon in de natuur voorkomen.

Teveel straling

Te veel ioniserende straling is gevaarlijk. Wanneer atomen in ons DNA geïoniseerd worden, kunnen ze gevaarlijke chemische reacties beginnen, die onder andere tot de groei van kankergezwellen kunnen leiden.

Halveringstijd

Als radioactieve stoffen straling uitzenden, verandert de stof langzaam, maar zeker in een andere stof. We noemen dit radioactief verval. Deze nieuwe stof kan weer radioactief zijn, of juist niet meer.

De halveringstijd van een radioactieve stof is de tijd waarin de helft van de aanwezige stof vervalt.

Berekening

De halveringstijd van een bepaalde stof is 100 dagen. Op 1 januari is 50 gram van die stof in een laboratorium aanwezig. Hoeveel stof is er (ongeveer) over op 1 november?

Van 1 januari tot 1 november is 10 maanden, dus ongeveer 10x30 = 300 dagen (eigenlijk 303 of 304, ga maar na). Iedere 100 dagen halveert de hoeveelheid stof. De stof is dus 3 keer gehalveerd. Dus:

50÷2=25, 25÷2=12,5, 12,5÷2=6,25.

Dus is er nog 6,25 gram over.

De hoeveelheid straling die een radioactieve stof uitzendt, hangt direct samen met de hoeveelheid aanwezige stof.

Naarmate een radioactieve stof vervalt, onder het uitzenden van kernstraling, blijft er minder stof over. Er zal dus steeds minder straling worden uitgezonden door de stof.

De enige manier om de kernstraling te stoppen is te wachten tot de radioactieve stof ‘op’ is

Gebruik van straling

Het gebruik van röntgenstraling

Röntgenstraling heeft zo veel energie, dat het door veel stoffen heen gaat. Het wordt niet alleen in ziekenhuizen gebruikt, maar ook op vliegvelden om koffers ‘door te lichten’. Deze straling wordt door kleding doorgelaten, metaal houdt de straling tegen. Als er dan bijvoorbeeld een bom in je koffer zit, val je door de mand.

Het gebruik van kernstraling

Mensen gebruiken radioactieve stoffen en maken ze soms ook zelf (door de atomen van andere stoffen te veranderen). Radioactieve stoffen worden bijvoorbeeld gebruikt in kerncentrales om energie op te wekken, in ziekenhuizen voor bijvoorbeeld radiotherapie en in ruimtevaartuigen om warmte en daarmee electriciteit op te wekken.

Het gebruik van ioniserende straling

Ioniserende straling, waaronder kernstraling is gevaarlijk omdat het DNA kapot kan maken. Soms moet het DNA echter stukgemaakt worden, bijvoorbeeld wanneer het kankercellen betreft. Hiervoor kan dus kernstraling gebruikt worden. Deze vorm van kankerbestrijding heet bestraling of radiotherapie.

Beschermen

Ioniserende straling kan gevaarlijk zijn. Daarom moeten mensen die in aanraking komen met straling goed worden beschermd. Sommige soorten straling kunnen geheel worden tegengehouden. Soms is een stukje papier al voldoende, maar soms heb je er een stuk beton voor nodig.

Er is ook een soort straling dat nooit volledig kan worden gestopt. We kunnen uitrekenen hoe de sterkte van de straling afneemt met de afstand tot de bron. Het is handig om met een halveringsdikte te rekenen. De halveringsdikte van een stof is de dikte die een plaat van die stof moet hebben, zodat de straling die de plaat verlaat precies de helft is van de straling die op de plaat is gevallen.

Berekening

De halveringsdikte van lood voor een bepaalde soort gammastraling is 14 cm. Hoe dik moet een plaat lood zijn om 75% van de gammastraling tegen te houden?

Dat gaan we even berekenen.

Na 14 cm is de helft van de straling geabsorbeerd, er is dan nog 50% over. In de volgende 14 cm wordt de helft van deze 50% geabsorbeerd, dus nog eens 25% van de oorspronkelijke straling

Je hebt dus 14+14=28 cm lood nodig om 75% van de straling te absorberen.

Radioactieve besmetting

Besmetting met een radioactieve stof wil zeggen, dat iemand de radioactieve stof zélf op of in zijn lichaam heeft gekregen.

De besmette persoon is niet alleen de ontvanger van de kernstraling, maar ook zelf de bron!

Gevaar van bestraling en besmetting

Bestraling

Röntgen- of kernstraling uit een bron buiten ons is gevaarlijk, maar het directe gevaar is voorbij zodra de bron is uitgezet of veilig opgeborgen. Je kunt dit vergelijken met een klaslokaal waar het licht brandt: zodra de lamp wordt uitgezet is de zichtbare straling (het licht) verdwenen, er blijft niet ergens een restje straling achter. In het ziekenhuis moet afgewogen worden, of de mogelijke schade van een behandeling opweegt tegen voordelen voor de patiënt.

Besmetting

Met besmetting wordt bedoeld, dat een radioactieve stof op of in het lichaam terecht komt. Bijvoorbeeld druppels radioactieve vloeistof op de kleding of huid, radioactieve gassen uit kelders in de longen, of radioactieve stoffen op stofdeeltjes die ingeademd worden. Dit is veel gevaarlijker, omdat de besmette persoon de bron bij zich draagt en niet kan uitzetten. In het ziekenhuis worden bij patiënten radioactieve stoffen gebruikt, die snel vervallen (korte halveringstijd) en worden uitgescheiden met urine en grote boodschap.