Radioactief verval: halveringsdikte, stralingsdosis en de dosisequivalent
Bijles natuurkunde VWO
Wanneer spreken we van de halveringsdikte?
De halveringsdikte d1/2 is de dikte van het materiaal waarbij de helft van de – of röntgenstraling wordt gehalveerd. Deze dikte hangt af van het soort straling en het soort materiaal. In BINAS tabel 28F kun je deze soorten opzoeken.
I(0) is de intensiteit van de straling die op het voorwerp valt; I is de straling die wordt doorgelaten. zijn het aantal halveringsdiktes dat is doorlopen, waarbij d/(d1/2) (= de halveringsdikte) opgezocht kan worden in BINAS tabel 28F.
Voorbeeldvraag bij halveringsdikte:
Stel dat een bundel gammastralen op een loden plaat met een dikte van 8,0 cm valt en dat de halveringsdikte van lood 1,4 cm is.
Hoeveel gammastraling laten de loden platen door? (in procenten)
Antwoord + uitwerkingen:
(Dus de loden platen laten 19% van de gammastraling door.)
Wat laat de stralingsdosis zien?
Hierbij is de Estraling de hoeveelheid geabsorbeerde straling (in Joule), m de massa waar de straling door wordt geabsorbeerd (in kg) en de D de stralingsdosis (in Gray of Gy).
Deze stralingsdosis maakt geen onderscheid tussen de verschillende soorten straling (alfa-, bèta-, gamma- of röntgenstraling). Toch blijkt bijvoorbeeld dat alfastraling veel meer biologische schade in organen aanricht dan bètastraling of gammastraling. Daarom vermenigvuldigt men de dosis vaak met een weegfactor voor straling. Deze weegfactoren zijn te vinden in BINAS tabel 27D(3).
Op deze manier krijgen we de equivalente dosis die een orgaan krijgt. Hiervoor geldt dus:
Hierbij is de H de equivalente dosis, die uitgedrukt wordt in Sievert (Sv), de Wr de stralingsweegfactor en de D de stralingsdosis (die je met de D= Estraling/m formule kunt berekenen).
Voorbeeldopgave bij equivalente dosis:
In het ziekenhuis wordt er een foto van je longen gemaakt met behulp van röntgenstraling. Het bestraalde deel van je longen heeft een massa van 0,8 kg en absorbeert 4,0 mJ aan stralingsenergie. Bereken de equivalente dosis die de longen krijgen.
Antwoord:
In het algemeen staan er meerdere organen of weefsels van iemand bloot aan straling. Om de totale stralingsbelasting van diegene te bepalen moeten de equivalente doses van alle bestraalde organen bij elkaar worden opgeteld. Maar omdat ionisaties in bijvoorbeeld voortplantingsorganen op langere termijn veel schadelijker zijn dan in spierweefsel, moet elke equivalente dosis eerst met een weegfactor voor weefsels worden vermenigvuldigd. Deze verschillende weefsels staan ook weer in BINAS 27D(3). Op deze manier krijgen we de effectieve dosis. Hiervoor geldt dus:
Effective dosis = Wr orgaan 1 * equivalente dosis + Wr orgaan 2 * equivalente dosis …. etc.
Voorbeeldopgave
Voorbeeldopgave bij effectieve dosis:
Iemand wordt in het ziekenhuis bestraald waarbij de longen een equivalente dosis van 3 Sv ontvangen en de schildklier een equivalente dosis van 2 Sv. Bereken dan de effectieve dosis van de bestraling.
Antwoord:
Effectieve dosis = 0,12 x 3,0 Sv + 0,05 x 2,0 Sv = 0,46 Sv
In het dagelijks leven wordt iedereen blootgesteld aan ioniserende straling. Deze zogenoemde achtergrondstralingis onder andere afkomstig uit de ruimte (kosmische straling), van het verval van radioactieve stoffen in de bodem en in bouwmaterialen van huizen, en van de ingeademde lucht. De achtergrondstraling is niet overal op aarde gelijk. Op sommige plaatsen komen van nature meer radioactieve stoffen in de bodem voor, en is de achtergrondstraling een veelvoud van die op andere plaatsen. In Nederland is de effectieve dosis die een persoon ten gevolge van de achtergrondstraling oploopt ongeveer 0,2 microsievert per uur (0,2 μSv/h). Op grote hoogte is de ontvangen stralingsdosis aanzienlijk groter door de kleinere beschermende werking van de dampkring. Bijvoorbeeld bedraagt de stralingsdosis tijdens een vliegreis op 10 km hoogte ongeveer 4 μSv/h. Veel mensen zullen in hun hele leven minder dan één sievert aan effectieve dosis ontvangen. Stel bijvoorbeeld dat je 80 jaar oud wordt. Je hebt je hele leven dan 0,14 Sv aan achtergrondstraling opgelopen want 0,2 μSv/h x 24 h x 365 x 80 = 0,14 Sv. Samen met de stralingsdosis van röntgenfoto’s, CT-scans en vliegreizen zal dit meestal ruim onder 1 Sv blijven.
