Straling

Les 1: Atomen als stralingsbron

De lesstof:

Radioactieve stoffen

In 1896 ontdekten wetenschappers iets heel bijzonders: sommige stoffen zenden uit zichzelf straling uit, zonder dat er iets van buitenaf gebeurt. Deze stoffen noemen we radioactief. Het woord ‘radio’ komt van het Latijnse woord ‘radius’, wat straal betekent. Dus radioactief betekent eigenlijk: straling uitzenden.

Overal om ons heen zijn hele kleine hoeveelheden radioactieve stoffen te vinden. Ze zitten in de grond, in water, in de lucht, in gebouwen, en zelfs in ons eigen lichaam. Veel van deze stoffen komen van nature voor. Die noemen we natuurlijk radioactief. Een voorbeeld hiervan is uraniumerts, een steen dat van nature radioactief is.

Na de ontdekking van radioactiviteit in 1896 hebben wetenschappers geleerd om zelf nieuwe radioactieve stoffen te maken. Deze noemen we kunstmatig radioactief. Sommige van deze stoffen zijn heel belangrijk in de geneeskunde. Ze worden gebruikt om ziekten te onderzoeken en te behandelen. Ook worden ze gebruikt in technologie en in het leger.

Atomen

Wetenschappers zien niets bijzonders aan radioactieve stoffen, behalve dat ze straling uitzenden. De moleculen van een radioactieve stof zien er hetzelfde uit als die van andere stoffen. Ze reageren ook op dezelfde manier met andere stoffen. Maar om radioactiviteit te begrijpen, moeten we kijken naar de bouwstenen van de moleculen. Die bouwstenen noemen we atomen.

Stel je voor dat een molecuul een bouwpakket is. Het bouwpakket voor koolstofdioxide bestaat uit koolstofatomen en zuurstofatomen. Koolstofdioxide is een verbinding omdat het uit verschillende soorten atomen bestaat.

Als je koolstofdioxide uit elkaar haalt, krijg je koolstof en zuurstof. Dit zijn beide elementen, omdat ze helemaal uit één soort atoom bestaan. Een element is vergelijkbaar met een onbreekbare bouwsteen, omdat het uit één soort atoom bestaat.

Er zijn meer dan honderd soorten atomen, en dus ook meer dan honderd verschillende elementen. Met deze atomen kunnen we heel veel verschillende verbindingen maken.

De bouw van een atoom

Eerst dachten wetenschappers dat atomen de kleinste deeltjes waren. Maar later ontdekten ze dat atomen zelf uit nog kleinere deeltjes bestaan: protonen, neutronen en elektronen.

Stel je een atoom voor als een mini zonnestelsel. In het midden heb je de kern, met daaromheen elektronen die als planeten om de zon bewegen. De kern bestaat uit protonen, met een positieve lading, en neutronen, die neutraal zijn. Elektronen hebben een negatieve lading.

Een atoom heeft evenveel protonen als elektronen, waardoor het als geheel neutraal is. Dit betekent dat de positieve lading van de protonen wordt geneutraliseerd door de negatieve lading van de elektronen.

Isotopen

Elk element heeft zijn eigen aantal protonen in de kern. Maar soms kunnen atomen van hetzelfde element een verschillend aantal neutronen hebben. Deze varianten noemen we isotopen. Isotopen van een element hebben hetzelfde aantal protonen, maar een verschillend aantal neutronen.

Isotopen kunnen verschillende eigenschappen hebben. Sommige isotopen kunnen radioactieve straling produceren, terwijl andere dat niet kunnen. Dit hangt af van de samenstelling van de atoomkern.

Les 2: Radioactief verval

De lesstof:

Stabiele en instabiele kernen

Sommige elementen hebben verschillende soorten isotopen, sommige zijn radioactief en andere niet. Dit geldt ook voor koolstof, zoals je in de vorige les hebt geleerd. C-12 en C-13, de meest voorkomende vormen van koolstof, zijn niet radioactief. Maar C-14, dat minder vaak voorkomt, is dat wel.

Een radioactieve isotoop heeft atoomkernen die niet stabiel zijn. Er is een onbalans tussen het aantal protonen en neutronen in de kern. Hierdoor kunnen deze kernen spontaan, zonder invloed van buitenaf, uit elkaar vallen. Dit noemen we radioactief verval. Wanneer dit gebeurt, zendt de kern een flits van ioniserende straling uit.

Bij radioactief verval ontstaat een nieuwe kern met andere eigenschappen. Bijvoorbeeld, de kernen van C-14 veranderen in kernen van N-14, een soort stikstof die niet radioactief is. Dit heet een kernreactie. Het is een beetje zoals bij een chemische reactie waarbij de ene stof verdwijnt en de andere ontstaat.

Ioniseren

Radioactieve stoffen zenden voortdurend ioniserende straling uit doordat atoomkernen vervallen. Deze straling is zo krachtig dat het de verbindingen tussen atomen kan verbreken. Dit noemen we ioniseren. Hierdoor vallen moleculen uit elkaar.

Deze ioniserende straling is gevaarlijk omdat het belangrijke moleculen in ons lichaam kan beschadigen. Dit kan leiden tot celbeschadiging en zelfs kanker of erfelijke afwijkingen veroorzaken door beschadiging van het DNA. Daarom moeten we altijd voorzichtig zijn met deze straling.

Activiteit

In een radioactief voorwerp vervallen voortdurend atoomkernen. De snelheid waarmee dit gebeurt, noemen we de activiteit. Dit meten we in becquerel (Bq). Bijvoorbeeld, als een voorwerp een activiteit heeft van 100 Bq, betekent dit dat er elke seconde honderd kernen vervallen.

Je kunt deze straling niet zien, horen of voelen, maar je kunt het wel meten met speciale instrumenten. Een veelgebruikt instrument hiervoor is de geigerteller. Dit apparaat begint te klikken wanneer het radioactieve straling detecteert. Hoe sneller de klikken, hoe sterker de straling.

Halveringstijd

De activiteit van een radioactieve stof neemt af na verloop van tijd omdat er minder instabiele kernen overblijven. De tijd die het kost om de activiteit te halveren, noemen we de halveringstijd. Na elke halveringstijd is de hoeveelheid radioactieve stof en de straling ook gehalveerd.

Elke radioactieve isotoop heeft zijn eigen halveringstijd. Sommige isotopen hebben een lange halveringstijd, zoals uranium-235 (704 miljoen jaar), terwijl andere een korte halveringstijd hebben, zoals jodium-131 (8 dagen).

Les 3: Straling gebruiken

De lesstof:

Drie soorten ioniserende straling

Radioactieve stoffen zenden verschillende soorten ioniserende straling uit: alfastraling, bètastraling en gammastraling. Vaak wordt bij alfa- of bètastraling ook gammastraling uitgezonden, maar sommige stoffen zenden alleen gammastraling uit.

Elk type straling heeft een ander vermogen om door materialen heen te dringen:

• Alfastraling (α-straling) kan niet diep doordringen in materialen. Een vel papier kan deze straling tegenhouden.

• Bètastraling (β-straling) kan verder doordringen dan alfastraling. De meeste bètastraling gaat gewoon door een vel papier, maar een boek kan de straling grotendeels tegenhouden.

• Gammastraling (γ-straling) kan veel verder doordringen dan bètastraling. Om mensen te beschermen tegen deze straling, wordt lood en beton gebruikt. Soms is een dikke laag lood nodig om de straling te verminderen. Voor beton is zelfs een muur van een meter dik nodig om hetzelfde effect te bereiken.

Straling van buitenaf

Bij medisch onderzoek wordt vaak gebruikgemaakt van gammastraling. Met een gammacamera kunnen artsen afbeeldingen maken van organen in het lichaam, zoals de longen, lever en darmen. Dit onderzoek verloopt als volgt:

1. In een laboratorium wordt een tracer (een radioactieve stof) gemaakt die vooral door een specifiek orgaan wordt opgenomen.

2. De tracer wordt in het lichaam van de patiënt gebracht, meestal via een injectie. Het verspreidt zich door het lichaam en komt ook terecht bij het orgaan dat moet worden onderzocht.

3. De gammastraling die de tracer uitzendt, kan uit het lichaam ontsnappen. Dit wordt geregistreerd door een gammacamera, die vervolgens een afbeelding van het orgaan maakt.

Straling van binnenuit

Ioniserende straling wordt ook gebruikt om kanker te behandelen. De straling kan kankercellen beschadigen, waardoor ze sterven. Dit kan de groei van kankergezwellen afremmen en de symptomen verminderen.

Bij de meeste behandelingen komt de straling van buitenaf. Een radioactieve bron beweegt rond het lichaam en bestraalt het gezwel vanuit verschillende hoeken. Dit helpt om het gezonde weefsel rondom het gezwel te sparen. Na de behandeling is de patiënt niet radioactief omdat de straling van buiten het lichaam komt.

Soms wordt het lichaam van binnenuit bestraald. Artsen brengen dan een radioactieve stof in het lichaam, bijvoorbeeld door middel van een capsule of zaadjes. De patiënt kan hierdoor tijdelijk radioactief worden. Om risico's te beperken, worden isotopen met een korte halveringstijd gebruikt.

Les 4: Bescherming tegen straling

De lesstof:

Pas op voor Straling!

Sommige stoffen kunnen gevaarlijke straling afgeven. Deze straling kan mensen echt ziek maken of zelfs doden! Als je te veel straling binnenkrijgt, kun je meteen heel erg ziek worden. Zelfs bij een kleinere hoeveelheid straling kun je later problemen krijgen, zoals kanker.

Soms merk je niet eens dat je straling binnenkrijgt, maar het kan nog steeds slecht zijn voor je. Het kan zelfs invloed hebben op je toekomstige kinderen!

Er zijn verschillende soorten straling. Sommige worden door je huid tegengehouden, maar andere kunnen diep in je lichaam doordringen en je organen beschadigen.

Als je met radioactieve stoffen werkt, moet je voorzichtig zijn. Je draagt beschermende kleding en je probeert zo min mogelijk dichtbij te komen. Speciale materialen zoals lood kunnen helpen om de straling tegen te houden.

We moeten ook voorkomen dat radioactieve stoffen in de lucht, het water of ons voedsel terechtkomen. Anders kunnen ze in ons lichaam komen en ons van binnenuit beschadigen. Daarom zijn er strikte regels in ziekenhuizen en laboratoria om ons te beschermen.

Als er toch een keer een besmetting gebeurt, moeten we snel handelen. We moeten ons schoonmaken en ervoor zorgen dat we de besmette spullen veilig opbergen.

Het belangrijkste is om veilig te blijven en te voorkomen dat deze gevaarlijke stoffen ons pijn doen!