## 1.3 Kernstraling

De Frans-Poolse wetenschapper Marie Curie heeft aan het eind van de 19e eeuw onderzoek gedaan naar onder meer de nieuwe elementen polonium en radium. Zij ontdekte dat er van die elementen straling afkwam in de vorm van deeltjes. Om ze een naam te geven, heeft ze de eerste drie letters van het Griekse alfabet gebruikt. Deze namen zijn blijven bestaan. De eerst ontdekte vorm heet dus alfastraling (of α-straling), de tweede en de derde heten respectievelijk bèta- en gammastraling (of β- en γ-straling).

Deze straling bleek afkomstig uit de atoomkern en wordt daarom ook wel kernstraling genoemd. Eigenschappen van deze stralingssoorten zijn het ioniserende vermogen en het doordringende vermogen.

Opdracht

Zoek aan de hand van de onderstaande tabel informatie op over deze stralingsvormen.

1. Neem de onderstaande tabel over in je schrift, maak hem compleet en beantwoord daarmee de volgende vragen.

- Uit welke deeltjes bestaat deze straling?
- Welke elektrische lading heeft deze straling?
- Hoe groot is het ioniserend vermogen in kwalitatieve termen?
- Hoe groot is het doordringende vermogen van deze straling?

| bestaat uit | lading | ioniserend vermogen | doordringend vermogen
alfa |  |  |  |
bèta |  |  |  |
gamma |  |  |  |

2. Rangschik de soorten straling op doordringend vermogen. De meest doordringende het eerst.
Doe dit ook voor het ioniserend vermogen. Wat valt je op? Leg uit.

3. Leg uit waardoor alfastraling een veel groter ioniserend vermogen heeft dan bètastraling.

4. Zoek op hoe en waarmee men zich kan beschermen tegen de verschillende soorten straling.

Een kern bestaat uit protonen en neutronen. De atoomsoort (ofwel het element) wordt bepaald door het aantal protonen: helium heeft 2 protonen, uranium heeft er 92. Het aantal protonen wordt atoomnummergenoemd en aangeduid met Z. Voor een bepaald element kan het aantal neutronen nog iets verschillen. De meeste heliumkernen hebben 2 protonen en 2 neutronen, maar heliumkernen met 1 neutron komen ook voor. Een koolstofkern heeft 6 protonen en meestal ook 6 neutronen, maar 8 neutronen komt ook voor (dat noemen we "koolstof 14", dus met 14 kerndeeltjes). Atomen met hetzelfde aantal protonen maar een verschillend aantal neutronen worden isotopen genoemd. Het totale aantal kerndeeltjes, dus protonen en neutronen, wordt massagetal genoemd en aangeduid met A. Het massagetal van gewone koolstof is 12, maar het massagetal van de isotoop met 8 neutronen is 14.

Een van de bijzondere verschijnselen bij straling is dat elke isotoop zijn eigen typerende eigenschappen heeft. Aan het soort straling, de energie, en de halfwaardetijd herkent men de isotoop. We zoeken daarom naar een mechanisme dat dit verklaart of waarmee we de verschijnselen kunnen uitleggen. Voor de eerste 20 elementen van het periodiek systeem geldt dat isotopen met een ongeveer gelijk aantal protonen en neutronen het stabielst zijn. Voor atomen met een hoger atoomnummer zijn er altijd meer neutronen dan protonen.

Stralingsdeeltjes

Wanneer in een kern het aantal neutronen en protonen niet in balans is, is de kern instabiel en kan een alfa- of bètadeeltje worden uitgezonden. Een kern kan ook aangeslagen zijn, in een hogere energietoestand verkeren en de extra energie uitzenden in de vorm van een gammadeeltje. In al deze gevallen zeggen we dat "verval" optreedt. De kern vervalt.

Halfwaardetijd

De tijd waarin een isotoop vervalt, varieert zeer sterk. De ene isotoop zal snel, in bijvoorbeeld 1 ms, vervallen en de andere isotoop doet er miljarden jaren over (bijvoorbeeld uranium-238). De grootheid die wij hieraan verbinden heet de halveringstijd of de halfwaardetijd. Deze halfwaardetijd is dus per isotoop verschillend.

Energie

De energie die vrijkomt bij straling is ook per isotoop verschillend. Bij alfa- en bètastraling is dit de kinetische energie van het alfa- of bètadeeltje. Die kan gemeten worden door bijvoorbeeld de snelheid van het deeltje te bepalen. Bij gammastraling wordt de energie bepaald door de frequentie te meten.

De genoemde eigenschappen vind je terug in de Binas, in tabel 25 van isotopen.

We komen hierop terug in hoofdstuk 3, in de paragraaf over de gammacamera.