Isaac-fysica 5 D - LB - Kernfysica (H1)

Aan de slag met ISAAC

ISAAC-fysica 5 is een methode fysica voor het vijfde jaar D-finaliteit van het secundair onderwijs voor de richtingen wetenschappen, Latijn-wiskunde, Grieks-wiskunde en economiewiskunde. De wetenschappelijke richtingen moeten meer leerstof zien, deze extra leerstof wordt aangeduid met een specifiek icoon (zie Legende pictogrammen). De methode kenmerkt zich door de sterke didactische aanpak en cursorische leerlijn. Met ISAAC-fysica verwerf je betrouwbare feitelijke kennis. Aan de hand van vele concrete voorbeelden uit de hedendaagse leefwereld en de duidelijke structuur draagt ISAAC bij tot een gemotiveerd en efficiënt leerproces.

Opbouw en aanpak

ISAAC-fysica 5 - Kernfysica bestaat uit drie hoofdstukken. In die hoofdstukken wordt de leerstof aangebracht via een gevarieerd aanbod aan thema’s.

3 hoofdstukken

Doorheen het leerboek vind je het diabolomodel van die Keure terug.

1Intro

Tijdens het ISAAC-moment , intro, maak je kennis met het thema. Nieuwsgierigheid en verwondering staan hierbij centraal.

2Midden

Tijdens de instructieweken verwerk je de leerstof via impressie en verwondering, instructie en inoefening.Na de leerstof volgt een onderdeel 'Verder oefenen?' waar de leerstof ingeoefend wordt.

Volgende onderwerpen komen aan bod:

• Radioactiviteit

• Kernfysica

• Massa en energie

3Outro

De laatste lessen van het leerboek zijn voorbehouden voor de transferopdracht of de ISAAC-actie . Dat is een concrete en functionele opdracht die het leerboek afsluit.

Na de ISAAC-actie vind je de STUDIEWIJZER : een overzicht van wat je moet kennen en kunnen. De studiewijzer kan je helpen bij het instuderen van de leerstof.

Oefeningen

De theorie wordt afgesloten met een reeks ‘Verder oefenen?’. De oefeningen werden opgedeeld in drie rubrieken:

• Begrijpen

Deze oefeningen helpen je om de leerstof beter onder de knie te krijgen en te begrijpen.

• Toepassen

Dit zijn concrete toepassingen uit het dagelijkse leven waarbij je leerstof verwerkt door ze toe te passen in een context. Deze oefeningen kregen een moeilijkheidsgraad:

makkelijk

gemiddeld

moeilijk

• Analyseren

Bij deze oefeningen ga je verder op zoek naar verbanden en relaties gerelateerd aan het onderwerp. Hier vallen vaak experimenten onder of uitgebreide oefeningen in een bepaalde context.

ISAAC digitaal

Doorheen het boek vind je QR-codes. Via die QR-codes kom je op de miniwebsite terecht. Daar vind je heel wat extra bronnenmateriaal.

Op POLPO vind je de uitgewerkte versie van het ISAAC-moment en de ISAAC-actie die in het leerboek opgenomen zijn. Daarnaast worden er ook extra ISAAC-momenten en -acties aangeboden. Indien relevant worden er ook blanco verslagbladen of experimentenfiches voorzien.

Legende pictogrammen

Deze pictogrammen vind je in het leerboek.

doe de test

Dit icoon duidt een experiment volgens de wetenschappelijke methode aan.

vastzettingskader

verwijskader

tip

besluit

WIST-JE-DAT wist-je-dat

Dit duidt een vastzettingskader aan. Hier worden belangrijke en te kennen theorie/ formules in samengebald.

Een verwijskader verwijst naar een module of leerboek waar bepaalde theorie reeds gegeven werd of gegeven zal worden.

Dit lampje geeft een tip weer of geeft wat extra informatie.

Een besluitkader omvat een besluit of een conclusie, vaak na een experiment volgens de wetenschappelijke methode.

Een wist-je-dat is een leuk en interessant weetje, vaak komt hier ook wat extra informatie bij de theorie aan bod.

uitbreiding wetenschappen

Dit icoon duidt leerstof aan die te kennen is voor de wetenschappelijke richtingen, maar niet voor de Latijn-wiskunde, Grieks-wiskunde en economie-wiskunde. Deze leerstof kan natuurlijk wel optioneel aan bod komen in deze richtingen.

To radiate or not to radiate

Bekijk onderstaande foto’s en bespreek welke link ze hebben met radioactiviteit en kernfysica. Bespreek eventuele voor- en nadelen.

Scan daarna de QR-code en bekijk enkele filmpjes in verband met kernenergie. Breng een klasgesprek op gang: wat is jouw mening over kernenergie; beargumenteer je mening met behulp van de filmpjes.

1Radioactiviteit

Alles rondom ons, zelfs ons eigen lichaam, bestaat uit atomen. We vinden atomen dus eigenlijk in alles wat tastbaar is, in de natuur, in het menselijk lichaam, maar ook in alles wat door de mens vervaardigd is.

De meeste atomen zijn stabiel. Dit wil zeggen dat hun kern niet verandert.

Er bestaan echter ook heel wat atomen met een onstabiele kern. Hun kern zal op korte of lange termijn veranderen naar een toestand waarin ze stabieler zijn. Tijdens dit proces komt er uit de kern energie vrij in de vorm van elektromagnetische golven of in de vorm van deeltjes met veel energie. Deze energie wordt ook wel ioniserende straling genoemd.

De metamorfose van een atoom (het vervallen van een onstabiele toestand naar een stabielere toestand) en het daarbij horende uitzenden van ioniserende straling noemen we radioactiviteit.

Materialen die ioniserende straling uitzenden, zijn radioactief.

WIST-JE-DAT

Ioniserende straling is zo energetisch dat het een elektron kan verwijderen uit de (buitenste) schil van een atoom. Het atoom, dat oorspronkelijk neutraal was, krijgt hierdoor een positieve lading en wordt dus geïoniseerd. Vandaar ook de naam ‘ioniserende straling’.

energie

Opmerking

Vaak wordt ioniserende straling ook wel radioactieve straling genoemd, alhoewel het niet de straling is die radioactief is. Deze term is dus niet helemaal goed gekozen en gaan we verder niet gebruiken.

In dit leerboek gaan we ons verdiepen in deze bijzondere tak van de wetenschap.

We starten met enkele begrippen, grootheden en eenheden zodat het vervolg van het verhaal begrijpelijk blijft. Deze zullen verder in het boek nog uitgediept worden.

Onstabiele kernen gaan ioniserende straling uitzenden. Ze gaan hierbij vaak desintegreren of vervallen naar een ander element. We kunnen hier dus ook van radioactief verval spreken.

De onstabiele kern vervalt dus in een andere, al dan niet stabiele kern en er treedt een kernreactie of transmutatie op.

Atomen met een onstabiele atoomkern noemen we radionucliden, radio-isotopen of radioactieve isotopen.

1.1Halveringstijd en activiteit

Het uitzenden van ioniserende straling is een spontaan, maar onvoorspelbaar proces. We weten niet wanneer een onstabiele kern ioniserende straling zal uitzenden. Wat we wel weten, is dat -als we een aantal kernen hebben- de helft daarvan ‘theoretisch’ binnen een bepaalde halveringstijd zal vervallen.

De halveringstijd T1/2 is de tijd waarin de helft van de oorspronkelijk aanwezige radioactieve kernen vervallen.

GROOTHEID EENHEID

halveringstijd T1/2 seconde s

Hoe meer kernen er per seconde vervallen, hoe meer straling het materiaal uitzendt. Dit wordt weergegeven met de grootheid activiteit.

De activiteit A geeft weer hoeveel kernen er per seconde vervallen.

De grootheid activiteit geeft dus het aantal desintegraties per seconde weer of, met andere woorden, het aantal kernen die per seconde vervallen.

De eenheid van activiteit is becquerel (Bq), waarbij:

1Bq = 1 s

De eenheid becquerel is vernoemd naar de beroemde Franse wetenschapper Henri Becquerel, die samen met Pierre en Marie Curie in 1903 een Nobelprijs kreeg voor hun aandeel in de ontdekking van de radioactiviteit.

De activiteit hangt natuurlijk af van het aantal kernen, maar ook van de halveringstijd. Hoe meer kernen en hoe korter de halveringstijd, hoe groter de activiteit van het materiaal.

1.2 Dosis, dosisequivalent en effectieve dosis

Ioniserende straling heeft natuurlijk ook een effect op zijn omgeving en dus ook op ons lichaam. Ioniserende straling heeft immers het vermogen om atomen te ioniseren. Zo kunnen ook DNAmoleculen beschadigd raken, wat kan leiden tot kanker.

Ioniserende straling is enkel schadelijk als ze ons lichaam kan binnendringen en door het lichaam wordt opgenomen.

We kunnen op twee manieren blootgesteld worden aan ioniserende straling, namelijk door bestraling of door besmetting.

Bestraling

Bij bestraling bestraalt radioactief materiaal het lichaam van buitenaf. Er treedt hier geen direct contact op met het radioactief materiaal. De bestraling stopt dan ook wanneer de afstand tussen het lichaam en de radioactieve bron groot genoeg wordt, wanneer de radioactieve bron stopt met stralen of wanneer de radioactieve bron afgeschermd wordt. Je kan de blootstelling aan ioniserende straling dus beperken door afstand te houden van de bron, door je af te schermen (bijvoorbeeld door middel van een loden schort bij röntgenfoto's) en door de blootstelling kort te houden.

Een voorbeeld van bestraling is het nemen van een röntgenfoto voor een medische diagnose.

Besmetting

Als we wel in fysiek contact komen met een radioactieve bron, dan spreken we van besmetting. Er kan zowel inwendige als uitwendige besmetting plaatsvinden. Bij inwendige besmetting wordt de radioactieve bron opgenomen in het lichaam (via voedsel of via ingeademde lucht). Uitwendige besmetting treedt op als radioactieve stoffen in contact komen met kleren, huid of haren.

In het geval van besmetting kan de radioactiviteit overgedragen worden (wat niet het geval is bij bestraling). Radioactieve deeltjes kunnen van de ene persoon op de andere persoon worden overgedragen. Zolang het radioactief materiaal niet wordt verwijderd, blijft de besmetting bestaan.

Bij een kernramp met een kerncentrale treedt er bijvoorbeeld besmetting op: radioactieve deeltjes komen dan vrij in de atmosfeer en worden door de mensen ingeademd of ingenomen via besmet voedsel.

De hoeveelheid straling die een persoon ontvangt, wordt uitgedrukt met stralingsdosis.

WIST-JE-DAT

Mensen kunnen zich op meerdere manieren beschermen om zo de blootstelling aan ioniserende straling te verkleinen:

• tijd: hoe korter de blootstelling, hoe lager de dosis

• afstand: hoe verder van de bron verwijderd, hoe kleiner de dosis

• afscherming: afschermend materiaal verlaagt de dosis; vaak wordt lood als afschermend materiaal gebruikt, omdat lood gammastraling goed absorbeert.

Het is ook belangrijk om niet besmet te raken met een radioactief materiaal. Daarvoor gebruiken mensen onder andere handschoenen of mondmaskers.

We definiëren de grootheden dosis, dosisequivalent en effectieve dosis.

1.2.1Dosis

De dosis D (ook wel geabsorbeerde dosis genoemd) is de verhouding van de hoeveelheid opgenomen stralingsenergie E tot de massa m die de straling opneemt:

= E m

De eenheid van dosis is gray (Gy), waarbij:

1Gy = 1 J kg

De dosis is eigenlijk geen goede indicator van het schadelijk effect van de ioniserende straling aangezien verschillende soorten straling een verschillend schadelijk effect hebben. Bovendien hebben niet alle weefsels en organen dezelfde gevoeligheid voor ioniserende straling. Zo zijn voortplantingsorganen heel gevoelig en is de huid het minst gevoelig.

Deze verschillen worden wel in rekening gebracht in de grootheden dosisequivalent H en effectieve dosis E.

1.2.2Dosisequivalent

Het dosisequivalent H (ook equivalente dosis genoemd) voor een weefsel is gelijk aan de dosis vermenigvuldigd met de stralingsweegfactor. Deze stralingsweegfactor hangt af van het soort straling:

H = D ⋅ wR

met:

D = de dosis

wR = de stralingsweegfactor (R van radiation)

Hierbij wordt getracht om de dosis te corrigeren voor de verschillende biologische effecten van de verschillende soorten ioniserende straling.

We zien in de tabel bijvoorbeeld dat alfastraling, neutronen en protonen een hogere stralingsweegfactor hebben dan gamma-, bèta- en röntgenstraling. Dit houdt in dat, in het geval van inname van de radioactieve bron in het lichaam, alfastraling ongeveer 20keer meer risico op schade heeft dan gamma-, bèta- of röntgenstraling. Dit komt omdat alfastraling een hoger ioniserend vermogen heeft dan bèta- en gammastraling.

De eenheid van dosisequivalent is de sievert (Sv), waarbij:

1Sv = 1 J kg

dosisequivalent H

1.2.3Effectieve dosis

Sv

Bij de effectieve dosis wordt getracht om de dosis te corrigeren voor zowel de biologische effecten van de verschillende soorten ioniserende straling als het effect van deze straling op de verschillende soorten weefsels. Sommige weefsels zijn namelijk gevoeliger voor de schadelijke effecten van ioniserende straling dan andere.

De effectieve dosis E die een orgaan als gevolg van een bepaalde straling opneemt, is gelijk aan de dosis vermenigvuldigd met de stralingsweegfactor wR en de weefselweegfactor wT:

E = D ⋅ wR ⋅ wT = H ⋅ wT

met:

D = de dosis

H = het dosisequivalent

wR = de stralingsweegfactor (R van radiation)

wT = de weefselweegfactor (T van tissue)

De eenheid van effectieve dosis is sievert (Sv), waarbij: 1Sv = 1 J kg

Bij de weefselweegfactor valt op dat de geslachtsorganen de grootste weegfactor bevatten (wT = 0,20) De geslachtsorganen zijn dan ook de organen die het meest gevoelig zijn aan ioniserende straling en die dus de meeste schade oplopen bij blootstelling. De geslachtsorganen zijn namelijk gebieden waar veel celdelingen plaatsvinden, dit maakt ze extra kwetsbaar voor de schadelijke gevolgen van ioniserende straling. Dit is ook de reden waarom embryo's zeer gevoelig zijn voor de risico's van ioniserende straling. Maar ook kankercellen delen sneller dan gezonde cellen, waardoor kwaadaardige tumoren gevoeliger zijn voor ioniserende straling en dus bestraald worden om ze te vernietigen.

Zowel dosis als dosisequivalent en effectieve dosis staan in J kg . Aangezien de gray enkel het natuurkundig effect weergeeft en de sievert het biologisch effect, is het belangrijk om de juiste eenheid te gebruiken, dus gray in plaats van joule per kilogram voor de dosis en sievert in plaats van joule per kilogram voor dosisequivalent en effectieve dosis.

1.2.4 Officiële dosislimieten

Dosislimieten zijn wettelijke limieten voor de bestraling van de bevolking met ioniserende straling. Deze limieten zijn opgesteld voor straling die men boven de achtergrondstraling mag ontvangen. De achtergrondstraling is de dosis ioniserende straling die in een omgeving aanwezig is ten gevolge van natuurlijke stralingsbronnen.

Bij het opstellen van deze limieten wordt een onderscheid gemaakt tussen het publiek en mensen die beroepsmatig aan straling worden blootgesteld (zoals werknemers in een kerncentrale of een afdeling radiologie).

Wettelijk werden volgende dosislimieten vastgelegd (volgens het koninklijk besluit van 20 juli 2001).

De banaanequivalente dosis (BED) is een nepeenheid van dosisequivalent. Deze is gelijk aan het dosisequivalent ten gevolge van de inname van de gemiddelde hoeveelheid K-40 in een banaan.

1 BED ≈ 0,1 μSv

Merk op dat een banaan geen zuiver radioactief K-40 bevat, maar natuurlijk kalium. Het eten van bananen heeft daarom in werkelijkheid nauwelijks gevolgen voor de volgdosis omdat onze stofwisseling ervoor zorgt dat elk teveel aan kalium in het lichaam bijna onmiddellijk via de urine wordt uitgescheiden.

De banaanequivalente activiteit (BEA) is een nepeenheid van activiteit en gelijk aan de gemiddelde

K-40-activiteit in een banaan:

1 BEA ≈ 15 Bq

We zagen al dat de bestraling afneemt of zelfs stopt als de afstand tot de bron toeneemt. We kunnen dit als volgt uitleggen.

Intermezzo: intensiteit

Van de uitgezonden straling kunnen we ook de intensiteit berekenen.

De intensiteit I is de afgegeven hoeveelheid stralingsenergie per tijdseenheid en per oppervlakte-eenheid. Dit is dus het vermogen per oppervlakte-eenheid:

I = Pbron

4 ⋅ π ⋅ r2

waarbij:

I = de intensiteit

Pbron = het vermogen van de bron

r = de afstand tot de bron GROOTHEID

intensiteit I watt vierkantemeter W m2

Bij een bron die divergeert, neemt de intensiteit van de straling af volgens de kwadratenwet, ook omgekeerde kwadratenwet genoemd. Deze wet geeft aan dat een grootheid omgekeerd evenredig is met het kwadraat van de afstand tot de bron van die grootheid. De kwadratenwet is zo belangrijk omdat dit verband voorkomt in tal van domeinen van de fysica, zoals hier bij ioniserende straling, maar bijvoorbeeld ook bij de gravitatiekracht, elektrostatica, optica en akoestiek.

Wat er gebeurt, is duidelijk te zien in onderstaande tekening. Hoe verder van de bron, hoe groter het oppervlak waarover de straling verdeeld wordt.

3r

CC-SA 3.0 by Borb via Wikimedia Commons

Als we twee keer verder van de bron weggaan, nemen we een viermaal zwakkere straling per oppervlakte-eenheid waar. Het oppervlak waar de straling doorgaat, is dan namelijk vier keer groter worden. De oppervlakte-eenheid past nu vier keer in het oppervlak. Als we driemaal verder van de bron verwijderd zijn, is de intensiteit negen keer zwakker geworden, enzovoort.

We kunnen de sterkte van de straling voorstellen door de flux, dit duidt de doorstroom van een grootheid door een oppervlak aan. We stellen de flux voor door lijnen die vertrekken uit de bron. Hoe sterker de bron, hoe meer fluxlijnen uit de bron vertrekken. Hoe groter de dichtheid van deze fluxlijnen (= het aantal lijnen per oppervlakte-eenheid), hoe sterker de ioniserende straling.

We zien dat de dichtheid van de fluxlijnen omgekeerd evenredig is met het kwadraat van de afstand tot de bron. Het oppervlak van de denkbeeldige bol rond de bron neemt immers toe met het kwadraat van de afstand en de flux uit de bron verdeelt zich over dit oppervlak. Het aantal fluxlijnen is dus constant en het oppervlak waarover deze verdeeld worden, neemt toe met de afstand tot de bron. De sterkte van de ioniserende straling is dus omgekeerd evenredig met het kwadraat van de afstand tot de bron.

1.3Ioniserende straling rondom ons

Je hebt hier misschien nog nooit bij stilgestaan, maar ioniserende straling is overal rondom ons. Heel wat atomen uit onze omgeving bevatten een onstabiele atoomkern die plots kan vervallen en daarbij ioniserende straling uitzendt. Deze elementen met een onstabiele atoomkern noemen we radionucliden, ze bevinden zich in de lucht, in de grond, in onze voeding en zelfs in ons eigen lichaam.

Daarnaast wordt onze aarde voortdurend gebombardeerd met kosmische straling. Een groot deel van deze hoogenergetische deeltjes wordt in onze atmosfeer geabsorbeerd, maar een deel ervan bereikt toch onze aarde.

Deze vormen van radioactiviteit noemen we natuurlijke radioactiviteit

De mens maakt natuurlijk ook in heel wat toepassingen van radioactiviteit gebruik. Radioactiviteit die het gevolg is van menselijk toedoen, noemen we kunstmatige radioactiviteit. Denk hierbij aan kernreactoren en deeltjesversnellers, maar ook aan heel wat industriële en medische toepassingen zoals voedselsterilisatie, controle van lasnaden, elektriciteitsproductie, productie van radio-isotopen, wetenschappelijk onderzoek, radiologie, nucleaire geneeskunde, radiotherapie ...

Ons lichaam wordt dus voortdurend doorkruist door ioniserende straling, natuurlijke radioactiviteit is immers permanent aanwezig. Deze straling kan, als die door ons lichaam gaat, onze lichaamscellen beschadigen. Meestal is dat helemaal niet erg, het menselijk lichaam is immers in staat om deze schade te herstellen. Soms slagen de herstelmechanismen in ons lichaam er echter minder goed in om de schade te herstellen, vooral als de straling heel intens of geconcentreerd in de tijd door ons lichaam gaat. Maar ook bij lage dosissen kan het lichaam soms schade oplopen. De moleculen in de cellen worden dan aangetast, cellen worden vernietigd of cellen met beschadigd DNA gaan zich ongecontroleerd delen met een kwaadaardige tumor tot gevolg.

Bij lagere dosissen wordt er vooral gevreesd voor schade op lange termijn zoals kanker of genetische afwijkingen bij het nageslacht. De risico’s zijn sterk afhankelijk van persoon tot persoon, wel zijn kinderen, foetussen en zwangere vrouwen het meest gevoelig voor de gevolgen van ioniserende straling.

WIST-JE-DAT

Natuurlijke radioactiviteit bestaat uit drie hoofdcategorieën van radioactieve elementen:

• De radionucliden met een zeer lange levensduur (gelijk aan of hoger dan een miljard jaar) en die bestaan sinds de vorming van de aarde; ze werden waarschijnlijk gesynthetiseerd door de nucleaire reacties in een stellaire explosie voorafgaand aan het zonnestelsel. Deze categorie omvat enkele tientallen nucliden (kalium-40 (Kn-40), uranium-238 (U-238), thorium-232 (Th-232), uranium-235 (U-235), enz.). Deze elementen komen overal in onze omgeving voor en dan voornamelijk in de bodem en rotsen. Blootstelling hieraan wordt terrestrische blootstelling genoemd.

• De radionucliden geproduceerd door de desintegratie van bovenstaande categorie, met in het bijzonder de lange vervalketens van U-238, Th-232 en U-235. Sommige van deze nucliden spelen een bijzondere rol, zoals de isotopen van thorium (Th-230 en Th-228) of van radon (Rn222 en Rn-220).

• De radionucliden geproduceerd door nucleaire reacties onder invloed van kosmische straling in de bovenste lagen van de atmosfeer (koolstof-14 (C-14), tritium (H-3), beryllium-10 (Be-10), enz.). Deze elementen diffunderen in de atmosfeer en zijn terug te vinden in alle organische en anorganische materialen. Blootstelling hieraan wordt kosmogene blootstelling genoemd.

De kunstmatige (antropogene) radioactiviteit is de radioactiviteitdie gegenereerd wordt door menselijke, militaire, industriële, medische en onderzoeksactiviteiten. Volgende activiteiten zijn aanwezig in België:

• De nucleaire industrie die wordt vertegenwoordigd door de vier kernreactoren in Doel aan de Schelde, de drie kernreactoren in Tihange aan de Maas, de installaties van Belgoprocess 1 en 2 en het IRE. Dit omvat ook de nucleaire industrie in het buitenland die gelegen is nabij de Belgische grens, zoals de kerncentrales van Gravelines, Chooz en Cattenom in Frankrijk en de kerncentrale van Borssele in Nederland.

• De NORM-industrie; kom hier meer over te weten door de QR-code te scannen.

• Nucleair onderzoek in laboratoria zoals die van het SCK CEN en de universiteiten.

• De radiologische diensten en nucleaire geneeskunde in ziekenhuizen die verantwoordelijk zijn voor een toenemend aandeel in de gemiddelde blootstelling van de bevolking aan ioniserende straling. De inspanningen om de dosis voor patiënten te optimaliseren en de voortschrijdende modernisering van de radiologische apparatuur maken het mogelijk om deze gemiddelde blootstelling te beperken. In 2015 bedroeg de gemiddelde blootstelling aan ioniserende straling

ten gevolge van de medische sector ongeveer 1,53 mSv jaar .

Al deze bronnen van radioactiviteit zijn, in België, verantwoordelijk voor een globale blootstelling aan ioniserende straling van ongeveer 4,0 mSv jaar .

Deze blootstelling of dosis (uitgedrukt in mSv) is hoofdzakelijk toe te schrijven aan de natuurlijke radioactiviteit en aan blootstellingen van medische oorsprong (Figuur 1). Iedere staat is verplicht de niveaus van natuurlijke en kunstmatige radioactiviteit waaraan zijn bevolking potentieel wordt blootgesteld te controleren. Deze verplichting is duidelijk gepreciseerd in wetteksten die een wettelijk en reglementair kader definiëren dat in België van toepassing is.

De blootstelling aan kosmische straling neemt toe met de hoogte. Als je vaak het vliegtuig neemt, word je dus vaker aan dergelijke straling blootgesteld. Maar wees gerust: je moet al minstens 100 uur per jaar met een vliegtuig reizen om een dosis van 1 mSv jaar te benaderen.

Figuur 1: oorsprong van de verschillende vormen van blootstelling aan ioniserende straling in België

Dat radioactiviteit en ioniserende straling tot tumoren kunnen leiden, werd voor het eerst ontdekt bij meisjes die horlogewijzers beschilderden met lichtgevende verf op basis van radioactief radium. Ze bevochtigden de penselen in hun mond en ontwikkelden als gevolg daarvan tumoren in hun mond en op hun lippen. Het radium werd toen nog als een wonderdrug beschreven, men was zich eerst van geen kwaad bewust! Bekijk via de QR-code een filmpje over het tragisch verhaal van de radium girls.

Ioniserende straling kan het DNA in het menselijk lichaam beschadigen. Meestal repareren eiwitten deze beschadigingen, maar soms gebeurt dat niet goed of zelfs helemaal niet.

Beschadigd DNA kan jaren later (na 10 tot 20 jaar) kanker veroorzaken. Iemand die meer aan straling blootstaat, heeft dus een grotere kans op kanker, dit is echter een stochastisch (kansgebonden) effect.

Bij een extreem hoge dosis straling wordt iedereen acuut ziek. We noemen dit stralingsziekte. Dit kan pas vanaf een dosis van een paar sievert (dus een paar duizend millisievert). De symptomen van stralingsziekte gaan van hoofdpijn en vermoeidheid (bij lichte vormen) tot misselijkheid, overgeven en uiteindelijk de dood binnen een paar weken (bij zeer hoge dosissen).

Aangezien iedereen stralingsziekte krijgt wanneer hij of zij blootgesteld wordt aan een extreem hoge dosis, is er geen sprake van een kans. Dit is een deterministisch effect (niet-kansgebonden).

Gelukkig komt stralingsziekte alleen in zeer uitzonderlijke situaties voor. Zelfs bij grote ongelukken in kerncentrales, zoals in Tsjernobyl en Fukushima, kregen de omwonenden geen stralingsziekte. In Tsjernobyl kregen enkel personeelsleden en hulpverleners die tijdens of kort na de ontploffing vlakbij de reactor stonden, stralingsziekte. De brandweermannen, zoals Vasili Ignatenko, die vlak na de ontploffing de reactor moesten blussen en daarom boven de reactorkern vlogen, kregen allemaal stralingsziekte en stierven kort daarna. Daarnaast moesten er ook reddingswerkers op de grond radioactief puin ruimen. Ze mochten maar voor 40 seconden werken en werden dan afgelost. Toch werden ze in die 40 seconden blootgesteld aan hogere dosissen dan die waar de gemiddelde bevolking in een heel leven aan wordt blootgesteld. Deze brandweerlui en reddingswerkers worden ook wel liquidators genoemd. Velen van hen stierven ten gevolge van stralingsziekte. Bij de kernramp in Fukushima kregen slechts enkelen stralingsziekte.

In wat volgt bekijken we ioniserende straling in detail zodat we al deze radioactieve processen en toepassingen goed begrijpen en kunnen verklaren.