Ioniserende straling CE vwo 2022, tijdvak 1
Jaap stelde deze vraag op 11 juni 2023 om 23:11.Dag vraagbaak,
In het centraal examen vwo 2022, tijdvak 1, staat de opgave 'Om het hoekje'
Opgaven:
https://newsroom.nvon.nl/files/default/nav221vb.pdf
Correctievoorschrift:
https://newsroom.nvon.nl/files/default/nav221cv.pdf
Vraag 17
'Geef aan hoe het mogelijk is dat er gammastraling uit de bron vrijkomt.'
Voorbeeld van een antwoord in het correctievoorschrift: 'Y-90 (of een eventuele andere dochterkern is zelf instabiel en) vervalt onder uitzending van (onder andere) gammastraling.'
a. Hoe kan dat? In de zesde editie van Binas staat dat Y-90 ook gamma uitzendt, maar Y-90 zendt geen gamma uit. En de dochter Zr-90 is stabiel, zoals Binas vermeldt.
Vraag 20
Boven vraag 20 staat dat de bètadeeltjes die op de GM-sensor vallen, in een homogeen magnetische veld van 0,1 T een kwart cirkel hebben doorlopen met een gemiddelde straal van 0,20 m.
Maar bètadeeltjes die in een veld van 0,1 T een kwart crikel met een straal van 0,20 m doorlopen, hebben een berekende energie van 5,5 MeV.
De bèta's van het Sr-90 hebben een maximale energie van 0,6 MeV, wat leidt tot een maximale straal van 0,033 m.
De bèta's van de dochter Y-90 hebben een maximale energie van 2,3 MeV, wat leidt tot een maximale straal van 0,092 m.
b. Klopt het vermoeden dat geen van de bèta's uit de bron een kwart cirkel met een straal van 0,20 m doorloopt (afgezien van andere paden, zie c en d hieronder)?
Vraag 21
'In de tweede meetreeks worden de bètadeeltjes nog niet afgebogen door de magneet. Toch meet de GM-sensor al meer straling dan in de eerste meetreeks. Geef hiervan een mogelijke oorzaak.'
In de eerste meetreeks ging het om achtergrondstraling.
Voorbeeld van een antwoord in het correctievoorschrift: 'Door botsingen met luchtmoleculen [sic] kunnen bètadeeltjes via een omweg de GM-sensor bereiken.'
c. Gaat het dan om verstrooiing door volkomen elastische botsingen van de bèta's met moleculen in de lucht en is dit dan wat 'skyshine' wordt genoemd?
https://en.wikipedia.org/wiki/Skyshine
d. Kunnen er ook extra registraties optreden door het Auger-effect in moleculen in de lucht?
e. Klopt het dat de remstraling die ontstaat in de eerste millimeter lood, goeddels in de rest van het lood wordt geabsorbeerd en nauwelijks bijdraagt aan de extra registraties?
f. Zijn er andere mogelijke oorzaken van de extra registraties?
Groet, Jaap
Reacties
Ik neem dit soort zaken ook gewoon maar aan, maar in 0,01% van de gevallen lijkt er ook gammastraling vrij te komen bij Y-90 volgens de Engelstalige wikipedia:
Niet een percentage dat ik in BiNaS terugverwacnt en ook niet als vraagstelling.
"Vraag a. Hoe kan dat? In de zesde editie van Binas staat dat Y-90 ook gamma uitzendt, maar Y-90 zendt geen gamma uit. En de dochter Zr-90 is stabiel, zoals Binas vermeldt."
Dat is een goede vraag hoe dat kan; ik denk een foutje:). Bij mijn weten vervalt Y-90 voor 100% via bèta-min verval naar stabiel Zr-90; dat is ook wat ik in ICRP-publicatie 38 vind en op de website van het IAEA (https://www-nds.iaea.org/relnsd/vcharthtml/VChartHTML.html).
Door interactie van bètastraling met de bronomhulling ontstaat echter wel wat remstraling, maar dit noemen we dan geen gammastraling aangezien de straling niet uit de kern komt.
"Vraag b. Klopt het vermoeden dat geen van de bèta's uit de bron een kwart cirkel met een straal van 0,20 m doorloopt (afgezien van andere paden, zie c en d hieronder)?"
Er zijn geen bèta's met een hogere energie dan de 2,3 MeV van Y-90; als daar een maximale straal r van 0,092 m bij hoort dan zijn er inderdaad geen bèta's zijn die een straal van 0,20 m doorlopen.
"Vraag c. Gaat het dan om verstrooiing door volkomen elastische botsingen van de bèta's met moleculen in de lucht en is dit dan wat 'skyshine' wordt genoemd?"
Het gaat hier inderdaad om verstrooiing door volkomen elastische botsingen. Deze interactie veroorzaakt dus geen energieverlies, maar zorgt voor een kronkelige baan van bèta-deeltjes. Dit wordt geen 'skyshine' genoemd al lijkt het er wel op. Skyshine is de verstrooiing van fotonen en neutronen aan luchtmoleculen (indien de bovenzijde van een (sterke) fotonen-/neutronenbron niet of niet voldoende wordt afgeschermd) waardoor deze over de afscherming worden verstrooid en daardoor een onverwachte bijdrage leveren achter de afscherming (zelfs tot op honderden meters achter de afscherming). Dit is een belangrijk aspect bij de afscherming van lineaire versnellers; indien het dak van een bestralingsbunker niet voldoende dik is, kan dat tot gevolg hebben dat het stralingsniveau op honderden meters afstand van de bestralingsbunker, bijvoorbeeld in een woonwijk, te hoog is en niet voldoet aan de eisen in de wetgeving (max. 10 µSv op jaarbasis voor een persoon; komt overeen met ca. 5 dagen achtergrondstraling).
"d. Kunnen er ook extra registraties optreden door het Auger-effect in moleculen in de lucht?"
Nee, het Auger-effect speelt alleen een rol bij de vervalprocessen Elektronvangst en Interne conversie, niet bij bèta-min verval. Bovendien is de energie van de Auger-elektronen dusdanig laag dat ik betwijfel of zij 1. de detector bereiken en 2. door het detectievenster van de detector komen.
"e. Klopt het dat de remstraling die ontstaat in de eerste millimeter lood, goeddels in de rest van het lood wordt geabsorbeerd en nauwelijks bijdraagt aan de extra registraties?"
Ja dit klopt. Voor dit soort experimenten worden niet zo'n heel sterke bronnetjes gebruikt (meestel ca 37 kBq) en slechts 1,5% van de Y-90 bèta's (van de Sr-90 bèta's slechts 0,3%) worden omgezet in remstraling. Helaas staat niet gegeven wat de dikte van de loodafscherming is, maar in de regel worden loodstenen gebruikt van 5 cm dik. De maximale energie van de remstralingsfotonen is dus 2,3 MeV en de transmissie hiervan door 5 cm lood is 8%; de meeste remstralingsfotonen hebben echter een veel lagere energie en dus veel lagere transmissie. Ik denk dat de overall transmissie van de remstralingsfotonen (veel) kleiner is dan 1% en zoals gezegd slechts 1,5% van de Y-90 bèta's worden omgezet in remstraling.
"f. Zijn er andere mogelijke oorzaken van de extra registraties?"
Nee.
Met vriendelijke groet,
Leon
Dank voor de reactie, waar ik weer het nodige van leer.
Opgaven van centrale examens havo/vwo blijken niet altijd vlekkloos te zijn.
Groet, Jaap
