Straling

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken

Straling kan zijn elektromagnetische straling en deeltjesstraling; bij de laatste gaat het om deeltjes met een hoge snelheid die hoogstens de grootte van een atoomkern hebben. Vaak gaat het om een stroom van deeltjes, maar het kan ook gaan om zeldzame individuele deeltjes, zoals in het geval van kosmische straling, met een zeer hoge energie.

Volgens hedendaagse kwantummechanische opvattingen is er overigens geen fundamenteel verschil tussen straling via golven en als deeltjes. Straling is energieoverdracht zonder dat er sprake is van direct contact.

Indeling[bewerken]

Elektromagnetische straling wordt in volgorde van oplopende frequentie (aflopende golflengte) als volgt onderverdeeld (zie ook Elektromagnetisch spectrum):

Deeltjesstraling betreft vooral alfadeeltjes (alfastraling), elektronen (bètastraling en deltastraling) of neutronen (neutronenstraling).

Energie per foton of deeltje[bewerken]

Straling wordt vaak onderverdeeld naar de energie per foton of deeltje in:

  • Ioniserende straling: elektromagnetische straling met een hoge frequentie, dus veel energie per foton (röntgenstraling en gammastraling), en bovengenoemde deeltjesstraling; de energie per foton of deeltje is voldoende om elektronen uit atomen te verwijderen. Bij nog grotere energie per foton of deeltje kunnen ook atoomkernen worden aangetast.
  • Niet-ioniserende straling: elektromagnetische straling van lagere frequentie, tot en met ultraviolette straling.

Dit onderscheid is van belang voor de gevaarlijkheid van de straling. Ionisatie is een proces waarbij elektronen uit atomen of moleculen verwijderd raken, waardoor elektrisch geladen deeltjes (ionen) achterblijven. Hierdoor treden chemische veranderingen op in de bestraalde moleculen, wat dergelijke straling vaak gevaarlijker maakt voor organismen.

Een groot aantal fotonen of deeltjes met weinig energie per stuk is dus niet gelijkwaardig aan een klein aantal met een hoge energie per stuk.

Intensiteit[bewerken]

Naast de energie per foton of deeltje is uiteraard ook het aantal van belang (bijvoorbeeld het aantal dat in een bepaald tijdinterval door een bepaald oppervlak gaat). Men kan dit ook per tijdseenheid bekijken; bij radioactief verval is dit het aantal becquerel (Bq, aantal atomen dat per seconde vervalt), of als er bijvoorbeeld twee fotonen of deeltjes per atoom vrijkomen, het dubbele.

Het product van de energie per foton of deeltje en het aantal is de totale energie (flux). Dit kan ook bekeken worden per tijdseenheid (vermogen) en/of oppervlakte-eenheid (fluxdichtheid). Zo is bijvoorbeeld het vermogen van de zonnestraling bij de Aarde (boven de atmosfeer, op een loodrecht oppervlak) gemiddeld 1367 W/m² (zonneconstante). Dit kan ook gedeeld worden door de ruimtehoek waaronder de waarnemer de bron ziet (in dit geval 60 µst), dan krijgen we 23 MW/(st m2); ditzelfde getal geldt voor soortgelijke sterren op een andere afstand (voor zover niet onderweg straling wordt geabsorbeerd, zie ook paradox van Olbers). Zie ook intensiteit (natuurkunde).

Afhankelijk van de wijze van ontstaan van het foton of de wijze waarop een deeltje zijn snelheid heeft gekregen kunnen de waarden van de energie per foton of deeltje discreet zijn (spectraallijnen) of een continuüm (continu spectrum) vormen. Bij fotonen kan men dan, bijvoorbeeld bij warmtestraling, de totale energie enz. (als boven) per eenheid van golflengte of frequentie bekijken. Als men bekijkt bij welke golflengte of frequentie deze maximaal is moet men wel bedenken dat gemeten per eenheid golflengte de piek ligt bij een golflengte die niet helemaal overeenkomt met de frequentie waar de piek ligt als men meet per eenheid frequentie, omdat het aantal eenheden frequentie per eenheid golflengte kleiner is bij een grote golflengte. Voorbeeld: bij een golflengte van 1 km (dus een frequentie van 300 kHz) is de verhouding 300 Hz/m, en bij een golflengte van 2 km (dus een frequentie van 150 kHz) is de verhouding 75 Hz/m[1]; zie ook kosmische achtergrondstraling. Bij deeltjes kan men de totale energie, het vermogen enz. bekijken per eenheid van energie per deeltje of eenheid van snelheid. Ook hier komen de pieken niet helemaal overeen.

Stralingsbronnen[bewerken]

Ieder object zendt als gevolg van zijn temperatuur warmtestraling uit; dit is elektromagnetische straling. Hoe hoger de temperatuur hoe groter de intensiteit en hoe hoger de frequentie van de straling (verschuivingswet van Wien). Het is vaak infrarode straling, maar bij hoge temperatuur ook zichtbaar licht; voorbeelden van zulke temperatuurstralers zijn een gloeilamp, vuur en de zon (zonnestraling). Bij nog hogere temperatuur is het ultraviolet licht enz.

Bij een emissie wordt een foton uitgezonden. Dit gebeurt bijvoorbeeld bij een gasontlading als er een elektrische stroom door een gas loopt. Een led is een halfgeleidercomponent die licht uitzendt als er een elektrische stroom in de doorlaatrichting doorheen wordt gestuurd. Het is een voorbeeld van solid state lighting.

Elektronenbuizen (bijvoorbeeld een kathodestraalbuis en een röntgenbuis) produceren diverse soorten straling.

Een zendantenne produceert radiogolven enzovoort. In haar eenvoudigste vorm bestaat een antenne uit een geleidende dunne draad.

Fluorescentie zet ultraviolette straling om in zichtbaar licht.

Verder is er nog laserstraling en synchrotronstraling.

Radioactiviteit van een materiaal houdt in dat er spontaan radioactief verval in optreedt, waarbij ioniserende straling wordt uitgezonden: alfastraling, bètastraling en/of gammastraling. Radioactief materiaal komt van nature op aarde voor, ook in het menselijk lichaam. Het kan verder met menselijk handelen doelbewust worden ingezet, of daarvan een ongewenst nevenproduct zijn.

Kernsplitsing en kernfusie kunnen ook doelbewust tot stand gebracht worden in een kernreactor of kernbom, waarbij ook ioniserende straling wordt uitgezonden.

De aarde en al het leven op aarde staan steeds bloot aan straling uit de ruimte, als een gelijkmatige motregen. Geladen deeltjes van de zon en andere sterren vertonen interactie met de atmosfeer en het magnetisch veld van de aarde en veroorzaken zo een stortregen van straling, voornamelijk beta- en gammastraling. De sterkte van deze kosmische straling verschilt op verschillende plaatsen op aarde, door het hoogteverschil en de invloed van het aardmagnetisch veld.

Doordringingsvermogen[bewerken]

Alfastraling (bovenste) wordt al tegengehouden door een stukje papier. Voor bètastraling is al iets sterkers nodig (plexiglas/aluminium) en gammastraling stopt pas bij dik lood of dik beton.

Het doordringingingsvermogen van elektromagnetische straling is gevarieerd. Zo laten bijvoorbeeld helder glas en water licht door; bij gekleurd glas en een gekleurde vloeistof is dit binnen het lichtspectrum per frequentie verschillend. De aardatmosfeer laat delen van het elektromagnetisch spectrum niet door, bijvoorbeeld ultraviolet licht, röntgenstraling, en delen van het infraroodspectrum. Zichtbaar licht wordt wel goed doorgelaten.

De doorgelaten energie neemt per frequentie exponentieel af met de afstand. Voor frequenties tot die van microgolven geldt dat hoe hoger de frequentie en hoe meer het materiaal elektrisch geleidend is, hoe minder het doordringingsvermogen is doordat de energie verloren gaat aan elektrische stroom.

Zie ook Transparantie (optiek), Transmissie (straling), Wet van Lambert-Beer, extinctiecoëfficiënt.

Alfastralen worden al door een vel papier, bètastralen pas door een dunne laag metaal (aluminium bijvoorbeeld) tegengehouden. De meeste schade veroorzaken ze als de stoffen waardoor ze worden geproduceerd, geabsorbeerd worden in het menselijk lichaam (via voedsel of door inademing).

Gammastralen hebben een groter doordringend vermogen. Bescherming tegen die stralen vraagt een dikkere laag materiaal (er is 4 cm zwaarmetaal (wolfraam composite materiaal), 6 cm lood, 10 cm ijzer of 33 cm beton nodig om 95% van de gammastraling van een kobalt-60 (60Co) bron tegen te houden).

Toepassingen[bewerken]

Een toepassing daterend van ver vóór het ontdekken van de natuurkundige achtergrond (en ook toegepast door dieren) is uiteraard het gezichtsvermogen dat gebruik maakt van licht. Ook elektromagnetische straling van lagere frequenties wordt veel gebruikt voor draadloze communicatie / gegevensoverdracht.

Een straalkachel en een magnetron produceren warmte.

Röntgenstraling en ioniserende straling van radioactieve bronnen hebben medische toepassingen.

Neutronenstraling wordt gebruikt in een kernreactor en kernexplosie om het proces op gang te houden, respectievelijk in zeer korte tijd steeds heviger te laten verlopen.

Zie ook toepassingen van elektromagnetische straling en spectroscopie.

Gevaren[bewerken]

Zoals gezegd kan vooral ioniserende straling gevaarlijk zijn, bijvoorbeeld veroorzaakt door radioactiviteit.

Daarnaast kan ook andere straling gevaarlijk zijn. Veel licht is slecht voor het netvlies. Ultraviolet licht kan slecht zijn voor de huid. Veel straling kan te veel warmte veroorzaken, met verbranding van de huid, brand of andere beschadiging tot gevolg. Straling kan elektronica verstoren of beschadigen, en nuttige straling (bijvoorbeeld voor communicatie) verstoren.

Gevaarlijke straling kan een doelstelling zijn van een kernwapen, en is anders (mogelijk in mindere mate) een nevenproduct. Het is een doelstelling van een vuile bom. Het gaat om zeer uiteenlopende straling: zeer kort durende tijdens de explosie, en zeer langdurige door fall-out.

Bij eenmalig ontstane radioactiviteit (zoals bij een ongeluk of het gebruiken van een kernwapen) of de ontmanteling van een kerncentrale (voor zover radioactief materiaal niet wordt afgevoerd) bepalen de halveringstijden van de radioactieve isotopen, die zeer uiteen kunnen lopen, hoe snel het gevaar minder wordt. Gedurende een bepaalde tijd is een bepaald isotoop het gevaarlijkst, waarna vervolgens een ander isotoop (vaak van een ander element) met een langere halveringstijd het gevaarlijkst is, enzovoort. Verder hangt het gevaar af van het soort straling en daarmee het doordringingsvermogen (zie boven) in samenhang met de beschermingsmaatregelen.

Soms zijn er discussies over de mogelijke gezondheidsrisico's van bijvoorbeeld het wonen onder een hoogspanningsleiding of in de buurt van een zendantenne, en van de straling uitgezonden door een mobiele telefoon.

Externe links[bewerken]

Bronnen, noten en/of referenties
  1. Omdat het product van golflengte en frequentie constant is geldt dat de afgeleide van frequentie naar golflengte simpelweg het tegengestelde is van het quotient van de twee.