Wat is radioactiviteit?

Advertentie
  • Dit diagram geeft een indruk van de verschillende soorten elektromagnetisch straling. Radiogolven aan de ene kant van het spectrum hebben weinig energie en een zeer grote golflengte. Aan de andere kant van het spectrum zijn Röntgen- en gammastralen zeer gevaarlijk en energierijk, en hebben een zeer korte golflengte.

    Het gele symbool op dit bord vormt de internationale waarschuwing dat er gevaar is voor straling ten gevolge van radioactiviteit.

    Een voorbeeld van een alfa-straler. In dit geval zendt een radiumatoom een ‘kale’ heliumkern uit en verwordt tot een radonatoom, een stabiel edelgas.

    Een voorbeeld van een bèta-straler. In dit geval wordt een cesiumatoom omgezet in een bariumatoom, waarbij een neutron in een proton wordt omgezet en er een elektron wordt uitgestraald.

    Ook in Nederland wordt de hoeveelheid straling ten gevolge van radioactiviteit voortdurend gemeten en in de gaten gehouden. Op de blauwe locaties wordt gammastraling gemeten, op de rode locaties alfa- en bètastraling.

    Deze tabel geeft voor een aantal radioactieve isotopen aan wat hun halfwaardetijd is. Gedurende de halfwaardetijd vervalt de helft van de radioactieve materie. Zo is bijvoorbeeld van een kilo jodium 123 na 13 uur nog een pond over, na 26 uur 250 gram, na 39 uur nog 125 gram, enzovoorts.

    Kaartje van de gemiddelde achtergrondstraling in Nederland, uitgedrukt in nSv (miljardste Sv) per uur. In de blauwe gebieden, vooral die met löss, rivier- en zeeklei, is die rond twee tot drie maal hoger dan in veen- en zandgebieden. Dus zelfs in eigen land verschilt de achtergrondstraling nogal van plaats tot plaats. Gemiddeld krijgt de Nederlander een dosis van iets meer dan 2 mSv per jaar.

    Japanners die uit de omgevingen van de Fukushima kerncentrales komen, worden met stralingsmeters terdege op de aanwezigheid van radioactieve deeltjes onderzocht. Als die kleine deeltjes namelijk worden ingeslikt, of door een andere manier door het lichaam worden opgenomen, kunnen ze daar veel schade aanrichten.

    Dit kaartje geeft een indruk van hoe een vrijgekomen radioactieve wolk zich zou kunnen uitbreiden, gegeven de heersende gemiddelde winden in het gebied. Binnen drie tot zes dagen zouden delen van Alaska al bereikt kunnen worden en binnen 6 tot 10 dagen grote gebieden van Canada, de Verenigde Staten en zelfs Mexico.

  • Wat is radioactiviteit?
    17.03.2011 12:09

    Na de onvoorstelbare natuurramp die Japan heeft getroffen, is zich als gevolg daarvan, een tweede ramp aan het voltrekken. De calamiteiten die zich in de vier kerncentrales van Fukushima voltrekken of al hebben voorgedaan, worden inmiddels beschouwd als de ernstigste nucleaire ramp die zich ooit heeft voorgedaan, op die van Tsjernobyl na.
    Geen wonder dat veel mensen, zelfs in dit deel van de wereld, zich hierover ongerust maken. Het nieuws over de dreigende meltdown in Fukushima lijkt nu zelfs de verschrikkingen die de zware aardbeving van afgelopen zaterdag en de daarop volgende tsunami aanrichtten, te overschaduwen. Die ongerustheid wordt wellicht deels veroorzaakt door het onbekende. Daarom zullen we met dit verhaal de kern van de zaak aanstippen en geven we antwoord op de volgende vragen: “Wat is radioactiviteit?” “Wat is het effect van straling?” Wellicht kunnen wij uw ongerustheid deels wegnemen en ombuigen in gezonde alertheid.

    • Advertentie

    Een ongrijpbaar iets.

    Radioactieve straling is iets ongrijpbaars en bestaat in feite niet. Straling is namelijk niet radioactief, straling is simpelweg straling en niets meer. De stof die de straling uitzendt, is radioactief, de straling zélf is dat niet. Toch noemen we niet alles dat straling uitzendt, radioactief. Een radio die geluidsgolven uitzendt is dat niet, een lamp die licht uitzendt, evenmin. Licht en geluid kunnen we met onze zintuigen waarnemen en daarom kunnen we gemakkelijk beschermende maatregelen nemen als die waarneembare straling een gevaarlijk niveau dreigen te bereiken. Dat geldt niet voor de straling die door radioactieve bronnen wordt uitgezonden. Deze is reukloos, stil, onzichtbaar en we voelen hem ook niet. Dat maakt dit daarom een tikje griezelig en ongrijpbaar. De straling waar we het hier over hebben is ioniserende straling, ze is in staat moleculen en atomen te veranderen, bijna altijd ten kwade. Om te begrijpen wat radioactiviteit is, moeten we terug naar de oorsprong, de elementen.

    De elementen.

    Alle materie om ons heen – gas, vloeibaar of vast – is uiteindelijk opgebouwd uit atomen. Van nature komen er op aarde 92 verschillende atomen voor. De meest simpele is ‘H’, waterstof, een gas dat bestaat uit een massieve, positief geladen kern (een proton), waaromheen een relatief zeer licht deeltje draait, dat een even grote negatieve lading bezit, een elektron. Het tweede element is ‘He’, helium, ook een gas dat ongeveer vier maal zo massief is als waterstof. De kern bestaat namelijk uit twee protonen en twee neutronen. Een neutron heeft ongeveer evenveel massa als een proton, maar géén lading. Tot slot draaien er om deze kern nog twéé elektronen. En zo kunnen we verder gaan. We komen zo minder bekende, maar ook zeer bekende elementen tegen. Koolstof ‘C’ heeft zes protonen in haar kern, stikstof ‘N’ heeft er zeven en zuurstof ‘O’ heeft er acht. Dit zijn bij kamertemperatuur allemaal gassen, maar de meeste (zwaardere) elementen zijn vast, een enkele vloeibaar, zoals kwik ‘Hg’ met 80 protonen in haar kern. Natrium ‘Na’ en ijzer ‘Fe’ zijn ook twee zeer bekende elementen met respectievelijk elf en 26 protonen in hun kernen. De meeste van deze elementen kunnen met elkaar reageren om zo moleculen en heel andere stoffen te vormen. Zo is bijvoorbeeld ‘water’ de verbinding tussen twee waterstof- en één zuurstofatoom en ‘keukenzout’ de verbinding tussen één chloor- en natriumatoom.
    De elementen zijn stabiel. Als een zuurstofatoom met rust wordt gelaten, zal hij over honderdmiljard jaar nog steeds een zuurstofatoom zijn. Maar toch is dat niet helemaal waar. Het laatste natuurlijke element met 92 protonen in de kern is ‘U’, uranium. Dat element is niet stabiel. Plots kan een uraniumatoom straling en deeltjes uitzenden en zo tot een ander element verworden. Uranium is, met andere woorden, radioactief. En daarmee zijn we bij de kern van de zaak aanbeland.

    Type radioactieve straling en isotopen.

    Radioactiviteit kan zich in principe op drie verschillende manieren openbaren. In het voorbeeld van uranium hierboven kan de kern een deeltje uitstoten, bestaande uit twee protonen en neutronen, zeg maar een ‘kaal’ heliumatoom, zonder elektronen. Hierom wordt uranium een zogenaamde ‘alfa-straler’ genoemd. De overgebleven kern is dan tot een heel ander element verworden, in dit voorbeeld thorium, ‘Th’, met nog maar 90 protonen in haar kern.
    Bij zogenaamde ‘bèta-stralers’ wordt in de kern een neutron in een proton omgezet en wordt er een elektron uitgestoten. Ook hier is de vorming van een ander element het resultaat.
    Tot slot kan een radioactieve bron zeer energierijke elektromagnetische straling uitzenden, zogenaamde gammastraling. Eigenlijk komt er bij vrijwel alle radioactieve processen wel minstens een beetje gammastraling vrij, maar soms dus flink wat.
    Radioactiviteit is overal om ons heen. Van de meeste elementen komen er namelijk naast de ‘basisvormen’ ook zogenaamde ‘isotopen’ voor. Laten we als voorbeeld naar koolstof kijken. Normaal heeft een koolstofatoom een massa van 13, omdat er in de kern zes protonen en zeven neutronen huizen. In werkelijkheid komt het isotoop koolstof 12 echter verreweg het meest voor (voor bijna 99%), de kern bevat in dat geval één neutron minder. Dat maakt verder niet uit, want ook koolstof 12 is een stabiel element en dus onschadelijk, uit het oogpunt van straling.
    In de natuur komt echter ook een beetje koolstof 14 voor, waarbij er twéé extra neutronen in de kern verstopt zitten. Deze isotoop is niet stabiel en dus radioactief. Op een gegeven moment verandert één neutron in een proton en zendt de kern een elektron uit en een beetje gammastraling. Koolstof 14 is dus een bèta-straler. Er ontstaat hierdoor stikstof ‘N’ met zeven neutronen en zeven protonen in de kern, dat verder stabiel is.

    Gevaar straling en halfwaardetijd.

    Al deze straling kan zeer gevaarlijk zijn. Ze is namelijk in staat om levende cellen te beschadigen of zelfs te doden. Echter, net als bij een explosie geldt dat hoe verder we van de bron afzitten, hoe meer het effect van de straling afneemt. Alfa-stralers zijn verreweg het gevaarlijkst, maar die straling kan gelukkig gemakkelijk worden tegengehouden. Een dun velletje papier is al genoeg, of een luchtlaagje van vijf centimeter. Bètastraling dringt al veel dieper door, maar bijvoorbeeld dubbel glas of een normale enkelsteens muur houdt ook deze straling tegen.
    Gammastraling laat zich echter niet zo gemakkelijk tegenhouden. In de open lucht is deze op honderden meters afstand nog meetbaar en er zijn dikke betonnen, of een loden wand van centimeters dikte nodig om deze straling te absorberen.
    Een geluk bij een ongeluk is dat een radioactief element niet onbeperkt door blijft stralen. Om het voorbeeld van koolstof 14 van hierboven te nemen, dit vervalt tot het stabiele stikstof en is dan ‘weg’. Ieder radioactieve stof verdwijnt hierdoor geleidelijk (verwordt tot een ander element) en gaat steeds minder stralen. Het blijkt dat dit op een regelmatige manier gebeurt, onafhankelijk van temperatuur, druk, etcetera. Na een zekere tijd, namelijk de halfwaardetijd, is de helft van de radioactieve stof vervallen, en na nogmaals diezelfde tijdspanne is de helft van de rest vervallen en is een kwart nog over, enzovoorts. Die halfwaardetijd is voor iedere radioactieve stof anders. Sommige stoffen stralen krachtig, maar zijn snel vervallen, zoals jodium 123, waarvan na een dik etmaal nog maar een kwart over is. De halfwaardetijd van koolstof 14 is echter 5730 jaar, dus dat ben je niet een, twee, drie kwijt. Dat uranium 238 nog in de natuur voorkomt, is logisch, want deze isotoop heeft een halfwaardetijd van bijna 4,5 miljard jaar! In dit laatste geval is de straling relatief zwak, maar houdt dus zéér lang aan.

    Over eenheden en doses.

    Er zijn verschillende methodes in zwang om de mate van straling, veroorzaakt door radioactiviteit, weer te geven, zoals ‘Bq’, wat staat voor ‘Becquerel’. Eén Bq staat voor één vervallend atoom per seconde. Nu bestaat zelfs het kleinste stukje stof uit biljoenen atomen, dus één vervallend atoom is erg weinig. Ga maar na. Zelfs doorsnee oceaanwater straalt al met 12 Bq per liter, en als uw appeltaart per kilo met niet meer dan 600 Bq straalt, maakt zelfs de keuringsdienst van waren zich niet ongerust. Sterker nog, een qua gewicht gemiddelde, gezonde Nederlandse volwassene straalt met ongeveer 8500 Bq! Radioactiviteit is dus letterlijk overal om ons heen en ook in ons lichaam aanwezig!
    Men kan ook de afgegeven energie van de straling beschouwen, uitgedrukt in Joules per kg. Men gebruikt hier de eenheid Gray voor, of Rad (Radiation Absorbed Dose). Eén Gray is honderd Rad.
    Straling op zich is niet zo erg, zolang deze ongestoord door levende materie gaat. Anders wordt dat zodra die straling in het lichaam geabsorbeerd wordt en daar zijn verwoestende werk verricht. Het maakt in dit geval niet uit welke straling dat nadelige effect heeft, of het nu alfa- bèta- of gammastraling is, al doen ze het ieder wel in iets andere mate. Ook zijn sommige delen van het lichaam gevoeliger voor straling dan andere. Internationaal is afgesproken om een eenheid te gebruiken die een goede maat is voor de schade die optreedt in levend weefsel als gevolg van de verschillende mogelijke soorten straling en dat is de Sievert, of ‘Sv’. Dat is een erg grote maat, waardoor meestal van ‘mSv’, milliSievert wordt gesproken, een duizendste Sv.

    Een genadeloze optelsom, de effecten.

    Gezien de gemiddelde achtergrondstraling in ons land, doen we op jaarbasis een dosis van iets meer dan 2 mSv op. De schade die we hierdoor oplopen, is onherroepelijk en kan niet worden teruggedraaid. Toch mogen we niet mopperen. In Nederland is de achtergrondstraling laag. In de bergen is de natuurlijke straling (veel) hoger en ook zijn sommige gronden veel radioactiever dan anderen. Zo zijn er gebieden, onder andere lokaal in Brazilië, waar de achtergrondstraling vijftien maal hoger is dan in Nederland. Daarnaast ontvangen we ook nog wat extra straling als we bij de tandarts of in het ziekenhuis een röntgenfoto laten maken, een vliegreisje maken en ook hebben veel Nederlanders ten gevolge van de Tsjernobyl ramp wat extra straling ontvangen. Het maakt daarbij niets uit over welke tijdspanne we deze doses ontvangen. Stel dat, puur fictief, de achtergrondstraling in ons land plots 50 maal hoger zou worden, dan zou iedereen in één jaar 100 mSv aan dosis ontvangen. Het effect daarvan zou dan precies hetzelfde zijn als bij een persoon die even bij de lekkende kerncentrale in Fukushima gaat kijken, daarbij 100 mSv oploopt en daarna in een jaar in een loden bunker gaat zitten, waar geen straling is.
    Ten gevolge van de normale achtergrondstraling gedurende één jaar in ons land zal één op iedere tienduizend Nederlanders binnen enkele tientallen jaren aan kanker overlijden. In werkelijkheid zijn het er meer, want die straling gaat dag en nacht, jaar na jaar door. In dezelfde periode zal echter een veel grotere groep mensen kanker hebben ontwikkeld, door andere oorzaken. Dat kleine groepje met stralingskanker, valt daarbij in het niet.
    Een honderdjarige Nederlander kan in zijn hele leven wel een totale dosis van 250 tot 500 mSv hebben ontvangen en er is een (kleine) kans dat hij puur alleen daardoor kanker zal hebben ontwikkeld. Globaal gesproken kan men zeggen dat bij een dosis van hooguit 1 Sv (1000 mSv) de betrokkene weinig zal merken. Loopt men die dosis in korte tijd op, dan neemt wel tijdelijk het aantal bloedlichaampjes af, maar het lichaam weet dat te herstellen. De ionisatie richt echter wel schade aan, waarbij de ergste is dat een cel blijft leven, maar een kankercel wordt. Bij een totale dosis van 1000 mSv is de kans dat men kanker ontwikkelt, 5%.
    Bij een grotere dosis tussen 1000 en 10.000 mSv (1 tot 10 Sv) sterven vooral darmwandcellen af. Het slachtoffer moet braken en krijgt diarree. Veel cellen blijven leven, maar kunnen niet goed meer delen. Als de huid aan deze straling is blootgesteld, dan lijkt het of deze verbrand is. Het slachtoffer kan tijdelijk geen witte bloedlichaampjes meer aanmaken, waardoor een infectie dodelijk kan zijn. Na een week of zes heeft het lichaam deze schade overwonnen en kan de patiënt overleven, maar er is wel een kans van tussen 5 en 50% dat het slachtoffer binnen twintig jaar aan stralingskanker overlijdt.
    Gezien dit voorafgaande, moge het duidelijk zijn dat bij hogere doses de overlevingskansen van het slachtoffer zeer snel slinken. Een doses van 20 Sv (20.000 mSv) is vrijwel zeker dodelijk binnen tien tot twintig jaar en bij een totale dosis van 50 Sv (50.000 mSv) sterft het slachtoffer al binnen enkele uren.

    Geen zorgen, wel waakzaamheid.

    Het bovenstaande is voor ons totaal niet aan de orde. Radioactiviteit zal altijd en overal om ons heen zijn, maar die achtergrondstraling is zo laag, dat meer dan 99% van alle Nederlanders daar hun hele leven lang geen last van zullen ondervinden. Sterker nog, zonder al te nadelige gevolgen kunnen we zelfs een verhoogde straling gemakkelijk aan en bovendien kunnen we ons wapenen om te verhinderen dat we die extra dosis oplopen. En als we de blik richten op Japan, dan is het een geluk bij een ongeluk, dat Japan zo ongeveer aan de andere kant van de wereld ligt. Mocht het daar nog fouter gaan lopen dan het nu al loopt, dan zullen er maar weinig plekken op aarde zijn waar de effecten van die ramp, daar waar het de radioactiviteit betreft, nog kleiner zullen zijn dan bij ons. Maar het best is natuurlijk dat de dreigende meltdown in de Fukushima centrales kan worden voorkomen en dat de koelinstallaties weer kunnen worden opgestart, zodra de elektriciteitsvoorzieningen zijn hersteld.

    Bronnen en foto’s: Meteo Consult, Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu, nationaal Meetnet Radioactiviteit, Studiecentrum voor kernenergie, Australian Radiation Services, Wikipedia. Speciaal veel dank is verschuldigd aan het NRG, het Nuclear Research & Consultancy Group.

    Beoordeel dit verhaal en/of stuur een reactie.
Stuur deze pagina naar een vriend

Volg MeteoConsult op Twitter

De websites van MeteoGroup maken gebruik van Cookies. Voor meer informatie klik hier.