Elektromagnetische straling

Wanneer we het hebben over straling dan denken we vaak aan die enge radioactieve straling maar niet zozeer aan elektromagnetische straling. Elektromagnetische straling is overal om ons heen en is zelfs essentieel voor het leven op aarde. Denk bijvoorbeeld maar aan zichtbaar licht en infrarode straling, afkomstig van de zon. Zonder zonlicht en warmtestraling zou de aarde één grote donkere, onleefbare sneeuwbal zijn. Ook maken we dankbaar gebruik van de vele mogelijkheden van elektromagnetische straling die ons leven een stuk aangenamer maken zoals: de televisie, radio, magnetron, infrarode sauna, mobiele telefonie, WI-FI, enz. enz.

Inhoud

• Ioniserende elektromagnetische straling en deeltjesstraling
• Doordringingsvermogen van ioniserende straling
• De verschillende onderdelen van het elektromagnetische spectrum

Ioniserende elektromagnetische straling en deeltjesstraling

Ioniserende straling is elektromagnetische straling dat zo een grote hoeveelheid energie bezit dat deze elektronen, uit de elektronenwolk, rondom de atoomkern kan verwijderen. Hierdoor wordt een atoom positief geladen en een positief geladen atoom wordt een ion genoemd. Deze positief geladen atomen kunnen er toe leiden dat er chemische veranderingen optreden in moleculen (van organismen) en deze blijvend beschadigen. Dit kan zelfs leiden tot ernstige beschadiging van het DNA. Een tweede vorm van ioniserende straling is deeltjesstraling. Straling kunnen we dus indelen in:

Ioniserende straling

• Alfastraling.
• Bètastraling.
• Gammastraling (elektromagnetische straling).
• Röntgenstraling (elektromagnetische straling).

Niet-ioniserende elektromagnetische straling

• Ultraviolette straling.
• Infrarode straling.
• Zichtbaar licht.
• Radiostraling.

Bij deeltjesstraling hebben we het over deeltjes ter grote van een atoomkern met een zeer grote snelheid. Dit kunnen individuele deeltjes zijn maar ook een stroom van deeltjes. Deeltjesstraling ontstaat door het natuurlijke verval van atomen en men onderscheid hierin: alfastraling en bètastraling. Het ontstaan van deze twee vormen van straling verloopt op twee verschillende manieren, namelijk:

• Alfastraling (α-straling) ontstaat door alfaverval. Bij alfaverval verliest een atoom gelijktijdig twee protonen en twee neutronen. Het atoom verandert daardoor in een ander atoom, omdat het twee protonen kwijt is. De twee protonen en neutronen vormen samen een ‘alfadeeltje’, en dat alfadeeltje schiet als een projectiel weg.
• Bètastraling (β-straling) ontstaat bij bètaverval. Bij bètaverval verandert een neutron (deeltje in de atoomkern) vanzelf in een proton. Dit proces vindt plaats in een atoomkern. Het atoom verandert daardoor in een ander atoom omdat het een proton erbij krijgt. Bij het veranderen van een neutron in een proton ontstaat er een los elektron. Dit elektron schiet dan ook weer als projectiel weg.

Doordringingsvermogen van ioniserende straling

We onderscheiden dus vier soorten ioniserende straling waarvan: twee type deeltjesstraling en twee type elektromagnetische straling zijn. Hoe gevaarlijk deze ioniserende straling is hangt onder andere af van het doordringingsvermogen van de desbetreffende straling. Van de doordringbare eigenschap van straling maken we in de medische wereld al meer dan 100 jaar gebruik. We hebben allemaal wel eens een röntgenfoto (zoals de foto hiernaast) gezien. Hierop is duidelijk te zien dat röntgenstraling wel door zachte weefsels, zoals de huid, spieren en organen doordringt maar niet door een stevige structuur zoals de botten en tanden. Nu hangt de doordringbaarheid van de straling af van de soort van straling. Deeltjesstraling heeft bijvoorbeeld een mindere doordringbaarheid dan elektromagnetische straling. Zo bestaat alfastraling uit twee protonen en twee neutronen, een vrij groot geheel dus. Omdat de deeltjes van alfastraling relatief groot zijn, wordt deze alfastraling al tegengehouden door een velletje papier. De deeltjes van bètastraling zijn veel malen kleiner en ruim 7000 maal minder zwaar dan alfadeeltjes en bètastraling heeft daardoor een groter doordringbaar vermogen. Om bètastraling tegen te houden hebben we een dik boek nodig of een laag plexiglas. Maar de gevaarlijkste soort van ioniserende straling is de elektromagnetische gammastraling (γ-straling). Gammastraling bestaat niet uit deeltjes zoals alfa- en bètastraling maar uit elektromagnetische stralen ofwel een stroom van fotonen (pure energie). Willen we gammastraling tegenhouden dan hebben we daar op zijn minst een dikke laag beton voor nodig.

De verschillende onderdelen van het elektromagnetische spectrum

Het elektromagnetisch spectrum is ingedeeld naar de hoeveelheid energie dat de straling bezit. Deze energiehoeveelheid kunnen we meten aan de hand van de golflengte. Des te korter de golflengte des te meer energie de straling bezit. Een golflengte wordt gemeten van de top van een golf tot de top van de volgende golf. Dit kunnen golflengtes zijn van 10⁻¹⁴ meter tot meer dan 10.000 kilometer. De straling van het elektromagnetisch spectrum reist met de ongelooflijke snelheid van 300.000 kilometer per seconde. Het aantal maal dat een golf voorbijkomt in één seconde noemen we de frequentie, dit wordt weergegeven in Hertz. Zo is de volgende verdeling van het elektromagnetisch spectrum gemaakt:

• Gammastraling met een golflengte van 10⁻¹⁰ tot 10⁻¹⁴ meter
• Röntgenstraling met een golflengte van 10⁻¹¹ tot 10⁻⁹ meter
• Ultraviolette straling met een golflengte van 400 nm tot 150 nm
• Zichtbaar licht met een golflengte van 400 nm tot 700 nm
• Infrarode straling met een golflengte van 0.7 mm tot 1 mm
• Radiostraling met een golflengte van 1 mm tot ›100.000 km