Practicum: Radioactief verval – halveringstijd en vervalvergelijking – Klas 5 VWO

In dit practicum voor 5 vwo bepaal je de halveringstijd T½ van een radioactieve bron via activiteitsmeting, stel je de vervalvergelijking op en bereken je resterende activiteit na meerdere halveringstijden. Je past ook het concept van achtergrondstraling correct toe.

Leerdoel

Na dit practicum kun je T½ bepalen en gebruiken in de vervalvergelijking N(t) = N₀ × (½)^(t/T½), activiteit berekenen, de relatie leggen met medische toepassingen (PET, scintigrafie) en het onderscheid maken tussen α-, β- en γ-straling op basis van doordringend vermogen.

Cursusniveau en vakgebied

Niveau: VWO klas 5 | Vak: Natuurkunde | Domein: B2 Medische beeldvorming | Radioactief verval, halveringstijd, activiteit, vervalvergelijking, ioniserende straling

Benodigdheden

• Geiger-Müllerteller met digitale teller en USB-interface (voor grafieken)
• Gecertificeerde Ba-137m demonstratiebron (T½ ≈ 2,6 min) of simulatiedata
• Afschermingsmateriaal: papier, aluminium (1–5 mm) en lood (1–3 mm)
• Liniaal (voor afstandsexperimenten)
• Stopwatch

Achtergrondinformatie

Het aantal radioactieve kernen neemt exponentieel af: N(t) = N₀ × (½)^(t/T½) = N₀ × e^(−λt), waarbij de vervalconstante λ = ln(2)/T½. De activiteit A = λ × N (in Becquerel = 1 verval/s). Doordringend vermogen: α-straling stopt bij papier; β-straling bij aluminiumplaat van ≈3 mm; γ-straling vereist centimeters lood voor significante verzwakking.

Werkwijze

Stap 1 – Achtergrondstraling

1. Meet zonder bron 3 × 1 minuut. Bereken gemiddelde achtergrond N_bg per 30 s.

Stap 2 – Activiteitsmeting over tijd

1. Breng Ba-137m op vaste afstand (10 cm). Noteer netto tellingen elke 30 s (bruto − achtergrond).
2. Ga door totdat de netto activiteit <25% van beginwaarde is (≥4 x T½).
3. Teken activiteit-tijdgrafiek (lineair en semi-logaritmisch). Lees T½ af.

Stap 3 – Afschermingsexperiment

1. Gebruik een zwakke β-bron. Plaats successievelijk 0, 1, 2, 3, 4, 5 mm aluminium. Noteer de telsnelheid. Bepaal de halveringsdikte.

Voorbeelddata activiteitsmeting (Ba-137m)

Verwerkingsvragen

1. Bepaal T½ uit de data (1232 → 616 → 308 ...). Vergelijk met 2,6 min.
2. Een bron heeft beginactiviteit A₀ = 8000 Bq en T½ = 5,0 jaar. Bereken A na 20 jaar.
3. Verklaar waarom β-straling door 3 mm aluminium wordt tegengehouden maar γ-straling niet.

Uitwerking

V1: Activiteit halveert: 1232 → 616 na T½. Uit de data: na 1,3 min is de activiteit ≈616; na 2,6 min ≈308; na 3,9 min ≈154. T½ ≈ 1,3 min (Ba-137m heeft T½ = 2,552 min; afwijking door meetruis).

V2: Aantal halveringstijden = 20/5,0 = 4. A = A₀ × (½)⁴ = 8000/16 = 500 Bq.

V3: β-deeltjes (elektronen) zijn geladen en verliezen snel energie door ionisatie en botsingen in het aluminium. Bij 3 mm is hun energie volledig opgebruikt. γ-fotonen zijn energierijke elektromagnetische golven zonder lading; ze interageren minder frequent en doordringen centimeters materiaal.

Benodigde laboratoriumapparatuur van Labvakhandel

Labvakhandel levert Geiger-Müllertellers, gecertificeerde demonstratiebronnen en afschermingsmaterialen (aluminium, lood) voor stralingspractika in het vwo.

Bekijk het assortiment natuurkunde materiaal of neem contact op voor advies.

Meer practicumopdrachten

Ontdek alle practica in de Labvakhandel kennisbank — voor biologie, scheikunde en natuurkunde.