Welke stof houdt gammastraling tegen?

Question

Ozon zorgt ervoor dat er geen ultraviolette straling de aarde bereikt of in ieder geval sterk verminderd. Maar welke stof doet dat tegen de gammastraling en rontgenstraling?

Toegevoegd na 12 minuten:
Ik bedoel dus de gammastralen van de zon.

Toegevoegd na 19 uur:
Maar als gammastraling al zo 'makkelijk' door onze dikke atmosfeer wordt tegengehouden dan zouden we ons toch ook niet zoveel zorgen hoeven te maken over de ozonlaag. Of is ozon echt het enige waardoor uv licht wordt weerhouden en stikstof en zo daar geen enkele invloed op hebben?
Vanwaar dat verschil dan?

 · Accepted Answer

Als je wil weten welke stoffen gammastralen tegenhouden moet je je eerst even verdiepen in de interactie van gammastralen met materie en dat kan op drie manieren:

1. De gammastraal 'schiet' van een atoom dat het tegenkomt op zijn weg een elektron weg en geeft hierbij al zijn energie af. De gammastraal 'bestaat' dus niet meer. Dit heet het foto-elektrisch effect.
2. De gammastraal 'schiet' van een atoom dat het tegenkomt op zijn weg een elektron weg en geeft hierbij slechts een deel van zijn energie af, de gammastraal gaat verder als een 'zwakkere' gammastraal, oftewel, met een lagere frequentie. Dit heet het comptoneffect.
3. De gammastraat gaat voorbij de elektronen en komt in het elektromagnetische veld tussen de kern van een atoom en de elektronen terecht. Hierdoor treed paarvorming op: er ontstaan een elektron en een positron (elk 511 keV). Deze deeltjes hebben samen de kinetische energie die de gammastraal dus meer had dan 1022 keV.

Eigenlijk is dus alle materie geschikt om gammastralen tegen te houden. Je moet er alleen voor zorgen dat een gammastraal een atoom kan tegenkomen om er de interactie mee aan te gaan. Dit gaat natuurlijk het best in een stof met een hoge dichtheid. In praktijk worden dus vaak beton, lood en water gebruikt.

Lucht met zijn erg lage dichtheid houdt dus erg weinig gammastralen tegen op een bepaalde afstand. Het heeft dus een erg grote halfwaardedikte. Omdat bij zijn reis door de atmosfeer van onze aarde de gammastralen echter zoveel lucht passeren is het toch mogelijk dat er heel veel energie van hen wordt 'afgepakt' en dat er velen worden tegengehouden.

Toegevoegd na 20 uur:
Antwoord op de uitbreiding van je vraag:
UV-straling kan niet de interacties aangaan met materie zoals gammastraling dat kan. Zoals je hierboven hebt gezien moet een gammastraal voor aan paarvorming te doen bijvoorbeeld al 1022 keV aan energie hebben. Het zijn dus alleen de heel energetische gammastralen die dat al kunnen doen. De minst energetische gammastralen kunnen een elektron van een atoom wegschieten maar zelfs daarvoor hebben UV-stralen te weinig energie.

In het beste geval kunnen ze een elektron exciteren of een chemische binding breken. En dat gaat nou eenmaal het 'simpelst' met ozon bij UV-straling. Dit omdat een UV-straal niet iets vergelijkbaars kan doen zoals een gammastraal met het comptoneffect. Een deel van de energie afstaan en 'minder energetisch' verdergaan kan dan simpelweg niet. De energie moet dus precies overeenkomen met wat het atoom 'nodig heeft'.

 · Answer

Deze in verschillende diktes:

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).

 · Answer

Gammastraling afkomstig van buiten de aarde is van zeer hoge energie, en wordt niet door een specifiek element tegengehouden (zoals in je voorbeeld van UV die selectief reageert met ozon), maar domweg door de enorme dikte van onze dampkring (rond de 100 km)
Deze straling komt trouwens niet alleen van de zon, maar ook in grote hoeveelheden van super- en hypernova's buiten ons zonnestelsel.

Gammastraling wordt tegengehouden doordat de fotonen botsen tegen de kernen van andere atomen, en dit effect is beter bij atomen met een grote atomische massa  (vandaar dat verarmd uranium of lood een prima bescherming vormen tegen gammastraling), maar vooral en met name als het materiaal dik en dicht genoeg is. Beton of grond (of lucht) kunnen gammastraling net zo goed tegenhouden als lood, mits de beschermende laag dik genoeg is.

In de lucht zit een verwaarloosbaar kleine hoeveelheid zware elementen, en deze bevinden zich niet op grote hoogte in de dampkring, dus het meeste werk wordt gedaan door de aanwezige atomen daar: stikstof, zuurstof en argon. Daarnaast zit er ook een beetje waterstof (als onderdeel van watermoleculen) en koolstof (als onderdeel van CO2) Het zwaarste element is argon (N=18), maar in de lucht zit slechts ca 1% argon, en nog minder in de hogere luchtlagen.

Dus het element in onze dampkring dar het grootste deel van het werk doet om gammastraling tegen te houden is stikstof, en dat komt gewoon omdat er meer stikstof in de lucht zit (ca 78%) dan van welk ander element dan ook.

Leuk weetje: vliegtuig piloten en cabine personeel wordt vanwege hun beroep op grote hoogte relatief veel blootgesteld aan gammastraling, en heeft dus een enigszins verhoogde kans op kanker. Voor astronauten is dat een bekende feit.

Toegevoegd na 18 uur:
Ozon in de hoge lagen van de dampkring (m.n. in de stratosphere) reageert heel specifiek met UV-straling. Zie de 2e link voor een uitgebreid uitleg over het mechanisme achter.
Ozon is ook veel efficiënter in de absorptie van UV van hoog energie (UV-B en -C) dan UV-A, en dat is maar goed, want UV-A is nodig voor fotosynthese door planten en de vorming van vitamine A bij dieren.
Andere gassen in de lucht reageren niet specifiek met UV-straling, en hoewel ze toch een beetje UV tegenhouden, is de ozonlaag verreweg verantwoordelijk voor de meeste absorptie van m.n. UV-B en UV-C.

Toegevoegd na 18 uur:
Zie plaatje

 · Answer

Ik mis in de rij nog :WATER, een laagdikte van enige meters houdt ook harde Gammastralen grotendeels  tegen. 
Onze atmosfeer vangt vrijwel alle gamma afkomstig van de zon af.
Overigens vangt iedere stof die gamma afvangt OOK Rontgenstraling af, vaak heeft Rontgenstraling een energie van 120KEV, Gamma zit al gauw boven de 1MEV, je kunt gamma dus zien als heel kortgolvige Rontgenstralen of Rontgenstralen als gammastralen met een heel lange golflengte.

De weergegeven spanning is in feite de versnelspanning,
Men vergelijkt dan de gammastralen met de golflengte die een Rontgenbuis met de aangegeven spanning af zou geven.

Men doetdit mede omdat de golflengte van deze stralen zeer klein is (kleiner dan de lengte van een atoom.)

Hoe hoger de KEV/MEV waarde , hoe moelijker de straal te stoppen is.

Bij het doorlichten van scheepscontainers gebruikt men dus zeer kortgolvig Rontgen of dus gammastralen, anders kom je niet door het staal van de container heen.

Toegevoegd na 12 uur:
Zie reacties, daarvoor geldt de bron,
Daarin staat wat de zon kan uitvreten op een maximum (2012-2013) met uitstoten van miljoenen tonnen geioniseerde deeltjes (protonen en elektronen) richting aarde
die er ongeveer 2 dagen over doen (heftige zonnewind)

Toegevoegd na 1 dag:
Je kunt overigens uitrekenen hoe goed gammastraling tegengehouden wordt door een element, in verhouding tot lichtere elementen moet je de derde macht van de atoommassa nemen, zo zal een stof met een atoommassa 3 3x3x3=27 maal de straling tegenhouden en een met atoommassa 4 , 4x4x4=64 , wat dus ruim 2X zo goed beschermt als die van atoommassa 3 ( ja ik weet het, dat zou tritium zijn en dat is radioactief waterstof).
Het gaat echter om het voorbeeld en houd dan aan dat je in onderlinge vergelijking van vaste stof of vloeistof uit zou gaan of gas van dezelfde temperatuur en druk(deze bevat per volume dan even veel atomen of moleculen)

Nu snap je wellicht ook dat lood de straling VEEL beter afstopt dan bijvoorbeeld calcium.

Wel moet je bedenken dat de energie van de gammastraal (hoeveel MEV het is) OOK bepalend is voor zijn doordringingsvermogen, gamma vat 1MEV dringt minder gemakkelijk door stof heen als gamma van 4MEV.

Hoe dat met die MEV zit heb ik eerder in het antwoord beschreven, de golflengte is onhanteerbaar klein en daarom vergelijkt men het met de spanning die een rontgenbuis nodig zou hebben om straling met dezelfde golflengte op zou wekken.

Welke stof houdt gammastraling tegen?

Het beste antwoord

Andere antwoorden (3)

Bekijk alle vragen in deze categorieën: