Kunnen we radioactieve straling uitschakelen met tegengestelde EMS of antimaterie?

Emily, 16 jaar
15 februari 2021

Ik was aan het nadenken over hernieuwbare en schone energie. Een deel hiervan is nucleaire energie, maar dit is nog niet zo veilig door het radioactief afval. We hebben geleerd dat het schadelijke van dit de alfa-, beta- en gamma-stralingen zijn. Nu bestaat er zoiets als golven die elkaar kunnen uitschakelen als ze een gelijke frequentie hebben, maar juist op een tegengestelde plaats zijn in hun golfbeweging en elkaar kunnen versterken als ze op dezelfde plaats van hun golfbeweging zijn.

Zou dat misschien een manier zijn om radioactieve straling uit te schakelen? Dus dat de container waarin het wordt opgeslagen een sensor bevat die de precieze frequentie en golfbeweging van de straling kan detecteren en een bijpassende, 'tegengestelde' straling terugsturen. Wordt dit misschien al gebruikt? Of is dat te riskant omdat er een gevaar is dat de straling niet perfect juist is en misschien juist zal gaan versterken?
Bij alfa-straling zou je dan te werk moeten gaan met anti-materie, kunnen wij dit kunstmatig produceren?

Alvast bedankt.

Antwoord

Dit is een prachtig idee maar helaas werkt het niet zo geweldig voor radioactieve straling. Er zijn een paar praktische problemen en een paar fundamentele.

Het idee van het uitschakelen van straling door een bijpassende ‘tegengestelde’ straling uit te sturen wordt al gebruikt in ‘active noise concellation’ koptelefoons. In die dingen wordt het geluid dat je in je koptelefoon hoort verminderd door het achtergrondgeluid meten en dan via een microfoontje ‘tegengeluid’ uit te zenden. In feite zijn deze koptelefoons oorspronkelijk ontwikkeld voor gebruikt in vliegtuigen om het constante, monotone achtergrondgebrom van de motoren tegen te gaan. Hier zit ook de zwakte van een ANC. Ze werken alleen goed voor het onderdrukken van een constant gebrom. Dat komt omdat je niet het geluid dat je meet tegengaat maar het geluid dat even later komt omdat er altijd een tijdsverschil is tussen de meting en het uitzenden van het tegengeluid in de microfoon. Dus als er weinig of geen verandering is werkt het, anders niet. Daarom kan je een ANC-koptelefoon goed gebruiken om bijvoorbeeld naar een spreker te luisteren in een zaal met veel geroezemoes (mooi woord trouwend). De ANC-koptelefoon onderdrukt het achtergrondgeluid en niet de spreker.

Oké, stel dat de dit principe willen gebruiken voor radioactieve straling. Zoals je al aangeeft moeten we een onderscheid maken tussen de verschillende types straling (alfa, beta, gamma). Laten we beginnen met gammastraling. Het eerste probleem is dat gammastraling niet echt een ‘golf’ is die je globaal kan aanpakken. Dat komt omdat kwantumfysica hier roet in het eten gooit. Als een atoomkern vervalt stuurt het in feite een gamma-kwantum uit. Dat is inderdaad een elektromagnetische golf maar ze is gelokaliseerd in tijd. Het is een beetje te vergelijken met een regenbui. Die bestaan ook uit kleine druppels maar als het hard genoeg regent hoor je een monotoon geruis en niet meer de individuele druppels. Je zou in principe kunnen proberen om elk individueel gamma kwantum te detecteren maar dan komt een tweede kwantumfysica probleem op de proppen, namelijk dat het onmogelijk is om iets te detecteren zonder het te veranderen. Als je het gamma kwantum wil detecteren moet het namelijk interageren met je detector en daardoor veranderen de eigenschappen van je gamma kwantum (het verliest een beetje energie of verandert van richting). Bovendien kun je de informatie die je gemeten hebt niet gebruiken voor het volgende gamma kwantum dat uitgezonden wordt omdat (opnieuw door een kwantumfysica fenomeen) je op geen enkele manier kan voorspellen wanneer een kern straling uitzendt. Je kent alleen de waarschijnlijkheid van uitzenden zodat je kan alleen maar voorspellen wat je (gemiddeld) verwacht voor een groot aantal kernen die vervallen. Bij een (eerlijke) dobbelsteen ken je de waarschijnlijkheid voor elk cijfer maar je kan niet voorspellen welk cijfer je krijgt voor de volgende worp. Je weet wel dat als je genoeg keren gooit, elk cijfer in een zesde van de gevallen voorkomt. Bij alfa en bèta verval heb hetzelfde probleem, alleen is het nu nog meer uitgesproken.

Een tweede probleem met de methode die je voorstelt zit aan de kant van de microfoon. We zijn namelijk niet in staat om de “tegengestelde” straling te maken met de frequentie die nodig is. Voor gamma kwanta met niet al te veel energie is het nog enigszins de doen met een synchrotron. Dat is een cirkelvormige versneller waarmee je gamma quanta kan maken door heel snelle elektronen in een cirkelvormige baan te dwingen (je hebt misschien geleerd dat een lading die versnelt straling uitzendt). Hieronder vind je de link naar zo’n apparaat in Brookhaven (US). De versneller heeft een diameter van ongeveer 250 m en consumeert ongeveer 10 megawatt elektriciteit. Dat is evenveel als 1000 huizen als ze alle apparaten tegelijk gebruiken. Je kan er gamma kwanta mee maken tot 300keV. Dat zegt misschien niet veel maar 300 keV gamma’s kan je afschermen met paar cm lood.

Het maken van positronen of anti-helium kernen is de situatie nog lastiger. Je kan positronen maken in een versneller. Het probleem is dat dat gebeurt door radioactieve deeltjes (kernen) te maken en die te laten vervallen. Wat anti-helium betreft: dat is nog nooit geproduceerd. We kunnen anti-protonen maken en anti-neutronen maar dat is het zowat.

Kortom, het is een mooi idee maar helaas werkt het niet omwille van een heleboel kwantumfysica effecten en zelfs als die er niet zouden zijn werkt het niet omdat we niet in staat zijn om ‘antistraling’ te maken.

Tenslotte, radioactieve straling is alleen een probleem als je bestraald wordt in voldoende hoge dosis. Afscherming en afstand zijn een stuk eenvoudiger en effectief om de dosis laag genoeg te houden.

Paul Schuurmans

Reactor Research & Engineering
Advanced Nuclear Systems Institute

Reacties op dit antwoord

Er zijn nog geen reacties op deze vraag.

Enkel de vraagsteller en de wetenschapper kunnen reageren op een antwoord.

Zoek andere vragen

© 2008-2021
Ik heb een vraag wordt gecoördineerd door het
Koninklijk Belgisch Instituut voor Natuurwetenschappen