NatuurlijkeNatuurlijke radioactiviteit radioactiviteit

Elektron:•zeer licht •massief

Kern:

•bevat nucleonen•fundamenteel deeltje

opgebouwd uit quarks

opgebouwd uit quarks

1.Structuur van de atoomkern1.Structuur van de atoomkern

•onstabiele kernen ontbinden met uitstraling van radio-activitieit

•stabiele lichte kernen: protonen = neutronen (N/Z = 1)

•stabiele zwaardere kernen: protonen < neutronen (N/Z = 1.5)

•stabiliteit kern = f(N/Z) 2.2.Stabiliteit van de atoomkern2.2.Stabiliteit van de atoomkern

* Eenheid van atoommassa: keuze?

1 u = 1/12 van een 12C-isotoop

= 1,660566.10-27 kg* Massa van:

proton: mp = 1,007276 uneutron: mn = 1,008665 u

* Massa van deuterium:

m1 = gemeten massa= 2,013554 u

m2 = berekende massa= 2,015941 u

∆m = 0,002387 u

2.3.Massadefect en bindingsenergie2.3.Massadefect en bindingsenergie

* Massadefect van een kern: = verschil tussen de massa van de kern en de som van de massa’s van de afzonderlijke nucleonen* Verklaring:

- equivalentie van massa en energieE = m.c2

(met c = 2,998.108 m/s)

∆E = ∆m.c2en ook

- [E] = eV (elektronvolt)= de energie die een deeltje met een protonlading krijgt, bij doorlopen van een potentiaalverschil van 1 volt

dus: E = e.U= 1,6022.10-19.1 C.V = 1,6022.10-19.1 J = 1 eV

* Massadefect van een kern:

∆E = ∆m.c2

en ∆m = a.u (a = getalwaarde van het massadefect)∆E = ∆m.c2

∆E = a.u.c2

= a.1,660566.10-27.(2,998.108)2 J= a.14,93.10-11 J= a. 14,93.10 -11 J 1,6022.10-19 J/eV= a.9,315.108 eV

∆E = a.931,5 MeVBesluit:

* Voorbeeld: deuterium: ∆m = 0,002387 u

met: a = 0,002387∆E = a.931,5 MeV

= 0,002387.931,5 MeV= 2,223 MeV

= bindingsenergie

* Bindingsenergie:

= hoeveelheid energie die moet toegevoerd worden om de atoomkern in protonen en neutronen te splitsen

= hoeveelheid energie die vrijkomt als protonen en neutronen versmelten tot een atoomkern

* Enkele voorbeelden:

deuterium:

bindingsenergie: ∆E = 2,223 MeVbindingsenergie per nucleon:

∆E A

= 2,223 MeV 2

= 1,112 MeV

helium (alfadeeltje):bindingsenergie: ∆E = 27,27 MeVbindingsenergie per nucleon:

∆E A

= 27,27 MeV 4

= 6,818 MeV

2.2.Verband tussen stabiliteit en bindingsenergie2.2.Verband tussen stabiliteit en bindingsenergie

* Specifieke bindingsenergie:∆E A

= bindingsenergie per kerndeeltje

a.Soorten stralinga.Soorten straling3.Natuurlijke radioactiviteit3.Natuurlijke radioactiviteit

Henri Becquerel

Pierre en Marie Curie

* Radioactiviteit:

1896 - 1900

- zwartende werking op een goed afgeschermde fotografische plaat- zeer doordringende werking- oplichten van fluorescerende stoffen- ioniserende werking (bv. ontladen van elektroscoop)

* Proef van Rutherford:

Besluiten: - atoom: ijl systeem- massa atoom: geconcentreerd in de kern- α-deeltjes: - klein doordringend vermogen

- groot ioniserend vermogen- heliumkernen

* Soorten straling: α-straling, β-straling en γ-straling (bekend sinds ongeveer 1900)

Kenmerken van de α-straling:

- ioniserend vermogen: groot- doordringend vermogen: klein- heliumkernen: 2

4He of 24He2+

Kenmerken van de β-straling:

- ioniserend vermogen: klein- doordringend vermogen: groot- elektronen: -1

0e

Kenmerken van de γ -straling:

- ioniserend vermogen: zeer klein- doordringend vermogen: zeer groot- elektromagnetische straling

b.Transmutatieregelsb.Transmutatieregels

1) α-straling

Transmutatie = proces waarbij een atoomkern door desintegratie in een nieuwe atoomkern wordt omgezet

Eerste transmutatieregel van Soddy

HeYX 42

4A2Z

AZ +→ −

−

met X = moederkern Y = dochterkern

Voorbeeld:

α+→ PbPo 20882

21284

Opmerkingen:- bij zwaardere kernen (eind P.S.)- door toeval- vrijgekomen energie wordt bewegingsenergie van het α-deeltje:

X → Y + α

∆E = a.931,5 MeVmet a = mx – (my + mα)

voorbeeld: X = Pb: mx = 211,98886 uY = Po: my = 207,97664 u

α: mα = 4,00260 u

a = 0,00962 u∆E = 8,96 MeV

1) β-straling

Tweede transmutatieregel van Soddy

−+ +→ eYX A

1ZAZ

Omzetting in kern:

epn 01

11

10 −+→

eBiPb 01

21083

21082 −+→

Voorbeeld: