Natuurkunde keuzekatern C.
Kern- en deeltjesprocessen
C.1 Subatomaire deeltjes
In 1803 kwam Dalton erachter dat er deeltjes waren die kleiner waren dan moleculen, namelijk atomen.
Elk atoom bestaat uit drie verschillende deeltjes: positief geladen protonen, negatief geladen elektronen
en ongeladen neutronen. Thomson kwam er in 1897 met een kathodestraalbuis experiment achter dat
er negatieve deeltjes en positieve deeltjes aanwezig waren. Er werd aangenomen dat de elektronen en
protonen als een soort krentenbol bij elkaar zaten. Maar met het experiment van Rutherford die
onderzoek deed naar positieve alfastraling, waarbij de positieve deeltjes door goudatomen werden
weerkaatst, bleek dat de elektronen in een soort wolk rondom de positieve atoomkern zouden moeten
zitten. Neutronen zouden de kern bijeen moeten houden, die werden door Chadwick ontdekt in 1932.
In de eerste helft van de vorige eeuw is veel onderzoek gedaan naar de eigenschappen van deze
subatomaire deeltjes zoals de massa en de lading. Vroeger werd met behulp van een
wilsonvat/nevelvat onderzoek gedaan naar subatomaire deeltjes. In het vat zat een damp dat
condenseerde zodra een subatomair deeltje ermee in aanraking kwam omdat het geïoniseerd werd,
hieruit ontstond een spoor. Met iedere botsing werd het energie van deeltje kleiner en uiteindelijke
stopte het spoor. Het vat zit in een magnetisch veld en lorentzkracht buigt de deeltjes af, voor de
kromtestraal geldt:
𝑚 ∙𝑣
𝑟=
𝐵 ∙𝑞
▪ 𝑚 is de massa van het deeltje in kg.
▪ 𝑣 is de snelheid van het deeltje in m/s.
▪ 𝐵 is de sterkte van het magnetisch veld
▪ 𝑞 is de lading van het deeltje in C.
In 1932 werd ook het positron ontdekt, een antideeltje van een elektron. Antideeltjes hebben dezelfde
massa, maar tegenovergestelde lading. Van elk bekend deeltje is een antideeltje ontdekt. Die
verzameling van deeltjes heet antimaterie. Een antideeltje bestaat maar heel kort. Zodra een deeltje
botst met zijn antideeltje veranderen de twee deeltjes in twee fotonen.
C.2 Kernreacties
In hoofdstuk 12 zijn atoomnummer, ladingsgetal, massagetal en isotopen besproken. Ook waren
vervalreacties besproken. Sommige isotopen zijn instabiel dus verandert na verloop van tijd het aantal
deeltjes in de kern. Er ontstaat een nieuwe kern en er komt straling vrij. Voor een vervalreactie gelden
de twee behoudsweten, behoud van het massagetal en behoud van het ladingsgetal.
Bij K-vangst wordt een elektron uit de elektronwolk opgenomen in de kern en gecombineerd met een
proton tot een neutron. Op zo’n manier kan men ook kunstmatige kernreacties laten optreden. Zo’n
kunstmatige reactie voldoet nog steeds aan de behoudswetten. Daarnaast zal je opvallen als je de
massa’s voor en na de reactie optelt dat er massa verdwijnt, dit staat bekend als het massadefect. Denk
hierbij wel dat je voor de massa’s van de kernen moet compenseren voor de elektronen massa. De
verdwenen massa wordt omgezet in energie, dit kun je berekenen met de formule van Einstein.
𝐸 = 𝑚 ∙ 𝑐2
▪ 𝑚 is de massa van het deeltje in kg.
▪ 𝑐 is de lichtsnelheid in m/s.
▪ 𝐸 is de energie in J.
1
Kern- en deeltjesprocessen
C.1 Subatomaire deeltjes
In 1803 kwam Dalton erachter dat er deeltjes waren die kleiner waren dan moleculen, namelijk atomen.
Elk atoom bestaat uit drie verschillende deeltjes: positief geladen protonen, negatief geladen elektronen
en ongeladen neutronen. Thomson kwam er in 1897 met een kathodestraalbuis experiment achter dat
er negatieve deeltjes en positieve deeltjes aanwezig waren. Er werd aangenomen dat de elektronen en
protonen als een soort krentenbol bij elkaar zaten. Maar met het experiment van Rutherford die
onderzoek deed naar positieve alfastraling, waarbij de positieve deeltjes door goudatomen werden
weerkaatst, bleek dat de elektronen in een soort wolk rondom de positieve atoomkern zouden moeten
zitten. Neutronen zouden de kern bijeen moeten houden, die werden door Chadwick ontdekt in 1932.
In de eerste helft van de vorige eeuw is veel onderzoek gedaan naar de eigenschappen van deze
subatomaire deeltjes zoals de massa en de lading. Vroeger werd met behulp van een
wilsonvat/nevelvat onderzoek gedaan naar subatomaire deeltjes. In het vat zat een damp dat
condenseerde zodra een subatomair deeltje ermee in aanraking kwam omdat het geïoniseerd werd,
hieruit ontstond een spoor. Met iedere botsing werd het energie van deeltje kleiner en uiteindelijke
stopte het spoor. Het vat zit in een magnetisch veld en lorentzkracht buigt de deeltjes af, voor de
kromtestraal geldt:
𝑚 ∙𝑣
𝑟=
𝐵 ∙𝑞
▪ 𝑚 is de massa van het deeltje in kg.
▪ 𝑣 is de snelheid van het deeltje in m/s.
▪ 𝐵 is de sterkte van het magnetisch veld
▪ 𝑞 is de lading van het deeltje in C.
In 1932 werd ook het positron ontdekt, een antideeltje van een elektron. Antideeltjes hebben dezelfde
massa, maar tegenovergestelde lading. Van elk bekend deeltje is een antideeltje ontdekt. Die
verzameling van deeltjes heet antimaterie. Een antideeltje bestaat maar heel kort. Zodra een deeltje
botst met zijn antideeltje veranderen de twee deeltjes in twee fotonen.
C.2 Kernreacties
In hoofdstuk 12 zijn atoomnummer, ladingsgetal, massagetal en isotopen besproken. Ook waren
vervalreacties besproken. Sommige isotopen zijn instabiel dus verandert na verloop van tijd het aantal
deeltjes in de kern. Er ontstaat een nieuwe kern en er komt straling vrij. Voor een vervalreactie gelden
de twee behoudsweten, behoud van het massagetal en behoud van het ladingsgetal.
Bij K-vangst wordt een elektron uit de elektronwolk opgenomen in de kern en gecombineerd met een
proton tot een neutron. Op zo’n manier kan men ook kunstmatige kernreacties laten optreden. Zo’n
kunstmatige reactie voldoet nog steeds aan de behoudswetten. Daarnaast zal je opvallen als je de
massa’s voor en na de reactie optelt dat er massa verdwijnt, dit staat bekend als het massadefect. Denk
hierbij wel dat je voor de massa’s van de kernen moet compenseren voor de elektronen massa. De
verdwenen massa wordt omgezet in energie, dit kun je berekenen met de formule van Einstein.
𝐸 = 𝑚 ∙ 𝑐2
▪ 𝑚 is de massa van het deeltje in kg.
▪ 𝑐 is de lichtsnelheid in m/s.
▪ 𝐸 is de energie in J.
1
