Samenvatting fysica voor biom. onderzoek hoofdstuk 29

Radioactiviteit
Atoomkernen
 Atoomkern = nuclide
o Opgebouwd uit twee grote structuren
 Protonen (lading Ze)
 Neutronen (lading 0) Nucleonen
1
o Straal R ≅ 1,2∗10−15 A 3 (m)
 Slechts kleine fractie van totale straal van het atoom
 Volume is evenredig met A → kern is bol dus straal is 1/3de van A
4
o Volume V = πRR ³ A
3
m 17 3
o Dichtheid ρ= ≅ 2,3∗10 kg /m
v
 Zeer hoge dichtheid
 Z = atoomnummer = aantal protonen
o Bepaald de naam van element A
ZX
 A = massagetal = aantal nucleonen
o Is som van Z met aantal neutronen
o Massa van nucleon m≅ 1; 67∗10−27 kg
 Indien 1mm³ nucleonen = gewicht van een volle olietanker (230.000 ton)
 Speldenkop grote verzameling van nucleonen
 Restmassa naast kern is zeer klein
 Isotopen = kernen met hetzelfde atoomnummer Z, maar een verschillend massagetal A
o Identiek dezelfde chemische eigenschappen (zelfde aantal elektronen)
o Verschillende massa (scheiding met massaspectrometer)




2

1

,Kernkrachten
 Afstotende coulombkracht Fc tussen de protonen → Kern zou uit elkaar moeten spatten
o Sterkere kernkrachten aanwezig Fk (houden nucleonen samen)
 Sterker dan coulombkracht, maar op heel kleine afstand (r > 10 -14m)
 r <3∗10−15 m→ Fk >> Fc
o Fc = Product ladingen/r²
 Afstand is nooit oneindig → Fc is nooit 0, want dracht is zeer groot
 Bij lichte kernen: #neutronen = #protonen → A−Z=Z
 Bij zwaardere kernen (vanaf Z > 20) is helft massagetal groter dan Z → A - Z > Z




 Protonen die te dicht bij elkaar liggen stoten elkaar af

Atoommassa-bindingsenergie
1
 De eenheid van de atoommassa mu = m(¿12 C )=1,66∗10−27 ¿
12
 Nucleon rustmassa
o Proton: m0,p
o Neutron: m0,n
 Er moet moeite gedaan worden om protonen en neutronen uit elkaar te trekken
o Energie instoppen op proton eruit te halen
o Energie is volgens Einstein ook een massa
 Verklaard verschil in gegeven atoommassa mu en zelfberekende som door
optellen aantal protonen en neutronen
m0
 E=mc 2= c²
√ 1−v 2 /c ²
2
m
 Energie van mu in rust: E=( 1,66∗10
−27
(
kg ) 3,0∗10 8
s2 )
o E=1,49∗10−10 J
 Wegens 1eV = 1,6∗10−19 J → E=931 MeV
 Massa van de kern < massa van de nucleonen
 Massa van atoom < massa van de nucleonen + elektronen Door bindingsenergie van de
nucleonen

,  Bindingsenergie = energie die men moet toevoegen om nucleonen te scheiden
o Voor elektronen zeer klein (10-100 eV) in vergelijking met nucleonen (orde MeV)
o Per nucleon vele verschillen
 Neemt sterk toe met A, met maximum bij 56Fe
 Neemt nadien weer langzaam af bij stijgende A
o Buitenste protonen zitten relatief ver van elkaar en worden
afgestoten door Coulombkracht (makkelijker uit elkaar te
halen

Straling
 Sommige kernen zijn niet stabiel → verval met uitzending van radioactieve straling
o Radioactieve straling is ioniserend = gevaarlijk
 Verschillende soorten straling
o De α-straling (He kernen)straling (He kernen)
 Relatief zware deeltjes = helium kernen (2 protonen en 2 neutronen)
4
 Positief geladen 2He
A
X → A− 4
Z−2Y +α
o Z
 Na uitzenden van straling krijgen we een andere
hoeveelheid neutronen, protonen en neutronen,
waardoor we een nieuw element krijgen

 Bv:
 Snelheid van α-deeltje is relatief klein = 10−2 −10−1∗c
o De β-straling (He kernen)straling (elektronen of positronen)
 Elektron (β-) of positron (β+)
 Komen van de kern en niet uit de schillen, want neutron kan zowel
naar proton als elektron omgezet worden
 Voor een β—deeltje geldt:n → p+ ¿e-
o Vervalproces: AZ X → Y + Z +1A ¿ ¿e-
 Voor een β+-deeltje geldt: p →n+ ¿e+
o Vervalproces: X → AZ Y + Z−1A¿ ¿e+
o De γ-straling (He kernen)straling (fotonen)
 Elektromagnetische straling met zeer hoge energie en snelheid c