5. de atoomkern en de ioniserende straling
1. het kernmodel
Een model is een vereenvoudigde, denkbeeldige voorstelling van een ingewikkelde
werkelijkheid
- gebruikt om eigenschappen te verklaren en te voorspellen
- als een model niet meer voldoet, wordt het aangepast, uitgebreid of verfijnd
vb.
- deeltjesmodel: denkbeeldige voorstelling van de materie
- atoommodel: denkbeeldige voorstelling van het atoom
evolutie atoommodel:
1800: atoom is een bolvormig, ondeelbaar, massief deeltje (John Dalton)
↓
geladen lichaam in elektrostatica proeven
↓
1897: atoom is een bolvormige positieve massa met daarin negatieve
elektronen (Joseph Thomson)
↓
ioniserende straling dringt door materie
↓
1910: in een atoom bewegen de elektronen in een ijle ruimte rond de kleine
positieve kern (Ernest Rutherford)
1.1.1 structuur van de kern
1920: Rutherford voorspelde, naast het proton in de kern, het bestaan van
een ander kerndeeltje dat geen lading maar wel ongeveer de massa van een
proton had, want
- de massa van de kern kwam niet overeen met de massa van alle
protonen in de kern
- de lading van alle protonen was gelijk aan de lading van alle
elektronen, wat een atoom neutraal maakt
1932; Chadwick ontdekt experimenteel het neutron
tot 1950: Het elektron, het proton en het neutron werden toen beschouwd als
de kleinste bouwstenen, de fundamentele of elementaire deeltjes van de
materie
rond 1960: Uit verstrooiingsexperimenten komen deeltjesfysici te weten dat
protonen en neutronen opgebouwd zijn uit quarks
, - er zijn verschillende soorten quarks: up (u), down (d), charm, strange,
top en bottom
- quarks komen altijd voor in groepjes
- de lading van quarks is een fractie van de elementaire lading
- quarks zijn fundamentele deeltjes
de kern of nuclide van een atoom → bevat alle massa van een
atoom
↓opgebouwd uit
kerndeeltjes of nucleonen
↓
- positieve protonen (2 up en 1 down quark)
- mp+ = 1,6726 * 10−27 kg
- qp+ = + 1,60 * 10−19 C
- neutrale neutronen (1 up en 2 down quark)
- mn0 = 1,6726 * 10−27 kg
- qn0 = 0
atoomnummer - protongetal Z
-> aantal protonen in een kern
massagetal - nucleonental A
-> som van het aantal protonen en aantal neutronen
neutronental N
-> aantal neutronen in een kern
A=Z+N het aantal protonen in de kern bepaalt het soort element
1.2.1 isotopen
1870: Dmitri Mendelejev rangschikt de elementen in het periodiek systeem
der elementen
↓
er waren nog veel open plaatsen
, ↓
Maar op een bepaald moment waren er 40 elementen voor maar 11
plaatsen
1913: Frederick Soddy bepaalde dat een aantal van die elementen hetzelfde
aantal protonen maar een verschillend aantal neutronen hadden
↓
isotopen of isotope nucliden
- atomen met eenzelfde aantal protonen
- zelfde Z, symbool, plaats in PSE
- maar met een verschillend aantal neutronen
- verschillende A, massa
de drie isotopen van waterstof
1.3.1 krachten in de kern
coulombkracht
↓ -> tussen p+ en p+, niet tussen de n0 want die hebben geen lading
↓
afstotingskracht
↓
kern zou uit elkaar vallen, maar dit gebeurt niet
↓
een aantrekkingskracht moet aanwezig zijn om die afstotingskracht te
overwinnen
↓
zwaartekracht is veel te klein om de coulombkracht te overwinnen
-> kernkracht is een sterke aantrekkingskracht
eigenschappen van kernkracht:
- kernkrachten werken maar over een zeer korte afstand (1fm = 1 *10−27 m)
-
kernkrachten werken tussen alle nucleonen
- p+ en n0, p+ en p+, n0 en n0
kernkrachten zijn het gevolg van de sterke wisselwerking tussen quarks in
een kerndeeltje
1. het kernmodel
Een model is een vereenvoudigde, denkbeeldige voorstelling van een ingewikkelde
werkelijkheid
- gebruikt om eigenschappen te verklaren en te voorspellen
- als een model niet meer voldoet, wordt het aangepast, uitgebreid of verfijnd
vb.
- deeltjesmodel: denkbeeldige voorstelling van de materie
- atoommodel: denkbeeldige voorstelling van het atoom
evolutie atoommodel:
1800: atoom is een bolvormig, ondeelbaar, massief deeltje (John Dalton)
↓
geladen lichaam in elektrostatica proeven
↓
1897: atoom is een bolvormige positieve massa met daarin negatieve
elektronen (Joseph Thomson)
↓
ioniserende straling dringt door materie
↓
1910: in een atoom bewegen de elektronen in een ijle ruimte rond de kleine
positieve kern (Ernest Rutherford)
1.1.1 structuur van de kern
1920: Rutherford voorspelde, naast het proton in de kern, het bestaan van
een ander kerndeeltje dat geen lading maar wel ongeveer de massa van een
proton had, want
- de massa van de kern kwam niet overeen met de massa van alle
protonen in de kern
- de lading van alle protonen was gelijk aan de lading van alle
elektronen, wat een atoom neutraal maakt
1932; Chadwick ontdekt experimenteel het neutron
tot 1950: Het elektron, het proton en het neutron werden toen beschouwd als
de kleinste bouwstenen, de fundamentele of elementaire deeltjes van de
materie
rond 1960: Uit verstrooiingsexperimenten komen deeltjesfysici te weten dat
protonen en neutronen opgebouwd zijn uit quarks
, - er zijn verschillende soorten quarks: up (u), down (d), charm, strange,
top en bottom
- quarks komen altijd voor in groepjes
- de lading van quarks is een fractie van de elementaire lading
- quarks zijn fundamentele deeltjes
de kern of nuclide van een atoom → bevat alle massa van een
atoom
↓opgebouwd uit
kerndeeltjes of nucleonen
↓
- positieve protonen (2 up en 1 down quark)
- mp+ = 1,6726 * 10−27 kg
- qp+ = + 1,60 * 10−19 C
- neutrale neutronen (1 up en 2 down quark)
- mn0 = 1,6726 * 10−27 kg
- qn0 = 0
atoomnummer - protongetal Z
-> aantal protonen in een kern
massagetal - nucleonental A
-> som van het aantal protonen en aantal neutronen
neutronental N
-> aantal neutronen in een kern
A=Z+N het aantal protonen in de kern bepaalt het soort element
1.2.1 isotopen
1870: Dmitri Mendelejev rangschikt de elementen in het periodiek systeem
der elementen
↓
er waren nog veel open plaatsen
, ↓
Maar op een bepaald moment waren er 40 elementen voor maar 11
plaatsen
1913: Frederick Soddy bepaalde dat een aantal van die elementen hetzelfde
aantal protonen maar een verschillend aantal neutronen hadden
↓
isotopen of isotope nucliden
- atomen met eenzelfde aantal protonen
- zelfde Z, symbool, plaats in PSE
- maar met een verschillend aantal neutronen
- verschillende A, massa
de drie isotopen van waterstof
1.3.1 krachten in de kern
coulombkracht
↓ -> tussen p+ en p+, niet tussen de n0 want die hebben geen lading
↓
afstotingskracht
↓
kern zou uit elkaar vallen, maar dit gebeurt niet
↓
een aantrekkingskracht moet aanwezig zijn om die afstotingskracht te
overwinnen
↓
zwaartekracht is veel te klein om de coulombkracht te overwinnen
-> kernkracht is een sterke aantrekkingskracht
eigenschappen van kernkracht:
- kernkrachten werken maar over een zeer korte afstand (1fm = 1 *10−27 m)
-
kernkrachten werken tussen alle nucleonen
- p+ en n0, p+ en p+, n0 en n0
kernkrachten zijn het gevolg van de sterke wisselwerking tussen quarks in
een kerndeeltje
