Natuurkunde hoofdstuk 16 Kern- en
deeltjesprocessen
§1. Subatomaire deeltjes detecteren
Een elektron (𝛽-deeltje) is een elementair deeltje: het is niet verder opgebouwd uit andere
deeltjes. Het 𝛼-deeltje bestaat uit twee protonen en twee neutronen. Ook protonen en
neutronen zijn geen elementaire deeltjes. Een foton (𝛾-deeltje) is een elementair deeltje.
Omdat deeltjes interactie met elkaar hebben, kunnen de subatomaire deeltjes
geïdentificeerd worden. Hiervoor zijn verschillende manieren:
- Bellenvat: in een vloeistof die bijna aan de kook is ontstaat een spoor van belletjes
die de aanwezigheid van deeltjes verraden. Door het bellenvat in een sterk
magneetveld te plaatsen, veranderen geladen deeltjes van richting en kan de snelheid
en lading bepaald worden. Dit kan ook in een elektrisch veld, maar dan verandert de
snelheid. Er is dus sprake van het analyseren van geladen deeltjes, die geleidelijk hun
energie verliezen tot ze stilstaan (dracht).
o Uit de wisselwerking van een foton met atoomkern komt paarproductie. Er
ontstaat een positron en elektron. De positron is het antideeltje van een
elektron: dezelfde massa, maar een tegengestelde lading.
o Het positron wil reageren en heeft daardoor een korte lijn. Het elektron
reageert niet en buigt langer af. De richting van het magneetveld geeft ook aan
waar elektronen heen gaan: magneetveld papier in, elektronen rechtsom.
Neutronen wisselwerken niet via elektromagnetische krachten, maar met
atoomkernen. Er ontstaan dan geladen deeltjes wel gedetecteerd kunnen worden.
𝑚𝑣 2
De energie van het deeltje is te bepalen met 𝐹𝑚𝑝𝑧 = 𝐹𝐿 ( = 𝐵𝑞𝑣 ) of met behulp
𝑟
van een calorimeter.
- Foto-elektrisch effect: fotonen die te weinig energie hebben om een elektron-
positronpaar te vormen kunnen door het foto-elektrisch effect waargenomen worden.
- Dradenkamer: in een met gas gevulde ruimte bevinden zich vele parallelle draden (+,
anode) tussen twee geleidende platen (-, kathode). Wanneer een deeltje een ionisatie
veroorzaakt, worden de vrijgemaakte elektronen aangetrokken tot de draden. Door
versnelling ioniseren andere gasdeeltjes ook. Er ontstaat daardoor een stroomimpuls
bij een bepaald draad. Uit dit signaal is af te leiden waar het eerste deeltje
binnenkwam en wat zijn energie was.
- Halfgeleiderdetector: een inkomend deeltje maakt een elektron los. Het aantal
elektronen dat vrijkomt, is een maat voor de hoeveelheid energie die het inkomende
deeltje heeft verloren. De detector bestaat uit een vaste stof (grotere kans op
detectie) en er is weinig energie nodig voor ionisatie.
- Scintillatietellers: speciale stoffen zenden lichtpulsjes uit als er een deeltje voor
ionisatie zorgt. Deze worden versterkt en uitgelezen. Ze zijn zeer gevoelig en snel.
Het spoor kan minder goed bepaald worden.
deeltjesprocessen
§1. Subatomaire deeltjes detecteren
Een elektron (𝛽-deeltje) is een elementair deeltje: het is niet verder opgebouwd uit andere
deeltjes. Het 𝛼-deeltje bestaat uit twee protonen en twee neutronen. Ook protonen en
neutronen zijn geen elementaire deeltjes. Een foton (𝛾-deeltje) is een elementair deeltje.
Omdat deeltjes interactie met elkaar hebben, kunnen de subatomaire deeltjes
geïdentificeerd worden. Hiervoor zijn verschillende manieren:
- Bellenvat: in een vloeistof die bijna aan de kook is ontstaat een spoor van belletjes
die de aanwezigheid van deeltjes verraden. Door het bellenvat in een sterk
magneetveld te plaatsen, veranderen geladen deeltjes van richting en kan de snelheid
en lading bepaald worden. Dit kan ook in een elektrisch veld, maar dan verandert de
snelheid. Er is dus sprake van het analyseren van geladen deeltjes, die geleidelijk hun
energie verliezen tot ze stilstaan (dracht).
o Uit de wisselwerking van een foton met atoomkern komt paarproductie. Er
ontstaat een positron en elektron. De positron is het antideeltje van een
elektron: dezelfde massa, maar een tegengestelde lading.
o Het positron wil reageren en heeft daardoor een korte lijn. Het elektron
reageert niet en buigt langer af. De richting van het magneetveld geeft ook aan
waar elektronen heen gaan: magneetveld papier in, elektronen rechtsom.
Neutronen wisselwerken niet via elektromagnetische krachten, maar met
atoomkernen. Er ontstaan dan geladen deeltjes wel gedetecteerd kunnen worden.
𝑚𝑣 2
De energie van het deeltje is te bepalen met 𝐹𝑚𝑝𝑧 = 𝐹𝐿 ( = 𝐵𝑞𝑣 ) of met behulp
𝑟
van een calorimeter.
- Foto-elektrisch effect: fotonen die te weinig energie hebben om een elektron-
positronpaar te vormen kunnen door het foto-elektrisch effect waargenomen worden.
- Dradenkamer: in een met gas gevulde ruimte bevinden zich vele parallelle draden (+,
anode) tussen twee geleidende platen (-, kathode). Wanneer een deeltje een ionisatie
veroorzaakt, worden de vrijgemaakte elektronen aangetrokken tot de draden. Door
versnelling ioniseren andere gasdeeltjes ook. Er ontstaat daardoor een stroomimpuls
bij een bepaald draad. Uit dit signaal is af te leiden waar het eerste deeltje
binnenkwam en wat zijn energie was.
- Halfgeleiderdetector: een inkomend deeltje maakt een elektron los. Het aantal
elektronen dat vrijkomt, is een maat voor de hoeveelheid energie die het inkomende
deeltje heeft verloren. De detector bestaat uit een vaste stof (grotere kans op
detectie) en er is weinig energie nodig voor ionisatie.
- Scintillatietellers: speciale stoffen zenden lichtpulsjes uit als er een deeltje voor
ionisatie zorgt. Deze worden versterkt en uitgelezen. Ze zijn zeer gevoelig en snel.
Het spoor kan minder goed bepaald worden.
