Samenvatting Systematische natuurkunde Katern C Kern- en deeltjesprocessen VWO 6

Katern C Kern- en deeltjesprocessen



§1 Subatomaire deeltjes

Bepaalde atoomsoorten zenden van nature straling uit --> Radioactieve straling
Rutherford ontdekte later drie soorten straling:
- Alfastraling --> positieve lading
- Bètastraling --> negatieve lading
- Gammastraling --> zonder lading
Protonen, neutronen en elektronen zijn kleiner
dan atomen. Deze kleine deeltjes noemen ze
subatomaire deeltjes.
Er werd in die tijd gemeten aan deze deeltjes door middel van het
wilsonvat of nevelvat.
Momenteel gaat dat met deeltjesdetectoren.
Het nevelvat: in het nevelvat bevindt zich een damp die net niet
condenseert tot een vloeistof. Wanneer een subatomaire deeltje in het wat
komt, kan het een aantal van de atomen op zijn pad ioniseren. Deze ionen
leiden onmiddellijk tot condensatie van de damp. Dit zorgt voor een spoort
van nevel.
Bij elke botsing neemt de energie van het subatomaire deeltje af. Na een aantal botsingen is de energie
te laag om nog dampmoleculen te ioniseren en daarmee stopt het spoor.
Het spoor wordt gekromd doordat het nevelvat zich in een magnetische veld bevindt. De geladen deeltjes
ondervinden dan een lorentzkracht (als middelpuntzoekende kracht). 𝐹𝑚𝑝𝑧 = 𝐹𝐿 Hieruit volgt
de formule voor de kromtestraal van de baan van het deeltje:
𝑚∙𝑣 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 ∙ 𝑠𝑛𝑒𝑙ℎ𝑒𝑖𝑑
𝑟= --> 𝑘𝑟𝑜𝑚𝑡𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎𝑎𝑙 =
𝐵∙𝑞 𝑚𝑎𝑔𝑛𝑒𝑡𝑖𝑠𝑐ℎ𝑒 𝑣𝑒𝑙𝑑 𝑠𝑡𝑒𝑟𝑘𝑡𝑒 ∙ 𝑙𝑎𝑑𝑖𝑛𝑔

De richting van de kromming is te bepalen met de FBI-regel.
Kosmische straling: de straling in de vorm van geladen en ongeladen deeltjes dat op aarde terecht komt.
Een positron heeft de massa en de grootte van de lading van een elektron, maar een positieve lading. Je
noemt dit ook wel het antideeltje van het elektron.
Een muon is een deeltje dat te vergelijken is met een elektron, maar met een 200x zo grote massa.
§2 Kernreacties
𝑃𝑟𝑜𝑡𝑜𝑛𝑒𝑛+𝑛𝑒𝑢𝑡𝑟𝑜𝑛𝑒𝑛
Atoomkern van element X --> 𝑃𝑟𝑜𝑡𝑜𝑛𝑒𝑛 𝑋 Deeltje Notatie
74 Proton 1
1𝑝
Voorbeeld: Germaniumkern: 32𝐺𝑒
Neutron 1
0𝑛
Protonen: atoomnummer Protonen + Neutronen: massagetal Elektron 0
−1𝑒

Elementen met hetzelfde atoomnummer, maar een ander massagetal Positron 0
+1𝑒
- straling 2
4
noem je isotopen (Binas 25A)
-- straling −1
0

Protonen, neutronen, elektronen en stralingen noteer je op een
+- straling 0

vergelijkbare manier. (Tabel hiernaast) +1
- straling 0
0


, Als binnen de kern het aantal deeltjes na verloop van tijd spontaan verandert, dan noem je de deeltjes
instabiel. Zo’n proces heet een vervalreactie. Er ontstaat een nieuwe kern en er komt straling vrij.
Over die straling is informatie te vinden in Binas Tabel 25A. Je kunt vinden welke straling, hoelang het
duurt en de maximale kinetische energie waarmee een elektron de kern verlaat.
De twee behoudswetten van een vervalreactie:
- Behoud van het ladingsgetal: De totale lading voor de pijl is gelijk aan de totale lading na de pijl.
- Behoud van het massagetal: Het totale aantal protonen en neutronen voor de reactie is gelijk aan het
totale aantal protonen en neutronen na de reactie.

Voorbeeld: C-14 --> straling: - max. kinetische energie: 0,156 MeV. Duurt 5730 jaar.

De vervalreactie van C-14 is dan: 14
6𝐶 → 14
7𝑁 + −10


Dit kan ook doormiddel van de K-vangst. Bij dit proces wordt een elektronenwolk opgenomen in de kern
en combineert dan met een proton tot een neutron.
11 11
Voorbeeld: C-11 6𝐶 + −10e → 5𝐵

Het is tegenwoordig ook mogelijk om kunstmatig kernreacties te laten optreden.
Het massadefect: De hoeveelheid massa die verdwijnt tijdens een vervalreactie.
Mna – Mvoor = de hoeveelheid verdwenen massa.
De verdwenen massa is omgezet in energie. Dit kun je berekenen met:
De hoeveelheid verdwenen massa x 931,494061 = … MeV aan vrijgekomen energie.


§3 Neutrino’s

Bij het bètaverval van een neutron komt er nog een derde deeltje zonder lading en massa vrij, het
antideeltje (neutrino). Er zijn drie soorten neutrino’s, deze behoren allemaal tot de leptonen.

Deeltje Antideeltje
Elektron 𝑒− 𝑒+
Elektronneutrino 𝑣𝑒 𝑣̅𝑒
Muon  𝜇̅
Muonneutrino 𝑣𝜇 𝑣𝜇
̅̅̅
Tauon  𝜏̅
Tauonneutrino 𝑣𝜏 𝑣̅𝜏

Leptongetallen 1 -1


Behoud van leptongetal: Vergelijking waar we leptonen toevoegen.

Annihilatie: Als een elektron en een positron op elkaar botsen. De massa’s van beide deeltjes worden dat
volledig omgezet in energie. De energie komt vrij als gammastraling (twee gamma-fotonen).
Een voorwerp met massa en snelheid heeft naast kinetische energie ook een impuls. 𝑝⃗ = 𝑚 ∙ 𝑣⃗
Het impuls noem je ook wel de hoeveelheid beweging.