Radioactiviteit - Kernverval

Radioactiviteit

Kernverval

1 / 32

Slide 1: Slide

NatuurkundeMiddelbare schoolhavo, vwoLeerjaar 4

This lesson contains 32 slides, with interactive quiz, text slides and 3 videos.

Lesson duration is: 45 min

Items in this lesson

Radioactiviteit

Kernverval

Slide 1 - Slide

Hoofdstuk Radioactiviteit

Radioactiviteit - Kernverval

Radioactiviteit - De bouw van atomen

Radioactiviteit - Halveringstijd

Radioactiviteit - Activiteit

Radioactiviteit - Stralingsgevaar

Radioactiviteit - Medische beeldvorming

Radioactiviteit - Halveringsdikte & logaritmisch rekenen

Slide 2 - Slide

Leerdoelen

Aan het eind van de les kan je...

... uitleggen wat alfa-, beta- & gamma-straling is

... een kernvervalvergelijking opstellen met die drie soorten straling

Slide 3 - Slide

Slide 4 - Video

Slide 5 - Video

Slide 6 - Video

^{​ 92 ​ 235 ​ ​} U +^{​ 0 ​ 1 ​ ​} n \to^{​ 36 ​ 92 ​ ​} K r +^{​ 56 ​ 142 ​ ​} B a + 2^{​ 0 ​ 1 ​ ​} n

Slide 7 - Slide

^{​ 92 ​ 235 ​ ​} U +^{​ 0 ​ 1 ​ ​} n \to^{​ 36 ​ 92 ​ ​} K r +^{​ 56 ​ 142 ​ ​} B a + 2^{​ 0 ​ 1 ​ ​} n

^{​ 92 ​ 235 ​ ​} U +^{​ 0 ​ 1 ​ ​} n \to^{​ 36 ​ 92 ​ ​} K r +^{​ 56 ​ 142 ​ ​} B a + 2^{​ 0 ​ 1 ​ ​} n

^{​ 92 ​ 235 ​ ​} U +^{​ 0 ​ 1 ​ ​} n \to^{​ 36 ​ 92 ​ ​} K r +^{​ 56 ​ 142 ​ ​} B a + 2^{​ 0 ​ 1 ​ ​} n

Slide 8 - Slide

^{​ 92 ​ 235 ​ ​} U +^{​ 0 ​ 1 ​ ​} n \to^{​ 36 ​ 92 ​ ​} K r +^{​ 56 ​ 142 ​ ​} B a + 2^{​ 0 ​ 1 ​ ​} n

^{​ 92 ​ 235 ​ ​} U +^{​ 0 ​ 1 ​ ​} n \to^{​ 36 ​ 92 ​ ​} K r +^{​ 56 ​ 142 ​ ​} B a + 2^{​ 0 ​ 1 ​ ​} n

^{​ 92 ​ 235 ​ ​} U +^{​ 0 ​ 1 ​ ​} n \to^{​ 36 ​ 92 ​ ​} K r +^{​ 56 ​ 142 ​ ​} B a + 2^{​ 0 ​ 1 ​ ​} n

^{​ 92 ​ 235 ​ ​} U +^{​ 0 ​ 1 ​ ​} n \to^{​ 36 ​ 92 ​ ​} K r +^{​ 56 ​ 142 ​ ​} B a + 2^{​ 0 ​ 1 ​ ​} n

^{​ 92 ​ 235 ​ ​} U +^{​ 0 ​ 1 ​ ​} n \to^{​ 36 ​ 92 ​ ​} K r +^{​ 56 ​ 142 ​ ​} B a + 2^{​ 0 ​ 1 ​ ​} n

^{​ 92 ​ 235 ​ ​} U +^{​ 0 ​ 1 ​ ​} n \to^{​ 36 ​ 92 ​ ​} K r +^{​ 56 ​ 142 ​ ​} B a + 2^{​ 0 ​ 1 ​ ​} n

^{​ 92 ​ 235 ​ ​} U +^{​ 0 ​ 1 ​ ​} n \to^{​ 36 ​ 92 ​ ​} K r +^{​ 56 ​ 142 ​ ​} B a + 2^{​ 0 ​ 1 ​ ​} n

Slide 9 - Slide

^{​ 92 ​ 235 ​ ​} U +^{​ 0 ​ 1 ​ ​} n \to^{​ 36 ​ 92 ​ ​} K r +^{​ 56 ​ 142 ​ ​} B a + 2^{​ 0 ​ 1 ​ ​} n

^{​ 92 ​ 235 ​ ​} U +^{​ 0 ​ 1 ​ ​} n \to^{​ 36 ​ 92 ​ ​} K r +^{​ 56 ​ 142 ​ ​} B a + 2^{​ 0 ​ 1 ​ ​} n

^{​ 92 ​ 235 ​ ​} U +^{​ 0 ​ 1 ​ ​} n \to^{​ 36 ​ 92 ​ ​} K r +^{​ 56 ​ 142 ​ ​} B a + 2^{​ 0 ​ 1 ​ ​} n

^{​ 92 ​ 235 ​ ​} U +^{​ 0 ​ 1 ​ ​} n \to^{​ 36 ​ 92 ​ ​} K r +^{​ 56 ​ 142 ​ ​} B a + 2^{​ 0 ​ 1 ​ ​} n

^{​ 92 ​ 235 ​ ​} U +^{​ 0 ​ 1 ​ ​} n \to^{​ 36 ​ 92 ​ ​} K r +^{​ 56 ​ 142 ​ ​} B a + 2^{​ 0 ​ 1 ​ ​} n

^{​ 92 ​ 235 ​ ​} U +^{​ 0 ​ 1 ​ ​} n \to^{​ 36 ​ 92 ​ ​} K r +^{​ 56 ​ 142 ​ ​} B a + 2^{​ 0 ​ 1 ​ ​} n

^{​ 92 ​ 235 ​ ​} U +^{​ 0 ​ 1 ​ ​} n \to^{​ 36 ​ 92 ​ ​} K r +^{​ 56 ​ 142 ​ ​} B a + 2^{​ 0 ​ 1 ​ ​} n

^{​ 92 ​ 235 ​ ​} U +^{​ 0 ​ 1 ​ ​} n \to^{​ 36 ​ 92 ​ ​} K r +^{​ 56 ​ 142 ​ ​} B a + 2^{​ 0 ​ 1 ​ ​} n

^{​ 92 ​ 235 ​ ​} U +^{​ 0 ​ 1 ​ ​} n \to^{​ 36 ​ 92 ​ ​} K r +^{​ 56 ​ 142 ​ ​} B a + 2^{​ 0 ​ 1 ​ ​} n

^{​ 92 ​ 235 ​ ​} U +^{​ 0 ​ 1 ​ ​} n \to^{​ 36 ​ 92 ​ ​} K r +^{​ 56 ​ 142 ​ ​} B a + 2^{​ 0 ​ 1 ​ ​} n

^{​ 92 ​ 235 ​ ​} U +^{​ 0 ​ 1 ​ ​} n \to^{​ 36 ​ 92 ​ ​} K r +^{​ 56 ​ 142 ​ ​} B a + 2^{​ 0 ​ 1 ​ ​} n

^{​ 92 ​ 235 ​ ​} U +^{​ 0 ​ 1 ​ ​} n \to^{​ 36 ​ 92 ​ ​} K r +^{​ 56 ​ 142 ​ ​} B a + 2^{​ 0 ​ 1 ​ ​} n

^{​ 92 ​ 235 ​ ​} U +^{​ 0 ​ 1 ​ ​} n \to^{​ 36 ​ 92 ​ ​} K r +^{​ 56 ​ 142 ​ ​} B a + 2^{​ 0 ​ 1 ​ ​} n

^{​ 92 ​ 235 ​ ​} U +^{​ 0 ​ 1 ​ ​} n \to^{​ 36 ​ 92 ​ ​} K r +^{​ 56 ​ 142 ​ ​} B a + 2^{​ 0 ​ 1 ​ ​} n

^{​ 92 ​ 235 ​ ​} U +^{​ 0 ​ 1 ​ ​} n \to^{​ 36 ​ 92 ​ ​} K r +^{​ 56 ​ 142 ​ ​} B a + 2^{​ 0 ​ 1 ​ ​} n

Slide 10 - Slide

Straling

α^{​ 2 ​ 4 ​ ​} H e^{​ 2 ​ 4 ​ ​} α

β^{​ - ​ ​}^{​ - 1 ​ 0 ​ ​} e^{​ - 1 ​ 0 ​ ​} β^{​ - ​ ​}

β^{​ + ​ ​}^{​ + 1 ​ 0 ​ ​} e^{​ + 1 ​ 0 ​ ​} β^{​ + ​ ​}

γ^{​ 0 ​ 0 ​ ​} γ

Slide 11 - Slide

Thorium-232

Slide 12 - Slide

Thorium-232

BINAS T25A

Slide 13 - Slide

Thorium-232

BINAS T25A

Slide 14 - Slide

Thorium-232

^{​ 90 ​ 232 ​ ​} T h \to . . . . . . . . +^{​ 2 ​ 4 ​ ​} H e +^{​ 0 ​ 0 ​ ​} γ

BINAS T25A

Slide 15 - Slide

Thorium-232

^{​ 90 ​ 232 ​ ​} T h \to . . . . . . . . +^{​ 2 ​ 4 ​ ​} H e +^{​ 0 ​ 0 ​ ​} γ

BINAS T25A

A_m = 232

N_m = 142

Z_m = 90

A_α = 4

N_α = 2

Z_α = 2

A_γ = 0

N_γ = 0

Z_γ = 0

Slide 16 - Slide

Thorium-232

^{​ 90 ​ 232 ​ ​} T h \to . . . . . . . . +^{​ 2 ​ 4 ​ ​} H e +^{​ 0 ​ 0 ​ ​} γ

BINAS T25A

A_m = 232

N_m = 142

Z_m = 90

A_d = 228

N_d = 140

Z_d = 88

A_α = 4

N_α = 2

Z_α = 2

A_γ = 0

N_γ = 0

Z_γ = 0

Slide 17 - Slide

Thorium-232

^{​ 90 ​ 232 ​ ​} T h \to . . . . . . . . +^{​ 2 ​ 4 ​ ​} H e +^{​ 0 ​ 0 ​ ​} γ

BINAS T25A

^{​ 90 ​ 232 ​ ​} T h \to^{​ 88 ​ 228 ​ ​} R a +^{​ 2 ​ 4 ​ ​} H e +^{​ 0 ​ 0 ​ ​} γ

A_m = 232

N_m = 142

Z_m = 90

A_d = 228

N_d = 140

Z_d = 88

A_α = 4

N_α = 2

Z_α = 2

A_γ = 0

N_γ = 0

Z_γ = 0

Slide 18 - Slide

Kernverval Polonium-211

BINAS T25A

Slide 19 - Slide

Straling

In de vorige paragraaf hebben we over atomen en isotopen geleerd. Isotopen kunnen zowel stabiel als instabiel zijn. Bij instabiele isotopen worden deeltjes spontaan vanuit de atoomkernen met een hoge snelheid weggeschoten. Dit noemen we straling. Stoffen waarbij dit gebeurt noemen we radioactief.

De oorspronkelijke radioactieve kern noemen we de

moederkern en de kern die na de straling overblijft

noemen we de dochterkern. Het proces van het verloop van moederkern naar dochterkern noemen we het (kern)verval. Het kan zo zijn dat de dochterkern op haar beurt weer radioactief is en vervalt. In de afbeelding hiernaast zie je het verval van meerdere moederkernen in de tijd.

Isotopen die geen straling uitzenden, zijn stabiel.

Slide 20 - Slide

Drie soorten straling

Instabiele isotopen vervallen onder uitzending van straling. Er zijn drie verschillende soorten straling:

alfa-straling, helium kernen:

beta-straling

gamma-straling, elektromag-

netische straling:

α^{​ 2 ​ 4 ​ ​} H e^{​ 2 ​ 4 ​ ​} α

β^{​ - ​ ​}^{​ - 1 ​ 0 ​ ​} e^{​ - 1 ​ 0 ​ ​} β^{​ - ​ ​}

β^{​ + ​ ​}^{​ 1 ​ 0 ​ ​} e^{​ 1 ​ 0 ​ ​} β^{​ + ​ ​}

γ^{​ 0 ​ 0 ​ ​} γ

elektronen:

positronen:

{

Slide 21 - Slide

Drie soorten straling

Instabiele isotopen vervallen onder uitzending van straling. Er zijn drie verschillende soorten straling:

alfa-straling, helium kernen:

beta-straling

gamma-straling, elektromag-

netische straling:

α^{​ 2 ​ 4 ​ ​} H e^{​ 2 ​ 4 ​ ​} α

β^{​ - ​ ​}^{​ - 1 ​ 0 ​ ​} e^{​ - 1 ​ 0 ​ ​} β^{​ - ​ ​}

γ^{​ 0 ​ 0 ​ ​} γ

elektronen:

Slide 22 - Slide

Kernvervalvergelijking (1/2)

Hoe een kernreactie plaatsvindt, kan beschreven worden in een (kern)vervalvergelijking. Een voorbeeld van een vervalvergelijking is het verval van het isotoop

Thorium-232:

Daarbij wordt gebruik gemaakt van de laatste kolom van BINAS T25A waarin staat met welk soort straling een bepaald isotoop vervalt, zie hieronder.

Uit de tabel is af te lezen dat Thorium-232 vervalt met een alfa-deeltje en gammastraling.

Om de vervalvergelijking op te stellen, wordt eerst aan de linkerkant de moederkern (in dit geval Thorium-232) genoteerd. Daarna komt een pijl en wat ruimte om de dochterkern te noteren. Achter die open ruimte komen de soorten straling te staan:

Gammastraling speelt geen rol in het verval van de kernen, omdat het geen neutronen of protonen bevat. De heliumkern, oftewel het alfa-deeltje, bevat 2 neutronen en 2 protonen.

Omdat die rechtstreeks uit de moederkern komen, is er een ander isotoop als dochterkern aan de rechterkant van de vervalvergelijking ontstaan. Het aantal neutronen en protonen vóór en na de pijl moeten natuurlijk gelijk zijn aan elkaar. Kerndeeltjes verdwijnen niet spontaan.

^{​ 90 ​ 232 ​ ​} T h \to^{​ 88 ​ 228 ​ ​} R a +^{​ 2 ​ 4 ​ ​} H e +^{​ 0 ​ 0 ​ ​} γ

^{​ 90 ​ 232 ​ ​} T h \to . . . +^{​ 2 ​ 4 ​ ​} H e +^{​ 0 ​ 0 ​ ​} γ

Slide 23 - Slide

Kernvervalvergelijking (2/2)

De dochterkern is te achterhalen door het massagetal vóór en na de pijl op te stellen als een vergelijking. In het geval van de vervalvergelijking

wordt dat 232 = A_d + 4 + 0. De letter A_d geeft aan wat het massagetal van van de dochterkern moet zijn. Dat is natuurlijk makkelijk op te lossen door A_d = 232 - 4 - 0 = 228.

Hetzelfde kunnen we doen voor het aantal protonen. Daarvan wordt de vergelijking 90 = Z_d + 2 + 0. En dus is het aantal protonen van de dochterkern is berekenen met de vergelijking Z_d = 90 - 2 - 0 = 88. Het isotoop met Z = 88 en A = 228 komt overeen met het isotoop Radium-228.

Die kan dan in de vervalvergelijking genoteerd worden op de plek waar de dochterkern genoteerd moet worden en daarmee is het compleet.

Dit is ook uit te voeren voor vervalvergelijkingen die maar met één soort straling vervallen. Houdt er rekening mee dat nooit naar kernverval wordt gevraagd met zowel een alfa- en beta-deeltje.

^{​ 90 ​ 232 ​ ​} T h \to^{​ 88 ​ 228 ​ ​} R a +^{​ 2 ​ 4 ​ ​} H e +^{​ 0 ​ 0 ​ ​} γ

^{​ 90 ​ 232 ​ ​} T h \to . . . +^{​ 2 ​ 4 ​ ​} H e +^{​ 0 ​ 0 ​ ​} γ

Let op!

Er is een duidelijk verschil tussen kernreacties en chemische reacties (zoals bij scheikunde). Bij de laatstgenoemde worden elektronen tussen atomen uitgewisseld of gedeeld, en blijven de kernen hetzelfde. Bij kernreacties is het juist de kern die verandert.

Slide 24 - Slide

Alfa, beta & gammastraling

Bij alfastraling breekt een helium-4 kern van de moederkern af. We kunnen het op de volgende manier noteren:

Een voorbeeld waarbij alfastraling vrijkomt, is het verval van polonium-214 in de volgende vervalvergelijking:

Betastraling is er in twee soorten, β^- en β⁺-straling. Bij de eerstgenoemde straling komt een elektron uit de kern vrij. We noemen dit ook wel eens simpelweg β-straling. Notatie is als:

Dit deeltje komt vrij door het verval van een neutron en een proton:

Gammastraling bestaat uit lichtdeeltjes, fotonen genaamd, met een hoge energie. Notatie is als volgt:

Wanneer een deeltje vervalt met gammastraling, verandert het massagestal en atoomnummer niet. De hoeveelheid energie van het deeltje verandert wel door uitzending van een gamma-foton.

^{​ 2 ​ 4 ​ ​} H e^{​ 2 ​ 4 ​ ​} α

^{​ 0 ​ 1 ​ ​} n \to^{​ 1 ​ 1 ​ ​} p +^{​ - 1 ​ 0 ​ ​} e^{​ - ​ ​}

^{​ 0 ​ 0 ​ ​} γ

^{​ 84 ​ 214 ​ ​} P o \to^{​ 82 ​ 210 ​ ​} P b +^{​ 2 ​ 4 ​ ​} H e

^{​ - 1 ​ 0 ​ ​} e^{​ - 1 ​ 0 ​ ​} β

Slide 25 - Slide

Alfa, beta & gammastraling

Bij alfastraling breekt een helium-4 kern van de moederkern af. We kunnen het op de volgende manier noteren:

Een voorbeeld waarbij alfastraling vrijkomt, is het verval van polonium-214 in de volgende vervalvergelijking:

Betastraling is er in twee soorten, β^- en β⁺-straling. Bij de eerstgenoemde straling komt een elektron uit de kern vrij. We noemen dit ook wel eens simpelweg β^--straling. Notatie is als:

Bij β+-straling komt het antideeltje van het elektron vrij, een positron. Notatie is als:

Deze deeltjes komen vrij door het verval van een neutron en een proton:

Gammastraling bestaat uit lichtdeeltjes, fotonen genaamd, met een hoge energie. Notatie is als volgt:

Wanneer een deeltje vervalt met gammastraling, verandert het massagestal en atoomnummer niet. De hoeveelheid energie van het deeltje verandert wel door uitzending van een gamma-foton.

^{​ 2 ​ 4 ​ ​} H e^{​ 2 ​ 4 ​ ​} α

^{​ 0 ​ 1 ​ ​} n \to^{​ 1 ​ 1 ​ ​} p +^{​ - 1 ​ 0 ​ ​} e^{​ - ​ ​}

^{​ 1 ​ 0 ​ ​} e^{​ 1 ​ 0 ​ ​} β^{​ + ​ ​}

^{​ 0 ​ 0 ​ ​} γ

^{​ 84 ​ 214 ​ ​} P o \to^{​ 82 ​ 210 ​ ​} P b +^{​ 2 ​ 4 ​ ​} H e

^{​ - 1 ​ 0 ​ ​} e^{​ - 1 ​ 0 ​ ​} β^{​ - ​ ​}

^{​ 1 ​ 1 ​ ​} p \to^{​ 0 ​ 1 ​ ​} n +^{​ 1 ​ 0 ​ ​} e^{​ + ​ ​}

Slide 26 - Slide

Als je vragen hebt, kan je ze hier stellen.

Slide 27 - Open question

Opgaven

Opgave 1

Waaruit bestaat α-, β- en γ-straling?

Opgave 2

Bij β-straling komt een elektron uit de kern van het atoom. Maar in de atoomkern zitten toch alleen protonen en neutronen? Leg uit hoe dit dan toch kan gebeuren.

Opgave 3

Een α-deeltje verandert meestal in een heliumatoom. Wat moet er nog gebeuren om van een α-deeltje een heliumatoom te maken?

Opgave 4

Wat is het verschil tussen een chemische reactie en een kernreactie?

Opgave 5

Noteer de reactievergelijking van francium-221. Gebruik hiervoor de de laatste kolom in BINAS T 25.

Opgave 6

Een ander atoom verandert onder uitzending van een α-deeltje in een radium-224-atoom. Wat was het oorspronkelijke deeltje waaruit dit isotoop van radium ontstaan is?

Slide 28 - Slide

Opgaven

Opgave 1

Uit welke deeltjes bestaat α-, β⁺-, β^-- en γ-straling?

Opgave 2

Bij β^--straling komt een elektron uit de kern van het atoom. Maar in de atoomkern zitten toch alleen protonen en neutronen? Leg uit hoe dit dan toch kan gebeuren.

Opgave 3

Een α-deeltje verandert meestal in een heliumatoom. Wat moet er nog gebeuren om van een α-deeltje een heliumatoom te maken?

Opgave 4

Wat is het verschil tussen een chemische reactie en een kernreactie?

Opgave 5

Noteer de reactievergelijking van francium-221. Gebruik hiervoor de de laatste kolom in BINAS T 25.

Opgave 6

Een ander atoom verandert onder uitzending van een α-deeltje in een radium-224-atoom. Wat was het oorspronkelijke deeltje waaruit dit isotoop van radium ontstaan is?

Slide 29 - Slide

Opgaven

Opgave 7

a. Noteer de kernvervalvergelijking van plutonium-240.

b. Noteer de kernvervalvergelijking van gallium-72.

c. Noteer de kernvervalvergelijking van barium-137.

d. Noteer de kernvervalvergelijking van zilver-108.

e. Noteer de kernvervalvergelijking van natrium-22.

Opgave 8

De stof tritium (H-3) kan worden verkregen door lithium-6 te beschieten met een neutron. Bij deze stof komt naast tritium ook nog een ander deeltje vrij. Schrijf de bijbehorende kernreactievergelijking op.

Opgave 9

Als splijtstof in een kernreactor wordt uranium-235 gebruikt. De kern hiervan splijt als er een neutron wordt ingevangen. Bij een bepaalde splijting ontstaan drie nieuwe neutronen en is barium-147 een van de splijtingsproducten. Geef de reactievergelijking.

Opgave 10 *

Uranium-233 vervalt o.a. doormiddel van K-vangst. Bij dit proces valt een elektron uit de eerste schil in de atoomkern.

a. Geef de bijbehorende kernvervalvergelijking.

b. Bij K-vangst gaat het elektron dat in de kern valt een reactie aan met een proton en samen vormen ze een neutron. Laat zien hoe je dit aan de vervalreactie bij vraag a kan zien.

Slide 30 - Slide

Opgaven

Opgave 7

a. Noteer de reactievergelijking van plutonium-240.

b. Noteer de reactievergelijking van gallium-72.

c. Noteer de reactievergelijking van barium-137.

d. Noteer de twee mogelijke reactievergelijkingen van Broom-80.

e. Noteer de reactievergelijking tin-121-kern.

Opgave 8

Opgave 9

Opgave 10 *

Uranium-233 vervalt o.a. doormiddel van K-vangst. Bij dit proces valt een elektron uit de eerste schil in de atoomkern.

a. Geef de bijbehorende kernvervalvergelijking.

b. Bij K-vangst gaat het elektron dat in de kern valt een reactie aan met een proton en samen vormen ze een neutron. Laat zien hoe je dit aan de vervalreactie bij vraag a kan zien.

Slide 31 - Slide

Opgaven

Slide 32 - Slide

Radioactiviteit - Kernverval

Items in this lesson

Slide 1 - Slide

Slide 2 - Slide

Slide 3 - Slide

Slide 4 - Video

Slide 5 - Video

Slide 6 - Video

Slide 7 - Slide

Slide 8 - Slide

Slide 9 - Slide

Slide 10 - Slide

Slide 11 - Slide

Slide 12 - Slide

Slide 13 - Slide

Slide 14 - Slide

Slide 15 - Slide

Slide 16 - Slide

Slide 17 - Slide

Slide 18 - Slide

Slide 19 - Slide

Slide 20 - Slide

Slide 21 - Slide

Slide 22 - Slide

Slide 23 - Slide

Slide 24 - Slide

Slide 25 - Slide

Slide 26 - Slide

Slide 27 - Open question

Slide 28 - Slide

Slide 29 - Slide

Slide 30 - Slide

Slide 31 - Slide

Slide 32 - Slide

More lessons like this

H10 (herhaling H5)

H11.3 Radioactief verval

Hoofdstuk 4

4.4 Straling

10.2 Stralingsbronnen

4.4 Straling

4.4 Straling

w4 les 4