7.2 soorten verval (straling)

• Natuurkunde
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 3

7.2 soorten verval (straling)

toets 5

Neem voor je:

• schrift
• pen
• rekenmachine
• boek, paragraaf 7.2 (blz 287)

Telefoon zit in de telefoontas!

Voorkennis (scheikunde)

Een atoom bestaat uit een kern met daaromheen bewegende elektronen.

In de kern zitten twee soorten deeltjes, de protonen en de neutronen.

We kennen nu drie subatomaire deeltjes

1. elektronen (buiten de kern)
2. protonen (in de kern)
3. neutronen (in de kern)

Het aantal protonen is altijd hetzelfde bij een atoomsoort (atoomnummer).

Het aantal neutronen kan verschillen, dit noemen we isotopen. 

Voorkennis (scheikunde)

Door de kernkrachten (aantrekken van de massa's en afstoten door de positieve lading van protonen) kan de kern stabiel zijn en instabiel.

Het evenwicht kan verstoort worden als de verhouding tussen de protonen en neutronen niet goed is.

Dus er zijn isotopen die stabiel zijn en isotopen die niet stabiel zijn.

Isotopen worden aangegeven met het symbool en het massagetal.

(C-12 = koolstof met massagetal 12)

Voorkennis

Bij straling kun je de energie berekenen met de formules:

Bij straling kun je de frequentie met de golflengte berekenen met de formule:

Bij straling kun je de frequentie met de trillingstijd berekenen met de formule:

Een atoom kan als volgt genoteerd worden:

                              Het massagetal staat boven

                              Het atoomnummer staat onder

E=​λ​​h⋅c​​

E=h⋅f

E=​T​​h​​

f=​λ​​c​​

E=​T​​1​​

​6​​12​​C

phet.colorado.edu

Doelen van deze les (wat moet je kunnen)

• drie soorten verval kennen en herkennen
• beginselen van ontstaan van kernenergie weten
• alfaverval kunnen beredeneren
• bètaverval kunnen beredeneren
• gammaverval kunnen beredeneren

Radioactief verval

Als een kern instabiel is(verhouding tussen protonen en neutronen is niet goed), kan de kern zelf veranderen. Er wordt weer nieuwe stabiliteit gecreëerd door de verhouding tussen de protonen en de neutronen te herstellen.

Dit kan op drie manieren gebeuren:

1. Er worden protonen en neutronen uit de kern gehaald
2. Er wordt van een neutron een proton gemaakt
3. Er wordt van een proton een neutron gemaakt

Hierna kan er nog restenergie uitgezonden worden in een andere stralingsvorm. 

Alfaverval (   )

Bij alfaverval vliegt er een deeltje uit de kern die uit twee protonen en twee neutronen bestaat. 

Dit wordt ook een Helium-kern genoemd (let op er zijn geen elektronen).

De heliumkern wordt als volgt genoteerd:

massagetal = aantal deeltjes in de kern

atoomnummer = aantal protonen

α

​2​​4​​He

Alfaverval (   )

We kunnen dan een reactievergelijking noteren van de kern die er was en de kern die ontstaat.

Voorbeeld: we hebben een U-235 deeltje en die vervalt met alfastraling (He-4 deeltje).

1. zoek op (met het PS op de volgende dia) het atoomnummer van Uranium (U) en Helium (He)

 

α

• atoomnummer van U = 92
• atoomnummer van He = 2

Alfaverval (   )

We weten nu het atoomnummer en het massagetal van Uranium en kunnen dat noteren:

We weten ook het atoomnummer en het massagetal van Helium en kunnen dat ook noteren:

α

​2​​4​​He

​92​​235​​U

Alfaverval (   )

We moeten nu het atoomnummer van de nieuwe stof bepalen.

De kern had 92 protonen en er gaan er twee uit dus wordt het nieuwe atoom een atoom met 90 protonen ==> atoomnummer = 90

(opzoeken in het PS welk atoom dit is)

De kern had 235 kerndeeltjes en er gaan er 4 uit dus houden we er 231 over.

α

​2​​4​​He

​92​​235​​U

atoomnummer 90 hoort bij Thorium (= Th)

Alfaverval (   )

De reactievergelijking:

wat had je --> wat krijg je

α

​2​​4​​He

​92​​235​​U

​90​​231​​Th

+

Bètaverval (   )

Bij het bètaverval verandert een neutron in een proton. Hierdoor heb je meer protonen in de kern en minder neutronen.

Het atoomnummer wordt 1 meer (een proton er bij)

Het massagetal blijft gelijk (aantal deeltjes in de kern verandert niet)

β

Bètaverval (   )

De lading van neutronen en protonen is niet hetzelfde. 

Het neutron splitst een elektron af (deze is negatief geladen) en hierdoor wordt het neutron positief geladen (proton)

Het elektron verlaat de kern met hoge snelheid, dit is de bètastraling.

β

Bètaverval (   )

Het elektron heeft geen massagetal (te weinig massa) en een negatieve lading dus ook een negatief atoomnummer.

Er bestaat ook een bèta-plus straling waarbij een proton verandert in een neutron en een positron, dit hoef je niet te leren voor de toets.

β

​−1​​0​​e

Bètaverval (   )

Voorbeeld:

Het isotoop C-14 is instabiel en straalt 

    -straling uit. Ik weet dus dat het deeltje dat ontstaat 1 proton meer heeft dan koolstof dus ook een atoomnummer die 1 hoger is.

vooraf moet je eerst het atoomnummer van koolstof bepalen en welk deeltje één proton meer heeft met het PS

β

​−1​​0​​e

β

Koolstof (C) heeft als atoomnummer 6

De stof met atoomnummer 7 is stikstof (N)

Bètaverval (   )

Ik weet nu dat ik voor de kernreactie de stof          heb.

Na de reactie heb ik           en

De reactievergelijking wordt nu:

β

​−1​​0​​e

​6​​14​​C

​7​​14​​N

​6​​14​​C

​7​​14​​N

​−1​​0​​e

+

Gammaverval (   )

Bij gamma verval ontstaan er geen deeltjes die afgesplitst worden. Je hoeft dan ook geen kernreactievergelijking te maken.

De instabiliteit van de kern veroorzaakt veel beweging (dus bewegingsenergie).

De overtollige energie wordt door fotonen meegenomen die uit de kern vertrekken.

Dit is de meest gevaarlijke straling

γ

oefenvragen  (gebruik het periodieke systeem, mag je opzoeken met je telefoon)

Een Natrium isotoop heeft een massagetal van 22 (Na-22).

Dit isotoop in een instabiel natrium atoom en wordt weer stabiel door het uitzenden van bètastraling.

1. zoek op wat het atoomnummer van Na is
2. zoek op welk atoomsoort een atoomnummer heeft die 1 hoger is dan Na.
3. beredeneer wat het massagetal is van het atoom dat ontstaat
4. noteer de kernreactievergelijking

1. Na heeft atoomnummer 11
2. de atoomsoort met atoomnummer 12 is magnesium
3. het massagetal van beide is 22
4. 22/11 Na --> 22/12 Mg  +  0/-1 e

oefenvragen  (gebruik het periodieke systeem, mag je opzoeken met je telefoon)

Een Plutonium isotoop heeft een massagetal van 239 (Pu-239).

Dit isotoop in een instabiel plutonium atoom en wordt weer stabiel door het uitzenden van alfastraling.

1. zoek op wat het atoomnummer van Pu is
2. zoek op welk atoomsoort een atoomnummer heeft die 2 lager is dan Pu
3. beredeneer wat het massagetal is van het atoom dat ontstaat
4. noteer de kernreactievergelijking

1. Pu heeft atoomnummer 94
2. de atoomsoort die 2 protonen minder heeft (atoomnummer 92) = Uranium
3. Het massagetal moet 4 kleiner zijn dan het startmassagetal = 239 - 4 = 235 (dus krijgen we U-235)
4. 239/94 Pu --> 235/92 U  +  4/2 He

Begrippenlijst

• radioactief verval: stabiliteit in de kern krijgen door verhouding protonen:neutronen te herstellen (door een kern)
• alfaverval: door alfastraling (4/2 He) uit te zenden wordt de kern stabieler
• bètaverval: door bètastraling (0/-1 e) uit te zenden wordt de kern stabieler
• gammaverval: door fotonen uit te zenden wordt de kern stabieler 

Maken: opdracht 17 en 18 (blz 273/274)

Leren: termen van deze les en de vorige lessen