kernfysica

• Natuurwetenschappen
• Secundair onderwijs

kernfysica

waar denk je aan bij
de term kernfysica?

Je leert...

1- de begrippen protonental en nucleonental omschrijven.

2- een nuclide symbolisch voorstellen.

3- het begrip isotope nucliden omschrijven.

4- het begrip stabiliteitsband omschrijven.

5- met behulp van een nuclidentabel bepalen of nucliden stabiel of instabiel zijn.

6- de begrippen kunstmatige en natuurlijke radioactiviteit illustreren met voorbeelden.

fysica van de kern” of kernfysica.

Structuur van een atoomkern

kernfysica

Bij kernfysica :de kern van een atoom 

De bouwstenen van een atoomkern: protonen en neutronen Nucleonen = de kerndeeltjes. 

De nucleonen zijn opgebouwd uit kleinere subatomaire deeltjes, de quarks. 

De elektronen in de elektronenwolk laat je nu even links liggen. 

Atoombouw

• protonen: positief, zitten in de atoomkern
• Neutronen: Neutraal, zitten in de atoomkern
• Elektronen: negatief, zweven om de atoomkern heen

Nuclide

Van elk chemisch element kunnen er meerdere nucliden bestaan. Een nuclide is een atoomkern met een bepaald aantal protonen en neutronen. Er bestaan slechts iets meer dan 100 chemische elementen maar er bestaan meer dan 2500 nucliden! Een nuclide wordt als volgt voorgesteld:

Massagetal = 

1. aantal protonen + aantal neutronen
2. aantal neutronen
3. aantal protonen
4. aantal protonen - aantal elektronen

Wat is het massagetal?

1. 10
2. 12
3. 14
4. 16

Welk deeltje is geen nucleon?

1. Een neutron.
2. Een elektron.
3. Een proton.
4. Een positron.

Wat is de nucleonental van koolstof-12?

1. 12 nucleonen.
2. 24 nucleonen.
3. 8 nucleonen.
4. 6 nucleonen.

Wat is een nucleon?

1. Een elektron in de atoomkern.
2. Een deeltje in de atoomkern.
3. Een proton in de atoomkern.
4. Een foton in de atoomkern.

1. p= 13 n= 14 nucleonental= 27
2. p= 14 n= 13 nucleonental= 27
3. p= 13 n= 14 nucleonental= 13

1. p= 7 n= 3 nucleonental= 10
2. p= 4 n= 3 nucleonental= 7
3. p= 3 n= 4 nucleonental= 7

Wat is een isotoop?

1. Zelfde atoom, andere massa
2. Ander atoom, zelfde massa
3. Zelfde atoom, ander atoomnummer
4. Ander atoom, zelfde atoomnummer

Kies de juiste bewering

1. Isotope nucliden hebben eenzelfde nucleonental en een verschillend protonental
2. hebben eenzelfde Isotope nucliden protonental en een verschillend nucleonental

Nuclide: stabiel of instabiel?

• ongeveer 300 stabiele nucliden: blijven de protonen en en neutronen mooi samen in de kern.
• de andere nucliden zijn instabiel. 

Plaats je alle nucliden in een grafiek met op de horizontale as het aantal protonen en op de verticale as het aantal neutronen, dan vormen de stabiele nucliden een "band", de stabiliteitsband. 

Plaats je alle nucliden in een grafiek met op de horizontale as het aantal protonen en op de verticale as het aantal neutronen, dan vormen de stabiele nucliden een "band", de stabiliteitsband. 

Samengevat:

Lichte kernen zijn stabiel als er ongeveer 

evenveel protonen als neutronen in de kern 

aanwezig zijn (vallen ongeveer samen 

met de bissectrice, 

evenveel protonen als neutronen).

Zwaardere kernen zijn stabiel als er beduidend 

meer neutronen dan protonen 

in de kern aanwezig zijn (liggen boven 

de bisectrice).

De meeste nucliden met meer dan 

83 protonen zijn steeds instabiel.

Kies de juiste bewering.

1. Een zwaardere nuclide heeft beduidend meer protonen nodig dan neutronen om stabiel te zijn.
2. Een zwaardere nuclide heeft beduidend meer neutronen nodig dan protonen om stabiel te zijn.
3. Een zwaardere nuclide heeft beduidend meer neutronen nodig dan protonen om stabiel te zijn.

Kies de juiste bewering.

1. • Een lichte nuclide is stabiel als ze beduidend meer neutronen dan protonen heeft.
2. • Een lichte nuclide is stabiel als ze beduidend meer protonen dan neutronen heeft.
3. • Een lichte nuclide is stabiel als ze ongeveer eveneel protonen als neutronen heeft.

Straling 

De meeste atoomkernen zijn stabiel. 

Stabiele atoomkernen veranderen niet

Sommige atoomkernen zijn instabiel. De verhouding tussen het aantal protonen en neutronen klopt dan niet. 

De atoomkern zendt straling uit om weer stabiel te worden. 

 zo zijn nucliden gerangschikt in een nuclidentabel. In de meeste online nuclidentabellen staan op de horizontale as het aantal neutronen en op de verticale as het aantal protonen. Isotope nucliden staan op dezelfde rij. Aan de 'kleur' van het nuclide kan je zien of deze stabiel is of niet. Ook het procentueel voorkomen van het nuclide kan je aflezen in de tabel. 

Welke kleur hebben de nucliden die stabiel zijn?

1. rood
2. geel
3. blauw
4. groen

Hoeveel stabiele nucliden heeft Silicium?

1. 0
2. 1
3. 3
4. 2

Welk van de onderstaande nucliden komt het vaakst voor?

1. Fe-57
2. Fe-58
3. Fe-54

een zuurstofatoom met 18 kerndeeltjes

1. stabiel
2. instabiel

Mg-23

1. stabiel
2. instabiel

een nuclide met 37 kerndeeltjes waarvan 17 protonen

1. stabiel
2. instabiel

een nuclide met 11 protonen en 10 neutronen

1. stabiel
2. instabiel

de nucliden slechts stabiel zijn bij een bepaalde 

"verhouding" van neutronen en protonen in de kern. 

De stabiliteitsband wijkt, zeker voor zwaardere kernen, 

duidelijk af van de bissectrice.

Bij lichtere kernen zijn er ongeveer evenveel protonen als neutronen in een stabiele nuclide aanwezig. De verhouding is ongeveer 1 en de stabiliteitsband valt ongeveer samen met de bissectrice.

Bij zwaardere kernen heb je beduidend meer 

neutronen dan protonen nodig om een stabiele 

nuclide te verkrijgen. 

De verhouding is groter dan 1! De stabiliteitsband 

ligt duidelijk boven de bissectrice.

De nucliden onder de stabiliteitsband hebben een overschot aan protonen, de nucliden boven de stabiliteitsband hebben een overschot aan neutronen. 

Om dit te begrijpen en te verklaren waarom deze verhouding tussen protonen en neutronen belangrijk is, bestudeer je in de volgende opdracht de krachten die tussen de kerndeeltjes heersen.

 Radionucliden - radioactiviteit - ioniserende straling

Bij een stabiele nuclide verandert de kern niet. 

Sommige nucliden hebben echter een onstabiele kern. Ze zijn als het ware op zoek naar een andere gedaante waarin ze zich stabieler voelen. Dit noem je radionucliden.  

Tijdens deze gedaanteverwisselingen komt er energie uit de kern vrij, in de vorm van deeltjes of elektromagnetische golven. Deze straling bezit heel veel energie. Voldoende energie om een elektron uit de buitenste schil van een atoom weg te kunnen slingeren. Hierdoor krijgt het atoom in totaal een positieve, in plaats van een neutrale lading. Het atoom wordt zo geïoniseerd, en wordt vanaf dan een ion. Deze straling noem je daarom beter ioniserende straling (vermijd de term radioactieve straling). Deze transformatie en emissie van ioniserende straling noem je radioactiviteit. 

Sommige nucliden ondergaan hun metamorfose in een paar miljoensten van een seconde en in één stap, anderen vervallen tot een stabiele nuclide in enkele miljarden jaren en in verschillende stappen. Ioniserende straling is onzichtbaar. Je kunt ze ook niet ruiken, voelen of horen. Je kunt ze enkel meten.

oefeningen 1,2 en 3 bij het oefentraject