Bestaand (les)materiaal. Loran de Vries

Transcriptie

1 Bestaand (les)materiaal Loran de Vries

2 Database ww: Natuurkunde4life

3 NiNa lesmateriaal Leerlingenboekje in Word Docentenhandleiding Antwoorden op de opgaven

4 Hadronenkwartet Speelkaarten Regels

5 Videomateriaal youtubenatuurkunde.wikia.com Korte fragmenten BBC documentaires Van quantum tot quark

6 Nederlandse Tijdschrift artikelen Natuur (Wetenschap) en Techniek 36 artikelen Nikhef archief (177 Krantenartikelen)

7 Engelse Tijdschrift artikelen The physics teacher (48 artikelen) Physics Education American journal of physics

8 Boeken

9 Populair wetenschappelijk (NL)

10 Populair wetenschappelijk (Eng)

11 Middelbare schoolniveau (NL)

12 Middelbare schoolniveau (Eng)

13 Universitair niveau

14 Websites

15

16 Ioniserende straling

17 Atomen bouwen met protonen neutronen en elektronen bepaalt atoomsoort massagetal A: aantal protonen Z en neutronen N A = Z + N

18 A: aantal protonen Z en neutronen N A = Z + N Kernen met een gelijk aantal protonen maar een verschillend aantal neutronen heten isotopen. Gelijk atoomnummer, maar een verschillend massagetal Isotoop betekent dezelfde plaats (in het periodiek systeem) Waterstof-1 Waterstof-2 (deuterium) Waterstof-3 (tritium) 1 H 1 2 H 1 3 H 1

19 Beschouw de volgende kernen Deze kernen hebben hetzelfde 12 7 N 13 7 N 14 7 N a) aantal protonen b) aantal neutronen c) aantal kerndeeltjes

20 Beschouw de volgende kernen Deze kernen hebben hetzelfde 12 6 C 13 7 N 14 8 C a) aantal protonen b) aantal neutronen c) aantal kerndeeltjes

21 Beschouw de volgende kernen Deze kernen hebben hetzelfde 14 6 C 14 7 N 14 8 O a) aantal protonen b) aantal neutronen c) aantal kerndeeltjes

22 Meer dan 3000 isotopen, 266 stabiel

23 BiNaS tabel 25 Isotopen 63 Cu 29 Koper-63 heeft 29 protonen en = 34 neutronen

24 Pb 82 Lood-204 heeft 82 protonen en 122 neutronen Lood-206 heeft 82 protonen en 124 neutronen Lood-207 heeft 82 protonen en 125 neutronen Pb Pb

25 203, , , , , , , , , ,2 u Tabel 99 (periodiek systeem)

26 Instabiele kernen -verval (alpha) straling: kern zendt He-4 kern uit 4 He 2 U He X U He Th

27 Hf Wat is de correcte dochterkern van moederkern na alfa verval? Hf a) b) c) Hf Yb Yb

28 Waarom zijn er neutronen nodig? Protonen stoten elkaar af (gelijke lading) De sterke kernkracht is de aantrekkingskracht tussen protonen en neutronen De sterke kernkracht voorkomt dat kernen zichzelf opblazen. Neutronen zijn ongeladen en zorgen voor extra lijm Sterke kernkracht werkt alleen op korte afstand. Na 3 protondiameters is deze al nul. De elektromagnetische afstoting van protonen werkt wel over grote afstand. Dus grotere kernen hebben meer neutronen nodig.

29 Deeltjes in een kleine kern ervaren een grote aantrekkende sterke kernkracht Deeltjes aan de uiteinden van een groot atoom zitten verder van elkaar en voelen de sterke kernkracht minder, maar elektrische afstoting nog wel. Neutronen zijn ongeladen en zorgen voor extra lijm Dus grotere kernen hebben meer neutronen nodig.

30 Grotere kernen hebben voor stabiliteit meer neutronen. Na Bismut lukt dit niet meer. Isotopen Z > 83 instabiel. Alpha verval

31 U He Th Instabiele kernen - verval - (bèta min) straling: neutron vervalt tot proton en een elektron. n p e Th Pa e Th X e Th Pa e

32 Hf Wat is de correcte dochterkern van moederkern na - verval? Hf a) b) c) Hf Ta Ta

33 + verval en K-vangst + (bèta +) straling of positron emissie: proton vervalt tot neutron en een positron (positief geladen elektron). p n e Mg Na e K-vangst of elektronen vangst uit de K-schil (binnenste elektronenbaan) p e n Mg e Na

34 Hf 60 De cobalt isotoop Co vervalt naar de nikkel isotoop Ni 28 Hier is sprake van a) alpha verval b) bèta - verval c) bèta + verval d) gamma verval e) K-vangst

35 Kernen met teveel neutronen vertonen - verval Kernen met teveel protonen vertonen + verval of K-vangst - verval + verval

36 (radio)activiteit Activiteit geeft aan hoeveel kernen er per seconde vervallen Als een preparaat 10 4 s per seconde uitzendt, vervallen er dus 10 4 kernen per seconde. A = 10 4 Bq (becquerel) Definitie: A Nt () t A is de activiteit in becquerel (Bq) Met N(t) het aantal nog niet vervallen kernen In de tijd t vervallen N kernen. Minteken is nodig want N neemt af

37 Hoe groter het aantal radioactieve kernen N(t) hoe groter de activiteit met een constante. Nt () Nt () t 1 Nt () t Nt () 1 dn() t dt Nt () t N() t 1 dn dt Nt () N( t 0) 0 N() t t ln t N (0) 0 g g g ln ( ) ln (0) want log a - log b = log Nt N t Nt () ln t N (0) Nt () t t e N( t) N(0) e ook geldt At ( ) A(0) e N(0) t a b

38 Halveringstijd Wanneer een kern vervalt, is niet te voorspellen. Over heel veel radioactieve kernen kunnen we wel een voorspelling doen. De tijd waarin de helft van het oorspronkelijke aantal kernen vervallen is, noemen we de halveringstijd t 1/2 t 1 t Nt () N(0) 2 1/2

39 Verband tussen halveringstijd t 1/2 en vervalconstante Nt () N(0) e 1 t t 1 1 e 2 2 ln 1 (0) (0) 2 op t = 1 is de helft vervallen, dus ( ) (0) g p g ln2 t want log a p loga ln2 t 1 2 t N N e t N t N t ln2 t t Nt () N(0) e met ln t t t 1/2 ln 2 t 1/2 Nt () N(0) e N(0) e t ln2 1 t Nt N e e e 2 1/2 1 ln 1 ln 2 ln () (0) (want ) t 2

40 Hf We starten met 1000 radioactieve atomen. Hoeveel halveringstijden zijn er verstreken als er 750 atomen zijn vervallen? a) 0,25 b) 1,5 c) 2,0 d) 2,5

41 α, β,γ-straling α-straling bestaat uit heliumkernen β-straling bestaat uit elektronen γ-straling

42 α, β,γ-straling snelheid ioniserend vermogen Doordringend vermogen α-straling Groot (15000 km/s) Zeer groot, energie snel kwijt Niet ver; 1 dm in lucht, niet door kleding β-straling km/s door kleine massa Kleiner Groter; enkele meters in lucht γ-straling hoog weinig Zeer groot, door laagioniserend vermogen

43 Dosis en dosis-equivalent: Geabsorbeerde dosis = D E str m geabsorbeerde energie/massa orgaan Eenheid = J/kg = Gray (Gy) Dosis-equivalent = H Q D kwaliteitsfactor x dosis Eenheid = Sievert (Sv)

44 Stralingsbelasting: Achtergrondstraling: 2 msv/jaar (Ned.) Röntgenfoto: 0,01 1 msv/foto Wintersport: 0,03 msv/week 50 % overlijdt bij: 4 Sv (gehele lichaam)

45 Sv - Bq Sv is een zeer grote eenheid meestal µsv (microsievert) Bq is een zeer kleine eenheid meestal MBq (megabequerel)