PDF-kernfysica: radioactiviteit en verval

21/05/2014
3.1 Soorten radioactieve straling en transmutatieregels
3. Natuurlijke en kunstmatige radioactiviteit
3.1 Soorten radioactieve straling en transmutatieregels
meeste atomen: stabiele kern (blijft onveranderd)
3.2 Halveringstijd
sommige atomen: instabiele kern
= radioactieve kern of radionuclide
3.3 Detectiemethoden voor radioactieve straling
3.4 Oefeningen
gaat na verloop van tijd over in stabielere kern
(want: lagere energie)
= radioactief verval
 gaat gepaard met uitzenden α-, β- en γ-straling
Fysica 5ASO - deel 3
meestal: nieuwe kern na één verandering nog niet
stabiel
1
3.1
Fysica 5ASO - deel 3
2
3.1
 nog veranderingen
 vervalreeksen
vb.: vervalreeks
235
92
U
Fysica 5ASO - deel 3
3
1
21/05/2014
3.1
soorten straling:
3.1.1 α-straling
 energierijke deeltjes uitgestoten uit instabiele kernen
3.1.1 α-straling
3.1.2 β-straling
2 protonen en 2 neutronen
3.1.3 γ-straling
= structuur He-kern
soort kern verandert!
(want aantal p+ wijzigt)
Fysica 5ASO - deel 3
eerste transmutatieregel van Soddy (α-straling):
A
Z
X
A 4
Z 2
5
Fysica 5ASO - deel 3
3.1.1
6
3.1.2 β -straling
β-min-straling
X '  24He
β-plus-straling
voorbeeld:
220
86
Rn 
216
84
Po  24He
Fysica 5ASO - deel 3
7
Fysica 5ASO - deel 3
8
2
21/05/2014
3.1.2
β-min-straling
sommige kernen: te groot aantal n0 om stabiel te zijn
tweede transmutatieregel van Soddy (β--straling):
A
Z
A
Z 1
X
3.1.2
X '  e   e
stabieler worden door i/d kern een
neutron om te zetten in een proton
 gaat gepaard met uitzenden van elektron en antineutrino
n → p + e- +  e
β--straling
voorbeeld:
verval van C14-kernen
14
6
C 
14
7
N + e- +  e
soort kern verandert!
(want Z wijzigt)
Fysica 5ASO - deel 3
verklaring van de neutron-proton omzetting:
Fysica 5ASO - deel 3
9
3.1.2
10
3.1.2
β-plus-straling
sommige kernen: te klein aantal n0 om stabiel te zijn
verandering van neutron in proton
= down-quark omzetten in up-quark
met vrijkomen v/e elektron en antineutrino
stabieler worden door i/d kern een
proton om te zetten in een neutron
d → u + e- +  e
 gaat gepaard met uitzenden van positron en neutrino
p → n + e+ + ve
β+-straling
= veroorzaakt door de
zwakke wisselwerking
behoud van lading?
soort kern verandert!
(want Z wijzigt)
 nagaan!
Fysica 5ASO - deel 3
11
Fysica 5ASO - deel 3
12
3
21/05/2014
3.1.2
transmutatieregel voor β+-straling:
A
Z
X
A
Z 1
0 
15
7
= up-quark omzetten in down-quark
met vrijkomen v/e positron en neutrino
u → d + e+ + ve
= veroorzaakt door de
zwakke wisselwerking
N + e+ + ve
behoud van lading?
Fysica 5ASO - deel 3
3.1.2
verandering van proton in neutron
X '  e   e
voorbeeld:
gebruik van 158 0 als β+-straler in PET-scanners
15
8
verklaring van de proton-neutron omzetting:
 nagaan!
13
3.1.3 γ -straling
Fysica 5ASO - deel 3
vergelijking voor γ-straling:
 een kern kan zich i/e aangeslagen toestand bevinden
A
Z
= te veel aan energie om stabiel te zijn
stabieler worden door hoeveelheid energie uit te zenden
i.v.v. elektromagnetische golven (fotonen)
= γ-straling
14
3.1.3
X  ZA X  
voorbeeld:
kobalt-60 voor bestraling van kankercellen
60
27
Co 
60
27
Co  
soort kern
verandert niet!
Fysica 5ASO - deel 3
15
Fysica 5ASO - deel 3
16
4
21/05/2014
3.2 Halveringstijd
3.2.1 begrip halveringstijd
3.2.1 begrip halveringstijd
radioactief verval
3.2.2 toepassingen
 weten wanneer een bepaalde nuclide vervalt?
 wel: radioactief verval van een aantal (N) nucliden in de
tijd verloopt altijd op dezelfde manier
= statistisch proces
 voorspellingen maken
halveringstijd T1/2
= de tijdsduur waarin het oorspronkelijke aantal
radioactieve nucliden (N0) tot de helft (N0/2) is herleid
Fysica 5ASO - deel 3
17
3.2.1
Fysica 5ASO - deel 3
Tijdstip t
t=0
N = 32
N = 16
Aantal radioactieve kernen
op N(t)
N0
N0/(20)
t = 1.T1/2
N0/2
N0/(21)
t = 2. T1/2
N0/4
N0/(22)
t = 3. T1/2
N0/8
N0/(23)
t = 4. T1/2
N0/16
N0/(24)
…………
…………
…………
t = n. T1/2
18
N0/(2n)
3.2.1
N(t) = N0/(2n)
N(t) = N0/(2t/T1/2)
n = t / T1/2

Fysica 5ASO - deel 3
19
Fysica 5ASO - deel 3
N (t )  N0 .2
t
T1/ 2
20
5
21/05/2014
3.2.1
voorbeeld
 cursus p. 36
3.2.2 toepassingen
 nucleaire geneeskunde
…
uitwerken! (?)
Fysica 5ASO - deel 3
21
3.2.2
 radioactief afval
…
Fysica 5ASO - deel 3
22
3.2.2
 ouderdomsbepaling
…
Fysica 5ASO - deel 3
23
Fysica 5ASO - deel 3
24
6
21/05/2014
3.2.2
………………..
3.3 Detectiemethoden voor radioactieve straling
radioactieve straling  niet rechtstreeks waarnemen
meettoestellen ontwikkeld
 fotografische plaat
…
 Geiger-Müllerteller
 vonken- of dradenkamer
 bellenvat of nevelkamer
 scintillatiedetectoren
 halfgeleiderdetectoren
Fysica 5ASO - deel 3
25
3.3
 fotografische plaat
Fysica 5ASO - deel 3
27
Fysica 5ASO - deel 3
26
3.3
 Geiger-Müllerteller
Fysica 5ASO - deel 3
28
7
21/05/2014
 Vonken- of dradenkamer
Fysica 5ASO - deel 3
3.3
29
3.3
 Scintillatiedetectoren
Fysica 5ASO - deel 3
 Bellenvat of nevelkamer
31
Fysica 5ASO - deel 3
3.3
30
3.3
 Halfgeleiderdetectoren
Fysica 5ASO - deel 3
32
8
21/05/2014
3.4 Oefeningen
3.4
…
 cursus p. 40
Fysica 5ASO - deel 3
33
Fysica 5ASO - deel 3
34
9

Download Report