Radioactief verval

• Natuurkunde
• Middelbare school
• Voortgezet speciaal onderwijs
• vwo
• Leerroute V
• Leerjaar 5

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​​He       ​2​4​​α

​0​1​​n→ ​1​1​​p + ​−1​   0​​e​−​​

​1​0​​e         ​1​0​​β​+​​

​0​0​​γ

​  84​214​​Po→ ​  82​210​​Pb + ​2​4​​He

​−1​   0​​e         ​−1​   0​​β​−​​

​1​1​​p→ ​0​1​​n + ​1​0​​e​+​​

Stabiele atoomkern: Veranderd nooit                                               

Instabiele atoomkern: Kern verandert een keer. 

radioactief: Een stof met instabiele atoomkernen.

Radioactief verval: het veranderen van de atoomkern

Straling wordt gebruikt voor behandeling van kanker. 

In kerncentrales ontstaan instabiele atoomkernen bij het opwekken van energie. 

Radioactief verval (1)

-Sommige atoomkernen zijn instabiel (radioactief), zij vervallen op een gegeven moment.

-Hierbij kan (o.a.) alfa-, beta en/of gammastraling vrijkomen en hierdoor verandert het atoom.

-In tabel 25 van de BINAS kan je informatie vinden over de diverse kernen.

-Je vindt hier achtereenvolgens (pak je BINAS er bij!):

     Atoomnummer (= aantal protonen)

     Symbool (tabel 40 en 99 voor namen)

     Massagetal (aantal protonen en neutronen samen)

     Atoommassa (exacte atoommassa in 'u', lijkt op massagetal)

     Voorkomen in de natuur (als er niets staat, komt hij NIET voor in de natuur)

     Halveringstijd (vergelijkbaar met halveringsdikte)

     Verval en energie van het deeltje (welk(e) deeltjes ontstaan, en welke E krijgen deze mee)

BiNaS tabel 25

Hieronder kun je meer info vinden van de diverse info uit tabel 25.

De atoommassa is de 'exacte' massa van het betreffende atoom. Deze is uitgedrukt in 'u', de atomaire massa-eenheid. (De definitie is dat 1 u precies de massa van 1/12-de C-12 atoom is (hoe zie je dat terug in tabel 25?). De omrekenfactor voor 1 u vind je in tabel 7b.

1 u = 1,660 538 921 10^-27 kg

Het atoomnummer is het unieke nummer voor elke kern. Het stelt het aantal protonen in de kern voor. Elke kern met 84 protonen is dus Polonium en Polonium heeft ALTIJD 84 protonen in de kern.

Het symbool geeft de 'afkorting' van de volledige naam van de kern aan. De volledige namen kun je terugvinden In tabel 40 (alfabetisch) of 99 (op atoomnummer). Let op: de getallen-gegevens in tabel 40 en 99 zijn GEMIDDELDEN voor alle mogelijke voorkomende kernen. Gebruik dus altijd tabel 25 voor je gegevens! 

Het massagetal is het aantal nucleonen (kerndeeltjes) dat in de betreffende kern zit. Dit zijn de protonen en de neutronen samen.
Er geldt: massagetal min atoomnummer = aantal neutronen.

Bij verval en energie van het deeltje zie je welke soort straling de kern uitzendt als hij vervalt. Dit kan zijn α, β-, γ, β+, p+, en K-vangst.

Het getal dat er bijstaat is de (maximale) energie die het uitgezonden deeltje meekrijgt. Deze energie is uitgedrukt in Mega elektron Volt, MeV. De omrekening van elektron Volt (eV) naar Joule vindt je in tabel 5. Mega staat in tabel 2.

1 MeV = 1 x 10⁶ x 1,602 176 565 10^-19 J = 1,602 176 565 10^-13 J 

(De 'waarde' van 1 eV is (per definitie) exact gelijk aan de lading van één elektron, het elementair ladingsquantum)

De halveringstijd van een atoom zegt iets over hoe stabiel het atoom is. Een kleine halveringstijd hoort bij een onstabiel atoom, een grote halveringstijd hoort bij een stabiel atoom. Als er een - staat, betekent het dat het atoom volledig stabiel is (en dus nooit vervalt).

De halveringstijd is de tijd waarin de helft van de aanwezige onstabiele kernen zal vervallen. LET OP: DIT GELDT ALLEEN BIJ GROTE HOEVEELHEDEN VAN ONSTABIELE KERNEN. ELKE KERN INDIVIDUEEL VERVALT PUUR OP TOEVAL; WANNEER IS NIET TE VOORSPELLEN.

Bij 'voorkomen in de natuur' zie je hoe de verschillende isotopen van eenzelfde atoom zijn verdeeld in de natuur. Een vuistregel is: stabiele isotopen komen veel voor in de natuur, en onstabiele isotopen komen weinig of niet voor in de natuur (want die zijn onstabiel en vervallen dus naar andere soorten atomen). Als er niets staat betekent het dat deze istotoop helemaal NIET in de natuur voorkomt.

Hoe groter de halveringstijd, hoe groter de kans dat het atoom in de natuur voor zal komen.

Radioactief verval (2)

-De atoommassa in tabel 25 is in atomaire massa-eenheid 'u' (unit).
  De omrekening van 1 u vind je in tabel 7B.

-De energie van het deeltje is in MeV. Dit betekent Mega elektronVolt. 

  De omrekening van Mega vind je in tabel 2. De omrekening van eV vind je in tabel 5.

-Hoe korter de halveringstijd, hoe onstabieler de stof.

-Wanneer de stof enigszins onstabiel is, zal deze niet of nauwelijks in de natuur voorkomen.

Nikkel-63 veranderd door radioactief verval in koper-63. Welk soort verval is dit?

1. alfa-straling
2. bètastraling
3. gamma-straling

Welke soort straling zendt Pu-240 uit bij radioactief verval?

Noem welk soort straling kan worden uitgezonden door Radium-224. In welk radioactief atoom vervalt Radium-224 dan?

Noem welk soort straling wordt uitgezonden als Nikkel-63 door radioactief verval verandert in Koper-63

Bij welke vorm van radioactief verval veranderen het massagetal en het atoomnummer beiden niet?

Bij welke vorm van radioactief verval stijgt het atoomnummer met 1 en blijft het massagetal gelijk?

Hoeveel energie komt er vrij bij het verval van Broom-82?

1. 0,465 J
2. 8,0 J
3. 0,465 MeV
4. 8,0 MeV

Rustmassa van proton, neutron en elektron

Vervalreeks van lood-212