6 vwo herhaling straling les 8

• Natuurkunde
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 6

Herhaling straling

6 vwo

Wat gaan we deze les doen? 

Vragen over het huiswerk beantwoorden

Herhalen paragraaf 14.7

Start herhaling SE 4: straling

Werken aan huiswerk

Werken aan huiswerk (af voor 2-3)

Basis: 107, 108, 109, 112, 113, 117, 118, 119, 120, 121 

Gevorderden: 107, 108, 109, 112, 119, 120, 121

Expert: 108, 109, 112, 120, 121 

Herhaling 14.7: tunneling

Tunneling

• In het deeltje in een doosje model zijn de wanden niet ondoordringbaar
• De wanden worden gezien als een energie barrière 

Tunneling

• Het doosje kunt je ook zien als energieput, waar energie aan het deeltje moet worden toegevoegd zodat het kan ontsnappen
  
• Energie barrière = grijze gebied in plaatje = een gebied waarin het opgesloten deeltje kinetische energie verliest aan bijvoorbeeld de elektrische energie doordat het elektrisch veld in de barrière tegengesteld gericht is.

 Hoogte barrière

• Hoogte wand = uittree energie, energie nodig om deeltje vrij te maken. 
  
• Bij een elektron: uittree energie = ionisatie energie

Uittree-energie

Breedte barrière

• Breedte barrière = breedte wanden van het doosje = de uitgebreidheid van het tegenwerkende krachtveld
• De energie barrière neemt sterk af me de afstand tot de kern

voorbeeld Tunnelen

• Een sterk elektrisch veld buiten de energieput trekt aan de elektronen in de put.
• Het energieniveau van de barrière buiten het metaal neemt dan sterk af met de afstand
• He blijkt dat elektronen met onvoldoende energie om uit de punt te ontsnappen, nu door de barrière heen 'tunnelen'. 

Tunnelen

• Als energie barrières van de wanden van het doosje niet oneindig hoog en breed zijn, dringt de waarschijnlijkheidsverdeling een eindje in de wand door. 

Tunnelen

• Afhankelijk van de hoogte en de breedte van de wand is er ook een kleine kans dat je het deeltje buiten het doosje kunt waarnemen.
• De vorm en hoogte van de waarschijnlijkheidsverdeling in en buiten de energie barrière hangt ook af van de energie en de massa van het deeltje

Tunnelen hangt af van:

• Hoogte van de energie barrière: hoe hoger hoe kleiner de kans op tunnelen
• Breedte van de energie barrière: hoe breder hoe kleiner de kans op tunnelen
• Massa van het opgesloten deeltje: hoe groter, hoe kleiner de kans op tunnelen
• De energie van het opgesloten deeltje: hoe kleiner hoe kleiner de kans op tunnelen

Scanning tunneling microscoop

• Er wordt een zeer gedetailleerd beeld gemaakt van  een geleidend oppervlak. 
• Je kan individuele atomen zien
• Uiteinde naald STM is slechts 1 atoom dik
• Met de naald wordt het oppervlak van het materiaal afgetast

Scanning tunneling microscoop

• De naald beweegt op atomaire afstand langs het oppervlak van het preparaat
• voor elektronen in de punt van de naald is het gebied tussen de naald en het oppervlak de barrière waar ze doorheen kunnen tunnelen 

Scanning tunneling microscoop

• Tussen de naald en het oppervlak wordt een elektrische spanning aangelegd waardoor er een klein tunnelstroompje loopt tussen de naald en het oppervlak
• De grootte van de stroomsterkte neemt sterk af als de afstand tussen het naaldje en het oppervlak toeneemt. 

Scanning tunneling microscoop

• Door de stroomsterkte constant te houden blijft de afstand tot het oppervlak gelijk
• steekt het oppervlak uit dan moet het naaldje dus omhoog
• Je krijgt zo een soort hoogtekaart van het geleidend oppervlak en individuele atomen worden nu zichtbaar

Alfaverval

• Alfa verval is een voorbeeld van tunneling
• de sterke kernkracht houdt in de kern protonen en neutronen bij elkaar
• de kracht neemt snel af met de afstand

Alfaverval

• De sterke kernkracht houdt de deeltjes opgesloten en zorgt voor een hoge energie barrière voor alle deeltjes in de kern
• de waarschijnlijkheidsverdeling van 2 protonen en 2 neutronen (= alfadeeltje) in een instabiele atoomkern strekt zich een beetje uit in en buiten de energie barrière

Alfaverval

• Doordat de kernkracht snel afneemt met de afstand tussen de kerndeeltjes, wint buiten de kern de afstotende elektrische kracht tussen de positieve protonen en het positieve alfadeeltje het van de aantrekkende kracht tussen de kerndeeltjes

Alfaverval

• Het alfadeeltje buiten de kern wordt door de afstotende elektrische kracht weggeschoten als het uit de kern is getunneld.

Volgens de klassieke mechanica kan een deeltje alleen over een barrière heenkomen als geldt:

1. E_kin> E_barrière
2. E_kin< E_barrière
3. E_barrière = 0 Joule
4. Dat is niet mogelijk

Hoe vaak kan een deeltje aan de andere kant van een barrière komen terwijl dat volgens de klassieke mechanica niet kan?

1. altijd
2. soms
3. nooit
4. daar kun je geen uitspraak over doen

Wanneer neemt de kans op tunneling van een deeltje af?

1. De energiebarrière is laag
2. De energiebarrière is smal
3. Het deeltje heeft veel kinetische energie
4. Grote massa van het deeltje

Waarop berust werking van een STM niet:

1. de groottte van de debroglie golflengte van de elektronen
2. het golfkarakter van elektronen
3. Het verkleinen van de barrière door het aanleggen van een spanning
4. Het tunnelen van elektronen

Protonen blijven in een atoomkern opgesloten door een hoge energiebarrière veroorzaak door:

1. de zwakke kernkracht
2. de sterke kernkracht
3. de elektromagnetische kracht
4. de zwaartekracht

Herhaling straling

Als alfa straling door een atoom wordt uitgezonden, wordt het atoom hierna:

1. een positief geladen ion
2. een negatief geladen ion
3. een neutraal atoom maar met een ander atoomnummer
4. kan zowel positief als negatief zijn, afhankelijk van de energie van het alfa-deeltje

Plutonium-240 vervalt en er ontstaat een vervalreeks. Uiteindelijk ontstaat het stabiele Lood-208. Hoeveel alfa- en hoeveel beta min-deeltjes zijn hierbij vrijgekomen?

1. 16 keer alfa en 20 keer beta min
2. 3 keer alfa en 16 keer beta min
3. 8 keer alfa en 4 keer beta min
4. 8 keer alfa en geen beta min

Uitwerkingen

Alfa-straling zorgt voor een afname van het massagetal met 4. Plutonium heeft een massagetal van 240 en lood van 208, dat is 32 verschil. 32/4 = 8. Er komen dus 8 alfa-deeltjes vrij.

Alfa straling zorgt voor een afname van het atoomnummer met twee. Er komen 8 deeltjes vrij, dus 2*8 = 16 gaat het atoomnummer naar beneden: 94-16 = 78.

Beta min straling zorgt voor een toenamen van het atoomnummer met 1. Je moet uitkomen op 82, dat is 4 meer, dus 4 keer beta min straling.

Je hebt 10 mg jodium-131 ingespoten gekregen als tracer. Je mag het ziekenhuis verlaten als er nog maar 6,25 % van het
Jodium-131 over is. Na hoeveel dagen mag je het ziekenhuis verlaten? Je hoeft alleen het getal te vermelden, geen eenheid.

beta-min straling ontstaat door:

1. het verval van een neutron in de kern tot een proton en een elektron
2. het verval van een proton in de kern tot een neutron en een positron
3. het uitzenden van een heliumkern uit de kern
4. het beschieten van een kern met een neutron

Welke stof ontstaat na het verval van xenon-133?

1. Jodium-133
2. Xenon-134
3. Xenon-132
4. Cesium-133

Een wandelaar vindt in de bergen een stuk graniet. Met de steen in de hand wandelt hij een uur naar huis. Het graniet bevat U-238 en zendt alfa-deeltjes uit. Per seconde worden 45 van deze alfa deeltjes geabsorbeerd in de huid van de hand. De massa van het betreffende stuk huid is 12 gram. Bepaal nu de door het betreffende stuk huid ontvangen stralingsdosis. Geef je antwoord in microgray, dan hoef je geen machten te noteren. Gebruik BINAS tabel 25 bij het oplossen van deze vraag. Je hoeft geen eenheid te vermelden, alleen het numerieke antwoord. LET OP SIGNIFICANTIE!

uitwerkingen

Je zoekt eerst in BINAS tabel 25 de energie van de vrijgekomen alfadeeltjes op. Deze is gegeven in eV en moet je dus nog omrekenen naar joule door te vermenigvuldigen met 1,6*10-19. De energie vermenigvuldig je met het aantal alfa deeltjes dat de hand per seconde raakt, en dat zijn er 45. Verder houdt de wandelaar de steen 1 uur vast en in 1 uur zitten 3600 seconden. Dus je antwoord nog vermenigvuldigen met 3600 seconden. Je hebt dan de totale energie gevonden. Deze deel je door de massa van de hand, let op dat je deze omrekent naar kg! Je hebt nu de dosis gevonden. 

Huiswerk van hfd 15.4 

(af voor 7-3)

Basis: 30, 31, 35, 37, 39  

Gevorderden: 35, 37, 39 

Expert: 37, 39