Transparanten kernfysica

DEEL 3 KERNENERGIE 1 Structuur van de atoomkern

1.1 Quarks en leptonen 4

 1913 Rutherford beschiet goud met alfadeeltjes ( 2 He -atomen)

Strooiingsproef met α-deeltjes



ATOOMMODEL VAN RUTHERFORD: -) MASSIEVE KERN ( p en n) -) IJLE RUIMTE MET ELEKTRONEN 1

 20ste eeuw: Men schiet elektronen op protonen: I 1964 Gell-Mann en Zweig:het quarkmodel

Proton

Electronen hoge snelheid

Quark q

Voorbeelden: -) proton p: up, up en down quark (u,u,d) (lading?) -) neutron n: up, down en down quark (u,d,d) 2

 GROTE VERSNELLERS (VB. CERN) -) Energie wordt omgezet in materie -) Ontdekking bouwstenen v. d. natuur BOUWSTENEN VAN DE NATUUR Baryonen : 3 quarks Hadronen: quarks

en /of antiquarks Alle vanuit energie gevormde deeltjes

Mesonen: quark en anti-quark Leptonen: niet samengestelde deeltjes

QUARKS en LEPTONEN

3

1.2 De vier fundamentele wisselwerkingen 1.2.1 Gravitationele wisselwerking  Houd het heelal bij elkaar  Boodschapper: Gravitonen

1.2.2 Elektromagnetische wisselwerking

 Elektrische kracht  Magnetische kracht  Chemische bindingen  Houd kern en e- bij elkaar  Boodschapper: Fotonen

4

1.2.3

Sterke wisselwerking

 Wisselwerking tussen quarks  Houd kern bij elkaar proton neutron

 Boodschapper: Gluonen 1.2.4

Zwakke wisselwerking

 Verandert de aard van deeltjes.  Veroorzaakt radioactiviteit  Vb.. down-quark verandert in up-quark, elektron antineutrino.

5

1.3 Atoomnummer, massagetal en nucleïde  Atoomnummer Z: -) aantal protonen -) bepaalt atoomsoort  Massagetal A: -) Aantal kerndeeltjes: protonen + neutronen  Nucleonen: de kerndeeltjes massagetal = nucleonengetal.  notatie: Massagetal A

197 79

Au

Soortnaam

Atoomnummer Z

-) Aantal neutronen A – Z : hier 197 – 79 = 118 -) Algemeen:

A Z

X 6

 Nucleïde: atoomkern met bepaald protonental én welbepaald neutronental  Opmerking: -) symbool nuclide = chemich symbool 12 -) 6 -nuclide: kern met 6 protonen en 6 neutronen.

C

12 -) 6

C

-atoom: 6 protonen, 6 neutronen en 6 elektronen. -) nucleïde: enkel de kern van het atoom

1.4 Isotopen en isotope nucleïden  Isotopen: atomen met zelfde aantal protonen, verschillend aantal neutronen. (zelfde atoomsoort)  Isotope nucleïden atoomkernen met zelfde protonental, verschillend neutronental. -) Voorbeeld: isotope nucleïden

1 1

H

2 1

H

1 1

H

2 , 1

3 1

H

en

3 1

H

H 7

1.5 STABILITEIT VAN EEN ATOOMKERN  tabel met enkele stabiele chemische elementen Chemisch Element Waterstof H Helium He Lithium Li aluminium Al Ijzer Fe Jood I Goud Au Lood Pb Uraan U

atoomnummer of protonental Z 1 2 3 13 26 53 79 82 92

massagetal A neutronental 1 4 7 27

0 2 4 14

56 127 197 208 238

30 74 118 126 146

-) zwaardere stabiele atoomkernen: gaandeweg meer neutronen dan protonen in de kern -) Stabiliteitsband.

8

Verklaring:  afstotende elektrische kracht: tussen protonen is groot

-) reikwijdte is groot  aantrekkende kracht: -) sterke wisselwerking tussen de quarks

-) reikwijdte is klein.  Bij vele protonen: ze beïnvloeden elkaar allemaal (?) Dus vele neutronen zijn nodig als bindmiddel

9

1.6 ATOMAIRE EENHEDEN VOOR MASSA EN ENERGIE 1.6.1 Atomaire massa-eenheid  WAAROM?  Definitie:

massa 126C -27 1u= = 1,660510 kg 12

gevolg: 1 kg= 6,022 3 .1026 u 1.6.2 Elektronvolt  In kerfysica; energie-eenheid is Elektronvolt (1eV)  DEFINITIE: Een elektronvolt: kinetische energie die een lading e = 1,6022 .10 19C verkrijgt als deze een spanning van 1 Volt doorloopt.

Dus: 1 eV = 1,6022. 10 19 Joule  Kernfysica: MeV

GeV

10