1 / 14

Atoom- en Kernfysica

Atoom- en Kernfysica. Cursus Stralingsveiligheid niveau 4 2006 L. Niesen. Opbouw van het atoom. Atoom bestaat uit: positieve kern met daarin positieve protonen en neutrale neutronen Er omheen “cirkelen” negatieve elektronen

sitara
Download Presentation

Atoom- en Kernfysica

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Atoom- en Kernfysica Cursus Stralingsveiligheid niveau 4 2006 L. Niesen

  2. Opbouw van het atoom • Atoom bestaat uit: • positieve kern met daarin positieve protonen en neutrale neutronen • Er omheen “cirkelen” negatieve elektronen • Aantal protonen: Z (bepaalt het element) aantal neutronen: N • aantal nucleonen: A = Z+N • Nuclide: bepaalde combinatie van Z en N (of Z en A) notatie: AZX • Isotopen: nucliden met dezelfde Z en verschillende N • Isobaren: nucliden met dezelfde A • Isomeren: nucliden met dezelfde Z en N, maar in verschillende energieniveaus

  3. Begin van nuclidenkaart Zie http:// atom.kaeri.re.kr

  4. Atoommassa’s • Atomaire massa eenheid u = m (12C)/12 • 1 u = 1,66054 10-27 kg = 1,66054 10-24 g • Proton: mp=1,0073 u neutron: mn = 1,0087 u • Atoommasa van nuclide: ongeveer A.u (maar niet precies!) • Atoommassa van element ma u: gewogen gemiddelde van de atoommassa’s van zijn stabiele isotopen • In ma gram van dit element zitten ma/(ma u) = 1/u = 6,0023 1023 atomen: getal van Avogadro NA

  5. Electronenstructuur van het atoom • De electronenwolk rond de kern is ongeveer 104 keer zo groot als de kern. De positie van de electronen is onbepaald,maar de energie is scherp bepaald. • Laagste energie: K-schil, maximaal 2 electronen • Volgende schil: L-schil (LI, LII, LIII), maximaal 8 electronen • In volgorde van oplopende energie: M-, N-, O-schil, etc. • In neutraal atoom zitten Z electronen, die van onderop de beschikbare toestanden bezetten. • Electronen in de hoogste energietoestanden bepalen de chemische eigenschappen van het atoom (element)

  6. Energieniveaus en bindingsenergie Energieniveaus van het waterstofatoom (in eV) 1eV = 1,60 10-19 J 13,6 (ionisatie) Eio 12,75 De bindingsenergie Bi is de energie nodig om een electron vanuit niveau Ei buiten het atoom te krijgen (te ioniseren) Dus: Bi = Eio – Ei en Bi - Bj = Ej - Ei E3 12,1 B2 E2 10,2 B1 E1 0

  7. Wat gebeurt er als er een electron in een laag energieniveau weg is (gat in binnenschil) Auger proces dominant bij lage Z Röntgen (X-ray) emissie dominant bij hoge Z Auger electron e- E3 E3 E2 E2 e- X-ray e- E1 E1 hn = hc / l = E2 - E1 = B1 – B2 EA = E2 – E1 – B3 = B1 - B2 - B3

  8. Radioactief verval • Activiteit: A(t) = -dN/dt = lN (t) met N(t) het aantal radioactieve atomen • Oplossing: A (t) = A (0) e –lt l heet vervalconstante (in s-1) • Levensduur: t =1 / l Activiteit in Becquerel (Bq) = s-1 • Massa dragervrije radioactieve stof als activiteit bekend is: • N (t) = t A (t) , massa = N (t). atoommassa. u = N (t) . atoommassa / NA • Halveringstijd T1/2 : A (0) / 2 = A (T1/2) = A (0) exp { - lT1/2 } • Hieruit volgt: lT1/2 = ln (2) of T1/2 = ln (2) . t = 0,693. t • Alternatieve schrijfwijze verval: • e -lt = exp { ln (2) (- lt / ln (2) } = 2 –t /T1/2

  9. Radioactieve vervalswijzen: b- verval Algemeen: AZ X ® AZ+1Y + e- + n Antineutrino is massaloos en heeft geen lading; vliegt vrijwel overal doorheen. Neemt wel een deel van de energie mee!

  10. b+ verval en electronvangst • Electronvangst (Electron Capture): p + e-®n + n • Of algemeen: AZ X + e-® AZ-1Y + n • Electron komt uit een binnenschil en wordt gevolgd door Röntgen of Auger emissie. • Alternatief heet b+ verval: p®n + e+ + n • Of algemeen: AZ X ® AZ-1Y + e+ + n • Het positrone+ is het antideeltje van het electron en annihileert daarmee: e+ + e-® 2 hn • met hn = mec2 = 0,511 MeV Einstein!

  11. a-verval • Zware kernen kunnen soms energie winnen door een a-deeltje uit te zenden: • AZ X ® A-4Z-2Y +42He • De energiewinst is in de meeste gevallen 5-8 MeV. • Vanwege impulsbehoud neemt de nieuwe kern een fractie 4/A van de vervalsenergie mee als terugstootenergie (»100 keV). • Dit zorgt voor een verplaatsing van » 30 nm in een vaste stof.

  12. g-verval • Kernen hebben net als electronen verschillende energieniveaus.Het radioactief verval gaat in het algemeen naar een aangeslagen (hogere energie) toestand en daarna via electromagnetische straling naar de grondtoestand. Dit heet g-verval. Typerende energie: 1MeV. 57Co 270 d 57Fe EC 136 keV 122 keV 14,4 keV Een aangeslagen kerntoestand die voldoende lang leeft noemen we een isomeer (vb:99mTc (6h) en 99Tc (2,1 105 j) )

  13. Inwendige (interne) conversie • In plaats van een g uitzenden kan een kern ook energie kwijtraken door het over te dragen aan een electron in een binnenschil (K, L), wat dan uit het atoom verdwijnt. • Dit proces heet interne conversie (K-conversie,L-conversie). • Gaat (uiteraard) gepaard met Röntgen- en/of Auger emissie. • Conversiecoefficient: a = Nce / Ng • Partiele conversiecoefficient aK , aL, etc. • Fractie gammaverval bij de-excitatie: 1/ (1+a) • Energie K-conversie electron: EK = Eg - BK

  14. Kernsplijting • Zware kernen (bijvoorbeeld 235U en 239Pu) kunnen spontaan splijten wanneer ze een neutron invangen. • De brokstukken zijn niet altijd gelijk, met massaverdelingen rond 105 en 135. • Reden: nucleonen zijn veel sterker gebonden rond A=100 dan rond A=230, dus energiewinst.

More Related