Icon up Overzicht

Nucleaire batterijen (VWO, 2010-I, opg.3)

Onderwerp: Elektrische stroom, Ioniserende straling, radioactiviteit, Kern- & Deeltjesprocessen (vwo), Kernfysica

Examenopgave VWO, 2010 tijdvak 1, opgave 3: Nucleaire batterijen

Nucleaire batterijen zijn spanningsbronnen die β--straling gebruiken om elektrische energie op te wekken. Door hun zeer kleine afmetingen zijn ze bijzonder geschikt voor microprocessoren in computers en in pacemakers. De β--straling komt uit een radioactieve bron die bestaat uit een plaatje met nikkel-63.

Opgaven

a) Geef de reactievergelijking voor het verval van nikkel-63.

Het principe van een nuclearie batterij wordt toegelicht met behulp van figuur 1.

figuur 1

Een aantal β--deeltjes uit het plaatje met nikkel-63 treft een koperplaatje en wordt daar geabsorbeerd. Het koperplaatje is bevestigd aan een isolerend trilplaatje dat goed kan buigen. Aan het isolerend trilplaatje is ook een piëzo-elektrisch element bevestigd. Dit element geeft bij vervorming een elektrische spanning af.

b) Leg uit dat het trilplaatje gaat trillen.

Voor de activiteit geldt de volgende formule:

 

Hierin is:

  • A de activiteit;
  • N het aantal aanwezige radioactieve kernen;
  • t1/2de halveringstijd.

De activiteit van het nikkel-63 in het plaatje is op een gegeven moment 5,0 · 1010 Bq.

c) Bereken de massa van het nikkel-63 in het plaatje, uitgedrukt in kg.

Bij het verval van een nikkel-63-kern komt per vervalreactie 62 keV aan (kern)energie vrij. Het rendement van de omzetting van (kern)energie naar elektrische energie is bij dit proces 4,0%.

d) Bereken het elektrisch vermogen van de batterij op dat moment.

Een nuclearie batterij is toegepast in een pacemaker. Zolang het vermogen van de nucleaire batterij meer dan 90% is van het vermogen bij de productie, kan hij worden gebruikt. Het rendement blijft bij het teruglopen van het vermogen gelijk.

e) Bereken hoe lang na de productie de nucleaire batterij vervangen moet worden.

Uitwerkingen

Open het antwoord op de vraag van jouw keuze.