Examenbijles Kosmische achtergrondstraling (VWO 2006)

Onderwerp: Astrofysica, Kern- & Deeltjesprocessen (vwo), Kernfysica

Examenopgave VWO natuurkunde 1,2 2006 tijdvak II: opgave 5

Dit is een uitgebreide uitwerking van de genoemde examensom, voorzien van achtergrondinformatie en een stukje verdieping in de stof. Ben je alleen geïnteresseerd in de antwoorden klik dan hier voor de basisuitwerking. Je kunt ook links in de kantlijn op de juiste opgave klikken.

Volgens de gangbare theorien is het heelal ontstaan met een enorme explosie: de zogenaamde oerknal (Big Bang). Na ongeveer een microseconde konden er protonen en neutronen ontstaan. Een deel van de protonen en neutronen smolten samen tot deuteriumkernen.
Aanvankelijk werden veel van deze deuteriumkernen weer door energierijke fotonen ontleed in een proton en een neutron.

a) Bereken de energie (in J) die een foton minimaal moet hebben om een deuteriumkern te splitsen in een proton en een neutron.

Na een paar minuten werd deuterium niet meer ontleed. Voor zover er nog gesoleerde neutronen aanwezig waren, verdwenen deze door radioactief verval.

b) Geef de vervalreactie van het neutron.

Stel dat in een afgesloten ruimte evenveel protonen als neutronen zijn.

c) Bereken de verhouding van het aantal protonen en het aantal neutronen na 1,00 uur.

Atoomkernen en elektronen vormen samen atomen. Aanvankelijk werden deze door de aanwezige fotonen ook weer heel snel geoniseerd. Na ongeveer 3·105 jaar hadden de meeste fotonen echter niet meer genoeg energie om atomen te ioniseren. Vanaf die tijd werden atomen stabiel en konden de fotonen vrij door het heelal reizen zonder geabsorbeerd te worden. Deze straling is nog steeds aanwezig in het heelal. Lees het volgende artikel.

figuur 1

Bij elk stralend voorwerp, dus ook bij het heelal, hoort een stralingskromme.

d) Bereken met welke factor de energie van de fotonen van de achtergrondstraling, die horen bij het maximum van de stralingskromme, na 14 miljard jaar verdere expansie afgenomen is.

Een verschil in temperatuur op de foto duidt tevens op een verschil in dichtheid. Men vermoedt dat het verschil in dichtheid de aanleiding was voor de ontwikkeling van sterrenstelsels.

e) Beredeneer dat het verschil in dichtheid aanleiding kan zijn voor de vorming van sterren of sterrenstelsels.

Wat kosmische achtergrondstraling precies inhoudt komt slechts summier in deze vraag naar voren. Wil je er meer over weten, kijk dan bijvoorbeeld in de Wikipedia

Met het project Hisparc is het mogelijk op school muonen te detecteren, meer daarover vind je in dit artikel

Achtergrondinformatie bij Hisparc is te vinden op deze site.

De beschrijving van een proefopstelling om zelf naar straling te zoeken staat hier

Aanwijzingen

Open de aanwijzing bij de vraag van jouw keuze.

Wat kun je worden?

Bekijk het interview met medewerker Bob van Eijk van Nikhef door op deze link te klikken. Er staan nog diverse andere interviews op de site natuurkunde.nl.

Uitwerkingen

Open de uitwerking van jouw keuze.