Kerndeeltjes in een energieput (quantum)

Onderwerp: Quantumwereld

Positieve deeltjes stoten elkaar af, toch blijft een atoomkern bijeen.

Deze opgave komt uit de lesmethode Pulsar (3e editie) Natuurkunde 6 vwo leerboek, uit het hoofdstuk Quantumfysica. Uitgeverij: Noordhoff Uitgevers bv.

In een atoomkern worden de protonen en neutronen bij elkaar gehouden door een kracht die de sterke kernkracht wordt genoemd, en die op korte afstand sterker is dan de afstotende elektrische kracht tussen de protonen. Op grotere afstand wint de elektrische kracht het echter.

Voor positieve deeltjes binnen de kern ontstaat zodoende een energieput, die ongeveer de vorm heeft zoals weergegeven in figuur 1.

Energieput_figuur_1
Figuur 1: De zwarte lijn stelt de potentiële energie voor. De rode lijn is de golffunctie.

Binnen atoomkernen vormen eenheden van twee neutronen en twee protonen samen deeltjes die uit de put kunnen ontsnappen. Dit zorgt voor een vorm van radioactief verval.

Vraag a. Welk soort radioactief verval is dit?

Dit heet alfa-verval.

Vraag b. Hoe heet het ontsnappende deeltje?

Alfa-deeltje, alfa-straling of heliumkern

Bij de kernen die deze vorm van verval vertonen zijn de verschillen in de halveringstijden enorm.

Vraag c. Zoek tussen de kernen die voorkomen in Binas de kern met de grootste en die met de kleinste halveringstijd voor dit verval.

De halveringstijd van U-238 is 4,5 miljard jaar.

Die van Po-214 is 160 µs.

Vraag d. De halveringstijden die je bij vraag c hebt gevonden verschillen enorm. Wat zegt dit over de hoogte en/of breedte van de wand van de energieput bij verschillende soorten kernen?

Hoe hoger en breder de wand des te groter de halveringstijd.