Op 23 november 2017 stond er een artikel in de NRC met bovenstaande titel. De NRC schrijft:
“Het is al langer bekend dat in een bliksem gammastraling ontstaat. Die kan nucleaire reacties veroorzaken als die straling op zuurstof- en stikstofmoleculen in de lucht valt. De neutronen die hierbij vrijkomen, zijn al eerder gemeten. Tijdens een heftige onweersbui in februari maten de onderzoekers voor het eerst ook positronen (de antimateriële tegenhangers van elektronen)”
Verderop staat:
“Zo werden in de jaren negentig door satellieten voor het eerst gammaflitsen gezien bij een blikseminslag. Dit zijn korte uitbarstingen van energierijke elektromagnetische straling.“
“Deze gammastraling heeft genoeg energie om neutronen uit de atoomkernen van zuurstof- en stikstofmoleculen te slaan. De atomen die daaruit ontstaan, stikstof-13 en zuurstof-15, zijn radioactief en vallen binnen enkele minuten uit elkaar tot andere atomen. Hierbij zenden ze positronen uit. Die positronen hebben de onderzoekers gemeten.”
a) Geef de reactievergelijking voor het ontstaan van zuurstof-15.
$_{0}^{0}\gamma+_{8}^{16}\textrm{O}\rightarrow _{0}^{1}\textrm{n}+_{8}^{15}\textrm{O}$
b) Geef de vergelijking voor het verdere verval van zuurstof-15.
$_{8}^{15}\textrm{O}\rightarrow _{1}^{0}\textrm{e}+_{7}^{15}\textrm{N}$
Dit is stabiel.
c) Geef ook de twee reactievergelijkingen voor het ontstaan en verval van stikstof-13.
$_{0}^{0}\gamma + _{7}^{14}\textrm{N}\rightarrow _{0}^{1}\textrm{n} + _{7}^{13}\textrm{N}$
$_{7}^{13}\textrm{N} \rightarrow _{0}^{1}\textrm{e} + _{6}^{13}\textrm{C}$
Dit is stabiel.
In het artikel wordt gesproken van enkele minuten.
d) Laat voor beide reacties zien dat dat overeenkomt met gegevens uit Binas (of ScienceData)
De halveringstijd van O-15 is 221 s en die van N-13 is 9,97 min.
Het positron dat ontstaat bij beide reacties kan met een elektron annihileren waarbij dan weer twee gammafotonen ontstaan. De massa van beide deeltjes wordt daarbij omgezet in de energie van die gammafotonen.
e) Hoe groot is de energie van één gammafoton? Tip: gebruik Tabel 7B van Binas.
De energie van één foton is gelijk aan de energie van één elektron of positron. In Binas tabel 7B zie je dat die 0,511 MeV bedraagt.
De gammafotonen die ontstaan bewegen (ongeveer) in tegengestelde richting.
f) Wat is hiervan de reden?
Behoud van impuls. Als we uitgaan van twee stilstaande deeltjes is de impuls vóór de reactie gelijk aan nul en dus na de reactie ook. Dat kan als de twee fotonen tegengesteld bewegen.
g) Waarom bewegen ze niet precies in tegengestelde richting?
Als de deeltjes vóór de reactie niet stilstaan is de impuls vóór de reactie niet nul en na de reactie dus ook niet en daardoor zal de beweging van de fotonen niet netjes tegengesteld zijn.
Het artikel besluit met: “Erg gevaarlijk is de straling van het onweer overigens niet. Een gedeelte wordt afgeremd in de lucht en een deel beweegt omhoog, de ruimte in. Vlak bij een bliksemflits kan de stralingsdosis wel hoog zijn. Maar dat is daar niet je grootste probleem.”
