Icon up Overzicht

Exaktueel Allende

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

havo/vwo, Kernfysica, 60 minuten

Een opgave van de redactie van Stichting Exaktueel. Op basis van artikelen in de media worden opgaven gemaakt die aansluiten bij het natuurkunde-onderwijs in het voortgezet onderwijs.

Lees onderstaand artikel.

Zonnestelsel blijkt vijf miljoen jaar jonger na meteoriet-metingen

Bron: NRC Handelsblad, 2 januari 2010

Nieuwe metingen van een meteoriet tonen aan dat ons zonnestelsel vijf miljoen jaar jonger is dan bij een eerdere meting werd geconstateerd. De Allende-meteoriet is op Aarde neergekomen, waarna metingen plaatshadden.

Het resultaat van de nieuwe meting van de daadwerkelijke leeftijd van 4,6 miljard jaar verschilt nauwelijks met dat van de oude meting. Een nauwkeurige datering is echter cruciaal om de eerste processen in de juiste volgorde te plaatsen. Deze processen hebben - in sommige gevallen in snelle opeenvolging - de uiteindelijke bouw en samenstelling bepaald van het zonnestelsel.

Het onderzoek naar concentraties van radioactieve isotopen in de op Aarde neergestorte Allende-meteoriet leverde de nieuwe leeftijd op. De Allende-meteoriet kwam in februari 1969 verspreid in brokstukken neer op Aarde. Uiteindelijk hebben onderzoekers 2.000 kilo materiaal bij elkaar verzameld na een intensieve zoektocht naar de brokstukken. Astronomen schatten en berekenen de leeftijd van het zonnestelsel met behulp van insluitsels in meteorieten. Deze meteorieten zijn als het ware ‘boodschappers’ uit de begintijd van ons zonnestelsel. Sommige soorten meteorieten bevatten insluitsels die rijk zijn aan calcium en aluminium. Bij deze meteorieten staat vrijwel vast dat deze de eerste verbindingen vormen gedurende de geboorte van het zonnestelsel. Deze verbindingen zijn ontstaan in de afkoelende schijf van oermaterie rond de protozon tijdens de geboorte van het zonnestelsel.

Hiermee is leeftijd voor deze meteorieten een meetinstrument voor de ouderdom van het gehele zonnestelsel. Onderzoekers gebruiken oude isotopen voor het berekenen van de leeftijd van de genoemde insluitsels. Dit zijn isotopen die over een grote periode zijn veranderd in meer recente isotopen door het effect van radioactief verval.

Dit zijn vooral uranium -238 en -235 die uiteindelijk veranderen tot lood -206 en -207. In de wetenschap is het tijdsbestek waarin deze isotopen vervallen, oftewel de halveringstijd, zeer accuraat bekend. Onderzoekers kunnen de concentraties van zowel de ‘moederisotopen,’ als de zogenoemde ‘dochterisotopen’ nauwkeurig vaststellen. Gecombineerd met het bekende vervaltempo kan men berekenen in hoe lange periode dit verval heeft plaatsgevonden.

Onderzoekers waren lange tijd ervan overtuigd dat bij alle meteorieten de verhouding in de concentraties tussen de twee moederisotopen volledig gelijk is. Maar Gregory Brennecka en zijn mede-wetenschappers toonden aan dat de verhouding in de Allende-meteoriet soms verschillend is. De oorzaak van deze variatie zouden heel waarschijnlijk de hele kleine hoeveelheden curium-247 zijn. Curium-247 is een element dat tijdens het ontstaan van het zonnestelsel relatief snel verviel tot uranium-235. De concentratie uranium-235 nam hierdoor toe. Tegelijkertijd nam ook de leeftijd toe, die met deze dateringsmethode was vastgesteld.
De afwijking in de concentratie ligt op 3,5 promille in dit geval. In de leeftijd bedraagt de afwijking circa 5 miljoen jaar.

Vragen en opdrachten

Er zit in de gevonden meteorietbrokstukken een beetje radioactief uranium-235 en ook een beetje uranium-238.

a) Geef de reeks van kernreacties waardoor uranium-235 vervalt tot lood-207. Let op: het zijn wel elf vervalreacties achter elkaar!

b) Welke reactie zal de halveringstijd het meest bepalen? Waarom?

Volgens Brennecka en zijn collega’s zou het verval van Cm-247 de ouderdomsberekening verstoren.

c) Geef de kernreactie waarbij Cm-247 vervalt tot Pu-243.

Pu-243 komt niet in de isotopenlijst in BINAS voor. Dat betekent niet dat de stof niet voor zou komen. De isotopenlijst in BINAS geeft ‘maar’ driehonderd isotopen van de ongeveer twaalfhonderd bekende isotopen. Met hulp van BINAS kun je dus niet laten zien, dat Pu-243 uiteindelijk vervalt tot U-235.
In BINAS staat een tamelijk fors getal voor de halveringstijd van Cm-247 . Toch wordt gesproken over vrij snel verval.

d) Waarom wordt dit een 'snel verval' genoemd?

e) Wat voor gevolgen heeft het voorkomen van Cm-247 voor de verhouding van de beide loodisotopen in de meteoriet en dus voor de ouderdomsbepaling van het zonnestelsel?

Meer opgaven van de redactie van Exaktueel kunt u hier vinden.