2.3 Energie uit atoomkernen

21/05/2014

2.1 Equivalentie van massa en energie

2. Energie uit atoomkernen 2.1 Equivalentie van massa en energie

Einstein: massa kan worden omgezet in energie, en omgekeerd

2.2 Energie per kerndeeltje in een kern 2.3 Energie uit atoomkernen

een massa in rust (m0) komt overeen met een hoeveelheid energie (E0)

E0 = m0 . c²

E0 = rustenergie m0 = (rust)massa c = lichtsnelheid = 2,9979 .108 m/s Fysica 5ASO - deel 3

1

2.2 Energie per kerndeeltje in een kern sommige atoomsoorten komen meer voor dan andere vb. ijzer (Fe) vb. goud (Au)

in een kern bezitten de kerndeeltjes minder Epot dan in ongebonden toestand

2

2.2

(want: aantrekkende kernkrachten) Besluit: door de kernkrachten tussen alle kerndeeltjes in een kern is de totale rustenergie van de kern kleiner dan de totale rustenergie van de afzonderlijke kerndeeltjes

waarom?  sleutel: verschil in energie per kerndeeltje in verschillende kernen

energie kan worden omgezet in massa, dus

vooraf: een lichaam evolueert spontaan naar een toestand van minimale potentiële energie (vb. massa met hoogte) Fysica 5ASO - deel 3

Fysica 5ASO - deel 3

door de kernkrachten tussen alle kerndeeltjes in een kern is de totale rustmassa van de kern kleiner dan de totale rustmassa van de afzonderlijke kerndeeltjes 3


4

1

21/05/2014

2.2

energie per kerndeeltje?

2.2

= rustenergie (E0) van een kern gedeeld door aantal kerndeeltjes (A) in die kern

Energie van een ongebonden kerndeeltje (proton)

= kleiner wanneer het kerndeeltje in een kern is opgenomen dan wanneer het zich in ongebonden toestand bevindt (cf. supra)

energie per kerndeeltje i.f.v. A:

kleinste energie per kerndeeltje? A = 56-60 (= ijzer, …) Fe = heel stabiel Fysica 5ASO - deel 3

5

2.3 Energie uit atoomkernen


6

2.3.1 kernfusie

2.3.1 kernfusie

 uit lichtere kernen zwaardere kernen vormen

2.3.2 kernsplijting of kernfissie

de overtollige energie per kerndeeltje wordt vrijgegeven (zie grafiek)

2.3.3 toepassingen van kernfusie en kernsplijting


7


8

2

21/05/2014

2.3.1

vb.: de zon

2.3.2 kernsplijting of kernfissie  zware kernen splijten tot lichtere kernen de overtollige energie per kerndeeltje wordt vrijgegeven (zie grafiek)

H-kernen komen samen tot He-kernen energie-overschot komt vrij als warmte en licht


vb.: kernsplijtingsreactoren

9

2.3.2


10

2.3.3 toepassingen kernfusie en kernsplijting kernfusie

splijten van U235-kernen of Pu239-kernen

kern van de zon: 10 à 15 miljoen °C  H-kernen versmelten tot He-kernen

tot kleinere kernen = meestal onstabiel  zenden radioactieve straling uit


11


12

3

21/05/2014

2.3.2

kernfusie op aarde: proberen nabootsen

2.3.2

kernfusie kernfusiereactor (cursus p. 24)

probleem: enkel mogelijk bij hoge temperaturen (want grote elektrische afstotingskracht)

gassen veranderd in plasma’s (alle atomen geïoniseerd) vaten smelten  plasma ‘vangen’ door in zeer sterke magnetische velden te houden


13

2.3.2

kernsplijting uraan-235-kernen beschieten met neutronen


14

2.3.2

kernsplijting uraan-235-kernen beschieten met neutronen

+ grote hoeveelheid energie!


15


16

4

21/05/2014

2.3.2

kernsplijting

kernsplijting

concentratie verhogen (verrijkt uranium)

2.3.2

uraan-235-kernen beschieten met neutronen kerncentrale: mengsel van 29325 U en

238 92

U gebruiken

 … kettingreactie!

natuurlijk uraan: 0,7%

235 92

alleen deze isotopen zijn splijtbaar

U


17


2.4 Massaverandering en bindingsenergie

18

2.4

vb.: deuteriumkern ( 21H ) aantal protonen: 1

aantal neutronen: 1

massa v/d kern = 2,013 551 u

massaverschil = massadefect Δm

(experimenteel bepaald)

massa v/d nucleonen: massa proton = 1,007 276 u massa neutron = 1,008 665 u

= 2,015 941 u - 2,013 551 u

?

= 0,002 39 u

= 2,015 941 u som v/d massa’s v/d afzonderlijke nucleonen is niet gelijk aan de totale massa van de kern! Fysica 5ASO - deel 3

19

(som v/d massa’s v/d afzonderlijke nucleonen) – (massa van de gebonden nucleonen) Fysica 5ASO - deel 3

20

5

21/05/2014

2.4

bindingsenergie (ΔE) van een kern

2.4

= de energie die vrijkomt wanneer ongebonden protonen en neutronen tot een kern worden gebonden  er ontstaat een stabielere structuur met een lagere rustenergie

massaverschil = massadefect Δm massa kan worden omgezet in energie (E0 = m0 . c²)

Bindingsenergie die vrij komt

massavermindering (Δm0) te verklaren door energievermindering (ΔE0 = Δm0 . c²) = BINDINGSENERGIE

ΔE0 = Δm0 . c²


21

om de gebonden p+ en n0 weer te scheiden: moet aan de kern de bindingsenergie ΔE toegevoerd worden

2.4


22

2.4

voorbeeldoefening

 cursus p. 28-29

 hoe hoger de bindingsenergie v/e kern, hoe meer energie er is vrijgekomen bij de vorming ervan  hoe meer energie er zal moeten toegevoerd worden om de kern terug te splitsen bindingsenergie per kerndeeltje: bindingsenergie v/e kern aantal kerndeeltjes in die kern Fysica 5ASO - deel 3

=

ΔE0 A 23


24

6

21/05/2014

2.5 Oefeningen  cursus p. 29


25

7

2.3 Energie uit atoomkernen

Recommend Documents