Geschiedenis van de straling en atomen

Ernest Rutherford

Ernest Rutherford werd geboren in Nieuw-Zeeland. Zijn vader was een simpele broer maar hij, hij kreeg een graad in de wiskunde en natuurwetenschappen. Hierna kreeg hij een studiebeurs om te gaan werken bij het Cavendish labrotorium in Cambridge met JJ Thomson.

Wat heeft Rutheford gedaan?

Rutherford bestuurde radioactive atomen, hij merkte dat de atomen onstabiel waren. Hij deed een experiment: Hij liet zijn assistenten positief geladen straling op atomen in een goude folie schieten en kijken waar het stralingdeeltjes heen gingen.  Dit konden ze doen omdat de plaat waar het deeltje op viel een klein beetje opgloeit, ze deden het onderzoek dus in het donker. De gloed liet zien dat de meeste deeltjes gewoon door het atoom heen gingen, sommigen werden een klein beetje afgebogen. Toen de assistenten teruggingen naar Rutherford om hem het saaie nieuws te vertellen zei hij “Plaats de platen dan maar eens aan de andere kant.” De assistenten zagen dat sommige deeltjes terug richting de bron werden gereflecteerd. Ze omschreven het: “Alsof je met een kanon op een zakdoekje schiet en de kogel terug wordt gekaatst”. Na veel berekeningen concludeerde Rutherford dat de straling alleen teruggekaatst kon worden als atomen een kleine maar sterk positief geladen centrum hadden. Hij noemde dit de kern. Als het atoom 100 meter was, dan zou de kern volgens hem de grootte van een erwt hebben.

Hierboven is een getekende versie van de twee experimenten.

De Quote van de Asistenten van Rutherford

Conclusie die hij trok 100m atoom en de kern is maar een erwt

Regels van Rutherford’s Atoom model

Niels Bohr

Niels Borh werd geboren op 7 oktober 1885 in een wetenschappelijke. Nadat hij gepromoveerd was aan de universiteit van Kopenhagen in Denemarken nam hij een uitnodiging aan om te gaan werken met Rutherford in Cambridge.

Bohr’s atoomodel (1922)

Het model zegt het volgende:

  • Het grootste gedeelte van de massa van een atoom zit in de centralen kern die uit protonen bestaat.
  • De elketronen zitten in bepaalde vaste schillen en draaien om de kern.
  • Schillen zitten ver van de kern vandaan
  • Schil vol? Dan komt er een nieuwe
  • Atomen met volle schillen zijn niet scheikundig reactief
  • Elektronen bepalen de reactiviteit van het atoom. Atoomodel van Bohr

Elektronenconfiguratie

In Bohrs model staat:

Bohr’s atoomodel (1922)

Het model zegt het volgende:

  • Het grootste gedeelte van de massa van een atoom zit in de centralen kern die uit protonen bestaat.
  • De elketronen zitten in bepaalde vaste schillen en draaien om de kern.
  • Schillen zitten ver van de kern vandaan
  • Schil vol? Dan komt er een nieuwe
  • Atomen met volle schillen zijn niet scheikundig reactief
  • Elektronen bepalen de reactiviteit van het atoom. Atoomodel van Bohr
Link to original
Waterstof heeft één proton in en één elektron dat er omheen draait.

Lithium heeft drie protonen en dus ook drie elektronen. Maar in de eerste schil passen er maar 2 dus komt er een nieuwe schil:

Het aantal schillen wordt aangegeven met letters de eerste schil (van binnen naar buiten) is K (n=1). De tweede ring is dan L (n=2) ect. Het begint op alfabetische volgorde vanaf K dus: K, L, M, N, O, P ect. Hoe bereken je het aantal elektronen dat er in kunnen? Heel simpel: n = de hoeveelste ring is. Later paste Bhor zijn model een paar keer. Hij ontdekte dat schillen sub schillen hadden. Die je met een kleine letter schrijft.

James Chadwick

Sir James Chadwick (1891-1974) was een Engelse natuurkundige en een student van Ernest Rutherford. Hij ontdekte de neutroon. Het heeft hetzelde massa als een proton maar heeft geen lading. Hierdoor werd het Atoomodel van Bohr aangepast.

Werner Heisenberg

Werner Heisenberg ontdekte de onzekerheidrelatie die zegt het volgende: Het is onmogelijk is om zowel de positie als de snelheid (of momentum) van een deeltje met perfecte nauwkeurigheid te kennen. Naarmate we de positie van een deeltje nauwkeuriger bepalen, wordt de kennis over zijn snelheid minder precies en vice versa. Het principe kan wiskundig worden uitgedrukt als: ​waarbij de onzekerheid in positie is, de onzekerheid in momentum, en de constante van Planck is. Dit betekent dat er een fundamentele grens is aan de precisie waarmee deze twee eigenschappen van een deeltje tegelijkertijd kunnen worden gemeten.

Het huidige model van de atoom

Atoommodel van Bohr Waarbij a en b de kern is met neutronen en protonen en c de elektronen.

Het aantal protonen bepaald welk stof het is 1 proton eerste vakje in het periodiek systeem waterstof. 2 protonen helium ect. Dit is het atoomnummer. De neutronen zorgen er voor dat de atoom stabiel is dus dat het atoom ook er echt blijft. En de elektronen zorgen er voor dat het positief neutraal of negatief is.

Isotopen

Het massagetal kan veranderen terwijl je nog steeds het zelfde stof hebt. Dit komt doordaat je bijvoorbeeld 1 proton hebt (waterstof). Maar meerdere neutronen. In het geval van waterstof hebben de isotopen eigen namen gekregen: waterstof zonder neutronen heet protium, waterstof met één neutron heet deuterium. Deze twee isotopen komen in de natuur voor maar niet in gelijke hoeveelheden; 99,9885% van al het waterstof is protium en slechts 0,0115% is deuterium.

Waterstof kan ook bestaan met twee neutronen maar dat is een synthetisch isotoop, het kan alleen in een kerncentrale of deeltjesversneller worden gemaakt. Dit isotoop heet tritium.

Wat is U?

U is een 1/12 de van de massa van een koolsotattom met 6 neutonen.

Het Symbool

Het is onhandig als we elke keer apart opschrijven hoeveel neutron proton en elektron er zijn. Daar gebruik je dit “symbool”: Het “symbool om te noteren hoeveel neutron proton en elektron elk atoom heeft” Hierbij is A het massa getal, Z het aantal protonen, Q de isotoop en midden in het stof.

Stralingen en reacties

Relatie met Scheikundige Reacties

Links op de periodiek systeem zijn soffen met weinig elektronen. En recht zijn stoffen waarbij de ring gevuld met elektronen. Omhoog is weinig ringen en omlaag is meer ringen. Stoffen die een niet gevulde ring met elektronen hebben scheikundige reacties terwijl de edelgassen rechts op het periodiek systeem Bijna geen scheikundige reacties gemaakt van kunnen worden.

Stabiliteit en straling

Nu we weten hoe een atoom in elkaar zit kunnen we dingen vragen stellen waarom iets zo werkt. Zoals WAAROM EXPLODEERT DE KERN NIET?! Het is allemaal plusdeeltjes bij elkaar. Als je dat zou doen met magneten zouden ze uit elkaar schieten. Heel simpel de elektronen om de kern heen houden de protonen vast. Dit gebeurt omdat het aantal elektronen = protonen. Dan is een atoom stabiel. Maar wat gebeurt er als die balans verstoord wordt.

Leuke informatie

In je bloed zitten rode bloedcellen en in die bloedcellen zit een stofje genaamd hemoglobine. Die houdt de zuurstof in een cel vast. In het midden van de hemoglobinemolecuul zitten 4 ijzermollecullen. Ijzer-56 (Ijzer met een massagetal van 56) Een stabiele atoom. Zo stabiel zelfs dat het ouder is dan de aarde en de zon. Het is waarschijnlijk ontstaan een generatie voor de zon.

Maar Ijzer-59 is not zo een stabiele stof: het is een ontstabiele stof. De atoom gaat er alles aan doen om het weer stabiel te maken. Dat betekent elektronen = protonen. Hoe zorg je er voor dat de kern weer stabiel wordt? Door energie uit de atoom te laten wegstralen dit noem je verval. Dit verval is radioactief.

Bij verval kunnen er 3 soorten stralen ontstaan :

  1. ɑ | Alphastraling: Straling dat ontstaat door het loschietten van 2 neutronenen 2 protonen. Je shrijft Alphastraling verval het als volgt:
  2. β | Betastraling ontstaat doordat een neutron in een proton+ Elektron verandert +-=neutraal. Maar omdat Elektron niet in kern kan zitten schiet het met hoge snelheid weg. Betaverval schrijf je op als
  3. γ | Gammastraling is licht het raakt veelatomen niet omdat het er door heen straalt waardoor het ook ver gaat. Maar som kan Gammastraling eer voor zorgen dat een atoom geioniseerd wordt. De stralingen met het doordringend vermogen en het ioniserend vermogen Als een betadeeltje meerdere keeren is gebots botst het nog 1 keer en ioniseerd hij zijn laatste slachtoffer waarna hij tot rust komt (om een andere atoom gaat draaien). Bij een alpha deeltje is dat gaver. Als die stopt en later ook wat elektronen aantrekt wordt het helium een nieuwe atoom. Alle helium ooit was ooit Alphastraling.

Straling en Ionisatie gebruiken

Straling en Ionisatie gebruiken in de industrie

Straling en Ionisatie wordt gebruikt in de industrie maar vooral voor medische gevallen. Maar laten we simpeler beginnen: de industrie. Twee eigenschappen van Straling en Ionisatie zorgt ervor dat je het kan gebruiken in de industrire.

  1. Straling kan gedetecteerd worden.
  2. Door straling ioniseren stoffen waardoor ze anders gaan reageren.

Alphastraling: Deze straling heeft een kort bereik maar ioniseert veel stoffen om zich heen. Vroeger (tot 2020, verkoop al sinds 2010 gestopt) werden in rookmelders een stukje americium gestopt, dat is radioactief, en straalt Alphastraling straling uit. Dit ioniseert de lucht er om heen waardoor er elektriciteit door heen kan stromen. Maar rook niet. Dus als er rook is breekt het circuit en gaat het alarm af. En waarom het is gestopt met verkopen Het is radioactief !!!

Betastraling : Wordt gebruikt om de materiaal dikte te meten. Hoe dikker het materiaal hoe meer absorptie daardoor kan je de dikte van materiaalen meten.

Gammastraling: In de industrie wordt het niet vaak gebruikt omdat Gammastraling in grote dosis dodelijk is. Het wordt gebruikt om in de medici kankercellen te doden. En om instrumenten te steriliseren.

Straling en Ionisatie gebruiken in de Ziekenhuizen en andere medische toepassingen

Elk cel is een heel mooi klein blokje dat scheikundige stoffen en processen uitvoert om er voor te zorgen dat wij leven. Ik zelf vind dat echt gaaf. (Emre niemand boeit!!> fack jullie mijn website). Deze reacties zorgen naast het maken van de functie van de cel ook meer cellen komen door celdeling. Dit zorgt er voor dat wij proeven, denken, schrijven, typen en nog veel meer. Ook zorgt het er voor dat als we cellen dooden zoals een wondje maken dat ze ook weer terug groeien door celdeling.

Dus wat gebeurd er als we straling+cel doen. Wat weten we? Dat straling er voor zorgt dat er nieuwe scheikundige reacties (kunnen) gebeuren. En sommige scheikundige reacties niet meer kunnen gebeuren. Als een cel geraakt wordt door een door een bepaalde Straling kunnen er een paar dingen gebeuren:

  • De cel beschadigt waardoor die niet meer zichzelf gaat delen. Dus als de cel dood gaat wordt het opgevuld door de omringende buren
  • De cel raakt beschadigt en voert een geprogrammeerde celdood uit. Waardoor die opgevuld wordt door de omringende cellen.
  • De cel raakt zo beschadigd(DNA is beschadigt) dat de celdeling blijft doorgaan en niet een geprogrammeerde celdood uitvoert. En zo een gemuteerde cel blijft zich delen breekt af en gaat naar andere delen van het lichaam waardoor die andere organen in de weg zit en dit blijft zo doorgaan totdat die persoon dood gaat. Dit is hoe kanker werkt.
  • Een cel wordt getroffen door zoveel Straling dat de cel dood gaat.

Dit hangt af van de stralingsdosis, de hoeveelheid straling die het deeltje opvangt.

Bij een kleine stralingsdosis gebeurt er dit: De cel beschadigt waardoor die niet meer zichzelf gaat delen. Dus als de cel dood gaat wordt het opgevuld door de omringende buren (uitzonderingen komen zo)

Bij een hoge stralingsdosis absorbeert de cel veel straling en gaat het dood. Het probleem hierbij is dat veel van de omringende cellen ook dood zijn gegaan waardoor de dode cel niet opgevuld kan worden. Als dit op veel gebieden gebeurd kunnen organen niet meer werken. Dat zorgt voor orgaan falen en dat lijdt uiteindelijk of op een transplantatie of de dood van die persoon.

Bij een middelgrote stralingsdosis komen de bekendste effecten. De cel gat niet dood maar de cel raakt zo beschadigd (DNA is beschadigt) dat de celdeling blijft doorgaan en niet een geprogrammeerde celdood uitvoert. Een gemuteerde cel blijft zich delen deze klomp cellen is een kankertumor. Breekt het af? Dan gaat het naar andere delen van het lichaam waardoor die andere organen in de weg zit en dit blijft zo doorgaan totdat die persoon dood gaat. Dit is hoe kanker werkt.

Hoe hoger de straling dosis, hoe hoger de kans is dat de cel een kankercel wordt tenzij dosis zo hoog is dat de cel sterft.

Hoe gevaarlijk een radioactive straling is hangt af van meerdere factoren zoals hoeveelheid straling. Maar ook of het matriaal binnen of buiten het lichaam bevindt.

Als het materiaal binnen het lichaam bevindt:

  • Alphastraling is erg schadelijk omdat het hele hoge ionisatie vermogen heeft. En omdat het al in het lichaam is hoeft het niet zo ver stralen. Daarom is het niet zo schadelijk.
  • Betastraling gaat vaak door het lichaam heen. Dit is ook het geval van Gammastraling.

Als het materiaal buiten het lichaam bevindt:


Dat straling schadelijk is is niet een slechte eigenschap. Als je kanker hebt hoe zorg je er voor dat je maar een klein groepje cellen dood en niet meteen alle. Heel simpel je zet de persoon in een kamer. Met een dikke muur van lood (blokeert Gammastraling). Dan zet je allemaal punten met een straling en richt het op de kankercellen. Als je van alle hoeken Gammastraling straalt. Dan gaat alleen de cellen dood die door meerdere punten Gammastraling gestraald is.

Emre's Info

Wat ik wel echt heel mooi vind is dat door straling kanker ontstaat (niet mooi). En om dat op te lossen moet je nog meer straling geven.

(Achtergrond -) Straling meten

Ioniserende straling komt niet alleen maar voor in blokjes gemaakt door mensen maar ook gewoon in de natuur en heel goed voorbeeld daarvan is de ZON. Die zendt licht (soort van Gammastraling) . Maar in de aarde zit ook gewoon straling. Daardoor zit overal om je heen wel straling. Onze lichamen kunnen er gelukig tegen. Anders zouden we al lang uitgestorven zijn. Al dit soort straling noemen we achtergrondstraling.

Tegen achtergrondstraling kan je weinig aan doen. Maar radioactive materiaalen moet je voorzichtig mee werken als je het gebruikt. Zodat je de schade op je lichaam minimaliseert.

Sommide materiaalen hebben altijd wel er iets op staan zoals dit: of staat er iets op zoals dit: “Drop and Run”: Heel erg radioactive kobalt-60. De eenheid waarin de activiteit op de verpakking staat (de Curie) is geen officiële eenheid en wordt steeds minder gebruikt.

Als deze waarschuwingen niet duidelijk zijn gebeuren er dingen zoals het Samut Prakan radiation accident. Klik er op om er meer over te lezen maar wat er eigenlijk gebeurde was: .

Samut Prakan Radiotion Accident

Een ongeval in Thailand waarbij het [[[[[[[[[[symbool]]]]]]]]]] niet werd herkend door medewerkers die een oud apparaat uit elkaar haalden, is een nieuw waarschuwingsbord ontworpen. Er waren 10 mensen zwaar gewond waarvan 3 overlenden. En potentieel 1.872 mensen zijn blootgesteld aan gevaarlijke gammastraling.

Meetapratuur

Het is absoluut onmogelijk om het aantal radioactieve deeltjes te tellen duurt veel te lang (langer dan universum leeftijd) Wat je wel kan meten is hoeveel deeltjes er door een stof word uitgezonden. De apparaat dat het meet noem je de Geiger-Müller teller of Geigerteller. Als het vang aantal deeltjes berekent hoeveel hij gemist heeft. Een maakt dan een soort “klik” geluid. Om mensen die niet weten wat het aparaat doet te informeren. En iedereen weet dat door de films/tv-series die we kijken.

Bq

De activiteit van een stof wordt gemeten in een aantal Becquerel (Bq) en dat betekent letterlijk “het aantal vervallen atomen per seconde.”

https://XKCD.com

Radioactief verval

De kern van een onstabiele isotopen zenden straling uit. En zoals je hierboven hebt gelezen zijn dat gewoon deeltjes die weg worden gekaatst om het atoom weer stabiel te maken (In het geval van Alphastraling en Betastraling. Gammastraling is gewoon licht. ). Dit noem je verval. De samenstelling van de kern verandert. Als je moet 2 van de 3 dingen weten om er een soort scheikundige reactie van te maken (maar dan voor verval)

  1. Atoom voor verval
  2. Atoom na verval
  3. Het soort Straling dat het uitzendt.

We kunnen de kern van een atoom opschrijven als: Waarin: A= massagetal is. (Aantal protonen+neutronen ) Z= aantal protonen X= scheikundige symbool zoals die op het periodiek systeem staat.

Bij Alphastraling schieten 2 protonen en 2 neutronen. Laten we zeggen dat alphaverval heeft. Dat kan je dat als volgt opschrijven. Het is echt heel simpel: We hebben een Bi atoom die heeft alphaverval Waardoor er 2 protonen en 2 neutronen wegschieten. Dat schrijven we ook op Er gaan 2 protonen weg en het massagetal daalt met 4 want 2 protonen + 2 neutron = 4. Dan verandert je atoom. Dus je kijkt effe op het periodiek systeem of in je BiNaS. En kijkt wat het wordt. Nou wat heeft 81 protonen Tl.

Bij Betastraling verandert een neutron in 1 proton en 1 elektron. En de elektron schiet weg. Dus laten we het proberen met Au(Goud). Een neutron in Au verandert in een proton en elektron. Dus er komt 1 proton er bij en het massagetal blijft het zelfde want neutron proton.

Maar hoe weet je nou bij verval wat voor een Straling uitzendt. Dat zie je op tabel 52 van de BiNaS. Hier staat dat het Betastraling straalt tijdens verval. Dus dan kan je de vergelijking maken: In het tabel kan je ook heel snel andere nummer zien dus kan je er snel bij zetten dat Y is.

En nog een bonus, als je het er bij zet maar hangt af van de vragen die je krijgt Sr is een neutrale atoom daarom een 0 achter Sr. Bij Betastraling is er 1 elektron dus daarom heeft het een lading van -1. En Y heeft een ladin van +1 vanwege die extra proton.

Energie van de kernen opvangen en gebruiken.

Kernenergie

Niemand zal discusieren dat radioisotopen niet gebruikt mogen worden voor medische wetenschapppen. Maar met kernenergie is dat wel. Dit komt door de kernbommen die op Hiroshimma en Nagasaki zijn gegooid. Kernenergie werd gezien als het energie van de toekomst. Terwijl het grote voordelen heeft:

  • Er is geen CO uitstoot.
  • De energiedichtheid is enorm: 1 kilo uranium 5 miljoen kilo kolen Het enige probleem is de radioactieve afval, dat kan tientallen jaren tot wel duizenden jaren gevaarlijk blijven. Wel is kernenergie een goede oplossing voor de energieneutrale plannen van De EU. Tuurlijk is groene energie het best maar we gebruiken eenmaal te veel energie. En om het radioactive afval te verminderen hebben we een soort van een oplossing. Maar dat zie je zo.

Kernsplijting

Kernsplijting, zoals de naam het al zeg je splijt de kernen daarbij komt veel energie vrij. Dat gebeurd door een neutron te schieten op uranium-235 en plutonium-239. Als je er op schiet ontstaat er een kettingreactie die veel warmte opwekt. Dit warmte wordt gebruikt om van water stoom te maken. Als je dit via dunne buizen laat stromen en dan tegen een stoomturbine aan doet dan krijg je energie.

De isotopen die in een kernreactor wordt gebruikt is wel stabiel. Maar als je er een neutron er op afschiet dan gebeuren er een paar dingen:

  • De kern splijt in twee delen die nog steeds stabiel zijn.
  • Er komen 2 of 3 neutronen vrij (gem. 2,88 neutronen )
  • Er komt veel energie vrij.

De neutronen die vrij komen kunnen een nieuwe kern raken die splijt waardoor 9 neutronen krijgt. Dit gaat zo door. Dit noem je een kettingreactie. Kernsplijting waarbij een neutron doorschiet en die raakt dan weer een andere kern. Dit is een kettinreactie

Als je dan het energie hebt wordt het door transformatoren naar de goeie spanning wordt omgezet. En dan naar gebouwen wordt gebracht.

De reactor is zo gebouwd om de kettingreactie in toon te houden. Daar zitten regelstaven in, die absorberen neutronen 2 per splijting. Dus als de regelstaven in het het het uranium of plutonium zit. Dan remt het af totdat het stopt.

Omdat we uranium en plutonium uit de grond halen is het een uitputtlijke stof.

Wanneer uranium gebruikt is in de kernreactor dan blijft er plutonium over die kan je dan nog een keer gebruiken in een andere reactor. Maar daarna hou je dodelijke straling over wat moet je daarmee. Er is nog niet een goede oplossing. Daarom gieten ze het afval in glazen doen ze er dikke laag beton om heen. En ergens neer zetten vaak diep onder de grond. En wacht en totdat de straling opgestraalt is.

Kernfusie

Kernfusie zoals het in de naam zegt het fuseren van 2 kernen. Het is veel moeilijker dan het klinkt. Hieronder zie je Deuterium en Tritium smelten samen om in een helium en een neutron. Bij deze fusie komt enorm veel energie vrij.

Een kern fuseert niet zo maar, dit is heel simpel te bewijzen: als je met je schoen op een vloer staat fuseren ze niet aan elkaar. Daar moet of echt heel veel, extreem veel kracht op zitten dat ze nergens meer naar toe kan. Of de tempratuur moet zo hoog zijn dat ze elkaar niet meer kunnen ontwijken. Dit wordt gedaan door een gas nog verder opwarmen dat de atoom zijn elektron verliest. Dit noem je een plasma.

De fusiereactoren die het op dit moment dit kernen kunnen fuseren zijn:

  • De tokamak
  • Stellarator
  • Natuurlijke fusie

De tokamak

Dit aparaat gebruikt grote ringvormige magneten om een donutvormige magnetische veld te maken waarin hete gas in zit. Doordat er hete gas die nergens meer naar toe kan gaan behalve in andere kernen botsten ontstaat er kernfusie. Er is alleen een probleem de magneten het best werken bij lage tempraturen. En een ander probleem is dat de neutronen die bij de fusie vrijkomen niet opgevangen wordt door het magnetische veld. Die komen tegen de wand aan die dan licht radioactief wordt. Daarom moet na een bepaalde tijd de wanden vervangen worden anders krijg je kernfusie + ionisatie van de atomen. Das nie goed nie.

Vanwege hoge hoevelheid energie die nodig is om de fusie op gang te brengen en door het feit dat er geen kettingreactie kan plaats vinden krijg je korte flitsen. Een franse reactor zou dat moeten oplossen.

Stellarator

Het zelfde als de tokamak alleen dan door computers ontworpen om plasma zo goed mogelijk vast te houden in het magnetische veld. Wel zorgen de magneten er voor dat ze elkaar afbotsen waardoor ze maar een bepaalde sterkte van magneetveld aankan.

Natuurlijke fusie

Een perfecte voorbeeld van natuurlijke fusie is de zon. Daar schieten twee protonen op elkaar waardoor een positron ontstaat en een 1 proton en 1 neutron. 2 van deze fuseren samen en zorgen voor helium en 2 neutronen. Het proces wat in de zon is een stuk ingewikelder. En is alleen mogelijk vanwege de zware zwaartekracht van de zon. Doordat die zo groot is trekt de gas samen naar de kern waar met zo een grote druk kern fusie mogelijk is.

THE END

EINDELIJK KLAAR!!!