Kernfysica

38
In de zon wordt waterstof voortdurend omgezet in helium. Daarbij moeten
twee protonen en twee neutronen samen een 4
He-kern vormen. Zoals je in
2
de tabel op p. 35 kan aflezen, bedraagt de totale massa van die deeltjes:
2 x proton = 2,014552 u
2 x neutron = 2,017330 u
totaal 4,031882 u
Bij de vorming van een heliumkern versmelten twee protonen en twee neutronen. In de
zon gebeurt dit versmeltingsproces spontaan. We spreken van kernfusie. De massa van de
heliumkern is echter lager dan 4,031882 u; ze bedraagt namelijk 4,001668 u. Bij dit proces
verdwijnt er een kleine hoeveelheid massa:
4,031882 u – 4,001668 u = 0,030214 u.
Deze massa wordt omgezet in energie. De verdwenen massa noemen we het massadefect,
de vrijkomende energie de bindingsenergie.
Wetenschappers proberen dit proces om energie te winnen ook op aarde na te bootsen,
bv. in een kernfusiereactor.
We kunnen de bindingsenergie van de heliumkern berekenen met de formule
E = m × c 2 = 0,030214 × 1,66054 · 10 –27 × (3,0 · 10 8 ) 2 = 4,5 · 10 –12 J
Als we dit getal door vier delen (2 protonen + 2 neutronen) bekomen we de bindingsenergie
per nucleon: 1,13 · 10 –12 J
Op de grafiek hieronder is de bindingsenergie per nucleon voorgesteld voor alle atomen.
Je ziet dat ijzer ( 56
56
Fe) zich het laagste bevindt. Dit betekent dat Fe het meest stabiele
26 26
nuclide is.
De grafiek toont ook dat energiewinning op twee manieren kan gebeuren:
– door lichte kernen te doen samensmelten (kernfusie) tot zwaardere nucliden (dalende
lijn van links naar rechts). Daarbij komt bindingsenergie vrij.
– door zware kernen te splitsen (kernfissie) in kleinere fragmenten (dalende lijn van rechts
naar links). Daarbij komt ook bindingsenergie vrij.
aantal nucleonen
minder
stabiel
stabiel
gemiddelde
bindingsenergie
per nucleon
(MeV)
1 H
2 H
4 He
3 He
7 Li
9 Be
13 N
12 C
16 O
kernfusie
INKIJKEXEMPLAAR
56 Fe
63 Cu
64 Ni
107 Ag
kernfissie
206 Pt
197 Au
238 U
Toepassingen van radioactiviteit