Vraag 14Lise Meitner
Schreef je op papier? Maak een foto van je uitwerking op papier. Je foto blijft privé en de nakijker leest hem. Zet je naam er niet op.
Hoe pak je dit aan?
- Begin bij de kracht die het magnetisch veld op een bètadeeltje uitoefent.
- Bedenk welke middelpuntzoekende kracht het deeltje op zijn cirkelbaan houdt en stel beide krachten aan elkaar gelijk.
- Vul in de afleiding de impuls in als massa keer snelheid, zodat r alleen overblijft.
- Bij de tweede opdracht koppel je de impuls aan de energie en daarna aan de baanstraal in figuur 6.
Hier verliezen leerlingen punten
- Schrijf elke stap van de afleiding op, want alleen het eindresultaat levert geen punten op.
- Vergeet p = mv niet in de afleiding te gebruiken en laat het niet weg tussen de stappen.
- Leg bij de conclusie uit waarom een grotere impuls een grotere straal geeft, en benoem wat constant blijft.
Met een gratis account wordt je antwoord nagekeken per scorepunt, volgens het officiële correctievoorschrift. Wat je hier typt, blijft bewaard.
De vraag als tekst
figuur 1 Lise Meitner (1878-1968, zie figuur 1) werd in totaal 48 maal genomineerd voor een Nobelprijs, maar kreeg de prijs nooit. Rond 1910 deed Meitner onderzoek naar de eigenschappen van β − -straling. Ze gebruikte hierbij preparaten met thorium. Het bestaan van isotopen was in die tijd nog niet bekend. Nu weten we dat het preparaat niet alleen het instabiele Thorium-232 bevatte, maar ook alle vervalproducten van Thorium-232 (ook wel de vervalreeks genoemd). Deze vervalreeks eindigt bij het stabiele isotoop Pb-208 . In de vervalreeks van Th-232 zitten meerdere β − -stralers. Meitner was vooral geïnteresseerd in twee specifieke β − -stralers. Omdat Meitner nog niet in staat was om de afzonderlijke isotopen in het preparaat te identificeren, noemde ze deze β − -stralers ‘ Th-A ’ en ‘ Th-B ’. Zie figuur 2, de isotoop ’ X ’ is een onbekende α -straler. figuur 2 Wat Meitner ‘ Thorium A ’ noemde blijkt een isotoop van lood te zijn.
Een aantal van de gebruikte thorium-preparaten wordt nog steeds bewaard in het Max Planck Instituut in Berlijn. De activiteit van de twee β − -stralers, die beide een halveringstijd hebben van minder dan één dag, is in meer dan 100 jaar nauwelijks afgenomen.
Elk van de isotopen in de vervalreeks zendt gammafotonen uit met specifieke energieën. Daardoor straalt een Th-232 -preparaat een herkenbaar spectrum van gamma-energieën uit. Figuur 3 geeft meetwaarden weer van een Th-232 -preparaat. figuur 3 Meitner gebruikte ijzeren plaatjes (dikte 2,5 mm ) om haar meetinstrumenten van te maken. Dit materiaal houdt slechts een klein gedeelte van de gammafotonen van het preparaat tegen. In figuur 4 is voor ijzer de relatie weergegeven tussen de energie van de gammastraling en de halveringsdikte. figuur 4
Voor haar onderzoek naar β − -deeltjes ontwierp Meitner de zogenaamde magnetische spectrometer. Zie figuur 5. figuur 5 Het thorium-preparaat is geplaatst bij I in figuur 5. Vervolgens wordt er een vacuüm gecreëerd in de spectrometer. De β − -straling komt door een spleet ( II in figuur 5) met hoge snelheid een halfronde ruimte in. Onder invloed van een sterk homogeen magnetisch veld voeren de β - -deeltjes een eenparige cirkelbeweging uit, waarna ze bij III op een fotogevoelige plaat terechtkomen. Op de plaats waar de β − -deeltjes het fotogevoelige materiaal treffen, vindt een verkleuring plaats. De verkleuring is een maat voor het aantal deeltjes dat op die locatie de plaat heeft getroffen. Figuur 5 staat vereenvoudigd op de uitwerkbijlage.
Met haar magnetische spectrometer deed Meitner onderzoek aan de twee β − -stralers Th-A en Th-B . In figuur 6 is het meetresultaat van haar onderzoek, de fotogevoelige plaat, weergegeven. De linkerkant van de plaat bevond zich in de opstelling het dichtst bij de spleet ( II in figuur 5). figuur 6 Voor de straal van de cirkelbaan die een bètadeeltje aflegt in de spectrometer geldt: p r = (1) Bq Hierin is: − r de straal van de cirkelbaan − p de impuls van het β - -deeltje − B de sterkte van het magnetisch veld in de spectrometer − q de lading van het β - -deeltje
Voer de volgende opdrachten uit: − Leid formule (1) af met behulp van formules uit het informatieboek. − Leg met behulp van formule (1) en figuur 6 uit welke β − -straler, Th-A of Th-B , de meest energierijke β − -deeltjes produceert.