Bij kernsplijting komt het verschil in bindingsenergie vd kernen vrij als "vrije energie". Aangezien bindingsenergie gezien wordt als een massaverschil waarom wordt dat verschil dan niet terug massa?

Andy, 26 jaar
4 november 2009





Ik dacht dat bindingsenergie berekend werd als:

"(massa van een neutron) x (aantal neutronen in de kern) + (massa van een proton) x (aantal protonen in de kern)" te vergelijken met de massa van de kern die (experimenteel) gemeten werd. Het massaverschil wordt dan volgens E = mc┬▓ omgerekend in energie.



Neem bvb. U235, Kr92 en Ba142 en de reactie

U + 1n --> 2n + Kr + Ba + E



U, Kr en Ba hebben elk hun eigen (kern-)massa en hun eigen bindingsenergie in de kern. De bindingsenergie voor deze 3 "deeltjes" wordt voor elk bepaald door de theoretische (neutron + proton) massa te vergelijken met de gemeten massa.



Ik ben akkoord dat de bindingsenergie van U groter is dan de som van de bindingsenergie├źn van Kr en Ba. Maar ik zou denken dat dat verschil gewoon in een massaverschil van neutronen en protonen in de kern zit. Juist omdat de afzonderlijke redenering ook moet kunnen opgaan: voor elk atoom kan ik de bindingsenergie afzonderlijk bepalen door de theoretische massa te vergelijken met wat ik meet. Het verschil is bindingsenergie.

Als ik dan van een willekeurig atoom 2 atomen maak, dan moet voor neutronen en de protonen de som van "massa en bindingsenergie_massa" toch behouden blijven zou ik denken.

Ik begrijp niet dat een deel van de bindingsenergie vrijgegeven kan worden.



Het enige dat ik kan bedenken is dat het te maken moet hebben met de vrijgekomen neutronen:

U + 1n --> 2n + Kr + Ba + E

Die 1n en die 2n, welke massa hebben die? Ik zou denken dat je daarvoor met de theoretische massa moet rekenen?



massa(U) + massa(U bind. energie) + massa_n = 2.massa_n + massa(Kr) + massa(Kr bind. energie) + massa(Ba) + massa(Ba bind. energie) + E



In mijn redenering kom je dan tot:

E = massa_n(*) + massa_n - 2.massa_n

(*) deze massa_n is een overblijfsel van de berekening van de bindingsenergie van U.

Ik gebruik ook: aantal neutronen van U = aantal neutronen van Kr + aantal neutronen Ba + 1

aantal protonen van U = aantal protonen van Kr + aantal protonen van Ba



Indien mijn uitleg niet duidelijk is doe ik graag nog een poging. Ik zou heel graag mijn redeneerfout vinden! :-)



Alvast bedankt om het tot hier door te lezen!

Antwoord

Inderdaad een heel verhaal!

Ik probeer een heel klassiek beeld te gebruiken om kernenergie uit te leggen. Het voordeel ervan is dat het ‘simpel’ is en de essentie verklaart, het nadeel is dat het model te eenvoudig is om kwantitatieve resultaten te bekomen, maar dat is hier niet de bedoeling. Bovendien heb ik geen enkele formule nodig ;-)

Stel dat je zelf een ‘atoomkern’ wil maken met veren en biljartballen. De rode biljartballen zijn de protonen. Zij zijn onderling verbonden met sterke veren die ze proberen uit elkaar te duwen. Dit is een beeld voor de elektrostatische afstotingskracht tussen de positief geladen protonen. Het is duidelijk dat je enkel met rode, elkaar afstotende biljartballen nooit een stabiele constructie kan maken. Daar komen je witten biljartballen of de neutronen in beeld. De neutronen hebben geen elektrostatische lading en stoten elkaar, noch de protonen af. Maar ze beschikken wel over aantrekkingskrachten (kernkrachten) die je kan gebruiken om de hele constructie aan elkaar te houden. De witte biljartballen kan je nu met elkaar en met de protonen verbinden via aanspannende veren.

Je kan je indenken dat je zo (met moeite) een stabiele constructie kan maken van een aantal rode en witte biljartballen, waarbij de veren tussen de rode ballen de zaak uit elkaar proberen te duwen en de veren tussen de witte en tussen de witte en de rode de zaak bij elkaar proberen te houden. Als je zo 235 ballen bij mekaar krijgt, heb je iets wat lijkt op een uraniumkern.

De ‘bindingsenergie’ waarvan je spreekt is de totale potentiële energie die in je constructie zit ten gevolge van de samengedrukte en opgespannen veren: je hebt immers energie moeten leveren om die veren te vervormen tijdens je constructie van je kern, die energie zit nog steeds in de veren en kan vrij komen als de veren ontspannen. Je opgebouwde ‘atoomkern’ bevat meer energie dan de som van de delen (alle biljartballen en alle onuitgerokken veren apart). Volgen de relativiteitstheorie weegt die kern ook meer dan de delen apart, maar dit aspect kan ik niet met mijn eenvoudig model verklaren.

Stel nu dat iemand vanop afstand met een hoge snelheid een witte biljartbal naar je constructie gooit (een rode gaat niet lukken, vermits die mekaar afstoten). Die bal gaat veren doorbreken en het hele fragiele evenwicht tussen aantrekkende en afstotende krachten verstoren. Het is nu denkbaar dat je constructie uit mekaar valt in brokstukken die uit elkaar geduwd worden door de opgespannen veren: die brokstukken verwerven kinetische energie en dit is warmte. Uiteindelijk is er potentiële energie die in de veren (in de bindingskrachten) zat (en die de persoon die de kern heeft gemaakt ooit heeft moeten leveren) omgezet in kinetische energie van de brokstukken.

Reacties op dit antwoord

Er zijn nog geen reacties op deze vraag.

Enkel de vraagsteller en de wetenschapper kunnen reageren op een antwoord.

Zoek andere vragen

© 2008-2020
Ik heb een vraag wordt gecoördineerd door het
Koninklijk Belgisch Instituut voor Natuurwetenschappen