Opgave
Lees onderstaande informatie.
Een voorbeeld van zo'n actinide is americium-241 dat in een aantal stappen vervalt tot het stabiele bismuth-209. Bij elke stap wordt of een α-deeltje of een β-deeltje uitgezonden. Wanneer een kern een β-deeltje uitzendt, verandert het aantal nucleonen in de kern niet.
a) Leg uit hoeveel α-deeltjes zijn uitgezonden gedurende het vervalproces van americium-241 naar bismuth-209.
Men onderzoekt de mogelijkheid om de langlevende actiniden om te zetten in stoffen die snel vervallen tot stabiele eindproducten. Daartoe bestraalt men de actiniden met neutronen. Sommige actiniden worden dan gespleten, bijvoorbeeld plutonium-238. Als een plutionium-238-kern een neutron invangt, ontstaan twee nieuwe kernen. Daarbij komen drie neutronen vrij. Een van de nieuwe kernen is barium-144.
b) Geef de reactievergelijking van deze splijting. (N.B. De isotopen in deze reactie staan niet in tabel 25 van Binas.)
Er zijn ook actiniden die zelf niet splijtbaar zijn. Ook zij worden met neutronen bestraald. In een of meer tussenstappen veranderen ze in een isotoop die wel splijtbaar is. In het schema van figuur 8 is neptunium-237 als voorbeeld genomen.
Neptunium-237 wordt door bestraling met neutronen volledig omgezet in neptunium-238. Neptunium-238 is wel splijtbaar; een deel wordt door de neutronenbestraling omgezet in splijtingsproducten. De rest van het neptunium-238 vangt geen neutron in maar gaat door β-verval over in plutonium-238. Het feit dat neptunium-237 wel volledig en neptunium-238 niet volledig door neutronenbestraling wordt omgezet, heeft te maken met de halveringstijd van beide isotopen.
c) Is de halveringstijd van neptunium-237 kleiner of groter dan de halveringstijd van neptunium-238? Licht je antwoord toe.
Een argument tegen deze methode om actiniden met neutronen te bestralen is: "Voor elke bestraalde actinide kern krijg je uiteindelijk twee radioactieve kernen in de vorm van splijtingsproducten terug."
d) Noem een argument dat je daar tegenin kunt brengen.
Bij de proefnemingen verpakt men de actiniden in stevige metalen doosjes van een materiaal dat gemakkelijk neutronen doorlaat. Men heeft ontdekt dat zich aan de binnenkant van het doosje, vlak onder het oppervlak, blaren vormen. Als de blaren openspringen vormen zich daaronder nieuwe blaren waardoor de stevigheid van het doosje gevaar loopt. De blaren blijken gevuld te zijn met heliumgas. Zie figuur 9.
e) Leg uit:
- Hoe het helium in zo'n blaar komt.
- Waarom de blaren alleen aan het binnenoppervlak van het doosje ontstaan.
Uitwerkingen vraag (a)
- 241Am vervalt uiteindelijk tot 209Bi dus is het 241-209 = 32 nucleonen kwijtgeraakt.
- Dat kan door 8 x α-verval.
Uitwerkingen vraag (b)
- 23894Pu + 10n → 14456Ba + 3 10n + 9238Sr
Uitwerkingen vraag (c)
- Veel 238Np-kernen zijn, voordat ze neutronen kunnen invangen, al vervallen door de korte halveringstijd.
- Dat gebeurt met 237Np biet vanwege zijn zeer grote halveringstijd.
- De halveringstijd van 237Np is dus groter dan die van 238Np
Uitwerkingen vraag (d)
- Door de zeer grote halveringstijd van de actiniden, moet je ze eindeloos lang veilig opslaan. Dat geldt niet voor hun splijtingsproducten die immers een veel kortere halveringstijd hebben.
Uitwerkingen vraag (e)
- α-deeltjes die bij verval vrijkomen, nemen elektronen op en vormen He-gas
- De α-deeltjes hebben een zeer korte dracht en komen nooit tot de buitenkant van het metalen doosje.
