opgave 1Opgave 1 Splijtstof in een kerncentrale
Als splijtstof in een kernreactor wordt uranium-235 gebruikt. De kern
hiervan splijt als er een neutron wordt ingevangen. Hierbij ontstaan twee
nieuwe kernen en een aantal nieuwe neutronen.
Bij een bepaalde splijting ontstaan twee nieuwe neutronen en is
barium-147 een van de splijtingsproducten.
13pGeef de reactievergelijking van deze splijting.
De totale massa van de splijtingsproducten is kleiner dan de totale massa
vóór de splijting. Gemiddeld bedraagt dit massaverschil 0,21 u per reactie.
Het gemiddelde vermogen van de kernenergie in een kerncentrale
bedraagt 1,8 GW.
25pBereken hoeveel kilogram uranium-235 hierbij per jaar wordt verbruikt.
Gemiddeld ontstaan er per splijting 2,50 nieuwe neutronen.
Een kernreactor bevat regelstaven om in noodgevallen snel neutronen te
kunnen absorberen. Voor het regelen van de kettingreactie gebruikt men
niet de regelstaven maar water met daarin opgelost boorzuur.
In figuur 1 is dit schematisch weergegeven. Om het proces inzichtelijk te
maken is uitgegaan van 1000 nieuwe neutronen.
figuur 1
Deze 1000 nieuwe neutronen zijn lang niet allemaal beschikbaar om een
nieuwe splijting te veroorzaken. De getallen in het schema geven aan
welke verliezen er optreden.
Het neutronenverlies in het water wordt binnen de aangegeven grenzen
geregeld door meer of minder boorzuur aan het water toe te voegen. Het
element boor is namelijk een sterke neutronenabsorbeerder.
33pBepaal de waarde van de ‘absorptie in het water’ om de reactor in
kritische toestand te laten werken.
Het water in de kernreactor vervult onder andere de functie van
moderator. Een moderator is nodig om neutronen die een zeer grote
energie hebben af te remmen, omdat alleen langzame neutronen worden
geabsorbeerd in uranium-235. Het afremmen van de neutronen gebeurt
door botsingen met de atoomkernen in de moderator.
Op de uitwerkbijlage staat een tabel met een aantal eigenschappen van
water.
42puitwerkbijlageGeef op de uitwerkbijlage met behulp van kruisjes aan welke
eigenschappen water geschikt maken voor de functie van moderator en
welke eigenschappen hiervoor niet van belang zijn.
opgave 2Opgave 2 Helix
In figuur 1 is het röntgen-diffractie-patroon te zien dat Rosalind Franklin
in 1952 maakte van een DNA-molecuul. Rosalind gebruikte
röntgenstralen. Later leidden Watson en Crick hieruit af dat DNA uit een
(dubbele) helix bestaat. Zie figuur 2.
Lieke bedenkt hoe ze het experiment van Rosalind Franklin in een
practicum kan nabootsen. Lieke is van plan om in plaats van
röntgenstraling rood laserlicht met een golflengte van 633 nm te
gebruiken.
52pLeg uit dat Lieke in plaats van een DNA-molecuul een groter voorwerp
moet kiezen om een interferentiepatroon te krijgen.
Lieke kiest als voorwerp een veertje uit een balpen. Zij bouwt de
opstelling zoals weergegeven in figuur 3.
figuur 3
De bundelverbreder in figuur 3 figuur 4
is nodig, omdat de laserbundel
te smal is om de veer goed te
belichten. Daarom maakt Lieke
met een negatieve lens de
bundel divergerend zoals in
figuur 4. Lieke wil de bundel
evenwijdig en 1,0 cm breed
maken.
Figuur 4 staat ook op de
uitwerkbijlage. Alle afmetingen zijn 4 keer zo groot als in werkelijkheid.
63puitwerkbijlageVoer de volgende opdrachten uit:
− Teken in de figuur op de uitwerkbijlage nog een lens zodanig dat daar
een evenwijdige bundel uit komt die in werkelijkheid 1,0 cm breed is.
− Bepaal de brandpuntsafstand van deze lens.
figuur 5
73pDe verbrede bundel valt op
het scherm dat op 4,20 m
van het veertje staat.
Figuur 5 is een foto van het scherm op
ware grootte.
Je ziet een interferentiepatroon AA’
en een interferentiepatroon BB’ die
een hoek φ met elkaar maken.
Deze interferentiepatronen zijn een
gevolg van de traliewerking van de
veer in de laserbundel. Het 18e
maximum van AA’ is in figuur 5
aangegeven.
Het laserlicht heeft een golflengte van
633 nm.
Bepaal de werkelijke afstand tussen
de windingen van de veer.
In figuur 6 is een vooraanzicht van een deel
83pvan de balpenveer vergroot weergegeven.
Beantwoord de volgende vragen aan de
hand van de figuren 5 en 6:
− Waarom is er niet één maar zijn er
twee interferentiepatronen zichtbaar?
− Waarom maken die interferentiepatronen
een hoek met elkaar?
− Hoe volgt hoek φ in figuur 5 uit figuur 6?
opgave 3Opgave 3 Parallelle draden
Isa wil een elektrische schakeling
maken met snoeren, waarvan er een
is weergegeven in figuur 1.
De snoeren hebben een lengte van
50 cm en bestaan uit rond
koperdraad met een plastic
omhulling. Met een gevoelige
weerstandsmeter meet Isa dat de
weerstand van een snoer
0,023 Ω bedraagt.
94pBereken de diameter van het koperdraad in het snoer.
Isa bouwt de schakeling zoals weergegeven
104p
113pin figuur 2. In deze schakeling worden zes van
de snoeren gebruikt (zoals weergegeven in
figuur 1).
Isa wil dat de maximale stroomsterkte door de
schakeling 20 A is.
Bereken de spanning die de voeding dan moet
leveren.
Door de grote stroomsterkte loopt de
temperatuur snel op. Daarom mag de
schakelaar maar kort gesloten worden.
Bereken hoeveel warmte gedurende 5 seconde
in snoer 1 ontwikkeld wordt.
In figuur 3 is een deel van figuur 2
124pvergroot weergegeven. Op de draden
3 en 4 zijn de punten P en Q
aangegeven. Rondom beide
stroomdraden afzonderlijk ontstaat
een magnetisch veld. Dit veld is
gedeeltelijk getekend rondom draad 3.
Figuur 3 staat ook weergegeven op de
uitwerkbijlage.
Voer de volgende opdrachten uit:
− Teken de richting van de
stroomsterkte in punt Q.
− Teken de richting van het
magnetisch veld in punt Q.
− Teken de richting van de
lorentzkracht in punt Q.
− Teken de richting van de
lorentzkracht in punt P.
Voor de sterkte van het magnetisch
veld rondom een stroomvoerende
draad geldt de formule:
Hierin is:
− B de sterkte van het magnetisch veld (in T),
de magnetische permeabiliteit (in
TmA−1 = Hm−1),
− I de stroomsterkte (in A),
− r de afstand tot de draad (in m).
De draden 3 en 4 staan verticaal opgesteld op een afstand van
4,0 cm van elkaar over een lengte van 50 cm.
De ampèremeter in de schakeling van figuur 2 geeft 25 A aan.
135pBereken de grootte van de lorentzkracht op draad 4.
