9	Atoomfysica
1	Uit het foto-elektrisch effect is afgeleid dat straling bestaat uit fotonen, 
a	Zoek in BLNAS de energie in J op van een foton dat hoort bij straling met een golflengte van 800 nm. 
b	Bereken de energie uit b in eV.
Het zichtbare gebied bevat alle golflengten tussen 400 nm en 800 nm. 
c	Tussen welke grenzen ligt de energie van de bijbehorende fotonen?
Een foton heeft een energie van 2,1 eV. 
d	Hoe groot is de golflengte van de bijbehorende straling?
2	In figuur 1 is een dwarsdoorsnede getekend van een natriumlamp. Ruimte L is de ruimte waar de lichtvorming plaatsvindt. In de ruimte L bevinden zich uitsluitend natrium en neon. Bij kamertemperatuur bevindt het natrium zich voornamelijk in vaste toestand (als bolletjes op de wand). Om de buis te kunnen "ontsteken", is een beetje neongas toegevoegd. Na het ontsteken loopt de temperatuur in L op tot de bedrijfstemperatuur van ongeveer 260°C. Pas bij deze temperatuur zijn er voldoende natriumatomen in de damp aanwezig. De temperatuur kan zo hoog oplopen omdat om ruimte L extra glas G is aangebracht.
De ruimte tussen L en G is vacuüm om de warmte-afgifte van L zoveel mogelijk te beperken. De lichtvorming komt tot stand doordat in ruimte L vrijgemaakte elektronen door het elektrisch veld tussen El en E2 versneld worden. Als een versneld elektron botst met een atoom van het aanwezige gas kan dit aangeslagen of zelfs geïoniseerd worden.
Als de lamp wordt aangezet is de kleur van het uitgezonden licht aanvankelijk rood (door het neon). Na ongeveer 5 minuten gaat deze kleur over in de bekende gele kleur van een natriumlamp.
In figuur 2 zijn enkele energieniveaus weergegeven van natrium en neon.
fig 1	fig 2

a	Hoeveel energie moet een neonatoom minstens opnemen zodat het straling kan uitzenden?
B	Hoeveel energie moet een natriumatoom minstens opnemen zodat het straling kan uitzenden?
De golflengte van het gele natriumlicht bedraagt 589 nm. 
c 	Bepaal met BEMAS welke energie-overgang hierbij hoort.
d 	Leg uit met behulp van de schema's in figuur 2 waarom na enkele minuten het gele natriumlicht overheerst.

3 	Het zuurstofatoom wordt schematisch weergegeven als 	O.
a	Wat betekent het getal 16?
b	Wat betekent het getal 8?
c	Schets de elektronenverdeling rond de kern.
4	Röntgenstraling kan met behulp van een zogenaamde Coolidge-buis worden opgewekt. 
Dit is een hoogvacuüm glazen buis waarin zich een massieve metalen anode en een kathode bevinden (figuur a). De kathode wordt verhit met een gloeidraad. Tussen anode en kathode worden een potentiaalverschil aangelegd. Aan de anode ontstaat röntgenstraling. Bij een spanning van 30 kV bedraagt de stroomsterkte in de buis 
75 uA..

fig a	fig b
a	Bereken het aan de anode toegevoerde vermogen.
b	De spanning laat men nu aangroeien tot 40 kV. De stroomsterkte blijkt echter niet te veranderen. Verklaar dit.
De spanning blijft ingesteld op 40 kV. Het spectrum van de opgewekte röntgenstraling bestaat uit een continu gedeelte met daarin een paar sterke lijnen. Dit zijn de K-lijnen. 
Bij een K-lijn wordt een gat in de K-schil opgevuld door een elektron in een hogere 
schil. In de gebruikte röntgenbuis is de anode van koper. In figuur b is de energie van de elektronen in de K-, L- en M schil van koper gegeven.

c	Bereken uit bovenstaande gegevens de energie die vrijkomt als een elektron uit de L-schil een gat in de K-schil opvult.
Het continue gedeelte van het röntgenspectrum ontstaat door het afremmen van snelle elektronen die de anode binnendringen. De kinetische energie wordt daarbij geheel of gedeeltelijk omgezet in röntgenfotonen. Men noemt röntgenstraling die op deze manier ontstaat "remstraling".
d	Hoe groot is maximale energie die per elektron vrij kan komen?

5	Een röntgenbuis is een luchtledige, glazen buis waarin zich een anode A en een kathode K bevinden. De röntgenbuis is aangesloten op een hoogspanningsbron van 10 kV. Zie figuur a.
De elektronen, die met een verwaarloosbare beginsnelheid uit de kathode komen, worden naar de anode versneld.
a	Bereken de snelheid waarmee die elektronen tegen 
de anode botsen.

fig a

fig a

Sommige elektronen die tegen de koperen anode botsen, kunnen ver in een koperatoom doordringen. Hierdoor kunnen elektronen van het koperatoom, die zich dicht bij de kern bevinden, uit dit atoom worden losgeslagen. Daarna zijn er in het dan ontstane koperion energieovergangen mogelijk waarbij fotonen worden uitgezonden. In figuur b is een tweetal van zulke overgangen aangegeven.
B	Beredeneer of de golflengte die hoort bij overgang a groter dan wel kleiner is dan de golflengte die hoort bij overgang b.
fig b