Hart van de Materie 10: Gereedschap van de deeltjesjager - de massaspectrometer

Eerder in ons verhaal maakten we reeds kennis met de nevelkamer van Wilson. Maar het snel expanderende onderzoek naar de structuur van de materie had nood aan meer en vooral fijnere apparaten om op de vragen van de onderzoekers te antwoorden.

Het eerste toestel dat daarbij een belangrijke rol heeft gespeeld, was de massaspectrometer. We beginnen echter bij zijn kleine broer – de anodestraalbuis. Over de kathodestraalbuis hebben we het eerder al gehad: deze opstelling lag aan de basis van de ontdekking van het negatief geladen elektron. Hierbij zag men een straal ontstaan aan een kathode die dan doorheen een holle anode passeerde. Bij de anodestraalbuis gebeurde net het omgekeerde. De kathode is er een schijf met een gat in het midden, en de straal begint aan de anode. Kathodestraalbuizen zijn overigens meestal hoog vacuüm getrokken, terwijl er bij een anodestraal steeds wat gas moet aanwezig zijn.

De kathodestraalbuis waarmee Thomson zijn experimenten uitvoerde. Bron: J.J. Thomson, Philosophical Magazine, 44, 293 (1897). Publiek domein.

Lees verder...

Geplaatst door Geert op 31/03/2017 om 22:03

Chocolade om bij weg te smelten...

Binnenkort is het weer zover: Pasen! Wat we als kind tegemoetzagen als het feest van een groot gek konijn en een paar losgeslagen klokken, ervaren we nu eerder als het feest van de overvloed aan chocola. Je kan er in deze periode dan ook niet naast kijken: overal in de winkels bergen en bergen chocolade eieren en figuren in alle vormen. Toch kan menig medemens er niet aan weerstaan en zeker wij Belgen staan bekend om onze voorliefde voor een lekker brokje chocola. Maar waarom lijkt chocolade ons keer op keer te verleiden? Worden we er dan zo veel gelukkiger van, of is het dan toch echt verslavend? Hoog tijd dus voor een stukje over deze zalige zoetigheid!

Chocolade konijntjes (Publiek domein)

Lees verder...

Geplaatst door Marjolein op 27/03/2017 om 17:12

Hart van de Materie 9: Ongeladen maar niet onvindbaar: het neutron

Aan het einde van het vorige deel stelden we vast dat het gedaan is met de ondeelbaarheid van de atomen. Blijkbaar bestaan ze uit lichte, negatief geladen elektronen en zwaardere, postief geladen protonen. Hierbij weten we ook dat de netto-lading van de kern (die positief is) wordt gecounterd door een net voldoende elektronen, die rond die kern cirkelen als manen rond een planeet, of planeten rond een ster. Het aantal elektronen varieert naargelang het element waar we mee te maken hebben: waterstof heeft er één, helium twee, enzovoort.

De netto-lading van die kern is tegelijkertijd een goede parameter om de eigenschappen van het betrokken atoom mee in te schatten: het atoomnummer is erkend als meer dan gewoon een rangschikking in een volgorde. Van de elektronen binnenin (vlak tegen de kern aan) weten we dat ze X-stralen genereren als ze uit de kern gegooid worden; de elektronen aan de buitenkant van het atoom bepalen dan weer het chemisch gedrag.

James Chadwick (20 oktober 1891, Bollington, Engeland – 24 juli 1974, Cambridge, Engeland) behaalde zijn bachelor- en masterdiploma’s in 1911, resp. 1913 in Manchester, waar hij onder andere van Rutherford les kreeg. Hij werd daarna de assistent van Hans Geiger (de oud-medewerker van Rutherford) in Berlijn. Bij het uitbreken van de Eerste Wereldoorlog werd hij als Brit in Duitsland geïnterneerd als krijgsgevangene, maar kon zijn tijd besteden aan chemisch onderzoek, Na de oorlog vervoegde hij Rutherford in 1919 in het Cavendishlab in Cambridge.
Daar toonde hij in 1932 het bestaan van het neutron aan. 
Links: James Chadwick, rechts de voorpagina van zijn Letter to Nature waarin hij zijn werk ontvouwt. Beide beelden publiek domein.

Lees verder...

Geplaatst door Geert op 24/03/2017 om 22:46

Hart van de Materie 8: De kern valt verder uiteen in protonen

Een eerste glimp van het proton

Rutherford stopte niet met het uitvoeren van boeiende experimenten en drong steeds dieper door in de structuur van de materie. Tijdens nieuwe proeven met zijn scintillatietoestel liet hij een stroom alfadeeltjes los op het detectieplaatje uit zinksulfide, maar dekte dit in eerste instantie af met een metalen plaatje, waar de alfastralen niet doorheen geraakten. Tenminste, zolang het toestel vacuum bleef. Bracht hij een hoeveelheid waterstofgas in het toestel, dan doken er plotseling wel stralen op, die in staat waren om door het metalen plaatje te dringen en op de detector te botsen.

Lees verder...

Geplaatst door Geert op 17/03/2017 om 22:34

Hart van de Materie 7: Rutherford en de ontdekking van de atoomkern

Het atoommodel van Thomson, dat het levenslicht zag in 1900, heeft niet lang mogen zijn. Reeds in 1909 doken er experimentele resultaten op, die het concept van Thomson (negatief geladen elektronen in een positief geladen matrix, als rozijnen in een krentenbol) op losse schroeven zetten.

De verantwoordelijken voor deze nieuwe data waren Hans Geiger en Ernest Marsden. De aanstoker van deze experimenten was echter het hoofd van hun laboratorium, de ons ondertussen bekende Ernest Rutherford, ondertussen tewerkgesteld in Manchester (Groot-Brittannië). Hun doel was, het atoommodel van Thomson grondig te testen en uit te meten. Hiertoe bestraalden ze een zeer dun goudblaadje met radioactieve straling (bestaande uit alfadeeltjes uit een uraniumbron). Dat goudblaadje was slechts 0,4 µm dik, wat overeenkomt met een 1200-tal goudatomen.

 

Schematische weergave van het experiment van Geiger en Marsden. De radioactieve bron bestond uit zuiver radium, met een stralingsintensiteit van 0,1 Curie (4 miljard atomen die vervallen per seconde). De detector bestond uit een klein (10-6 m2 groot) fluorescerend plaatje uit zinksulfide (ZnS), gemonteerd op een paar cm afstand het goudblaadje en gekoppeld met een microscoop. Dit plaatje kon roteren rond het goudblaadje. Telkens een alfadeeltje botste op de detector, was dit zichtbaar als een kleine lichtflash.

Lees verder...

Geplaatst door Geert op 10/03/2017 om 21:55

Pagina 1 - 2 - 3 - 4 - 5 - 6 - 7 - 8 - 9 - 10 - 11 - 12 - 13 - 14 - 15