Kärnfysik och radioaktivitet. Kapitel 41-42

Transkript

1 Kärnfysik och radioaktivitet Kapitel 41-42

2 Tentförberedelser (ANMÄL ER!) Maximipoäng i tenten är 25 p. Tenten består av 5 uppgifter, varje uppgift ger max 5 p. Uppgifterna baserar sig på bokens kapitel, diskussioner som förts under studiecirklarna och Wileyuppgifterna (se MyCourses, extra material för gamla tenter) Följande teman kommer att tas upp i tenten: 1. Schrödingerekvationen 2. Lorentztranformationer 3. Halvledarfysik 4. Ljusets interferens 5. Ljusets partikelkaraktär Inga formelsamlingar kommer att delas ut. Alla räknare som är tillåtna i studentexamen är tillåtna i tenten. 2

3 Centrala begrepp Atomkärnan Atomkärnan består av två olika sorters partiklar: protoner med laddningen +e och oladdade neutroner. Inne i kärnan växelverkar nukleonerna kraftigt med varandra genom en kärnkraft, som inte beror av laddningen. Bindningsenergin E b Alfa sönderfall Z A X A 4 Z 2 Y α Gamma sönderfall Vid g-sönderfall övergår en exciterad kärna till grundtillståndet genom att emittera en foton. Nukliden förändras inte Sönderfallslagen Halveringstid Beta sönderfall Z A X Z+1 A Y + e + ν e Aktiviteten A Enheten är becquerel (Bq) (sönderfall per tidsenhet) Z A X Z 1 A Y + e + + ν e

4 Centrala begrepp Då en mycket tung kärna delas i två lättare kärnor (fission) eller då två lätta kärnor slås ihop (fusion) frigörs energy. Fission Mycket tunga nuklider (Z >92) kan genomgå spontan fission. Vissa tunga nuklider, t.ex. uran och plutonium, kan fås att fissionera genom att bombardera kärnorna med neutroner. T.ex. Fusion Vid fusion slås två lätta atomkärnor ihop och bildar en ny kärna. T.ex.: 4

5 1. Din sadistiske fysiklärare har med sig två radioaktiva prov med lika många radioaktiva atomer i och tvingar dig att sätta den ena i din ficka. Vilket väljer du? A. 228 U, halveringstid 9,1 min B. 238 U, halveringstid 4, år C. Båda två, för att vara på den säkra sidan. 5

6 1. Din sadistiske fysiklärare har med sig två radioaktiva prov med lika många radioaktiva atomer i och tvingar dig att sätta den ena i din ficka. Vilket väljer du? A. 228 U, halveringstid 9,1 min B. 238 U, halveringstid 4, år C. Båda två, för att vara på den säkra sidan. 6

7 2. Vilken/vilka är en korrekt/korrekta skillnader mellan kolisotoperna 13 C och kol 12 C? A. Antalet elektroner är olika. B. Antalet neutroner är olika. C. De beter sig olika kemiskt. D. Endast 12 C är riktigt kol. 13 C kallas grafit. 7

8 2. Vilken/vilka är en korrekt/korrekta skillnader mellan kolisotoperna 13 C och kol 12 C? A. Antalet elektroner är olika. B. Antalet neutroner är olika. C. De beter sig olika kemiskt. D. Endast 12 C är riktigt kol. 13 C kallas grafit. 8

9 3. Hur mycket av ett radioaktivt prov finns kvar efter två halveringstider? A. Inget. B. Allt. C. En fjärdedel. D. Hälften. E. Två fjärdedelar. 9

10 3. Hur mycket av ett radioaktivt prov finns kvar efter två halveringstider? A. Inget. B. Allt. C. En fjärdedel. D. Hälften. E. Två fjärdedelar. 10

11 4. Med vilken sönderfallsreaktion kan en kärna sönderfalla till en kärna med ett högre protontal? A. Det finns ingen radioaktiv process som kan resultera i en kärna med ett annat protontal än den ursprungliga kärnan. B. Det finns ingen radioaktiv process som kan resultera i en kärna med ett högre protontal än den ursprungliga kärnan. C. α-sönderfall. A. β-sönderfall. B. γ-sönderfall. 11

12 4. Med vilken sönderfallsreaktion kan en kärna sönderfalla till en kärna med ett högre protontal? A. Det finns ingen radioaktiv process som kan resultera i en kärna med ett annat protontal än den ursprungliga kärnan. B. Det finns ingen radioaktiv process som kan resultera i en kärna med ett högre protontal än den ursprungliga kärnan. C. α-sönderfall. D. β-sönderfall. E. γ-sönderfall. 12

13 5. Nyligen diskuterades ett förslag att rådgivningarna borde börja dela ut jodtabletter åt barnfamiljer. Varför uppmanas man äta jodtabletter om det sker en kärnkraftsolycka i närheten? A. Genom att äta jodtabletter blir människan mera resistent mot joniserande strålning. B. Genom att äta jodtabletter tål människan mera α-strålning. C. Genom att äta jodtabletter tål människan mera β-strålning. D. Pga. alla ovanstående orsaker. E. Ingen av ovanstående orsaker är korrekt. 13

14 5. Nyligen diskuterades ett förslag att rådgivningarna borde börja dela ut jodtabletter åt barnfamiljer. Varför uppmanas man äta jodtabletter om det sker en kärnkraftsolycka i närheten? A. Genom att äta jodtabletter blir människan mera resistent mot joniserande strålning. B. Genom att äta jodtabletter tål människan mera α-strålning. C. Genom att äta jodtabletter tål människan mera β-strålning. D. Pga. alla ovanstående orsaker. E. Ingen av ovanstående orsaker är korrekt. 14

15 6. Vilken/vilka av följande former av elektromagnetisk strålning anses inte vara joniserande? A. ultraviolett strålning B. mikrovågsstrålning C. röntgenstrålning D. γ-strålning E. radiovågor 15

16 6. Vilken/vilka av följande former av elektromagnetisk strålning anses inte vara joniserande? A. ultraviolett strålning B. mikrovågsstrålning C. röntgenstrålning D. γ-strålning E. radiovågor 16

17 7. Alla atomkärnor har ungefär samma A. bindningsenergi B. bindningsenergi per nukleon C. massa D. densitet E. radie 17

18 7. Alla atomkärnor har ungefär samma A. bindningsenergi B. bindningsenergi per nukleon C. massa D. densitet E. radie 18

19 8. Orsaken till att α-partikeln vid α-sönderfall har en specifik energi, men β-partikelns energi kan variera vid β-sönderfall är att A. α-partikeln måste tunnelera genom kärnpotentialen, men β- partikeln känner inte av kärnkraften. B. vid α -sönderfall växelverkar 2 partiklar, vid β-sönderfall 3 partiklar. C. β-partikeln har mycket mindre massa än α-partikeln och energin mellan dotternukliden och β-partikeln kan därför delas jämnare. D. α-partikelns laddning är dubbelt större än β-partikelns. 19

20 8. Orsaken till att α-partikeln vid α-sönderfall har en specifik energi, men β-partikelns energi kan variera vid β-sönderfall är att A. α-partikeln måste tunnelera genom kärnpotentialen, men β- partikeln känner inte av kärnkraften. B. vid α -sönderfall växelverkar 2 partiklar, vid β-sönderfall 3 partiklar. C. β-partikeln har mycket mindre massa än α-partikeln och energin mellan dotternukliden och β-partikeln kan därför delas jämnare. D. α-partikelns laddning är dubbelt större än β-partikelns. 20

21 9. Vilken av följande kvantiteter bevaras nödvändigtvis inte i en kärnreaktion? A. antalet protoner B. elektrisk laddning C. rörelsemängdsmoment D. rörelsemängd E. antalet protoner + neutroner 21

22 9. Vilken av följande kvantiteter bevaras nödvändigtvis inte i en kärnreaktion? A. antalet protoner B. elektrisk laddning C. rörelsemängdsmoment D. rörelsemängd E. antalet protoner + neutroner 22

23 10. Varför är neutroner bättre på att inducera kärnfission än protoner? A. Kärnan påverkar protonen med en repulsiv kraft, neutronen påverkas inte av en repulsiv kraft. B. Neutronens massa är större än protonens och den har därför mera rörelsemängd än protonen. C. Det är svårt att producera tillräckligt med protoner för att få till stånd kärnfission. D. Neutroner känner av den attraktiva kärnkraften, men protonen känner inte av den. 23

24 10. Varför är neutroner bättre på att inducera kärnfission än protoner? A. Kärnan påverkar protonen med en repulsiv kraft, neutronen påverkas inte av en repulsiv kraft. B. Neutronens massa är större än protonens och den har därför mera rörelsemängd än protonen. C. Det är svårt att producera tillräckligt med protoner för att få till stånd kärnfission. D. Neutroner känner av den attraktiva kärnkraften, men protonen känner inte av den. 24

25 11. Varför behövs en moderator i en fissionsreaktor? A. Moderatorn förhindrar värmeförluster från reaktorkärnan. B. Moderatorn minskar på neutronernas hastigheter. C. Moderatorn ökar på neutronernas hastigheter. D. Moderatorn absorberar långsamma neutroner. E. Moderatorn förhindrar att reaktorn når ett kritiskt tillstånd. 25

26 11. Varför behövs en moderator i en fissionsreaktor? A. Moderatorn förhindrar värmeförluster från reaktorkärnan. B. Moderatorn minskar på neutronernas hastigheter. C. Moderatorn ökar på neutronernas hastigheter. D. Moderatorn absorberar långsamma neutroner. E. Moderatorn förhindrar att reaktorn når ett kritiskt tillstånd. 26

27 12. Vilket påstående nedan gäller för gravitationskraften, den elektromagnetiska kraften och den starka kraften? Vilken av dessa tre krafter håller elektronerna i sin bana och vilken av dessa håller ihop atomkärnan? A. Gravitationen håller elektronerna i sin bana medan den starka kraften håller ihop kärnan. B. Gravitationen håller elektronerna i sin bana och kärnan ihop. C. Gravitationen håller elektronerna i sin bana medan den elektromagnetiska kraften håller ihop kärnan. D. Den starka kraften håller elektronerna i sin bana medan den elektromagnetiska kraften håller kärnan ihop. E. Den elektromagnetiska kraften håller elektronerna i sin bana medan den starka kraften håller kärnan ihop. 27

28 12. Vilket påstående nedan gäller för gravitationskraften, den elektromagnetiska kraften och den starka kraften? Vilken av dessa tre krafter håller elektronerna i sin bana och vilken av dessa håller ihop atomkärnan? A. Gravitationen håller elektronerna i sin bana medan den starka kraften håller ihop kärnan. B. Gravitationen håller elektronerna i sin bana och kärnan ihop. C. Gravitationen håller elektronerna i sin bana medan den elektromagnetiska kraften håller ihop kärnan. D. Den starka kraften håller elektronerna i sin bana medan den elektromagnetiska kraften håller kärnan ihop. E. Den elektromagnetiska kraften håller elektronerna i sin bana medan den starka kraften håller kärnan ihop. 28

29 13. Vilket/Vilka av följande påståenden relaterat till radioaktivitet och kärnkraft är sant/sanna. 1. År 1986 skedde en kärnexplosion i kärnkraftverket i Tsernobyl. 2. Slutförvaringen av förbrukat kärnbränsle sker djupt nere i berggrunden för att strålning inte skall nå jordytan. 3. α-strålning är starkt joniserande och har därför en mycket kort räckvidd i luft. 4. Strålning från olyckan i Tsernobyl kom till Finland pga ogynnsamma vindar. 5. Kärnkraftsolyckan vid Fukushima uppstod då man inte fick stoppat fissionsreaktionerna i reaktorn efter jordbävningen. 29

30 13. Vilket/Vilka av följande påståenden relaterat till radioaktivitet och kärnkraft är sant/sanna. 1. År 1986 skedde en kärnexplosion i kärnkraftverket i Tsernobyl. 2. Slutförvaringen av förbrukat kärnbränsle sker djupt nere i berggrunden för att strålning inte skall nå jordytan. 3. α-strålning är starkt joniserande och har därför en mycket kort räckvidd i luft. 4. Strålning från olyckan i Tsernobyl kom till Finland pga ogynnsamma vindar. 5. Kärnkraftsolyckan vid Fukushima uppstod då man inte fick stoppat fissionsreaktionerna i reaktorn efter jordbävningen. 30

31 14. En isotop av cesium har en halveringstid på 2 år. Om vi idag har 100 g av isotope, hur många gram kommer vi att ha om 10 år? A. Cirka 3 gram B. Cirka 5 gram C. Cirka 12 gram A. Cirka 25 gram B. Cirka 50 gram 31

32 14. En isotop av cesium har en halveringstid på 2 år. Om vi idag har 100 g av isotopen, hur många gram kommer vi att ha om 10 år? A. Cirka 3 gram B. Cirka 5 gram C. Cirka 12 gram A. Cirka 25 gram B. Cirka 50 gram 32

33 15. Efter 6400 år av sönderfall innehåller ett prov endast 6.25% av den radionuklid som den från början innehöll. Vad är denna radionuklids halveringstid? A. 160 år B år C år D. 800 år E år 33

34 15. Efter 6400 år av sönderfall innehåller ett prov endast 6.25% av den radionuklid som den från början innehöll. Vad är denna radionuklids halveringstid? A. 160 år B år C år D. 800 år E år 34