Lösningar till tentamen i Kärnkemi ak den 21 april 2001

Transkript

1 Lösningar ill enamen i Kärnkemi ak den 21 april 2001 Konsaner och definiioner som gäller hela enan: ev joule kev 1000 ev ev 1000 kev Gy A mole 1 Bq sec 1 Bq 10 6 Bq joule kg barn m 2 Del A 1 assöverskoe för 148Sm är ev, för 144d ev och för 4He ev Beräkna: a) Q-värde för reakionen 148 Sm (α) 144 d? (2p) b) Den usända α-parikelns energi? (2p) Svar: Q α ( ( 79346) ) ev Q α = 1986 ev m 148 d 144 E d α Q α E = α 1932 ev m 2 De finns vå grundämnen med lägre aomnummer än vismu som ine är naurlig förekommande på jorden Vilka är dessa? (ange fullsändig namn och kemisk symbol) (4p) Svar: Tekneium, Tc och Promeium, Pm 3 40 K sönderfaller via vå vägar; EC och β + följ av γ Den usända γ-srålningen har energin 147 ev a) Vilka energier har de vå mes inensiva opparna i e γ-spekrum från 40 K? (2p) b) I spekra förekommer föruom dessa vå och röngenlinjer och även vå skarpa oppar med lägre energi Vad är dessa oppars energi och vad kallas de? (4p) Svar: a) 147 ev (foooppen) och 051 ev (förinelseopp) Dessa oppar har högs inensie efersom de mosvarar den primär usända srålningen, b) 096 ev "escape" opp och 045 ev dubbel "escape" opp Dessa oppar har låg inensie 4 Beskriv funkionssä och skillnader mellan en G-deekor, en proporionaldeekor och en jonkammare? (6p) Svar: G-deekorn arbear med en spänning som leder ill en forskridande urladdning ills denna soppas genom elekrisk eller kemisk släckning ycke sor gasförsärkning Inge samband mellan srålningens yp och energi och pulshöjden Proporionaldeekorn arbear vid en lägre spänning där gasförsärkningen forfarande är beydande men där urladdningen upphör sponan och där de finns e samband mellan srålningens yp och energi och pulshöjden Jonkammaren har så låg spänning a ingen gasförsärkning förekommer De finns e samband mellan srålningens avgivna energi och pulshöjden 5 Beskriv vad som menas med radioakiv jämvik och när denna kan inräffa (2p) Svar: Radioakiv jämvik råder när samliga nuklider i en sönderfallskedja har samma sönderfallshasighe som modern För dea krävs a moderns halveringsid är mycke längre än halveringsiderna för övriga medlemmar i kedjan 6 a) Vilka nuklider ingår i den isobarkedja som börjar med nukliden 144Cs? (2p) b) Vilka övriga nuklider är dörar ill 144Cs? (2p) c) Vilka av samliga nuklider (från a och b ovan) är isoopa? (2p) d) Vilka är isoona? (1p) e) Vilka är isomerer? (1p) Svar: a) 144Cs, 144Ba, 144La, 144Ce, 144Pr, 144d, b) 140Ce, c) 140Ce, 144Ce, d) Inga, e) Inga 7 Vilka av akiniumseriens grundämnen har (I) som mes sabila oxidaionsillsånd i svag sura och lufade vaenlösningar? (2p) Svar: Fr (Francium) och Tl (Tallium) 8 Hur fungerar isoopuspädningsanalys? (med relevan ekvaion) (3p) Svar: Isoopuspädingsanalys baseras på maerialbalansekvaionen: s o *v o +S o *V o =S(v o +V o ), där s och S är specifika akivieen eller isoopbråke för en viss isoop och v respekive V är mosvarande volymer, flöden, molmängder eller massor ec Om fyra av dessa är kända ( ex s o,v o, S o och S) kan den okända (idea fall V o ) beräknas 9 Hur beräknas dosekvivalenen, H T, för e organ? (3p) Svar: H T =Σw R D T,R (Sv) 10 Vilka yper av radioakiv sönderfall leder ill isobarer? (Ge reakionsformler) (4p) Svar: β -, β + och EC (evenuell kan även IT räknas hi) Reakionsformler: A Z X = A Z+1 X + β- ; A Z X = A Z-1 X + β+ ; A Z X = A Z-1 X

2 11 För a behandla en lien umör i hjärnan på en paien injicerades 200 Bq 211 A ( ½ 721 h, 42% α, 5868 ev) i form av en lösning innehållande en umörsökande anikropp märk med 211A Den biologiska halveringsiden för A i denna form är 20 dygn Uppag av 211 A i umören kan anses ske med konsan hasighe 50% av injicerad anikropp uppogs av umören inom 10 immar och de som en gång agis upp i umören sannar i denna Vad blir dosekvivalenen ill umörvävnaden om umörens vik är 10 gram? (verkan av elekroner och β-srålning försummas) (10p) Lösning: ½fys 721 hr ½biol 20 day 721 hr 20 day Bara def av enheen i SI syseme 200 Bq ½um 10 hr λ um λ fys ½um 0 ½fys Dea leder ill följande diffekv d um λ d fys um λ um 0 exp λ eff Lösningen ill denna enkla ekvaion är: λ um 0 exp λ exp λ fys eff För a beräkna dosen ill hela umören behöver vi nu inegrera R()*E α över iden från 0 ill oändligheen E α 5868 ev E eff E α 42 % Sv Gy D o λ E um 0 eff λ fys exp λ exp λ fys eff d D 0 o E eff λ λ um D o = 2101 kg Gy fys Sedan delar vi med umörviken och muliplicerar med vikfakorn för α, dvs 20: 20 D o H T 10 H T = 4201 Sv

3 12 Homogenieen hos en blyplå med 5 cm jocklek skall konrolleras med gammaradiografi an änker placera en röngenfilm på baksidan och en 250 GBq 60Co källa framför plåen Den använda filmen behöver en dos på 005 Gy för lämplig exponering Av prakiska skäl änker man exponera filmen över naen Hur lång från plåens ya skall man placera källan för a erhålla en exponeringsid på 12 immar? (Försumma build-up fakorer) (10p) Lösning: A Bq n 2 k Gy m 2 Bq 1 sec 1 x 5 cm ρ Pb cm 3 µ Pb 0035 cm2 ρ Pb µ Pb = m 1 exp 12 hr D 005 Gy D A exp n k exp 1 µ r 2 Pb x r exp A n k exp µ Pb x r = 1598 m D

4 13 an skall illverka 24a å en kund genom besrålning av naurlig narium i form av acl i en reakor n-flöde i besrålningsposiionen är 2*10 17 n/m 2 s σ n,γ för 23 a(n,γ) 24 a är 053 b i den akuella posiionen Kunden vill ha en preparasyrka på 100 Bq och en specifik akivie på mins 1000 Bq/g narium Tiden från uag ur reakorn ill leverans hos kunden är 36 immar Hur mycke acl skall besrålas (g) och hur lång id skall besrålningen pågå? (10p) Lösning: A 100 Bq S 1000 Bq g cool 36 hr σ 053 barn φ m 2 sec 1 wa 2299 mole 1 wcl 3545 mole 1 wacl wa wcl Krave på specifik akiviee beyder a 1 g besråla a skall mosvara 1000 Bq 36 immar senare: 1 a A A a 1000 Bq λ wa 1496 hr λ A a φ σ irr a 1 e e λ cool Här är bara irr okänd, varför denna id kan beräknas irr ln A a φ σ a exp λ cool φ σ a exp λ cool λ irr = sec Vi skall således besråla under 1498 sekunder Efersom bara 100 Bq skall produceras skall vi besråla 1/10 g narium: m a 01 m wacl acl m a m = acl 0254 wa

5 14 En cykloron levererar 18 O 3+ joner med energin 35 ev Efer e Au-arge (2µg/cm2) placeras en Faraday-kopp Under en 10 minuers besrålning med konsan sröm uppsamlades 011 µc från Faraday-koppen Gammaspekromeri visade a Bq 210 Fr ( ½ =318 min) fanns i arge 18 minuer efer besrålningens slu Beräkna värsnie för den akuella kärnreakionen (barn) (10p) Lösning: Q coul irr 10 min cool 18 min A Bq ½ 318 min λ λ = sec 1 E 35 ev ½ wau mole 1 vxau cm 2 A wau vxau = m 2 wo18 18 mole 1 u måse vi förs beräkna den effekiva medelladdningen, z, hos syrejonerna efer passage av argeen med hjälp av ekvaion 132 Vi kan anaga a dessa unga joner ine är relaivisiska vid så låg energi som 35 ev 1 Z 8 E wo18 2 m Au v2 m O18 A (Vi försummar viken av de elekroner som faas) v 2 E m O18 v = m sec 1 (således << c) z Z 1 I amp v m sec 1 Z z = 6876 Q I = amp amp irr q e coul k I amp σ 1 vxau z q e λ A k irr 1 e e λ cool I amp A σ z q vxau 1 exp λ irr exp λ cool e σ A I vxau amp exp λ vxau z q cool I amp exp e z q e λ cool exp λ irr σ = barn