Lösningar till tentamen i kärnkemi ak

Relevanta dokument
Lösningar till tentamen i kärnkemi ak

1. Ange de kemiska beteckningarna för grundämnena astat, americium, prometium och protaktinium. (2p). Svar: At, Am, Pm, Pa

2. Beskriv principen för en hastighetsselektor (skiss och utförlig förklaring) (4p). Svar: Se figur 2.1 och tillhörande text i läroboken.

Lösningar till tentamen i Kärnkemi ak den 27 januari Del A

1. 2. a. b. c a. b. c. d a. b. c. d a. b. c.

Tentamen: Atom och Kärnfysik (1FY801)

Atomens uppbyggnad. Atomen består av tre elementarpartiklar: Protoner (+) Elektroner (-) Neutroner (neutral)

Föreläsning 3. Radioaktivitet, alfa-, beta-, gammasönderfall

Atomens historia. Slutet av 1800-talet trodde man att man hade en fullständig bild av alla fysikaliska fenomen.

Instuderingsfrågor Atomfysik

Kärnfysik och radioaktivitet. Kapitel 41-42

Lösningar del II. Problem II.3 L II.3. u= u MeV = O. 2m e c2= MeV. T β +=

Atom- och Kärnfysik. Namn: Mentor: Datum:

Materiens Struktur. Lösningar

Lösningar till tentamen i Kärnkemi ak den 22 januari 2000 kl

Tentamen i FUF050 Subatomär Fysik, F3

Från atomkärnor till neutronstjärnor Christoph Bargholtz

Atomens uppbyggnad. Atomen består av tre elementarpartiklar: Protoner (+) Elektroner (-) Neutroner (neutral)

ATOM OCH KÄRNFYSIK. Masstal - anger antal protoner och neutroner i atomkärnan. Atomnummer - anger hur många protoner det är i atomkärnan.

Till exempel om vi tar den första kol atomen, så har den: 6 protoner, 12 6=6 neutroner, 6 elektroner; atommassan är också 6 men masstalet är 12!

Stora namn inom kärnfysiken. Marie Curie radioaktivitet Lise Meitner fission Ernest Rutherford atomkärnan (Niels Bohr atommodellen)

Lösningar del II. Problem II.3 L II.3. u u MeV O. 2m e c2= MeV T += MeV Rekylkärnans energi försummas 14N

3.7 γ strålning. Absorptionslagen

7. Radioaktivitet. 7.1 Sönderfall och halveringstid

Lösning: Vi börjar med ekvationen för buktighet hos cylindrisk geometri (19.21c) b m 1. b 2. L2. m ( 1 f) k inf Σ amod. afuel.

Kärnenergi. Kärnkraft

2. Hur många elektroner får det plats i K, L och M skal?

Kärnenergi. Kärnkraft

Tentamen. Fysik del B2 för tekniskt / naturvetenskapligt basår / bastermin BFL 120 / BFL 111

Miljöfysik. Föreläsning 5. Användningen av kärnenergi Hanteringen av avfall Radioaktivitet Dosbegrepp Strålningsmiljö Fusion

Föreläsning 3. Radioaktivitet, alfa-, beta-, gammasönderfall

Föreläsning 09 Kärnfysiken: del 1

Fysik del B2 för tekniskt basår / teknisk bastermin BFL 120/ BFL 111

PRODUKTION OCH SÖNDERFALL

Röntgenstrålning och Atomkärnans struktur

Lösningar till problem del I och repetitionsuppgifter R = r 0 A 13

TILLÄMPAD ATOMFYSIK Övningstenta 3

Marie Curie, kärnfysiker, Atomfysik. Heliumatom. Partikelacceleratorn i Cern, Schweiz.

Föreläsning 2 Modeller av atomkärnan

Tentamen i Tillämpad Kärnkemi den 8 mars 2001

Atomkärnans struktur

LUNDS KOMMUN POLHEMSKOLAN

Radioaktivt sönderfall Atomers (grundämnens) sammansättning

Vågrörelselära & Kvantfysik, FK januari 2012

Laborationer i miljöfysik Gammaspektrometri

Lösningsförslag - Tentamen. Fysik del B2 för tekniskt / naturvetenskapligt basår / bastermin BFL 122 / BFL 111

Neutronaktivering. Laboration i 2FY808 - Tillämpad kvantmekanik

TILLÄMPAD ATOMFYSIK Övningstenta 1

Tentamen: Atom och Kärnfysik (1FY801) Lördag 15 december 2012,

BFL122/BFL111 Fysik för Tekniskt/ Naturvetenskapligt Basår/ Bastermin 12. Kärnfysik Kärnfysik 1

Tentamen i fysik B2 för tekniskt basår/termin VT 2014

Prov (b) Hur stor är kraften som verkar på en elektron mellan plattorna? [1/0/0]

TILLÄMPAD ATOMFYSIK Övningstenta 2

Statistisk precision vid radioaktivitetsmätning och Aktivitetsbestämning ur uppmätt räknehastighet

Atom- och kärnfysik! Sid i fysikboken

Fysik del B2 för tekniskt basår / teknisk bastermin BFL 120/ BFL 111

Lösningar till problem del I och repetitionsuppgifter R r 0 A 13

11 Kärnfysik LÖSNINGSFÖRSLAG. 11. Kärnfysik. 3, J 3, ev 1,9 ev. c 3, E hc. 5, m 0,36 pm. hc 1, m 1,43 pm

Energi & Atom- och kärnfysik

LÖSNINGSFÖRSLAG. 11. Kärnfysik. c 3, , J 3, ev 1,9 ev. E hc. 5, m 0,36 pm. hc 1, m 1,43 pm E 6, ,0 10 8

BFL 111/ BFL 120 Fysik del B2 för Tekniskt Basår/ Bastermin

Medicinsk Neutron Vetenskap. yi1 liao2 zhong1 zi3 ke1 xue2

Lösningsförslag. Fysik del B2 för tekniskt / naturvetenskapligt basår / bastermin BFL 120 / BFL 111

Studiematerial till kärnfysik del II. Jan Pallon 2012

BFL122/BFL111 Fysik för Tekniskt/ Naturvetenskapligt Basår/ Bastermin 13. Kärnfysik Föreläsning 13. Kärnfysik 2

WALLENBERGS FYSIKPRIS

Föreläsning 11 Kärnfysiken: del 3

Fysik. Laboration 4. Radioaktiv strålning

Materiens Struktur. Lösningar

Laboration 36: Nils Grundbäck, e99 Gustaf Räntilä, e99 Mikael Wånggren, e99 8 Maj, 2001 Stockholm, Sverige

Atom- och kärnfysik. Arbetshäfte. Namn: Klass: 9a

Relativistisk kinematik Ulf Torkelsson. 1 Relativistisk rörelsemängd, kraft och energi

Uppgift: Bestäm det arbete W som åtgår att Iyfta kroppen på det sätt som beskrivits ovan och bestäm och så kroppens densitet ρ.

Småsaker ska man inte bry sig om, eller vad tycker du? av: Sofie Nilsson 1

Förslag: En laddad partikel i ett magnetfält påverkas av kraften F = qvb, dvs B = F qv = 0.31 T.

Förslag till lösningar. Tentamen i Kärnkemi KKK

undanträngda luften vilket motsvarar Flyft kraft skall först användas för att lyfta samma volym helium samt ballongens tyngd.

Intro till Framtida Nukleära Energisystem. Carl Hellesen

Lösningar till tentamen i Kärnkemi ak den 21 april 2001

Fysik, atom- och kärnfysik

4 Halveringstiden för 214 Pb

Lösningar - Rätt val anges med fet stil i förekommande fall (obs att svaren på essäfrågorna inte är uttömmande).

Lösningar Heureka 2 Kapitel 14 Atomen

ABSORPTION AV GAMMASTRÅLNING

1. Beskriv Newtons tre rörelselagar. Förklara vad de innebär, och ge exempel! Svar: I essäform, huvudpunkterna i rörelselagarna.

LEKTION 27. Delkurs 4 PROCESSER I ATOMKÄRNAN MATERIENS INNERSTA STRUKTUR

WALLENBERGS FYSIKPRIS 2017

Repetition kärnfysik Heureka 1: kap version 2019

Historia De tidigaste kända idéerna om något som liknar dagens atomer utvecklades av Demokritos i Grekland runt 450 f.kr. År 1803 använde John Dalton

4.4. Radioaktivitet. dn dt = λn,

Materiens Struktur. Lösningar

Varje uppgift ger maximalt 3 poäng. För godkänt krävs minst 8,5 poäng och

Forelasning 13, Fysik B for D2. December 8, dar R 0 = 1:2fm. ( 1 fm = m) Vi har alltsa. ar konstant (R 3 = R 3 0A). 46.

1. Mätning av gammaspektra

Strålning Radioaktivitet och strålskydd

RSJE10 Radiografi I Delkurs 2 Strålning och teknik I

KEM A02 Allmän- och oorganisk kemi. KÄRNKEMI FOKUS: användbara(radio)nuklider A: Kap

Kärnfysikaliska grunder för radioaktiva nuklider

Räkneövning/Exempel på tentafrågor

Transkript:

Lösningar till tentamen i kärnkemi ak 1999.118 Del A 1. Det finns radioaktiva sönderfall som leder till utsändning av monoenergetisk joniserande strålning? Vad är detta för strålslag? (2p) Svar: Alfastrålning och gammastrålning (utsändning av efterföljende röntgenstrålning sker också, men behöver inte anges för att svaret skall anses rätt.) Grenat sönderfall av 241Pu leder till bildning av 237Np. a) Vilka grundämnen förekommer i dessa korta kedjor? (3p) b) Vilka av nukliderna är isobara? (1p) c) Vilka av nukliderna är isotopa? (1p) d) Vilka är isotona? (1p) e) Vilka är isomera? (1p). Svar: a) Kedja 1: 241 Pu(β - ) 251 Am(α) 237 Np, Kedja 2: 241 Pu(α) 237 U(β - ) 237 Np. Således är rätt svar: U, Np, Pu, Am, b) 241 Pu och 241 Am samt 237 U och 237 Np, c) Inga, d) Inga 3. Hur ändras massan hos en elektron med hastigheten (3p)? Svar: m = m o *(1-(v/c)2)-½ där m o är elektronens vilomassa, v är elektronens hastighet och c är ljushastigheten i vacuum. 4. Beskriv en anordning för beröringsfri mätning (genom strålningabsorption) av nivån i en tank för sedimentering av slam (skiss och förklaring). (4p) Svar: Eftersom vi kan få ett system som separerar i två lager är absorptionsmetoder inte lämpliga (fig.6.28c i boken). Möjliga metoder är därför de som visas i fig.28 a och b i boken. 5. När högenergetiska partiklar i kosmisk strålning träffar jordens atmosfär förintas dessa. Vad är de huvudsakliga slutprodukterna? (2p) Svar: Pioner (dessa kan naturligtvis undegå ytterligare reaktioner så att huvuddelen som når jordytan är muoner). 6. Ett index för potentiell farlighet hos radioaktivt avfall bygger på ALI-värden för förtäring. Hur beräknas denna typ av index? (2p) Svar: För var radionuklid divideras antalet Bq med nuklidens ALI-värde (Bq/år), varefter kvoterna summeras över samtliga närvarande radionuklider. 7. Vid vilket masstal är nuklider mest stabila? (2p) Svar: Nuklider är mest stabila när bindningsenergin per nukleon är högst, vilket inträffar vid A ca 60 enligt figur 3.3 i boken. 8. Hur sker energitillförseln till de accelererande jonerna i en cyklotron? (skiss och förklaring)? (4p) Svar: Via spänningsfallet mellan D:na när gapet mellan dessa passeras. 9. Kärnans neutron och protonnivåer bildar energistegar med olika energiavstånd mellan nivåerna. a) Vilken stege har störst avstånd mellan nivåerna? (2p) b) Varför har den det? (2p) Svar: a) Protonstegen, b) Repulsion mellan de positivt laddade protonerna ger snabbare ökning av energin med antalet än för de oladdade neutronerna. 10. Rangordna följande grundämnen med avseende på deras förmåga att stoppa förintelsestrålning: skandium, vismut, järn, beryllium. (2p) Svar: Förintelsestrålning är gammastrålning med energin 0.51 MeV. Antalet elektroner per atom anger approximativt förmågan att stoppa/sprida gammakvanta. Ordningen blir följaktligen: Be<Sc<Fe<Bi 11. Hur fungerar en hastighetsselektor (skiss med förklaringar)? (4p) Svar: Se fig. 1 och förklaringen till denna i boken 1 Uran har i ett oxidationstillstånd joner i vattenlösning som inte är sfäriskt symmetriska. a) Vilket är detta oxidationstillstånd? (2p) b) Vilken form har dessa joner? (2p) Svar: a) U(VI) (U(V) har samma typ av joner, men är instabilt i vatten), b) Stavar (O=U=O).

Del B 13. En masspektrometer har en accelerationsspänning på 2 kv och en analysmagnet med fältstyrkan 0.12 T. Man vill analysera isotopsammansättningen i ett prov på anrikat argon 38 med denna apparat. Hur stort blir avståndet (vinkelrätt mot rörelseriktningen) mellan centrum på linjerna från Ar+-joner med masstalen 38 och 40 efter 180 o avböjning? (10p) u 1.660540 10 27. kg q 1. 1.60217733. 10 19. coul m.. e 9.1093897 10 31 kg B. 0.12 tesla U. 2 KV α. 180 deg Vilomassorna kan beräknas ur data i utdelade blad med massöverskott. Ar har Z=18. Observera att massan hos den elektron som fattas måste subtraheras från vilomassan! 34.714734 m. 38Arjon 38 u m 931.5 e m 38Arjon = 6.304 10 26 kg 35.039645 m. 40Arjon 40 u m 931.5 e m 40Arjon = 6.636 10 26 kg r 2. B 2 Ekv. (11) lyder: m x U Lös ut r ur denna ekvation så erhålles: r U. m x B 2 Den negativa roten kan inte gälla. U. m 38Arjon r 38Ar 1. B 2 r 38Ar = 0.331 m U. m 40Arjon r 40Ar 1. B 2 r 40Ar = 0.339 m Vid 180o avböjning har jonerna rört sig ett halvt varv i sina cirkelformade banor, som börjar i samma punkt. Avståndet blir därför samma som skillnaden i diameter för banorna (=2r): separation r 40Ar r 38Ar separation = 0.017 m separation = 1.719 cm

14. En modul av det nuklidbatteri som användes i Pioneer sonderna tillverkades av isotoprent 238Pu (t ½ = 87.74 år, E α = 5.5 MeV) och utvecklade 51 W elektrisk energi 20 år efter start från jorden vid en termisk verkningsgrad på 5%. Hur många kg PuO 2 innehöll ett sådant batteri vid start från jorden? (10p) MeV 1.60217733. 10 13. joule Bq sec 1 N.. A 6.0221367 10 23 mole 1 Atomvikterna för 238 Pu, syre och PuO 2 är: M.. wpu 238 gm mole 1 M.. wo 16.00 gm mole 1 M wpuo2 M. wpu 2 M wo Halveringstiden och sönderfallskonstanten för 238 Pu är: t ½. 87.74 yr λ ln( 2) λ = 503 10 10 sec 1 t ½ Ett sönderfall av 238 Pu producerar en värmeenergi som motsvarar Q α för 238 Pu: E. α 5.5 MeV Q. 238 α E α Q = 238 4 α 5.594 MeV Verkningsgraden, η, var 5%, varför antalet sönderfall för produktion av 51 W el-energi blir: η. 5 % P el. 51 watt P th P el η P th = 1.02 10 3 watt A 20år P th A = Q 20år 1.138 10 15 Bq α Korrektion till tiden för start ger: A. λ. 20. yr 0 A 20år e Nu kan vi omvandla aktivitet till antal atomer 238 Pu och sedan till kg av PuO 2 : N Pu A 0 λ A 0 = 1.333 10 15 sec 1 N Pu = 5.324 10 24 N Pu m. PuO2 M N wpuo2 m PuO2 = 387 kg A

15. Hur stor är kvoten hos 37 Cl mellan tvärsnittet för 2200 m/s neutroner och kärnans geometriska träffyta? (5p) barn 10 28. m 2 Kärnradiekonstanten, r 0, är (sid 50): r.. 0 1.4 10 15 m Enligt nuklidkartan är 2200 m/s tvärsnittet för neutroner: σ 2200. 0.428 barn Känans radie kan uppskattas ur ekv. 3.7: r. 3 37Cl r 0 37 Detta ger en geometrisk träffyta på: σ geom. π r 37Cl 2 Den sökta kvoten blir nu: = σ 2200 σ geom 0.626 1

16. Vad blir doshastigheten (Gy/timme) 3 m från en liten volym 137Cs-lösning som innehåller 1 GBq? Försumma absorptionen i luft och build-up faktorn. (5p) GBq. 10 9 Bq Gy joule kg A. 1 GBq I nuklidkartan kan vi se att 137Cs står i radioaktiv jämvikt med den kortlivade dottern 137mBa, som utsänder 0.662 MeV γ. Av figur 4.5 (rättad) framgår vidare att detta enda γ utsänds i 85.2% av alla sönderfall hos 137 Cs. Doshastighetskonstanten k i kan nu avläsas i fig. 7. n. i 85.2 % k.. i 25 10 18 Gy. m 2 B sec B i 1 r. 3 m dddt A. r 2. n.. i k i B i dddt = 8.52 10 6 Gy hr

17. Vid mätning av β - från ett preparat som innehåller 90 Sr och 90 Y nära jämvikt vill man hindra 90 Sr att störa mätningen av β - från 90 Y genom att täcka preparatet med en aluminiumfolie. Hur tjock bör denna vara? (10p) Enligt nuklidkartan har 90Sr ett E βmax på 0.5 MeV och 90Y 3MeV. Figur 6.12 i boken ger maximala räckvidden i aluminium för β-partiklar av olika energi. Tätheten hos aluminium är 6989 g/cm 3 vid 20 C och kan hittas i en tabell i slutet av omslaget till nuklidkartan. Ur dessa data kan tjockleken, d Al, beräknas som följer: ρ.. Al 6989 gm cm 3 Avläst ur figur 6.12: E. β 0.5 MeV R.. Al 1.7 10 1 gm cm 2 R Al d Al d Al = 0.63 mm ρ Al