YDINFYSIIKKA I (FYSN300) - loppukoe

Koko: px

Aloita esitys sivulta:

Download "YDINFYSIIKKA I (FYSN300) - loppukoe"

Maija-Leena Halonen
7 vuotta sitten
Katselukertoja:

1 YDNFYSKKA (FYSN300) - loppukoe (a) Selvitii lyhyesti alla olevan semiempiirisen massakaavan eri termien fysikaalinen tausta M(Z,A)c = [z m(th)+n mn} -ava +asa/3 +ac z(zl/~1) +asym (A-Z) 8 A A (b) Mita voit sanoa fissiossa ja fuusiossa vapautuvasta energiasta semiempiirisen massakaavan perusteella ( c) Ta~denna seuraavat merkinnat: i) Na(p, ) 3 Mg ii) 58 Ni + ~ 58 Cu + n iii) 58 Ni + 3 He ~ + t iv) 116Cd(40Ar, )1s1Tb (a) Eraassa puunaytteessa on 14 C ja 1 C atomien lukumfilirien suhde kymmenesosa tuoreesta puusta otetun naytteen vastaavasta suhteesta Laske vanhan naytteen ika sotoopin 14 C puoliintumisaika on 5700 vuotta (b) )'ksi gramma kobolttia on 10 1 n/cm s suuruisessa termisessa neutronivuossa 10 vuorokautta Kuinka sttttri on tuottonopeus ja mika on 6 Co aktiivisuu <> sateilytyksen paatyttya? Termisten neutronien sieppausvaikutusala 59 Co:lle on 3700 fm ja 59 Co:n moolimassa g/mol Avogadron luku NA= mor 1 6 Co puoliintumisaika on 57 vuotta 3 (a) Kaytossasi on 137 Cs lahde, josta emittoituu 661 kev:n gammasateilya (i) Mika on lahteen gammasateilyn todennakoisin vuorovaikutustapa lyijyssa ja piissa? (ii) Hahmottele hyvalla germanium-ilmaisimella mitattu 137 Cs:n gammaspektri (b) Oheinen kuva esittaa 96 Sr-isotoopin ~-hajoamista Sen ja 96 Y-tytarytimen perustilan energiaero on 5371 MeV Tilojen viritysenergiat on annettu kevyksikoissa i) Hahmottele 96 Sr:n ~-spektri ii) Merkitse 96 Y:n energiatasokaavioon y-siirtymatja niiden multipoolisuudet iii) Arvioi 1 ke V :n tilan elinika 4 (a) Maaritii perustilan spinja pariteetti n ytimille 10 zr, 15 N, 57 Ni (b) Tarkastele 17 0 ytimen alimpien tilojen 51+, 11+ ja 1/T mahdollista syntyperaa kuorimallin avulla (c) 8 Th:n (Z=90) a-hajoamisessa 4 Ra ytimeksi suurin havaittava a-hiukkasen liike-energia on 54 MeV ja toiseksi suurin 534 MeV i) Miksi 8 Th:n a-hajoaminenjohtaa 4 Ra:n perustilalle? ii) Mika on a-hajoamisen Q-arvo? iii) Laske 4 Ra:n alimman viritystilan energia

2 5 (a} Liitteena on osa nuklidikarttaa Hahmottele s-prosessin kulku 89 Y-isotoopista 10 Rh-isotooppiin (b) Mitka stabiileista isotoopeista Y- ja Rh-isotooppien valissa (mukaan lukien Y ja Rh-isotoopit) ovat peraisin: i) (i) vain s-prosessista ii) (ii) vain r-prosessista iii) (iii) p-prosessista? ( c) Seliili lyhyesti PET - kuvausmenetelma ( d) Listaa lyhyesti ydinreaktorin neutronitalouteen vaikuttavia tekijoiili Mainitse listauksen yhteydessa, kuinka kyseinen ilmio vaikuttaa neutronitalouteen Taustatietoja: Massoja: m(n) = u m(p) = u m(d) = u m(a) = u m( 35 U) = u m( 3 6u) = u m( 38 U) = u m( 39 U) = u ~~Kr)= U, m(ax) = ] 4J 9165 U Avogadron luku NA= mor 1 r = r 0 A 113, missa ro = 1 fin Weisskopfin arviot {[A]= s- 1, [E]=MeV }: A(El) = loe14 A 13 E 3 A(E) = 73e7 A 413 E 5 A(E3) = 34 A E 7 A(E4) = 1le-5 A 813 E 9 A(Ml) = 56e13 E 3 A(M) = 35e7 A 13 E 5 A(M3) = 16 A 413 E 7 A(M4) = 45e-6 A E 9 Q~=5371 kev y ~ ~ 131cs ~ 55 ~~ 0~_= ~ 944% 961 _1_11_- ~ Cb 6_61 66_0 _ 55 m 1~ < 6 % 0-0 esy 56% 11 _3_1_+ ] o stable

3 , g7fl (8),, - ;,!,,-"'_ 3d31 (4) g (18), 4s11 (),-; lj (30) 3dsa (6) ljts/ (16), 3p (6) 1i (6) 8 ' ', 8 8,,,, li111 (1),, 8 ~1 (10), ',"', '' 3P11 () ' ' ' ' ' fs1 (6) --- ~ f (14) ,,,, ' - li131 (14) @, >< 3p31 (4) f71 (8) 3s () lh111 (1) lh () 3s11 () d (10) - d31 (4) 0 --, lg71 (8), '0, d51 (6),, lg (18), (~ p (6) lg91 (10) GV p11 {} --- lf51 (6) p31 (4) 0 lf (14) s (),, GV lf71 (8) ,, ld31 (4) ld (10) ---- :----~ - s11 <) lds1 (6) 0 0 G) lp (6) lp11 () lp31 (4) 0 G> ls () 1 ls11 () nfinite Woods-Saxon Woods-Saxon plus well well spin-orbit coupling

4 Quantity symbol, equation Value uncert (ppm) speed of light in vacuum4 c x1010 an s-' 0 Planck constant h (40)x10~ ergs 060 Planck constant, reduced n =hlit 1054 sn 66(63)x1~ ergs 060 = ll(d)x1o-"' MeV s 030 electron charge magnitude e (15)x10-10 esu 030 = (49)x10-19 coulomb 030 conversion constant nc (59) MeV fm 030 conversion constant {llc) (3) GeV mbam 059 electron mass m {15} MeV/c= (54}x111-3g 030, 059 prolon mass mp (8) MeVJc= (10)x1~g 030, 059 neutron mass mn (8) MeVJc = (1 O)x1~ g 030, 059 = (14) amu 0014 deuferon mass m (57) MeVfC'- 030 atomic mass unit (amu) (mass c 1 atom)/1 = (1 g)n, (8) MeV/c = (10)x1~ g 030, 059 electron charge to mass ratio etm (16)x10 17 esu g-' 030 = (53)x10 5 coulomb g quantum of magnetic flux hie (1)x10-15 joules coulomb-' 03D Josephson frequency-voltage ratio e/h (14Jx10 14 cydes s- 1 v Faraday constant F (9)x10 4 coulomb mo fine-structure constant a= e"ll!c 11137() (61) 0045 classical electron radius r 0 = e /m 0 c! (38) frn 013 ~ electron Compton wavelength,,, = li/m 0 c = r, (35)x10-11 cm 0089 prolon Compton wavelength ", = h/mpc (19)x10-14 cm 0089 ne ot~n """"'ton wavele"~ k i =njm c !>11lllx1n-14 rm n noo Bohr raarus Cm-,= J a_= li Jrnee = r 0 a-" (4)x10a cm Rydberg energy h<:r = m e 4 /1i = m ~/ 6981(40) ev 03() Thomson cross section 'T= 8m-_ (18} barn 07 Bohr magneton 11,,=eli/mc (5}x10-15 MeV gauss nuclear magneton 11it=eli/mpc (8}x10-18 MeV gauss-' 0089 electron cyclotron frequency/field ro~c11b = e1m 0 c (53Jx10 7 radian s- 1 gauss-' 030 proton cyclotron frequencyllield rol;,c1jb = efmpc (9)x10 3 radian s- 1 gauss gravitational constant GN (85)x1o-5 cnrg grav acceleration, sea level, 45 lat g cm s- 0 Fermi coupling constant G,J(ncJ {)x10s GeV- 0 Avogadro number NA (36)x10 3 mot"' 059 molar gas constant, deal gas at STP R (70Jx10 7 erg mor- 1 K Boltzmann constant k (1)x10-15 erg K = (73)x10,; ev K molar volume, deal gas at STP NAk(7315 K)( atmosphere) 41410(19) cm mo Slefan-Bottzmann constant C1 = xk4j60h 3 c" (19}x1o-5 erg s- 1 cm- KA 34 first radiation constant llhc 3741 n4 9()x10-41 erg cm s ~ second radiation constant hclk (1) cm K 84

5 , ( _ ' _ 1 Aluminiu1n 1 Lead - 00 C"l E ~ J Total -- ~ Phot ' Paty / combtod- - ' ~ Phot ' / t' Patr/, ' 1 ~, 1o- 3,,,, 1,,,,, 1,,,,, i 1 0-3,,,,,,,,,,,,,,,,,, Er(MeV) Er(MeV) "'

6 B ~ /z p [g/cm3] d' [cm]= d11 [g/cm] E - v 0 B ~" - ' 0) ', , L l,;j" ", N ;:::,;r ~v,, :J 4,,,,, ;/ 10 B 6, / 1 "' i l ' Ey [kev] 6 B a 10' ~ "" i _:) /, 4V 5, y 3) fs v"' ', j : ~"' J- _, 4 J (/' 1 _, i i- ;' ~ : p / '" ~ 1:,i 1 b ~- ' ~ v 1-,i ~, [g/cm3j i j l) L~ft 0,0013 a!r air at re 10-1 J ) Wasser water 1,0 eau agua B J 6 3 ) Nornialbeton,35 ordinary concrete / beton normal hormig6n comun 4 i l verre 5 / ) Bleiglas lecid glass 4 3,3 plombeux vidrio de plomo ) Bleiglas 6, lead glass verre plombeux vidrio de plomo 6 ) Blei lead 11,34 plomb plomo / B 10 Ey [kevl t1albwertsdicke filr y-strahlen Half-thickness for y-rays Couche de demi-absorption pour les rayons y Espesor de semirreducci6n para rayos y ~ 4) 5) 6) '- """ Ref: G W Grodsteln, NBS 583 (1957) C Dlmitrljevic, Praktische Berechnung der Abschlrmung von radloaktlver und ROntgenstrahlung, Verlag Chemie, Weinheim,

7 Standards fur Elektronenenerglen Electron Energy Standards Valeurs de reference pour les energies des electrons Patrones para energlas de electrones Ref: D c: Kocher, Report DOE/TC-1106 (1981) Nuklid Ee-[keV]* labs(%]* Nuklld Ee-[keV]* labs"(%]* Nu kl id E-[keV]~ labs[%]* 34,986 (7) 75,73 (7) 15,099 (7) 143,536 (7) 154,813 (7),9 (14) 10,9 (5) 6,4 (3) 17,0 (8) 4,38 (19} 17,5634 (8) 1,94 (14) 137Cs/ 64,08 (5) 7,64 (55) 30,061 (8) 1,790 (5) 137Ba 655,660 (5) 1,38 (59) 38,1131 (8) 4,47 (14) 30,680 (5) 1,95 (6) 60 Co 1164,906 (4) -0, ,6767 (8) 1,0 (4) 134,170 (5) - 0, ig 193,659 (5) 63,84 (5) 75,485 (5) 1 segau 38,701 (9) 396,9651 {11) 16,9 (8) 4,35 (13) 1,06 (3),87 (9) 1,0 (3) 07 Bi 481,665 (0) 1,55 (5) 1Bi/ 4,510 (5) 553,809 (0) o,435 {13) 1pb/ 36,1"53 (5) 975,615 (0) 7,04 (3) 0eT 148,099 (6) 1047,759 (0) 1,78 (6)?,38 (6) 1059,769 (0) 0,587 (8) 56,66 (10) *Die Zahlen in Klammem sind die Standardabweichungen The standard deviations are listed in parentheses Les nombres entre parentheses indiquent les ecarts-types Los numeros entre parentesis indican las desviaciones standard,, E CJ L-1 et:: l04_ s e ,3,_4-,6,,B ] t----t ~--1~-+-~ e 1) Eisen R'[g/cm] = p [g/cm3] R Tcm i iron D 6~~~~-=-~~~~~~~~~~~ hierro r/1' ~~~ 1ol r+1r---+--~,~~~:~/~~,~~~ ~~~ 10 8 l i--1-t-+-+-t-t f-'-r:'~":+~'l---l-+-+::;i<!--h 8 /,,, / f' t-1r--~/<-nl~'---+-V V' S /V :/' ~ 1 ) Pyrexgla$ pyrexglass pyrex vidriopyrex 3)PVC 4) Plexiglas lucite plexiglas plexiglas 5) Luft air air aire Q 7,87,60 1,38 1,18 0,0013 < ' '/ / ~ 1 ~'++-+/ ,,c-+-/-+--+-l V(' V / l/' 1 )~ l----ff--l-j~~~;i=:i: !~+---!~+-+-r-+-t-h --t 11 '5 / e e 101 Epmax [MeV] ~ Reichweite von 13 Teilchen Range of 13-particles Parcours des partlcules 13 Alcance de las particulas 13 14

9 t ( ALKUANEDEN JAKSOLLN EN JARJESTELMA ~ A l lla 1 llla V A v A VA 1 VllA V B ' VB ' VB VB VllB 0 - CD 1H He 1:008 4,003 3u 4 Be 58 6C 7N 80 9F 10Ne 6,941 9,01 10,81 1,0l 14,01 16,00 19,00 0,18 111Na 1Mg 13A 14Si 15p C 18Ar,99 4,31 6,98 8,09 30, ,45 39, K 0 Ca 1Sc 1li 3v 4Cr 6Mn 8Fe 1Co 8Ni 9Cu 30Zn 31Ga 3Ge 33As 34Se 358r 1 35Kr 39,10 40,06 44,96 47,90 50,94 5,00 54,94 55,85 56,93 56,70 63,65 65,38 69,7 7,59 74,9 78,96 79,90 83,60: -- a1rb 38Sr 39Y 40Zr 41Nb 4Mo 43Tc 44Ru 45Rh 46Pd 41Ag 40Cd 49ln 50Sn 51Sb 5Te Xe 65,47 87,6 88,91 91, 9,91' 96,94 (97) 101,1 10,9 106,4 107,9 11,4 114,6 118,7 11,8 17,6 18,9 131,3 55Cs " 5~Ba 51La 1Hf 73Ta 14W 75Re 760s i 64Po 85At 1r 78Pt 79AU, 80Hg 81T 9Pb 86Rn 13,9 137,3 138,9 178,5 180,9 183,9 18e, 190, 19, 195,1 197,0 00,6 04,4 07, 09,0 (09) (10) () "ll 101 (3) 6,0 (7) (61) 161 (63) 0 87 Fr 86Ra 89Ac 104Ku 105Ha ce '5sPr 6oN~ 61Pm 6Sm 53Eu 64Gd 55Tb 66Dy 67Ho 68Er es Tm 10Yb, 11Lu 140,1 140,9 144, (145) 160,4 16,0 157,3 158,9 16,5 164,9 '167,3 168,9 173,0 175,0 90Th 91Pa 9u 93Np 94PU 95Am 95Cm s1bk 99Cf 99Es 100Fm 1101Md 10No 103Lr 3,0 31,0 38,0 37,0 (44) (43) (47) (47) (51) (54) (57) (58) (59) (60) , " -

Samankaltaiset tiedostot

Piirrostehtiivissa merkitse nakyviin mahdollisimman paljon tietoa, jolla ilmaiset ymmartaneesi tarkasteltavan ilmion.

YDINFYSIIKKA FYSN3 kl. 211 Valikoe 1 25.2.211 Piirrostehtiivissa merkitse nakyviin mahdollisimman paljon tietoa jolla ilmaiset ymmartaneesi tarkasteltavan ilmion. 1. a) 14 C-ajoitusmenetelma perustuu 14