Radioaktiivinen hajoaminen

Samankaltaiset tiedostot
Radioaktiivinen hajoaminen

Van der Polin yhtälö

Peto- ja saaliskanta

Matematiikan tukikurssi

Monisilmukkainen vaihtovirtapiiri

Tykillä ampuminen 2. missä b on ilmanvastuskerroin, v skalaarinen nopeus, nopeus vektorina ja nopeuden suuntainen yksikkövektori.

Oikeat vastaukset: Tehtävän tarkkuus on kolme numeroa. Sulamiseen tarvittavat lämmöt sekä teräksen suurin mahdollinen luovutettu lämpö:

Atomin ydin. Z = varausluku (järjestysluku) = protonien määrä N = neutroniluku A = massaluku (nukleoniluku) A = Z + N

Aluksi Kahden muuttujan lineaarinen epäyhtälö

Ionisoiva säteily. Tapio Hansson. 20. lokakuuta 2016

1 Johdanto. 2 Lähtökohdat

FYSN300 Nuclear Physics I. Välikoe

Matematiikan tukikurssi

Differentiaaliyhtälöryhmä

40D. RADIOAKTIIVISUUSTUTKIMUKSIA

Laskuvarjohyppy. painovoima, missä on maan vetovoiman aiheuttama kiihtyvyys, sekä ilmanvastus, jota arvioidaan yhtälöllä

Eksponentti- ja logaritmifunktiot

MAA10 HARJOITUSTEHTÄVIÄ

KEMA KEMIALLINEN TASAPAINO ATKINS LUKU 7

MS-A Matriisilaskenta Laskuharjoitus 3

Insinöörimatematiikka D

Ydinfysiikkaa. Tapio Hansson

Matematiikan tukikurssi

Matematiikan tukikurssi 3.4.

A Z X. Ydin ja isotoopit

Epäyhtälön molemmille puolille voidaan lisätä sama luku: kaikilla reaaliluvuilla a, b ja c on voimassa a < b a + c < b + c ja a b a + c b + c.

30 + x ,5x = 2,5 + x 0,5x = 12,5 x = ,5a + 27,5b = 1,00 55 = 55. 2,5a + (30 2,5)b (27,5a + 27,5b) =

13. Ratkaisu. Kirjoitetaan tehtävän DY hieman eri muodossa: = 1 + y x + ( y ) 2 (y )

MS-A010{3,4} (ELEC*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 10: Ensimmäisen kertaluvun differentiaaliyhtälö

MAB3 - Harjoitustehtävien ratkaisut:

6.8 Erityisfunktioiden sovelluksia

Monisilmukkainen vaihtovirtapiiri

Energiatehokkuus ja lämmitystavat. Keski-Suomen Energiatoimisto

Luonnollisten lukujen laskutoimitusten määrittely Peanon aksioomien pohjalta

Ratkaisuehdotukset Kesäyliopisto Kuvassa on esitetty erään ravintolan lounasbuffetin kysyntäfunktio.

MIKROTEORIA, HARJOITUS 4 KULUTTAJAN YLIJÄÄMÄ, MARKKINAKYSYNTÄ JA TASAPAINO

Tee konseptiin pisteytysruudukko! Muista kirjata nimesi ja ryhmäsi. Lue ohjeet huolellisesti

Lauri Tarkkonen: Kappa kerroin ja rinnakkaisten arvioitsijoiden yhdenmukaisuus

FYSA220/K2 (FYS222/K2) Vaimeneva värähtely

Esimerkkejä derivoinnin ketjusäännöstä

MS-A010{3,4,5} (ELEC*, ENG*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 10: Ensimmäisen kertaluvun differentiaaliyhtälö

MAB3 - Harjoitustehtävien ratkaisut:

Oikeasta vastauksesta (1p): Sulamiseen tarvittavat lämmöt sekä teräksen suurin mahdollinen luovutettu lämpö:

Työssä tutustutaan hajoamislakiin ja määritetään 137 Ba:n viritystilan kev keskimääräinen elinaika ja puoliintumisaika.

f (t) + t 2 f(t) = 0 f (t) f(t) = t2 d dt ln f(t) = t2, josta viimeisestä yhtälöstä saadaan integroimalla puolittain

Induktio kaavan pituuden suhteen

eriste C K R vahvistimeen Kuva 1. Geigerilmaisimen periaate.

Radioaktiivisen säteilyn läpitunkevuus. Gammasäteilty.

SAIPPUALIUOKSEN SÄHKÖKEMIA JOHDANTO

Taulukkolaskenta II. Taulukkolaskennan edistyneempiä piirteitä

Ydinfysiikka lääketieteellisissä sovelluksissa

dt 2. Nämä voimat siis kumoavat toisensa, jolloin saadaan differentiaaliyhtälö

Käyräparven kohtisuorat leikkaajat

Jousen jaksonaikaan vaikuttavat tekijät

Dynaaminen optimointi

Derivointiesimerkkejä 2

Funktion derivaatta. Derivaatan määritelmä. Johdanto derivaatan määritelmään

fissio (fuusio) Q turbiinin mekaaninen energia generaattori sähkö

monissa laskimissa luvun x käänteisluku saadaan näyttöön painamalla x - näppäintä.

2.7 Neliöjuuriyhtälö ja -epäyhtälö

Kevään 2011 pitkän matematiikan ylioppilastehtävien ratkaisut Mathematicalla Simo K. Kivelä /

Derivaatta, interpolointi, L6

Numeeriset menetelmät

DYNAAMISET SYSTEEMIT kevät 2000

( ) ( ) ( ) ( ( ) Pyramidi 4 Analyyttinen geometria tehtävien ratkaisut sivu 271 Päivitetty a) = keskipistemuoto.

Lisää segmenttipuusta

Matriisit ja vektorit Matriisin käsite Matriisialgebra. Olkoon A = , B = Laske A + B, , 1 3 3

Van der Polin yhtälö. virtap6.nb 1

Yhtälöryhmät 1/6 Sisältö ESITIEDOT: yhtälöt

RADIOAKTIIVISUUS JA SÄTEILY

FYSIIKAN AIHEKOKONAISUUDET

TimeEdit henkilökunnan ohje

Lineaarialgebra a, kevät 2019

c) Nimeä kaksi alkuainetta, jotka kuuluvat jaksollisessa järjestelmässä samaan ryhmään kalsiumin kanssa.

RCL-vihtovirtapiiri: resonanssi

Sähköstaattisen potentiaalin laskeminen

Derivaatta Maarit Järvenpää Puhtaaksikirjoitus Markus Harju

KELAN INDUKTANSSI VAASAN YLIOPISTO TEKNILLINEN TIEDEKUNTA SÄHKÖTEKNIIKKA. Miika Manninen, n85754 Tero Känsäkangas, m84051

Johdatus yliopistomatematiikkaan, 2. viikko (2 op)

Kotilaskut 1 yms. Maple:lla Maple 2017 versio. Työarkkien yhteensopivuus taaksepäin ei ole taattu!

Fysiikan ja kemian pedagogiset perusteet Kari Sormunen Syksy 2014

5B. Radioaktiivisen isotoopin puoliintumisajan määrittäminen

plot(f(x), x=-5..5, y= )

määrittelyjoukko. 8 piirretään tangentti pisteeseen, jossa käyrä leikkaa y-akselin. Määritä tangentin yhtälö.

Pythagoraan polku

Optimointi. Etsitään parasta mahdollista ratkaisua annetuissa olosuhteissa. Ongelman mallintaminen. Mallin ratkaiseminen. Ratkaisun analysointi

OHJ-1151 Ohjelmointi IIe

Johdatus diskreettiin matematiikkaan Harjoitus 7,

FL, sairaalafyysikko, Eero Hippeläinen Keskiviikko , klo 10-11, LS1

Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Ratkaisut 3. viikolle /

Avaruus eli stereoisomeria

1. Määritä pienin näytelauseen ehdon mukainen näytetaajuus taajuus seuraaville signaaleille:

Helsingin kaupunki Pöytäkirja 1 (5) Kiinteistövirasto 12/2015 Asunto-osasto Apulaisosastopäällikkö

KUORMA- JA LINJA-AUTON HINNASTO

Ilmoittautuminen kansalliseen, SM-, AM- tai avoimeen kilpailuun

5. www-kierroksen mallit

2.2 Täydellinen yhtälö. Ratkaisukaava

Luento 2: Liikkeen kuvausta

määrittelyjoukko. log x piirretään tangentti pisteeseen, jossa käyrä leikkaa y-akselin. Määritä millä korkeudella tangentti leikkaa y-akselin.

Ohje tilauksien seurantaan

Transkriptio:

Raioaktiivinen hajoaminen Raioaktiivinen hajoaminen on ilmiö, jossa aktivoitunut, epästabiili atomiyin vapauttaa energiaansa α-, β- tai γ-säteilyn kautta. Hiukkassäteilyn eli α- ja β-säteilyn tapauksessa samalla muuttuu myös atomiytimen sisäinen kokoonpano. Tällaisen hajoamisen kautta alkuaine muuttuu toiseksi. Erityisen paljon tutkittuja ovat yinreaktorien polttoainesauvoihin jäävien raioaktiivisten aineien hajoamisketjut. Polttoainesauvoista muoostuva pitkään raioaktiivinen jäte aiheuttaa huolestumista, koska sauvoissa olevien raioaktiivisten aineien hajoaminen on niin hiasta, että säteilyongelma säilyy luonnollisen hajoamisen kautta akuuttina vuosituhansia. Tässä esimerkissä tarkastelemme raiumin hajoamista sekä yksinkertaistettua raium ytimen hajoamisketjua lyijyksi hajoamisketjusta.. Tämä ketju muoostaa loppuosan varsin tärkeästä Jokaiselle raioaktiiviselle atomiytimelle on olemassa tietty toennäköisyys sen hajoamiseen määrätyllä aikavälillä. Hajoamisen kautta syntyvien tytäratomien lukumäärä on siten suoraan verrannollinen aktiivisten atomiytimien lukumäärään. Niinpä voiaan määrittää raioaktiivinen hajoamislaki N λ N, t missä N on raioaktiivisten ytimien lukumäärä, t on aika ja λ raioaktiivinen hajoamisvakio, joka määrittää toennäköisyyen atomiytimen spontaanille hajoamiselle annetulla ajanhetkellä. Hajoamislain perusteella voiaan määrittää ns. puoliintumisaika, joka ilmoittaa sen aikayksikön, jossa puolet alkuperäisistä ytimistä on hajonnut. Integroimalla saaaan hajoamattomien ytimien lukumäärälle N N 0 e ( λ t, jossa N 0 on yinten lukumäärä ajanhetkellä t 0. Ratkaisemalla N 1 2 N 0 saaaan puoliintumisajalle. Tällöin hajoamislaille pätee Yksinkertainen hajoamistilanne

Raium on yksi väliyin pitkäaktiivisen :n hajoamisketjussa. :n puoliintumisaika on 5,75 vuotta kun se hajoaa lyhytaktiiviseksi -ytimeksi. Lasketaan kuinka paljon 100 kg:sta :sta on jäljellä 70 vuoen kuluttua. Laskujen aluksi on syytä hävittää mahollisista aiemmista laskuista jääneet muuttujat. > restart; Ytimien hajoamista kuvaava ifferentiaaliyhtälö. > yht: iff(n(t, t-lamba*n(t; yht : n( t λ n( t t Alkuehon määrittää tilanne, jossa on vain kilogrammoissa. ytimiä. Lasketaan ainemäärä suoraan > alkuehto: n(0100; alkuehto : n( 0 100 Ratkaistaan ifferentiaaliyhtälö. > rtk: solve({yht, alkuehto}, n(t; rtk : n( t 100 e ( λ t Sijoitetaan hajoamisvakio. Käytetään aikayksikkönä vuosia. > ainemaara: subs(lambalog(2/5.75, rhs(rtk; ainemaara : 100 e ( 0.1739130435 ln( 2 t Piirretään kuvaaja ainemäärän kehitykselle ajan fuktiona 50 vuoen aikajaksolla. > plot(ainemaara, t0..50;

70 vuoen jälkeen jäljelle jääneen ainemäärän paino kilogrammoissa selviää sijoittamalla ajaksi 70 vuotta. > jaljella: subs(t70, ainemaara: evalf(%; 0.02164148261 Tuloksena on siis 21,6 grammaa Raium :aa. Hajoamisketju Myös Raium on väliyin :n hajoamisketjussa. Hajoamisketju ytimestä eteenpäin sisältää useita lyhytaikaisia ja muutamia pitkäaikaisia väliytimiä ennen hajoamista pysyväksi lyijy-ytimeksi. Tarkastelemme nyt hajoamista väliytimet ja Bi 212 huomioien. Puoliintumisajat ytimien hajoamisille ovat seuraavat:

Muoostetaan hajoamisketjua kuvaavat ifferentiaaliyhtälöt: t N 1 N 1 t N 2 N 1 N 2 t N 3 N 2 N 3 t N 4 N 3 jossa N 1 on -atomien lukumäärä ja vastaavasti :n hajoamisvakio. Vastaavasti alaineksi '2' viittaa :n, '3' Bi 212 :n ja '4' :n vastaaviin suureisiin. Ratkaistaan hajoamisketjun ifferentiaaliyhtälöryhmä ja piirretään kuvaaja ytimien lukumäärille ajan suhteen. Ytimien hajoamisia ja toisikseen muuttumista kuvaa seuraava normaaliryhmä. > ryhma1: iff(n[1](t, t-lamba[1]*n[1](t, iff(n[2](t, tlamba[1]*n[1](t-lamba[2]*n[2](t, iff(n[3](t, tlamba[2]*n[2](t-lamba[3]*n[3](t, iff(n[4](t, tlamba[3]*n[3](t; ryhma1 : n ( t 1 t n 1 ( t, n ( t 2 t n 1 ( t n 2 ( t, n ( t 3 t n 2 ( t n 3 ( t, n ( t 4 t n 3 ( t Ongelman tuntemattomat funktiot ovat ketjun eri alkuaineien yinten lukumäärät. > tuntemattomat1: {n[1](t, n[2](t, n[3](t, n[4](t}; tuntemattomat1 : { n 1 ( t, n 2 ( t, n 3 ( t, n 4 ( t } Alkuehon määrittää tilanne, jossa on 10 16 kpl ytimiä (n. 3.72 10 ( 6 > alkuehto1: n[1](010^16, n[2](00, n[3](00, n[4](00; alkuehto1 : n 1 ( 0 10000000000000000, n 2 ( 0 0, n 3 ( 0 0, n 4 ( 0 0 Ratkaistaan ifferentiaaliyhtälöryhmä ja sievennetään tulokset: g:

> rtk1: solve({ryhma1, alkuehto1}, tuntemattomat1: simplify(%; n 1 ( t ( λ t 1 10000000000000000 e, n 4 ( t 10000000000000000 ( ( + ( ( + e e + e + e ( λ _z1 3 e ( ( λ λ _z1 2 3 ( ( λ + λ _z1 3 1 ( ( λ λ _z1 2 3 ( t ( λ λ λ t 1 2 2 1 e( t 0 ( ( λ + λ _z1 3 1 10000000000000000 λ _z1 1 ( e, n 2 ( t, n ( t 2 10000000000000000 ( t ( λ λ t ( λ + λ t ( λ + λ t ( 2 3 3 1 3 1 ( + e + e( + e( e( λ λ λ t 2 3 3 e( ( ( + ( > maarat1: subs(rtk1, [n[1](t, n[2](t, n[3](t, n[4](t]: ( Määritellään hajoamisvakiot: > lamba[1]: log(2/3.6; lamba[2]: log(2/(10.6/24; lamba[3]: log(2/(61/60/24; : 0.2777777778 ln( 2 : 2.264150943 ln( 2 1440 : ln( 2 61 Piirretään kuva ainemäärien muuttumisesta ajan funktiona. Tarkasteltavana aikavälinä käytetään yhtä kuukautta. > with(plots: Warning, the name changecoors has been reefine > isplay(plot(maarat1[1], t0..30, colorre, plot(maarat1[2], t0..30, colorgreen, plot(maarat1[3], t0..30, colorblue, plot(maarat1[4], t0..30, colorcyan;

> Lähtöytimien (punainen hajoamisessa syntyy ensin vihreällä merkittyjä ytimiä jotka nopeasti hajoavat sinisellä merkityiksi Bi 212 ytimiksi. Niien puoliintumisaika on kuitenkin niin lyhyt, että ne hajoavat hyvin nopeasti ytimiksi. Jo viientoista päivän kuluttua lähtöhetkestä on jäljellä lähinnä vain vakaita turkoosilla piirrettyjä ytimiä. Eniten niien syntymistä hiastaa lähtöytimien verrattain lyhyt puoliintumisaika. Tehtävä Testaa puoliintumisajan vaikutusta raioaktiivisessa hajoamisessa. Mikäli puolitat :n puoliintumisajan, kuinka paljon vähemmän ytimiä on jäljellä 4 puoliintumisajan jälkeen verrattuna toelliseen tilanteeseen? Mikäli haluat tutustua tarkemmin raioaktiivisiin hajoamisketjuihin, voit tutustua niihin Internetissä Uranium Information Centren kotisivuilla Australiassa. Linkit raiohiiliajoitus (raahaj1.mws ifferentiaaliyhtälöryhmä vakiokertoiminen homogeeniyhtälö JP & SKK & MS 12.07.2001