YDNFYSKKA FYSN3 kl 1 Välikoe, 13..1 Ohjeet: Keskity oleelliseen ja pyri yhyisiin vastauksiin. (a) Taydenna seuraavat reaktiomerkinnät. Yhden reaktiokanavan maininta jokaista esimerkkiä kohti riittää, vaikka reaktio voisi edetä usealla tavalla: i) Na(p,)3 Mg, ii) 5 Ni + > 5 cu + n iii) 5 Ni( 3He, )5 Zn Cd( Ar, )15 Dy (b) Tarkastellaan reaktiota3h( H,n) He, jonka Q-arvo on +17. MeV. Deuteronin energian ollessa 1 MeV, havaitaan ulostulokanavan neutroni 9 asteen kulmassa 1. MeV:n energialla. Mikä on alfa-hiukkasen energiaja emissiokulma? iv). Fukushiman ydinvoirnalan yrnparistossa on havaittu radioaktiivista 137 Csisotooppia, jonka puoliinturnisaika on 3.7(3) vuotta. 137 Cs hajoaa 13 - hajoamisella 137 Ba:ksi (liitteenä olevassa kuvassa energiat kev:na). a) Määritä 37 Ba:n gammasiirtyrnän multipolariteetti ja laske 37 Ba:n tilan puoliintumisaika. Ota huomioon, että siirtyman konversiokerroin on c=. 1 1. Vertaa kokeelliseen arvoon. b) Mikä on 137 Cs:n gammasateilyn todennäköisin vuorovaikutustapa lyijyssaja alumiinissa? Miksi parinmuodostus ei tässä tapauksessa tule kyseeseen? c) Määritä lyijykerroksen paksuus, joka riittää puolittamaan 37 Cs:n lähettämän gamrnasateilyn intensiteetin. [1m1.13X1 kg/rn d) Arvioi, kuinka paijon (minimissään) tarvitaan plexi-lasia, jotta 37 Cs:n beetasateily vaimenee vähintään 9 %. e) Hahmottele hyvalla germanium-ilmaisimella mitattu 37 Cs:n y-spektri. 3 1 cm/g, p(pb)=11.35x1 3]. 3. a) Mikä olisi neutronin sieppausreaktion taajuus, jos lampotila on T=1 K, vaikutusala = 1 b ja neutronitiheys n = 1 1/rn Voit kayttaa E=(3/)kT oletusta. Olisiko tämä sopiva ympäristö s- vai r-prosessille? b) Liitteenä on osa nuklidikarttaa. Hahrnottele s-prosessin kulku9 Y-isotoopista 3Rh-isotooppiin. c) Mitkä stabiileista isotoopeista Y- ja Rh-isotooppien välissä (mukaan lukien Y ja Rh-isotoopit) ovat peräisin: (i) vain s-prosessista (ii) vain r-prosessista (iii) p-prosessista? 3? 9
?(M). (a) Laske Q-arvo n+ 3 reaktioille. Reaktioissa syntyvissä valiytimissa fissiovallin korkeudet ovat.ja. MeV. i) Mikä on pienin fissioon johtava neutronin pommitusenergia eli kynnysenergia edellä mainituissa reaktioissa? ii) Jos neutroni korvataan protoni-ammuksella, tilanne muuttuu. Selitä lyhyesti, miksi ja millä tavoin. Laskuja ei tarvitse esittää. (b) Selitä lyhyesti PET kuvausmenetelmä. (c) Listaa yhyesti ydinreaktorin neutronitalouteen vaikuttavi a tekij öitä. Mainitse listauksen yhteydessa, kuinka kyseinen ilmiö vaikuttaa neutronitalouteen. 3U U jan+ Taustatietoja: Massoja: n) = 1.5 u H) = 1.75 u.13553 u = 3.19 U 3He) = 3. 19 u He) =.3 u 35 = 35.39 u 3 = 3.553 u 3 = 3.591 u 39 = 39.59 u H) 3H) Taulukko: Yksihiulckasarvjot (Weisskopfin an-jot) sahkomagneettisten siirtymien hajoamisvakioille. E on siirtymäenergia MeV-yksiköissä. ja. on annettu yksikoissa s1. A on massaluku. Electric transitions (E1) =.O-1 (E)= 7.3-1OA X(E3) = 3-A )(E) = 1.1-1O (E5) =..1(r 1 3 E3 A -E 3 -E 1 E9 5 A 1 3.E 1.A Magnetic transitions.(m1) = 3.11O E =.-1O -A?(M3) = 1OA v) = 3.3 1 (M5) = 7..1O_l3.As 3 3.E5 -E7 A-E9 3.Ell 3.7 y 7 13755s Q_=1 175.3 9.% 9.1 11/ c 1..55 m 5.% 1.1 3 1375a.9 stable
- - - Ge ffl Quantity speed of light in vacuum Planck constant Planch constant, reduced electron charge magnitude conversion constant conversion constant Symbol, equation c h N e tic (c9 h),c Value.g97 9 5x1 cm s. 75 5()x1 erg s 1.5 57 )3)xl erg s =.5 1 ()xl MeV s.3 (15fr1 ecu = 1, 177 33(9)1 coulomb 197.37 53(59) hlev Tm.39 379 (3) GeV mbam Uncert. (ppm)...59 electron mass me.51 999 (15) MeV/c = 9.19 39 7(5fr1- m g,.59 proton mass rn1 93.7 31() MeV/c= 1.7 31)1 )=,.59 neutron mass deuteron mass atomic mass unit (amu) (mass C atoni)/1 = ( 91/NA 1m9 939.55 3() MeV/c= 1.7 9 (1o)x1rug = 1. 9)1) amu 175.13 39(57) MeV/c 931.93 3() MeV/c = 1. 5 (1t=1 9,.59.1 3,.59 electron charge to mass mtio quantum at magnetic flux Josephson frequency-voltage ratio Faraday constant h/e e!h F 5.7 (15) x1 7esu g = 1.75 19 (53)1 coulomb g.135 9 (1) 1 5joule e coulomb.35 97 7(1)xlO cycles s- v 9. 53 9(9)x1 coulomb moh 1 3 3 fine-structure constant classical electron radius electron Compton wavelength proton Compton wavelength neutron Compton wavelength a = e /tl c r, = e /ni.c Xe = h /mc = r cc = B /mc A, = fl/m,c 1/137.35 99 5(1) 17 9 9)3) Tm 3.1 593 3(35)x1 cm.13 9 37)19)x1 cm.1 19 5(19)xlQ- cm.5 13.9.9.9 Bohr radius = Rydberg energy Thomson cross section = ft /nte = i a hcti = m,e/ti = m,c ct 1 = nr /3.59 177 9()=1- cm 13.5 9 1()eV.5 1(1) ham.5.7 Bohr mageeton nuclear magneton electron cyclotron frequencylfield proton cyclotron frequency/field = el /m,c el cu,d/b = elmc toc,ctb = e)mec 5.7 3 3(51>1 MeV gauss-.9 3.15 51 ()>1 MeV gauss.9 1.75 19 (53)xlO> radian s gauss 3 9.57 3 9(9).<1 radian e gauss- avana - - 595) 1 cm w s gray, acceleration, sea level, 5 lat. g 9.5 cm s Fermi coupling constant G1)flc) 1.1 39))Y1 G5V Avogadro number NA molar gas constant, ideal gas at STP ti Bottzmann constant c molar volume, ideal gas at STP Ntcl73.15 K)/( atmosphere) Stefan-Boltzmann constant =rzk/fl c fimt radiation constant nhc second radiation constant hck. 13 7(3sfro: 3mol.l.31 51o(7o)1 erg mol K- 1.3 5(1)1- erg K =.17 35(73)xl ev K 1.1(19) cm3 mol 57 51(l9(=1 erg e cm K 3.71 77 9()v1 erg cms- 1.3 79(1) cm K.59 9..5. 3..
1 1 1 1 ri b) C.) 11 1-1 1 1.1 1o.1 1 1.1.1 1 1 E (MeV) E7 (MeY)
1 5)Luft 3 Hg 193,59 (5) 1,9 () 7 1 11 199 1 1 11.- ---- 75,73 (7) 1,9 (5) 3,1 () 1,79 (5) 137,13 19 Au 3,71 (9),7 (9) 159,79 () 57 () 5, (1) 75,5 (5) 1, (3) 975,15 () 7, (3) oatl 1,99 () 3, (5),35 (13) 553,9 (),35 (13) 1 Au 3,9 (7),9 (1) T9 1r 17,53 () 1,9 (1) 137 Ba 55, (5) 1,3 (5) Bi 1,5 () 1,55 (5) 1 Pb/ 3,153 (5) Cs/ (5) 7, (55) Bi/,51 (5) Ref.: D. C. Kocher, Report DOE/TC-i 1 (191) Nuklid E. [kev] labs [%j Nuklid E [kev] l [%] Nuklid E. [kev] abs [%] 15,99 (7), (3) 3,1131 (),7 (1) 3, 13,53 (7) 17, () (5) 1,95 () 15,13 (7),3 (19) 39,77 () 1, () 13,17 (5),11 39,951 (11) 1, (3).,, 7,7 L 1 no 17,759 () 1,7 (),3 () Co 11,9 (),15 Parcours des particules Range of 3-particles Reichweite von Teilchen Alcance de las particulas Die Zahlen in Kiammern sind die Standardabweichungen. 3 3 1) Eisen iron fer hierro ) Pyrexglas pyrex glass pyrex vidilo pyrex 3) PVC ) Plexiglas lucite plexiglas plexiglas air air aire lol lol The standard deviations are listed in parentheses. Les nombres entre parentheses indiquent les ecarts-types. Los ncimeros entre paréntesis indican las desviaciones standard. 1,3 1,1 ::!z: zzz!!: - ---- ZEEEZE::: - ---- --- - --- -$- --- zzz::: 3 1 3 11 1 Epmax LMeV] R [g/cm / ]p[g/cm 3] R [cm) zz = Electron Energy Standards Patrones para energas de electrones Standards für Elektronenenergien Valeurs de référence pour les energies des electrons
Tc9 Tc91 Tc9 Tc93 Tc9.7 s 31 m.3 m.75k 93 in 1+ pj Rh9 Rh95 Rh9 Rh97 Rh9 Rh99 RhlOO RhiOl R1il 5 (3+) i 3 91)+ )+ 91+ EC EC EC EC Mo9 Mo9 Mo91 Mo93.-tm 5.7h 15.-9m.LOE+3y (9/+) + 91+ EC [C [C [C Zr7 Zr Zr9 1.k 3. d 73.1k (9/)+ + 9/+ EC EC EC 1-7.s 5.! in 9.9 in 3.7 iii.7 in 1.1 d. i 3.3 v 97 d (9))+ + (9/)+ ()+ (1/-) 11iD. EC9 EC EC EC [C Ru91 Ru9 Ru93 Ru9 Ru95 Qs 3.5 in 59.7 s 51. in 1.3 h (9?-) + (9/)+ + 5.1+ EC EC EC [C [C EC [C EC [C Nb FC. 1.5 in (+) Y 1.7k Sr5.d 91+ Rb 3177d [C Nb9 1.9k V7 79.k EC Nb9 11.k + 1 1.5 d 1 Nb91 y 91+ Nb9 3.7E+7 - EC [C Ru97 R1i1 Rh15 Rh1 Rh17 RkLO Rh19.3 s 35.3k 9.s L7 in. in s 1+ 7/+ 1+ 71+ (5-) 7/+ Ec,p- p. p. p. p- p. p Ru13 fl( Ru15 Ru1 Ru17 Ru1 39. ii 3.k 373.59 d 3.75 in -1.55 in 3/+ 1 3/+ + (5/)+ + P. : P. P- P. P- P MolOl Mo1 Mo13 Mo1 Mo15 Mo1 1.1.1 in [1.3 in 7.5 s S 35.s.s 1/ + (3/+) + (51-) Y9 Y95 Y9 Y97 Y9 Y99 Y1 YlOl Y1 1.7 in 1.3 in 5.3 s 3.75 s.5 s 1.7 s 735 ins 33 ins.3 s - 1/- - - i-.. (1/-) ()- 5)+ 1-,!- (51+) Fl-.. Pn P... P-n Sr9 Sr9 Sr91 Sr9 Sr93 Sr9 Sr95 Sr9 Sr97 Sr9 Sr99 SrlOO SrlOl Sr1 5.53d.7v 9.3k.71k 7.-13m 75.3s 3.9s 1.7s -tms.53s O.9s!ms lisms 9ms 5/+ + 5/+ + 5/+ + 11+ + 1)+ + 3)+ + (5/) + P. P- P. J3. p. P-n P-li. P-n n n Rb Rb9 Rb9 Rb91 Rb9 Rb93 Rb9 Rb95 Rb9 Rb97 Rb9 Rb99 RblOO RblOl 17.7m 15.15m 15s 5.-s.9s 5.-s.7s 377.Sms.199s 19.9nas U-tins 59ms Sims 3ms - 3/- - 3/(-) - 5/- 39 5/- + 3/+ (1.) (5/+ Pn Pn 13n P- PA P.n.B-,.. P-n P.n.W,,.. P Kr Kr9 Kr9 Kr91 Kr9 Kr93 Kr9 Kr95.k 3.15 in 3.3s.57s 1.s 1. s.s.7s + (3/+,5/+) -i- (5/+) -i- (L-f) + P- P-.. P- Br Br3 Br 11r5 Br Br7 Br Br9 Br9 Br91 Br9 Br93 Br9 35.3b.k 31.m.9m.1s 55.s 1.5s.s 1.9s.51s.3-13s loms 7Oms 5-3/- - 31 (-) 3/- (1.-) (31,51!-) (7)+ Y9 3.1k Kr7 7.3 in 5/+ i.9d 51+ P. p. P. P-n Fl-n P. P-n P-n P-n!_Oi b.q1 C._U_1 C...O 1- (1,) ( ) R1i13 1 Ru9 Ru99 RulOO RulOl Ru1 -f- 51+ + 51+ + 1. 1.7 1. 17. 31. Tc9 Tc97 Tc9 Tc99 TclOO TclOl Tc1 Tc13 Tc1 Tc15 Tc1 Tc17.d E v.e+v hue-sv 15.s 1.in 5.s 5.s 1.3m 7.m 35.s 1.s 7+ 9)+ ()+ 9/+ 1+ 9+ 1+ 5/+ 3+ (3/-) (1,) ;EC fr p. P. P. P. P 3- Mo99 5.93k 11+ 9 Nb95 Nb9 Nb97 Nb9 Nb99rNb1o NblO Nb1 Nb13 Nb1 Nb15 -.1 3.975d 3.35k 7.lm.s 15.Os 1.5s 7.ls 1.3s 1.5s -.Ss.95s 9/+ + 9/+ 1+ 91+ 1+ + 1+ (5+ (1+) (S+ P. P. P. P. P. P. Dii P. r p. Zr93 Zr95 Zr97 Zr9 Zr99 Zr 1 ZrlOl Zr1 Zr13 Zr1 L53E-- 3.d i 1.91k 3.7s.ls 7.ls.ls.9s 1.3s 1.Zs 5/+ 5/+ 1)+ + 1/+ + (3/+) + (5)) + L Y91 Y9 Y93 5.51 d 3.5 h 1.1k 1] - - 11-1...Os c.ai (51-) P. Fl- 1/- 1f- 91-- -- 1/- -- P. P. P 13 13
ALKUANEDEN JAKSOLLNEN JARJESTELMA A A V lb O 1H 1,,3 3L1 Be 5B 7N 9F 1,91 9,1 1,1 1,1 1,1 1, 19,,1 11 Na 1 Mg 13 A1 1 Si 15P 1S 17 l Ne C1 1,99,31,9,9 3,97 3, 35,5 39,95 19K Ca 1 Sc T1 3 j 39,1,.9 7,9 5,9 5, 5,9 55,5 5,93 5,7 3,55 5,3 9.7 7,59 7,9 7,9 79,9 3, 37 Rb 3 Sr 39Y Zr 1 Nb Cr 5 Mo 3 Mn Tc Fe 7 Ru 5 Rh 5 N1 9 Pd 7 Cu 3 Ag Zn 31 Cd 9 Ga 3 1n 5 Ge 33 Sn 51 As 3 Sb 5 Se 35 Ar Br 3 5,7 7,,91 91, 9,91 95,9 (97) 11,1 1,9 1, 17,9 11, 11, 11,7 11, 17, 1,9 131,3 55 Cs 5 Ba 57 La 7 Hf 73 Ta 7W 75 Re 7 s 77 r 7 Pt 79 Au Hg 1 T Pb 3 Te B1 531 Po 5 Kr 5 Xe At 13,9 137,3 13,9 17,5 1,9 13,9 1, 19, 19, 195,1 197,,, 7, 9, (9) (1) () Fr 7 (3) Ra, 9 Ac (7) A 1 Ha Ku 15 1 (1) () (3) 17 Rn. 5 59 Pr Nd 1 Pm Sm 3 Eu Gd 5 Tb Dy 7 Ho Er 9 Tm 7 Lu Yb 71 1,1 1,9 1, (15) 15, 15, 157,3 15,9 1,5 1,9 17,3 1,9 173, 175, 9 Th 91 Pa 9U 93 Np 9 Pu 95 Am 95 Cm 97 Bk 9 Cf 99 Es 1 Fm 11 Md 1 Lr No 13 3, 31, 3, 37, () (3) (7) (7) (51) (5) (57) (5) (59) ()