Tentamen i Kärnkemi ak den 27 januari 2001

Del A

1. En sönderfallskedja börjar med ²⁶⁵Sg. Vilka nuklider ingår i denna? Du kan avsluta sönderfallskedjan när du når en nuklid som har halveringstid längre än 10⁶ år. (2p)
2. Vid b⁺-sönderfall av ²²Na utsänds gammastrålning med energin 1275 keV. Rita upp det gammaspektrum som erhålls då man mäter på ett ²²Na-preparat med en HPGe-detektor. Förklara spektrums utseende. (5p)
3. Vad ingår i begreppet radiokemisk renhet? (1p)
4. Beskriv de säkerhetsbarriärer som finns i det planerade svenska slutförvaret för använt kärnbränsle. (5p)
5. I en tryckvattenreaktor bildas ¹¹C genom reaktionen ¹¹B(p,n)¹¹C. Varifrån kommer dessa protoner? (4p)
6. Hur kan man enkelt avgöra om ett radioaktivt nedfall kommer från en reaktorolycka eller en kärnvapenexplosion? (2p)
7. Hur definieras K-värdet för en cyklotron? (1p)
8. Vad är skillnaden mellan transient och sekulär radioaktiv jämvikt? (1p)
9. Hur beräknas rekylenergin vid a- och b- sönderfall resp. utsändning av g-strålning? Ange formler. (3p)
10. Redogör för två metoder (inkl. formler) att mäta flödeshastigheter med hjälp av radionuklider. (4p)
11. Tunga grundämnen som t.ex. ²⁵⁷Rf kan överföras från vacuumet i en masseparator till en kemisk separationsanläggning genom att de får passera genom ett fönster som består av en folie med tjocklek ca 2 mg/cm². Detta fungerar om nukliderna produceras genom kall fusion, t.ex. ²⁰⁸Pb(⁵⁰Ti,n)²⁵⁷Rf, men inte varm fusion, t.ex. ²⁴⁹Cf(¹²C,4n)²⁵⁷Rf. Vad beror denna skillnad på? (4p)
12. Om ett b^-strålande preparat på en tunn plastfolie mäts fritt i luften fås en lägre räknehastighet än om samma preparat placeras på en tjock Al-platta, även om mätgeometrin är densamma. Vad beror detta på? (3p)
13. Hur förklarar man udda-jämneffekten i atomkärnors stabilitet? (1p)
14. Som vilka joner förekommer Th, U, Np resp. Cm i en sur, luftad vattenlösning? (4p)

Del B

15. En liten mängd galliumoxid bestrålades i ett termiskt n-flöde på 2*10¹³ cm^-2s^-1 under 1 dygn. Provet mättes med en HPGe detektor under 15 minuter med början 1 timme efter bestrålningens slut. Bildad ⁷⁰Ga (t_½ 21.15 minuter) gav ett pulstal som motsvarade 4860 sönderfall under mätningen medan ⁷²Ga (t_½ 14.1 timmar) gav ett pulstal som motsvarade 54001 sönderfall av denna nuklid. n,g tvärsnittet för ⁷¹Ga är 4.71 b. Beräkna n,g tvärsnittet för ⁶⁹Ga om n,g-reaktioner hos bildade nuklider kan försummas. (10p).

16. Vid undersökning av hjärnfunktionen hos ett medvetslöst trafikoffer, kroppsvikt 95 kg, injicerades 300 MBq ^99mTc som NaTcO₄ lösning i en halsven. Uppskatta helkroppsekvivalentdosen om ^99mTc antages vara jämnt fördelat i kroppen omedelbart efter injektionen med en biologisk halveringstid på 23 timmar. Försumma strålning som lämnar kroppen via huden. (10p)

17. För att generera el-energi i satelliter kan man nyttja termoelement. Dessa kyles därvid vid ett lödställe genom utstrålning till rymden och värmes vid ett genom den hetta som utvecklas i ett radioaktivt preparat. Genom oundvikliga värmeförluster samt den relativt höga temperatur som kräves för att ge den nödvändiga kylningen genom utstrålning kan endast 3.5% av värmeeffekten nyttjas i form av el-energi. ⁹⁰Sr i form av strontiumtitanat (SrTiO₃) har de nödvändiga egenskaperna för dettta ändamål. Hur stor mängd (g) strontiumtitanat kräves för en generator som kan leverera 60 W el-effekt? När har effekten nedgått till 50 W? (10p)

18. För att framdriva rymdfarkoster till höga hastigheter efter utträde ur jordatmosfären kan jonraketer användas. Dessa kan ses som enkla accelleratorer för laddade partiklar. Om en sådan jonmotor avger 10 MeV protoner samtidigt som farkostens elektroneutralitet bibehålles genom emission av elektroner från en glödkatod (energin hos dessa försummas), (a) vilken framdrivande kraft erhålles vid jonströmmen 10 mA? (3p) (b) Vad blir hastigheten efter 10 års drift om farkosten väger 10000 kg i början och står stilla? (4p) (c) Hur mycket vätgas har förbrukats under 10 år? (3p) Försumma inverkan av eventuella gravitationsfält.

När Du är klar finns lösningarna här.