Tentamen i Kärnkemi ak den 14 december 2002

Del A

1 . Utgå ifrån hur bindningsenergin per nukleon beror av A för att förklara 2 olika sätt att producera energi mha den starka kärnkraften. Motivera. (2 p)

2. Vad är Heliosfären? (1 p)

3. Har en 1 MeV p högre LET än en 1 MeV/u a, när den far genom en absorbator? Motivera! (2 p)

4. Man brukar dela upp "stopping power", dE/dx i 2 termer.

a) Vilka termer? (1 p)
b) Förklara vilka processer resp. term står för. (2 p)

5. Definiera

a) RBE (1 p)
b) Dos (1 p)
c) Dosekvivalent (1 p)
d) OER (1 p)
e) Hadron (1 p)

6. I ett radioaktivt sönderfall, sönderfaller nukliden A till en nuklid B, vilken också är radioaktiv. Antag att sönderfallskonstanten för nukliden A är l_A och för nukliden B är l_B. Hur många B-kämor finns det vid en godtycklig tidpunkt t, om antalet B-kämor vid tiden t = 0 är 0 och antalet A-kärnor vid samma tidpunkt är N_AO? ( 6 p)

7. Vad menas med ett "Halo", när man pratar om atomkärnor? (1 p)

8. Härled kinetiska energin för a-partikeln resp. dotterkäman, B, i ett a-sönderfall. A -> B + a (5 p)

9. Varför är a-strålning farligare för biologiskt liv än g-strålning? Resonera och motivera. (5 p)

10. Man planerar en rymdresa som skall vara i ca 3 månader. Eftersom strålningen är hög i rymden vill man kunna detektera den totala dosen för varje astronaut efter återkomsten till jorden. Man vill även kunna skilja på doserna från olika partiklar. Föreslå detektor! Motivera. (2 p)

11. Nämn 5 skyddsbarriärer som hindrar radioaktiva ämnen från att komma ut i omgivningen från ett kärnkraftverk. (2,5 p)

12. Hur reglerar man normalt effekten i en BWR? (2 p)

13. Vilka 4 naturkrafter tror dagens vetenskap finns? Nämn de kraftförmedlande partiklarna för dessa krafter. Har man verifierat alla kraftförmedlande partiklar? (5 p)

14. En 20-årig man råkade utsätta sig för en g-dos som var 1 mSv under en vecka. Finns det någon hälsorisk? Motivera. (2 p)

15. Ungefär hur mycket energi frigörs vid fisson av en ²³⁵U med termiska neutroner? (1 p)

16. Vilka är konstanslagerna för kärnreaktioner? (2,5 p)

17. Vilka krav ställer man på de geologiska formationema för ett slutförvar av använt kärnbränsle? (3 p)

18. Vad menas med en detektors dödtid? (1 p)

Del B

1. Ett plutoniumprov består av en okänd mängd av ²³⁹Pu och ²⁴⁰Pu. Halveringstiderna för ²³⁹Pu och ²⁴⁰Pu är 2,411*10⁴ år och 6,653*10³ år. Provets specifika aktivitet uppmättes till 1,72*10⁸ sönderfall per minut och milligram. Vilken procentuell viktssammansättning har provet? (10 p)

2. Sovjetunionen meddelade inte omvärden om när reaktorolyckan i Tjernobyl inträffade. I Sverige kunde man dock genom att mäta förhållandet mellan aktiviteten hos olika isotoper, i det stoftmoln som passerande Sverige dagarna efter olyckan, bestämma tidpunkten för reaktorhaveriet. Relativa aktiviteten av ¹³³I och ¹³¹I uppmättes kl. 17:00, måndagen 28/4, 1986, till 270 mBq/m³ resp. 1000 mBq/m³.

a) Bestäm tidpunkten för reaktorhaveriet i Tjernobyl. (8 p)
b) Skulle man få samma händelseförlopp i en västeuropeisk BWR ifall effekten började stiga snabbt? Motivera och jämför reaktorkonstruktionerna. (2 p)

3. Vad är doshastigheten 2 m från ett 3,7*10¹⁰ Bq(1 Ci) ¹³⁷Cs provpreparat om attenueringsmediet är:

a) vatten (5 p)
b) luft (5 p)

¹³⁷Cs emitterar 0,662 MeV g i 85 % av sönderfallen. Anv. bifogade tabeller.

4. I ett kärnkraftverk är ⁶⁰Co den utan jämförelse mest betydelsefulla nukliden ur strålskyddssynpunkt och bidrar markant till den årliga kollektivdosen. Infångning av en termisk neutron i ⁵⁹Co är den helt dominerande av de reaktioner som kan ge ⁶⁰Co; n + ⁵⁹Co -> ⁶⁰Co + g        (1) ⁶⁰Co -> ⁶⁰Ni + b^- + g + n  (2)

Betasönderfallet ger 2 fotoner med energierna 1,33 och 1,17 MeV.

Kärnbränsletillverkaren McBränsle ville ett år byta ut en fjäder i alla nya bränsleknippen för BWR-bränsle. En reaktor A har 620 st. knippen i härden. Varje fjäder väger 30 g. 20 % av tot. mängden bränsle skulle bytas ut. Det makroskopiska tvärsnittet för reaktion (1) och (2) är 500 m^-1. Densiteten för kobolt är 8,7*10³ kg/m³.

a) Eftersom man köpte in fjädern från en underleverantör ville man kontrollera att fjädern innehöll mindre än 1 ppm ⁵⁹Co vilket var specificerat. Man bestrålade därför 10 g av fjädermaterialet i 10 timmar i ett termiskt neutronflöde av 2*10¹² n/cm² s. Provet mättes sedan efter det fått avklinga i 90 dygn. Därvid erhålls 234 cpm i toppen med 1,33 MeV. Ett standardpreparat med 1,1 mCi ⁶⁰Co mättes också vid denna tidpunkt, med samma geometri, och det gav 59463 cpm i 1,33 MeV toppen. Vad var provets kobolthalt i viktsprocent? (8 p)

b) Antag:

1) Härden i BWR har en termisk neutrontäthet som är 1*10¹³ n/cm² s på den höjd där fjädern är placerad.
2) Varje knippe sitter 5 år i härden.

Vad blir den totala aktiviteten från ⁶⁰Co, när man efter 5 år tar ut alla de knippen som har den nya fjädern? (6 p)

Tabeller: A, B, C, D

När Du är klar finns lösningarna här.