Tentamen i kärnkemi ak den 19 januari 1996 kl 1415 - 1815

Del A

1. Vad kännetecknar följande typer av nuklider? 1a. Isobarer (2p), 1b. Isomerer (2p), 1c. Isotoper (2p)

2. Ange de fulla namnen på följande grundämnen: Rn, Ra, Fr, Ac? (2p)

3. Uran ingår i en homolog serie av grundämnen. Vad heter denna? (2p)

4. Beskriv en detektortyp som är lämpad för högupplösande gamma-spektroskopi och ange kort hur detektionsprocessen fungerar? (4p)

5a. Protoner kan accelereras i en cyklotron vid en 20 MHz växelspänning mellan D:na på 50 kV. Vad blir protonenergin om strålen lämnar cycklotronen efter 100 varv? (2p), 5b. Vad är denna cyklotrons K-värde? (1p), 5c. Vad blir protonenergin om spänningen hos växelströmskällan ökas med 10% under i övrigt samma förutsättningar? (1p)

6. Ur två lika stora volymer från samma lösning som innehöll en långlivad betastrålare och Fe³⁺ utfälldes allt järn som järnhydroxid. Efter filtrering monterades det ena filtret på en tjock platinaplåt (a) och det andra på en tunn plastfolie (b). Preparaten a och b placerades i tur och ordning under ett GM-rör i samma geometri och med fällningen i riktning mot GM-röret. Därvid uppmättes 1024 cpm från (a) och 620 cpm från (b). 6a. Varför var resultaten olika? (2p), 6b. Vilket av resultaten bör användas för beräkning av fällningens verkliga aktivitet? (2p), 6c. Vad var fällningens aktivitet i Bq om detektorn har 10% verkningsgrad för ß i denna geometri? (2p)

7. En nuklid utsänder enbart gamma-strålning med energin 1.7 MeV. Om denna strålning mäts med en HPGe-detektor erhålles ett spektrum med ytterligare tre tydliga smala g-toppar av lägre energi. 7a. Vad kallas samtliga toppar? (4p), 7b. Om detektorn är energikalibrerad, vilka energier har de fyra topparna med högst energi? (4p)

8. Både dos och dosekvivalent har dimensioner som i SI systemets grundenheter är (m/s)². 8a. Förklara skillanden mellan dessa storheter (2p), 8b. I vilka sorter anges de normalt? (1p), 8c. Varför anges de inte i grundenheterna? (1p)

9. Inom reaktorteorin förekommer ett samband som kallas fyrfaktorformeln. Vilka faktorer ingår och vad beskriver dessa? (4p)

Del B

10. Vid mätning av ett tunnt preparat av ren PuO₂ med en proportionalräknare (på alfa-platå) i 2pi-geometri fick man 6085241 pulser under 1 minut. Mass-spektroskopi på utgångsmaterialet visade att 80% av Pu atomerna var ²³⁹Pu, 15% var ²⁴⁰Pu och resten var ²⁴¹Pu. Återspridningen uppskattas till 1% av räknade pulser. Vad var plutonium-oxidens vikt vid mätningen? (10p)

11. En punktkälla innehållande ²¹⁰Po placeras i en mätkammare 2.00 cm från centrum av ytan hos en ytbarriärdetektor med diametern 1.00 cm. Kammaren evakuerades och alfa-spektrum mättes under exakt 20 minuter. Härvid fick man 38570 pulser i en stor topp. Dessutom såg man mindre mängder återspridd strålning vid lägre energier. Försumma bakgrunden. 11a. Beräkna sönderfallshastigheten (Bq) hos ²¹⁰Po källan. (5p), 11b. Beräkna osäkerheten (±1 s) i resultatet. (5p)

12. Vid undersökning av hjärnfunktionen hos ett medvetslöst trafikoffer, kroppsvikt 75 kg, injicerades 150 MBq ^99mTc som NaTcO₄ lösning i en halsven. Uppskatta helkroppsdosekvivalenten om ^99mTc antages vara jämnt fördelat i kroppen med en biologisk halveringstid på 24 timmar. Försumma strålning som lämnar kroppen genom huden. (10p)

13. Det föreslogs en gång att man skulle använda gamma-strålkällor i världshaven som undervattensfyrar för ubåtar. En sådan fyr skulle kunna innehålla 10¹⁵ Bq av ²²Na (t_½ 2.6 år, E 1.27 MeV, 100%) och omgivande havsvatten 380 g/m³ kalium. Detektorsystemet kan antas vara punktformigt med en öppningsvinkel på 2 steradianer, ha samma verkningsgrad för båda energierna och inte kunna skilja mellan gamma-strålning från ²²Na och ⁴⁰K (E_gamma 1.46 MeV, 11%, 0.012 atom% av K). För upptäckt av fyren krävs att räknehastigheten ökat till dubbel bakgrund. Försumma build-up faktorer och strålskärmning i fyren. På vilket avstånd under vatten kan man upptäcka fyren? (10p) (Tips: Tänk på att aktivitet på ett givet avstånd från en punktformig detektor alltid har samma geometriska verkningsgrad, oberoende av riktningen.)

Tillåtna hjälpmedel: Del A: K-märkt kalkylator, nuklidkarta. Del B: Allt utom lösta exempel. För godkänt betyg krävs 50% av maximal totalpoäng.

När Du är klar finns svaren här