Tentamen i Kärnkemi ak den 10 april 1999

1. Det finns fyra så kallade naturliga sönderfallsserier. Vad kallas dessa? (2p)

2.a) En kort sönderfallskedja börjar med ¹⁰³In. Vilka nuklider ingår i denna? (3p) b) Vilka av nukliderna i a) är isobara? (1p) c) Vilka av nukliderna är isotopa? (1p) d) Vilka är isotona? (1p) e) Vilka är isomera? (1p)

3. Beskriv en anordning för mätning av tjockleken hos finpapper i löpande bana genom strålningabsorption (skiss och förklaring). (3p)

4. Hur ändras massan hos en neutrino med hastigheten? (2p)

5. Massöverskottet för ¹²²Te är -90.309 MeV. ¹²²Sb sönder- faller till ¹²²Te. Q-värdet för detta är 1.983 MeV. a) Vad är massöverskottet för ¹²²Te? (2p) b) Vad är betapartiklarnas maximalenergi? (2p) c) Hur stor blir dotternuklidens rekylenergi? (2p)

6. Hur beräknas ALI-värden? (2p)

7. En HPGe detektor med tunnt berylliumfönster gav 181210 pulser per minut över bakgrund i en topp med energin 0.662 MeV vid mätning på ett punktformigt ¹³⁷Cs-preparat placerat på 40 cm avstånd från detektorkristallens centrum. Hur många pulser över bakgrund registreras om avståndet ökas till 120 cm? (2p)

8. Hur sker energitillförseln till elektroderna i en Alvarez accellerator (skiss och förklaring)? (4p)

9. Kärnans neutron och protonnivåer bildar energistegar med olika energiavstånd mellan nivåerna. a) Vilken stege har minst avstånd mellan nivåerna? (2p) b) Varför har den det? (2p)

10. Hur fungerar en mass-spektrometer (skiss med förklaringar)? (4p)

11. Rangordna följande grundämnen med avseende på deras förmåga att stoppa gammastrålning med 0.5 MeV energi: aluminium, bly, koppar, beryllium. (2p)

12. Vilka av aktiniumseriens grundämnen har (I) som mest stabila oxidationstillstånd i svagt sura och luftade vattenlösningar? (2p)

13. Atmosfären har en massa på 5.136*10¹⁸ kg. ⁸⁵Kr (t_½ 10.72 år) släpps ofta ut i atmosfären vid upparbetning av bränsle från kärnreaktorer. Kr blandas relativt snabbt med all annan luft. Fissionsutbytet för ⁸⁵Kr är 1.318% och energin per fission kan anses vara 200 MeV. Världens installerade kärnkraft motsvarar nu 10⁶ MWth och utnyttjas i medeltal 81% av tiden. Antag att antalet reaktorer och deras drift förblir konstant, samt att bränsle från alla reaktorer upparbetas med utsläpp av all krypton. a) Hur stor blir slutliga specifika aktiviteten ⁸⁵Kr i luft (Bq/kg luft)? (5p) b) När uppnår man 99% av jämviktshalt av ⁸⁵Kr i atmosfären (år från nu)? (5p)?

14. Vid ett sjukhus elueras rutinmässigt ^99mTc från en isotopgenerator. Enligt tillverkaren skall generatorn kunna leverera 1200 GBq ^99mTc när den anländer kl 1900 var fredag kväll. Eluering sker tidigast kl 0800 på måndag och tar bara en minut. Eluatet uppsamlas i en cylindrisk flaska med höjd = diameter = 1 cm placerad i en blybehållare med ett centralt hålrum som exakt passar till flaskans yttermått. Flaskan fylls helt med eluat. Minsta väggtjocklek hos blybehållaren var 3 mm. Vad blev då högsta dosraten (mSv/h) på behållarens yta? (^99mTc har 0.004% av alla sönderfall via beta^-) (10p)

15. En liten mängd gallium metall bestrålades i ett termiskt n-flöde på 2*10¹² 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,gamma tvärsnittet för ⁷¹Ga är 4.71 b. Vad är n,gamma tvärsnittet för ⁶⁹Ga om n,gamma reaktioner hos bildade nuklider kan försummas? (10p).

16. I ett försök att behandla struma hos en äldre patient, kroppsvikt 90 kg, injicerades 1 GBq ¹³²I (_t½ 2.284 h, och E_gamma,medel 2.3 MeV och E_beta,medel 0.5 MeV per sönderfall) som NaI lösning med hög specifik aktivitet i en ven. Halten av jod i sköldkörteln ökar därvid som (1-e^-kt), där t är tiden efter injektionen, tills all tillförd jod finns i körteln. Halten av radioaktiv jod i blodet har därigenom sjunkit till hälften 10 minuter efter injektionen. Försumma utsöndring av jod via urin och faces. Antag att körteln har samma data som vatten. All betastrålning och 10% av gammastrålningen kan anses absorberad i körteln. Beräkna totala dosen (Gy) till vävnaden i körteln om denna har en vikt på 200 g. (10p)

När Du är klar finns lösningarna här.