2350 uppgifter partikel o kärnfysik

Lättare uppgifter på partikel och kärnfysik.

1. Fyra krafter.

De fyra krafterna är gravitation, elektromagnetism, stark kärnkraft och svag kärnkraft. Berätta följande om respektive kraft.

A. Ge ett exempel där kraften förekommer.

B. På vilka avstånd verkar kraften?

C. Vad kallas utbytespartiklarna som förmedlar kraften?

2. Energi till våglängd.

Då Mg-27 beta-sönderfaller till Al-27 sänds det även ut gamma-strålning med energierna 1,015 MeV, 0,834 MeV och 0,181 MeV.

A. Översätt 0,834 MeV till joule.

B. Beräkna stålningens våglängd. För den med energin 0,834 MeV.

Bild som visar sönderfallet.

3. Isotopen Cs-137

A. Hur många protoner innehåller den?

B. Hur många neutroner innehåller den?

4. Nd-144 sönderfaller

A. Skriv sönderfallsformel

B. Beräkna massdefekten

C. Beräkna frigjord energi.

5. Ar-39 sönderfaller.

Skriv sönderfallsformel.

6. Halveringstid

Aktiviteten från en träbit som innehåller C-14 är 180 Bq. Hur stor är aktiviteten om 1000 år?

7. Halveringstid

Bestäm halveringstiden.

8. strålning

Ett preparat med Cs-137 har aktiviteten 37 kBq.

A. Hur många elektroner lämnar preparatet på en timme?

B. Varje elektron har energin 1,167 MeV. Hur många joule är det.

C. Hur mycket energi blir det för alla elektroner under en timme?

D. Hur stor ekvivalent dos är det? Ada väger 70 kg och utsätts för all strålning från preparatet under en timme.

9. Hitta sjukdomar

Ge exempel på hur man kan hitta sjukdomar eller andra problem i kroppen.

10. Bota sjukdomar

Ge exempel på hur man kan bota sjukdomar med radioaktiv strålning.

10. strålning

A. Ada utsätts för alfa-strålning. Vad träffar henne?

B. Ada utsätts för beta-strålning. Vad träffar henne?

C. Ada utsätts för gamma-strålning. Vad träffar henne?

Lösningar

1. De fyra krafterna

Se sidan 375 i Impuls.

A.

Gravitation. Mellan solen och jorden verkar gravitationskraften.

Elektromagnetisk kraft. En väte-atom består av en elektron och en proton. Atomen hålls ihop av en elektromagnetiska kraften.

Starka kärnkraften. I en He-4 kärna finns 2 protoner och 2 neutroner. Den elektromagnetiska kraften försöker putta isär protonerna, men den starka kärnkraften är starkare och håller dem samman.

Svag kärnkraft. Vid betasönderfall omvandlas en neutron till en proton, elektron och en antineutrino.

2. strålningens våglängd

Se exempel 11.2 i Impuls på sidan 389.

3. Isotopen Cs-137

A. 55 protoner. Motiv: atomnummer i periodiska systemet.

B. 137 - 55 = 82 neutroner

Se även exempel 11.3 i Impuls på sidan 390.

4. Nd-144 sönderfaller.

A.

${}_{60}{}^{144}\mathrm{Nd}\to {}_2{}^4\mathrm{He}+{}_{58}{}^{140}\mathrm{Ce}$

B. Massdefekt. I sönderfallsformeln är det atomkärnor. Lägg till 58 elektroner på båda sidor, så blir de tre kärnorna hela atomer istället. Atommassor står i formelsamlingen. Massdefekten är skillnaden i massa för och efter.

massdefekt = m(Nd-144) - m(He-4) - m(Ce-140)

slå upp värden i formelsamlingen (sid 19 ...)

massdefekt = 143.9100928 - 4.0026032541 - 139.9054484

massdefekt = 0.0020411 u

svar: 0,00204 u

C.

Omvandla till energi 931,49 MeV/u. (formelsamlingen sidan 19)

E = 0.0020411 * 931,49 = 1,90... MeV

svar: 1,90 MeV

5.

På sidan 21 i formelsamlingen kan man se att det är beta-sönderfall.

${}_{18}{}^{39}\mathrm{Ar}\to {}_{-1}{}^{0}e+{}_{19}{}^{39}K+\mathrm{̅\nu }$

6. Halveringstid

C-14 har halveringstiden 5700 år, se formelsamlingen sidan 19.

Insättning i

A = A₀ 0,5 ^(t/T)

där

A₀ = 1800 Bq

T = 5000 år

t = 1000 år

A = 180 * 0,5 ^(1000/5700) = 159

svar: 159 Bq

7. Halveringstid

Se figur.

svar: 2 timmar

8. strålning

Halveringstiden är 30 år så aktiviteten kommer att vara konstant under en timme.

A.

aktivitet = 37 kBq = 37 000 Bq

tid = 1 timme = 3600 sekunder

antal = aktivitet * tid = 37 000 * 3600 = 133 200 000 st

B. Omvandla energin från eV till J.

1,176*10⁶ eV * 1,602 * 10^-19 eV/J = 1,88 * 10 ^-13 J

C.

total energi = 1,88 * 10 ^-13* 133 200 000 = 2,5094 * 10^-5 J

D.

Dos D

Energi E

massa m

D = E/m = 2,5094 * 10^-5 J / 70 kg = 3,58 * 10^-7 J/kg

Ekvivalent dos H

Kvalitetsfaktor Q = 1 för betasönderfall

H = Q * D = 3,58 * 10^-7 J/kg * 1 = 3,58 * 10^-7 Sv

Svar: 3,58 * 10^-7 Sv (väldigt lite)

9.

Svar i filmen:

10.

Svar i filmen:

11.

A. Alfa-strålning är helium-kärnor. Bara kärnan.

B. Beta-strålning är elektroner.

C. Gamma-strålning är fotoner, det vill säga ljuspartiklar.