Monivalinnat (401–405) Jaa 401. Uraanin massa vuodessa Kirjaudu sisään lähettääksesi tämän lomakkeen Määritetään Olkiluoto 3:n ydinreaktorissa hajoavan uraani-235-isotoopin massa vuodessa, kun tiedetään laitoksen hyötyteho [[$ P_\text{hyöty}$]], hyötysuhde [[$ \eta $]], uraaniatomin massa [[$ m_\text{U} $]] ja yhdessä fissioreaktiossa vapautuva energia [[$ Q $]]. Täydennä ratkaisu. 1. Yhdessä ydinreaktiossa vapautuva energia on [[$ Q$]]. Jos hajoamisia tapahtuu [[$ N $]] kappaletta vuodessa, vuodessa vapautuvan energian [[$ E $]] määrä on [[$ E=NQ $]] [[$ E=\dfrac{Q}{N} $]] [[$ E=\dfrac{N}{Q} $]] 2. Vuodessa tapahtuvien hajoamisten lukumäärä voidaan laskea uraani-235-isotoopin massan [[$ m_\text{U} $]] ja vuodessa kuluvan uraani-235-isotoopin massan [[$ m $]] avulla. Hajoamisten lukumäärä [[$ N $]] on [[$ N=m_\text{U} \cdot m $]] [[$ N=\dfrac{m}{m_\text{U}} $]] [[$ N=\dfrac{m_\text{U}}{m} $]] 3. Hyötysuhteen määritelmän [[$ \eta = \dfrac{P_\text{hyöty}}{P_\text{otto}} $]] ja tehon määritelmän [[$ P =\dfrac{E}{t} $]] avulla voidaan muodostaa vuodessa vapautuvan energian [[$ E $]] määrälle lauseke: [[$ E=\dfrac{P_\text{otto}}{\eta} t$]] [[$ E=P_\text{hyöty}\eta t$]] [[$ E=\dfrac{P_\text{hyöty}}{\eta}t$]] 4. Yhdistämällä kohdat 1–3 saadaan vuodessa kuluvan uraani-235-isotoopin massalle lauseke: [[$ m=\dfrac{P_\text{hyöty}tm_\text{U}}{\eta Q}$]] [[$ m=\dfrac{P_\text{otto}m_\text{U}Q}{\eta t}$]] [[$ m=\dfrac{P_\text{hyöty}tQ}{m_\text{U}\eta }$]] 5. Olkiluoto 3 voimalaitoksen teho on 1,72 GW ja hyötysuhde 0,37. Uraani-235-isotoopin massa on [[$ 235\cdot 1,6605389\cdot 10^{-27} \text{ kg} $]] ja yhdessä ydinfissioreaktiossa vapautuva energia on keskimäärin [[$ 203 \text{ MeV} \approx 3{,}25\cdot 10^{-11} \text{ J} $]]. Näiden tietojen perusteella vuodessa kuluvan uraanin massa on kahden merkitsevän numeron tarkkuudella kg. Kirjaudu sisään lähettääksesi tämän lomakkeen 402. Suomalaisen säteilyannos Kirjaudu sisään lähettääksesi tämän lomakkeen Kaavio esittää suomalaisten saaman säteilyannoksen jakautumista eri lähteisiin. Valitse listatuista säteilylähteistä sellaiset, jotka kuuluvat viiden merkittävimmän säteilyn lähteen 1–5 joukkoon: Röntgentutkimukset Luonnonkivilattioista tai seinämateriaaleista peräisin oleva säteily Älypuhelinten tuottama säteily Ydinvoimalaonnettomuuksista peräisin oleva säteily Radon Kosminen säteily Korkeajännitteisten sähkönsiirtolinjojen aiheuttama säteily Elintarvikkeista saatava säteily Säteilyä aiheuttavat kodinkoneet, kuten mikroaaltouuni Työperäinen säteilyannos. Kirjaudu sisään lähettääksesi tämän lomakkeen 403. Gammasäteilyn vaimeneminen Kirjaudu sisään lähettääksesi tämän lomakkeen Määritetään erään aineen matkavaimenemiskerroin gammasäteilyille. Täydennä ratkaisu. Gammasäteilyn intensiteetistä on jäljellä 12 %, kun se on läpäissyt tuntemattomasta aineesta valmistetun 3,0 cm paksuisen ainekerroksen. Kuinka paksu kerros tätä ainetta riittää heikentämään gammasäteilyn intensiteetin puoleen alkuperäisestä? 1. Ilman varsinaista laskuakin voidaan päätellä, että levyn paksuudeksi riittää noin kahdeksasosa neljäsosa kolmasosa puolet 3,0 cm paksuisesta kerroksesta. Lasketaan sitten paksuus tarkemmin. 2. Ratkaistaan aluksi tuntemattoman aineen matkavaimenemiskerroin [[$ \mu $]] gammasäteilyn heikkenemislaista [[$ I=I_0 e^{-\mu x} $]]: [[$ \mu = -\dfrac{I}{I_0x} $]] [[$ \mu=-\dfrac{\ln \dfrac{I}{I_0}}{x} $]] [[$ \mu=-\dfrac{\ln \dfrac{I_0}{I}}{x\ln e} $]] 3. Sijoitetaan tunnetut suureet, jolloin voidaan laskea gammasäteilyn matkavaimenemiskerroin, joka on kolmen merkitsevän numeron tarkkuudella [[$ \mu= $]] 1/cm. 4. Ratkaistaan sitten tuntemattoman ainekerroksen paksuus [[$ x $]], kun intensiteetti heikkenee puoleen alkuperäisestä: [[$ x = -\dfrac{I}{I_0\mu} $]] [[$ x= -\dfrac{\ln \dfrac{I_0}{I}}{\mu \ln e} $]] [[$ x=-\dfrac{\ln \dfrac{I}{I_0}}{\mu} $]] 5. Sijoitetaan tunnetut suureet, jolloin saadaan laskettua ainekerroksen paksuus, joka on kahden merkitsevän numeron tarkkuudella [[$ x= $]] cm. Kirjaudu sisään lähettääksesi tämän lomakkeen 404. Röntgensäteily Kirjaudu sisään lähettääksesi tämän lomakkeen Elektronien ja anodimetallien vuorovaikutuksessa syntyy röntgensäteilyä. Valitse oikea vaihtoehto. 1. Oheisessa kuvassa on erään metallin röntgensäteilyn spektri. Röntgensäteilyn ominaissäteily näkyy spektrissä kohdassa 1 2 1 ja 2. 2. Röntgensäteilyn spektrissä havaittava jatkuva säteily syntyy, kun elektronit osuvat anodimetalliin ja niiden liike hidastuu. elektronit osuvat anodimetallin elektroneihin ja niiden liike nopeutuu. elektroni törmää anodimetalliatomin ytimeen. 3. Röntgensäteilyn spektrissä havaittavat intensiteettipiikit syntyvät, kun elektroni törmää anodimetalliatomin ytimeen. elektroni ionisoi anodimetalliatomin sen sisäkuorelta. elektroni korvaa anodimetalliatomin elektronin sen sisäkuorelta. 4. Röntgensäteilyn spektrin aallonpituudella on alaraja [[$ \lambda_\text{min} $]]. Tällöin anodimetallin kanssa vuorovaikuttanut elektroni on menettänyt kaiken liike-energiansa. Elektronien liike-energia [[$ E_k $]] on siis suurimmillaan ollut [[$ E_k= \dfrac{hc}{\lambda_\text{min}} $]] [[$ E_k =\dfrac{hf}{\lambda_\text{min}} $]] [[$ E_k = \dfrac{hq}{\lambda_\text{min}} $]] 5. Anodiin törmäävät elektronit, joiden varaus [[$Q$]] on kiihdytetty jännitteellä [[$U$]]. Tällöin kiihdytysjännitteen ja spektrin aallonpituuden alarajan välillä pätee riippuvuus [[$ \dfrac{q}{U}=\dfrac{hf}{\lambda_\text{min}} $]] [[$ qU=\dfrac{hc}{\lambda_\text{min}} $]] [[$ fU=\dfrac{hq}{\lambda_\text{min}} $]] Kirjaudu sisään lähettääksesi tämän lomakkeen 405. Väitteitä ydinenergiasta ja säteilystä Kirjaudu sisään lähettääksesi tämän lomakkeen Ovatko väitteet oikein vai väärin? 1. Nykyisissä ydinreaktoreissa, joissa tapahtuu fissioreaktio, raskaat atomiytimet hajoavat kevyemmiksi ytimiksi vapauttaen energiaa. Oikein Väärin 2. Ydinjätteen loppusijoitus on yksi ydinenergian tuotannon haasteista, ja sen säilyttäminen vaatii turvallisia ja kestäviä ratkaisuja. Oikein Väärin 3. Kaikki säteily on vaarallista ihmiselle. Oikein Väärin 4. Ydinvoimalaonnettomuuksien jälkeen ympäristöön päässyt säteily katoaa nopeasti. Oikein Väärin 5. Ydinvoimalaonnettomuuksien jälkeen ympäristöön päässyt radioaktiivinen aine katoaa nopeasti. Oikein Väärin 6. Ionisoiva säteily voi aiheuttaa DNA-vaurioita, jotka voivat johtaa syöpään tai muihin terveysongelmiin. Oikein Väärin 7. Ionisoivan säteilyn hyötykäyttö on rajoittunut vain lääketieteeseen. Oikein Väärin 8. Auringon fuusioreaktiot käynnistyvät ainoastaan gravitaation kokoonpuristavan voiman ansiosta. Oikein Väärin 9. Auringon fuusioreaktiot tapahtuvat auringon pinnalla. Oikein Väärin 10. Alfasäteily koostuu heliumytimistä, jotka ovat suuria ja raskaita hiukkasia. Oikein Väärin Kirjaudu sisään lähettääksesi tämän lomakkeen
401. Uraanin massa vuodessa Kirjaudu sisään lähettääksesi tämän lomakkeen Määritetään Olkiluoto 3:n ydinreaktorissa hajoavan uraani-235-isotoopin massa vuodessa, kun tiedetään laitoksen hyötyteho [[$ P_\text{hyöty}$]], hyötysuhde [[$ \eta $]], uraaniatomin massa [[$ m_\text{U} $]] ja yhdessä fissioreaktiossa vapautuva energia [[$ Q $]]. Täydennä ratkaisu. 1. Yhdessä ydinreaktiossa vapautuva energia on [[$ Q$]]. Jos hajoamisia tapahtuu [[$ N $]] kappaletta vuodessa, vuodessa vapautuvan energian [[$ E $]] määrä on [[$ E=NQ $]] [[$ E=\dfrac{Q}{N} $]] [[$ E=\dfrac{N}{Q} $]] 2. Vuodessa tapahtuvien hajoamisten lukumäärä voidaan laskea uraani-235-isotoopin massan [[$ m_\text{U} $]] ja vuodessa kuluvan uraani-235-isotoopin massan [[$ m $]] avulla. Hajoamisten lukumäärä [[$ N $]] on [[$ N=m_\text{U} \cdot m $]] [[$ N=\dfrac{m}{m_\text{U}} $]] [[$ N=\dfrac{m_\text{U}}{m} $]] 3. Hyötysuhteen määritelmän [[$ \eta = \dfrac{P_\text{hyöty}}{P_\text{otto}} $]] ja tehon määritelmän [[$ P =\dfrac{E}{t} $]] avulla voidaan muodostaa vuodessa vapautuvan energian [[$ E $]] määrälle lauseke: [[$ E=\dfrac{P_\text{otto}}{\eta} t$]] [[$ E=P_\text{hyöty}\eta t$]] [[$ E=\dfrac{P_\text{hyöty}}{\eta}t$]] 4. Yhdistämällä kohdat 1–3 saadaan vuodessa kuluvan uraani-235-isotoopin massalle lauseke: [[$ m=\dfrac{P_\text{hyöty}tm_\text{U}}{\eta Q}$]] [[$ m=\dfrac{P_\text{otto}m_\text{U}Q}{\eta t}$]] [[$ m=\dfrac{P_\text{hyöty}tQ}{m_\text{U}\eta }$]] 5. Olkiluoto 3 voimalaitoksen teho on 1,72 GW ja hyötysuhde 0,37. Uraani-235-isotoopin massa on [[$ 235\cdot 1,6605389\cdot 10^{-27} \text{ kg} $]] ja yhdessä ydinfissioreaktiossa vapautuva energia on keskimäärin [[$ 203 \text{ MeV} \approx 3{,}25\cdot 10^{-11} \text{ J} $]]. Näiden tietojen perusteella vuodessa kuluvan uraanin massa on kahden merkitsevän numeron tarkkuudella kg. Kirjaudu sisään lähettääksesi tämän lomakkeen
402. Suomalaisen säteilyannos Kirjaudu sisään lähettääksesi tämän lomakkeen Kaavio esittää suomalaisten saaman säteilyannoksen jakautumista eri lähteisiin. Valitse listatuista säteilylähteistä sellaiset, jotka kuuluvat viiden merkittävimmän säteilyn lähteen 1–5 joukkoon: Röntgentutkimukset Luonnonkivilattioista tai seinämateriaaleista peräisin oleva säteily Älypuhelinten tuottama säteily Ydinvoimalaonnettomuuksista peräisin oleva säteily Radon Kosminen säteily Korkeajännitteisten sähkönsiirtolinjojen aiheuttama säteily Elintarvikkeista saatava säteily Säteilyä aiheuttavat kodinkoneet, kuten mikroaaltouuni Työperäinen säteilyannos. Kirjaudu sisään lähettääksesi tämän lomakkeen
403. Gammasäteilyn vaimeneminen Kirjaudu sisään lähettääksesi tämän lomakkeen Määritetään erään aineen matkavaimenemiskerroin gammasäteilyille. Täydennä ratkaisu. Gammasäteilyn intensiteetistä on jäljellä 12 %, kun se on läpäissyt tuntemattomasta aineesta valmistetun 3,0 cm paksuisen ainekerroksen. Kuinka paksu kerros tätä ainetta riittää heikentämään gammasäteilyn intensiteetin puoleen alkuperäisestä? 1. Ilman varsinaista laskuakin voidaan päätellä, että levyn paksuudeksi riittää noin kahdeksasosa neljäsosa kolmasosa puolet 3,0 cm paksuisesta kerroksesta. Lasketaan sitten paksuus tarkemmin. 2. Ratkaistaan aluksi tuntemattoman aineen matkavaimenemiskerroin [[$ \mu $]] gammasäteilyn heikkenemislaista [[$ I=I_0 e^{-\mu x} $]]: [[$ \mu = -\dfrac{I}{I_0x} $]] [[$ \mu=-\dfrac{\ln \dfrac{I}{I_0}}{x} $]] [[$ \mu=-\dfrac{\ln \dfrac{I_0}{I}}{x\ln e} $]] 3. Sijoitetaan tunnetut suureet, jolloin voidaan laskea gammasäteilyn matkavaimenemiskerroin, joka on kolmen merkitsevän numeron tarkkuudella [[$ \mu= $]] 1/cm. 4. Ratkaistaan sitten tuntemattoman ainekerroksen paksuus [[$ x $]], kun intensiteetti heikkenee puoleen alkuperäisestä: [[$ x = -\dfrac{I}{I_0\mu} $]] [[$ x= -\dfrac{\ln \dfrac{I_0}{I}}{\mu \ln e} $]] [[$ x=-\dfrac{\ln \dfrac{I}{I_0}}{\mu} $]] 5. Sijoitetaan tunnetut suureet, jolloin saadaan laskettua ainekerroksen paksuus, joka on kahden merkitsevän numeron tarkkuudella [[$ x= $]] cm. Kirjaudu sisään lähettääksesi tämän lomakkeen
404. Röntgensäteily Kirjaudu sisään lähettääksesi tämän lomakkeen Elektronien ja anodimetallien vuorovaikutuksessa syntyy röntgensäteilyä. Valitse oikea vaihtoehto. 1. Oheisessa kuvassa on erään metallin röntgensäteilyn spektri. Röntgensäteilyn ominaissäteily näkyy spektrissä kohdassa 1 2 1 ja 2. 2. Röntgensäteilyn spektrissä havaittava jatkuva säteily syntyy, kun elektronit osuvat anodimetalliin ja niiden liike hidastuu. elektronit osuvat anodimetallin elektroneihin ja niiden liike nopeutuu. elektroni törmää anodimetalliatomin ytimeen. 3. Röntgensäteilyn spektrissä havaittavat intensiteettipiikit syntyvät, kun elektroni törmää anodimetalliatomin ytimeen. elektroni ionisoi anodimetalliatomin sen sisäkuorelta. elektroni korvaa anodimetalliatomin elektronin sen sisäkuorelta. 4. Röntgensäteilyn spektrin aallonpituudella on alaraja [[$ \lambda_\text{min} $]]. Tällöin anodimetallin kanssa vuorovaikuttanut elektroni on menettänyt kaiken liike-energiansa. Elektronien liike-energia [[$ E_k $]] on siis suurimmillaan ollut [[$ E_k= \dfrac{hc}{\lambda_\text{min}} $]] [[$ E_k =\dfrac{hf}{\lambda_\text{min}} $]] [[$ E_k = \dfrac{hq}{\lambda_\text{min}} $]] 5. Anodiin törmäävät elektronit, joiden varaus [[$Q$]] on kiihdytetty jännitteellä [[$U$]]. Tällöin kiihdytysjännitteen ja spektrin aallonpituuden alarajan välillä pätee riippuvuus [[$ \dfrac{q}{U}=\dfrac{hf}{\lambda_\text{min}} $]] [[$ qU=\dfrac{hc}{\lambda_\text{min}} $]] [[$ fU=\dfrac{hq}{\lambda_\text{min}} $]] Kirjaudu sisään lähettääksesi tämän lomakkeen
405. Väitteitä ydinenergiasta ja säteilystä Kirjaudu sisään lähettääksesi tämän lomakkeen Ovatko väitteet oikein vai väärin? 1. Nykyisissä ydinreaktoreissa, joissa tapahtuu fissioreaktio, raskaat atomiytimet hajoavat kevyemmiksi ytimiksi vapauttaen energiaa. Oikein Väärin 2. Ydinjätteen loppusijoitus on yksi ydinenergian tuotannon haasteista, ja sen säilyttäminen vaatii turvallisia ja kestäviä ratkaisuja. Oikein Väärin 3. Kaikki säteily on vaarallista ihmiselle. Oikein Väärin 4. Ydinvoimalaonnettomuuksien jälkeen ympäristöön päässyt säteily katoaa nopeasti. Oikein Väärin 5. Ydinvoimalaonnettomuuksien jälkeen ympäristöön päässyt radioaktiivinen aine katoaa nopeasti. Oikein Väärin 6. Ionisoiva säteily voi aiheuttaa DNA-vaurioita, jotka voivat johtaa syöpään tai muihin terveysongelmiin. Oikein Väärin 7. Ionisoivan säteilyn hyötykäyttö on rajoittunut vain lääketieteeseen. Oikein Väärin 8. Auringon fuusioreaktiot käynnistyvät ainoastaan gravitaation kokoonpuristavan voiman ansiosta. Oikein Väärin 9. Auringon fuusioreaktiot tapahtuvat auringon pinnalla. Oikein Väärin 10. Alfasäteily koostuu heliumytimistä, jotka ovat suuria ja raskaita hiukkasia. Oikein Väärin Kirjaudu sisään lähettääksesi tämän lomakkeen
