Soveltavat tehtävät (451–464)
Tehtävä 451
451
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
Tehtävä 452
Selosta lyhyesti, missä suhteessa seuraavat säteilylajit ovat samanlaisia, ja missä suhteessa ne eroavat toisistaan:
a) alfasäteily ja beetasäteily
b) röntgensäteily ja gammasäteily
c) hehkulampun valo ja laserin valo
d) mikroaallot ja ultaviolettisäteily.
(FY YO Kevät 2000)
452
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
Tehtävä 453
Espoon Otaniemessä sijaitsevan ydinreaktorin yhteydessä toimii uusi lääketieteellinen yksikkö, joka antaa potilaille ns. boorisieppaushoitoa (BNCT). Tässä täsmähoidossa boori saadaan kerääntymään aivokasvaimeen, jolloin kasvaimen booria sisältävät solut voidaan tuhota seuraavan ydinreaktion avulla:
[[$\quad ^1_0\text{n}+ {^{10}_{\ \ 5}\text{B}} \rightarrow {^{7}_{3}\text{Li}}+{^4_2\text{He}} $]]
Määritä litiumytimen ja alfahiukasen liike-energiat olettaen, että booriytimeen törmäävän neutronin liike-energia on mitätön reaktiossa vapautuvaan energiaan verrattuna.
(FY YO Kevät 2004)
453
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
Tehtävä 454
Lyhytikäisen [[$^{12}\text{N}$]]-isotoopin [[$\beta^+$]]-hajoamisen tulosydin [[$^{12}\text{C}$]] jää hajoamisen jälkeen viritystilaan. Ydin siirtyy perustilaan emittoimalla gammafotonin, jonka energia on 15,102 MeV. Laske [[$^{12}\text{C}$]]-ytimen tässä gammaemissiossa saama liike-energia (rekyylienergia). Oletetaan, että ydin ei liiku fotonin emittoimissuunnassa ennen emissiota. Kuinka suuri on [[$^{12}\text{C}$]]-ytimen viritystilan energia?
(FY YO Kevät 2007)
454
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
Tehtävä 455
Mangaaniytimen hajotessa syntyvä [[$^{54}\text{Cr}$]]-ydin emittoi fotonin, jonka energia on 0,835 MeV. Minkä vuoksi fotoni emittoituu? Kuinka suuren rekyylienergian kromiydin saa emissiotapahtumassa?
(FY YO Kevät 2001)
455
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
Tehtävä 456
Tsernobylin ydinonnettomuuden jäljiltä Suomen luonnossa kiertää yhä beeta-aktiivista cesiumisotooppia [[$ ^{137}\text{Cs} $]] pieninä pitoisuuksina.
a) Kirjoita [[$ ^{137}\text{Cs} $]] hajoamisreaktio.
b) Hajoamistapahtumassa syntyy yleensä myös gammasäteilyä, jonka aallonpituus on 1,874 pm. Noin 10 % tapauksista gammasäteilyä ei kuitenkaan esiinny, vaan ydin luovuttaa viritysenergiansa suoraan atomin elektroniverholle, josta sinkoutuu elektroni (ilmiö tunnetaan sisäisenä konversiona). Laske oheista taulukkoa hyväksi käyttäen atomin K-kuorelta irtoavan konversioelektronin liike-energia.
Elektronin sidosenergioita eri elektronikuorilla:
| Alkuaine | EK/keV | EL/keV |
|---|---|---|
| Xe | 34,57 | 4,79 |
| Cs | 35,99 | 5,01 |
| Ba | 37,44 | 5,25 |
456
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
Tehtävä 457
Radioaktiivista isotooppia sisältävässä näytteessä tapahtuvien hajoamisten lukumäärä mitattiin minuutin välein 12 s ajan. Mittaustulokset on esitetty oheisessa taulukossa:
| [[$t\text{ (min)}$]] | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| hajoamisten lukumäärä | 451 | 420 | 383 | 369 | 334 | 319 | 305 | 277 | 260 |
a) Osoita, että eksponentiaalinen malli kuvaa aktiivisuuden kehittymistä paremmin kuin lineaarinen.
b) Määritä näytteen puoliintumisaika ja hajoamisvakio.
457
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
Tehtävä 458
Lontoossa asuneen venäläisen Aleksandr Litvinenkon myrkytyskuolema marraskuussa 2006 sai tiedotusvälineissä suurta huomiota. Kuoleman uskottiin aiheutuneen [[$\alpha$]]-radioaktiivisesta poloniumin isotoopista [[$^{210}\text{Po}$]]. Isotooppia voidaan valmistaa tuottamalla ensin ydinreaktiossa luonnonvismutista lyhytikäistä radioisotooppia [[$^{210}\text{Bi}$]], jonka hajoamistuotteena syntyy isotooppia [[$^{210}\text{Po}$]].
a) Kirjoita [[$^{210}\text{Bi}$]]:n tuottoreaktion yhtälö sekä [[$^{210}\text{Bi}$]] ja [[$^{210}\text{Po}$]] hajoamisreaktioiden yhtälöt.
b) Miksi [[$^{210}\text{Po}$]] on vaarallista erityisesti vasta kehon sisälle joutuessaan?
c) Kuinka monta radioaktiivista hajoamista sekunnissa tapahtuu yhdessä mikrogrammassa [[$^{210}\text{Po}$]] -isotooppia?
(FY YO Kevät 2008)
458
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
Tehtävä 459
Tsernobylin ydinvoimalaonnettomuus v. 1986 aiheutti Suomeen merkittävän radioaktiivisen laskeuman. Keskimääräinen cesium-137 -aktiivisuus vuosi onnettomuuden jälkeen oli 11 kBq neliömetriä kohden.
a) Määritä kuinka suuri oli Suomeen kulkeutuneen Cesiumin kokonaismassa.
b) Laske, minä vuonna cesiumin aktiivisuus on vähentynyt 5,0 %:iin alkuperäisestä.
Kuva: Tsernobylin tuhoutuneen reaktorin suojakuori kaukaa kuvattuna.
459
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
Tehtävä 460
Radioaktiivisessa hajoamisessa vapautuvaa energiaa voidaan hyödyntää avaruusluotaimen energialähteenä nk. ydinparistossa. Hajoamisreaktioissa vapautuva energia muuttuu lämmöksi ja edelleen sähköksi lämpöpareissa. Sopiva isotooppi tähän on alfahajoava plutonium-238. Plutonium-238-isotoopin massa on 238,049553 u ja puoliintumisaika 87,7 vuotta.
a) Selitä, miksi ydinpariston teho laskee ajan mittaan.
b) Määritä yhdessä plutoniumytimen hajoamisessa vapautuva energia.
c) Kuinka suuri massa plutoniumia vaaditaan 1,0 kilowatin sähkötehon tuottamiseen? Termoparin hyötysuhde on 0,050.
Kuva: Voyager-luotaimen ydinparisto.
460
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
Tehtävä 461
Amerikium-241 -isotoopin lähettämää säteilyä mitattiin säteilymittarilla tunnin ajan. Mittaustulokset on esitetty oheisessa liitetiedostossa.
a) Esitä pulssimäärä ajan suhteen graafisesti.
b) Säteilymittarin voidaan olettaa havaitsevan n. 10% näytteen lähettämästä säteilystä. Arvioi tämän nojalla lähteen kokonaisaktiivisuus sekä aktiivisen isotoopin massa.
c) Muodosta mittaustuloksista histogrammi. Mitä ilmiöstä voidaan päätellä histogrammin muodon perusteella?
461
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
Tehtävä 462
462
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
Tehtävä 463
Yhden teorian mukaan aurinkokuntamme on saanut alkunsa supernovaräjähdyksestä. Oletetaan, että supernovassa oli uraani-isotooppeja U-235 ja U-238 yhtä runsaasti. Nykyisin suhteelliset runsaudet maan päällä ovat 0,72 % (U-235) ja 99,3 % (U-238). Laske tämän perusteella aurinkokunnan ikä, kun U-235 -isotoopin puoliintumisaika on 7,04·108 a ja U-238-isotoopin 4,47·109 a.
(FY YO Kevät 1989)
463
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.
Tehtävä 464
Pistemäisestä lähteestä tulevan gammasäteilyn voimakkuutta mitattiin geigerputkella. Kun putken etäisyyttä säteilylähteestä muutettiin, laskentataajuus I pieneni oheisen taulukon mukaisesti.
| [[$r\text{ (cm)}$]] | 8 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 | 35 | 40 | 50 |
| [[$I\text{ (pulssia/s)}$]] | 656 | 420 | 187 | 104 | 67 | 47 | 34 | 25 | 17 |
a) Piirrä [[$ I=I(r)$]]-kuvaaja.
b) Millainen matemaattinen riippuvuus näyttää vallitsevan säteilyn voimakkuuden ja etäisyyden välillä? Selitä, miksi laskentataajuus pienenee em. tavalla, vaikka ilma ei juurikaan absorboi gammasäteilyä.
(FY YO Kevät 1997)
464
Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.