Fachhochschule Hannover Radioökologie und Strahlenschutz Fachbereich Maschinenbau SS12 Zeit: 90 min. Name:...Vorname:...Mtrl. Nr:...

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1 Fachhochschule Hannover Radioökologie und Strahlenschutz Fachbereich Maschinenbau SS12 Zeit: 90 min Prof. Dr. U. J. Schrewe Hilfsmittel: diverse nlagen Name:...Vorname:...Mtrl. Nr: Was sind tome? Woraus bestehen sie? Wie groß sind tome, wie groß sind tomkerne? (5) 2. Beschreiben Sie das Strahlungsspektrum schwarzer örper? Skizzieren Sie die spektrale Intensität di/d als Funktion der Wellenlänge. (5) 3. Beschreiben Sie das Strahlungsspektrum der Gasentladungsröhre? Beschreiben Sie charakteristische Merkmale des Lichtspektrums einer Wasserstofflampe? (5) 4. Erklären Sie den Begriff "Photoeffekt" des Lichtes? Was versteht man unter der Einsteinschen Deutung des Photoeffekts? (5) (20 Punkte) Seite 1 lausur SS10 RSV

2 5. Ordnen Sie die genannten elektromagnetischen Strahlungsarten nach aufsteigender Energie (es reicht, die urzbezeichnung zu verwenden). Radarstrahlung (R), Röntgenstrahlung(XR), IR-Strahlung, Langwelle(LW), UW, Mikrowellen (MW), UV-Strahlung, sichtbares Licht (SL), UMTS, -Strahlung aus radioaktivem Zerfall (R), -Strahlung der kosmische Strahlung (). (5) LW < UW < UMTS < MW = R < IR < SL < XR < R < 6. Welche Frequenz hat die elektromagnetische Strahlung mit der Wellenlänge = 0,1 nm? Welche Energie in der Einheit 1 ev besitzt sie? (5) hc 15 E h 1, J ev 7. Skizzieren Sie das Energieniveauschema des Wasserstoffatoms? (5) (15 Punkte) Seite 2 lausur SS10 RSV

3 8. Was versteht man unter Isotopen, Isotonen und Isobaren? (5) 9. Wie ist die "relative tommasse" rel definiert? (5) rel m u tom 10. Wie ist die Bindungsenergie B(Z,) eines tomkerns definiert? (5) 2 H n B( Z, ) Z m Z m m Z, c 11. Wie ist die Größe Mass Excess m exc (Z,)c 2 definiert? In welcher Einheit wird die Größe üblicherweise in den Tabellen angegeben? (5) m (, ) (, ) exc Z c m Z u c Einheit: 1 kev Welche (exakte) Masse hat ein neutrales 22 Na tom? (5) 22931, , , Exakt: MeV c MeV c 13. Berechnen Sie für 22 Na die Bindungsenergie pro Nukleon BZ, /. (10) Masse des 22Na m( Z, ) u m Z, Bindungsenergie: B( Z, ) Z m ( Z) m m( Z, ) für m H und n H exc B( Z, ) Z m ( Z) m m m Z, n H n u exc m gilt: mh u m, und mn u mexc, n. exc H Es folgt: B( Z, ) Z u m ( Z) u m u m Z, exc, H exc, n exc B( Z, ) Z m N m m Z, exc, H exc, n exc B( Z, ) 117, , ,18244 B( Z, ) 174,1456 MeV MeV Bindungsenergie pro Nukleon: B( Z, ) 174,1456 MeV 7,916 MeV 22 (35 Punkte) Seite 3 lausur SS10 RSV

4 14. Berechnen Sie die Reaktionsenergie (Q-Wert) für die ernreaktion von 3 He mit Neutronen, bei der 3 H und 1 H entsteht. Wie lautet die Reaktionsgleichung? (10) He n H H plus Q exc exc exc exc 2 Q1 m (2, 3) m 0,1 m 1, 3 m 1,1 c Q , , , ,9705 MeV Q1 763,75535 kev 15. Erklären Sie die Begriffe "Spontanspaltung", "neutroneninduzierte Spaltung" und "Spaltbarriere"? (5) 16. Durch welche Reaktionsgleichungen kann man den -Zerfall des Nuklides E 1 beschreiben? (5) E1 E2 He Q 4 4 Z N Z 2 N Z N 17. Bestimmen Sie die Energiedifferenz von 7 Be und 7 Li. Welche radioaktive Zerfallsart ist für den Übergang von 7 Be nach 7 Li möglich? Begründung! (10) Energiedifferenz von 7 Be und 7 Li: Li : m (3, 4) kev / c 7 2 exc Be : m (4,3) 15770,034 kev / c 7 2 exc , ,141 / 861,893 / m kev c kev c Zerfalls art nur EC, weil Energiedifferenz kleiner als 1022 kev 18. Beschreiben Sie die Zerfallseigenschaften des 40 anhand der Information in nlage 1. (10) (40 Punkte) Seite 4 lausur SS10 RSV

5 19. Schätzen Sie anhand der Information der nlagen 1 und 2 die Schichtdicke z aus Eisen, die mindestens erforderlich ist, um die - / + -Strahlung des 40 vollständig abzuschirmen. (10) Die + -Strahlung kann vernachlässigt werden, da der Q EC nur 1505 kev beträgt. Man muss also die Reichweite der --Strahlung abschätzen. Q-= 1311 kev. Reichweite in l etwa 3 mm, Reichweite in Cu etwa 1 mm. Interpolation liefert für Eisen: ~ 1,3 mm 20. Unter der Nachweiswahrscheinlichkeit eines Detektors versteht man das Verhältnis der im Detektor nachgewiesenen Strahlungsintensität zur Strahlungsintensität, die den Detektor getroffen hat. Zur alibrierung der Nachweiswahrscheinlichkeit benötigt man deshalb eine Quelle mit bekannter ktivität. Man kann dazu zum Beispiel normales (reines) aliumoxid verwenden, da natürlich vorkommendes alium das radioaktive Isotop 40 mit einem nteil von 0,0117% enthält. Bestimmen Sie die ktivität von 1 g 2 O. (relative tommassen: rel, = 39,0983 g mol -1, rel,o = 15,9994 g mol -1 ) (15) Zahl der tome in 1g: 1 1g N tom N 6, mol 1 39, 0983 g mol rel N 1, tom Zahl der 40 tome: Zerfallskonstante: N 1, , , tom 1/ ln 2 ln 2 9 T 1, , s 17 1, s 1 ktivität: 40 N40 1, ktivität für 1g : 40 N 40 31,8975 Bq 239,0983 Die ktivität von 1g 2 O ist um den Faktor 0, , kleiner. ktivität von 1g 2 O: 2 31,8975 Bq*0, ,4796 Bq O 21. Wie hoch war der relative nteil des Isotops 40 vor 4,5 Milliarden Jahren, zum Zeitpunkt, als die Erde entstand? (15) N N 0 9 ln 24,510 a 9 1,27710 a 1 e 0, ,5025 N Es gilt heute: 0, N N. Daraus folgt: Vor 4,5 Milliarden Jahren galt: R NR 1 0, N 0, N 11, ,5025 x 0, N 11, , R N 11,5025 0, Relativer nteil des 40 vor 4,5 Milliarden Jahren: 0,1344% (40 Punkte) Seite 5 lausur SS10 RSV

6 22. Der Bestrahlungsbunker im Labor für Radioökologie und Strahlenschutz besteht aus 72 cm dickem Beton (engl. ordinary concrete). Wie stark schwächt diese Materieschicht die -Strahlung einer 60 Co ( E,1 1173keV und E,2 1332keV )? (gesucht ist I/I 0, verwenden Sie die Information in der nlage 3). (20) Interpolation: E mü/rho lne ln(mü/rho) MeV cm 2 g -1 1,00 6,50E-02 0, , ,25 5,81E-02 0, , ,173 0, , ,81361 E mü/rho lne ln(mü/rho) MeV cm 2 g -1 1,25 5,81E-02 0, , ,50 5,29E-02 0, , ,332 0, , ,87827 Für 1173 kev gilt: Für 1332 kev gilt: I I 0 I I ,05999cm g 2,3gcm 72cm 9, e e 4, ,05623cm g 2,3gcm 72cm 9, e e 9, In einem Vorlesungsversuch wurde die Schwächung von -Strahlung der Energie E 662keV (137 Cs) in Blei untersucht. (15) bsorberdicke E = 661,6 kev x / cm N / 10 s 0, ,0 63 Die Untergrundzählrate betrug 8 Ereignisse in einer Messzeit von 10 s. Ohne bsorber wurden 8181 Ereignisse in 10 s gemessen. Bestimmen Sie den Schwächungskoeffizienten µ, den Massenschwächungskoeffizienten und den Wirkungsquerschnitt. (Dichte Blei N Pb 11,3 g cm ) 6, g mol, rel. tommasse: 1, 207, 2 g mol, vogadro Zahl: rel Pb Bestimmung von µ: Massenschwächungskoeffizient: Wirkungsquerschnitt: N z2 Nu N z1 Nu ln ln N N N N 1,270 cm z z 0 u 0 u ,270cm 0,112 cm g 3 11,3 g cm rel 207,2 g mol 0,112 cm g 23 1 N 6, mol 2 1 (35 Punkte) Seite 6 lausur SS10 RSV

7 nlage 1: Zerfallsschemata des 40 nlage 2. Reichweite von -Strahlung in Materie bb.1 Reichweite (CSD Range) von -Strahlung in Materie Dichte: ir kg m, Tissue 1,060 g cm, l 2,699 g cm, 3 8,960. Cu g cm nlage 3 Mass attenuation coefficient / Massenschwächungskoeffizient Seite 7 lausur SS10 RSV

8 E µ/ MeV cm 2 /g 1,00E-02 2,05E+01 1,50E-02 6,35E+00 2,00E-02 2,81E+00 3,00E-02 9,60E-01 4,00E-02 5,06E-01 5,00E-02 3,41E-01 6,00E-02 2,66E-01 8,00E-02 2,01E-01 1,00E-01 1,74E-01 1,50E-01 1,44E-01 2,00E-01 1,28E-01 3,00E-01 1,10E-01 4,00E-01 9,78E-02 5,00E-01 8,92E-02 6,00E-01 8,24E-02 8,00E-01 7,23E-02 1,00E+00 6,50E-02 1,25E+00 5,81E-02 1,50E+00 5,29E-02 2,00E+00 4,56E-02 3,00E+00 3,70E-02 4,00E+00 3,22E-02 5,00E+00 2,91E-02 6,00E+00 2,70E-02 8,00E+00 2,43E-02 1,00E+01 2,28E-02 1,50E+01 2,10E-02 2,00E+01 2,03E-02 Dichte: Concrete 2,3 g cm 3 ; Quelle: Seite 8 lausur SS10 RSV

9 N = N = n ,3171 n 0 H , , , , , , # H 1 He , , , , , , , ,203 He 2 Li # 25323, , , , , , , , # Li 3 Be # 18374, , , , , , , , , # 57678# Be 4 B # 27868, , , , , , , , , , ,816 B 5 C , , , , , , , , , ,178 C 6 N , , , , , , , , , ,129 N 7 O , , , , , , , , ,462 O 8 F # 16775, , , , ,386-17,404-47,551 F 9 Mass excess values in kev Mass excess = m exc c 2 = (m (Z, ) - *u)*c 2 in kev Ne , , , , , , ,715 Ne 10 N = , , , , , ,85358 Na , , , , , ,567 Mg 12 N = # 18183# 6769,57-56, ,172 l 13 u = 1, kg # 23772# 10754, , ,632 Si 14 B # 59364# u c 2 = 931, MeV # 18872# 10973# -717,03 P 15 C , , # 53281# # 17543# 4073,203 S 16 N , , , # 47543# 56504# # 13143# Cl 17 O , , , , # 35713# 44954# 53850# # r 18 F , , , , , , # 40296# 48903# 56289# N = Ne , , , , , , , , # 37278# 45997# 53121# 25 N = Na , , , , , , , , , , # 39582# 47953# Na 11 Mg , , , , , , ,38-954, , , # 21424# 29249# Mg 12 l , , , , , , , , , , , , ,594 l 13 Si , , , , , , , , , , , , ,205 Si 14 P , , , , , , , , , , , , ,838 P 15 S , , , , , , , , , , , , ,105 S 16 Cl # -7067, , , , , , , , , , , ,99 Cl 17 r # -2200, , , , , , , , , , , ,808 r # 6763# -1481# , , , , , , , , , , Ca # 4602# -6439, , , , , , , , , ,95 Ca 20 Sc # 2841# -4937# , , , , , , , ,115 Sc 21 Ti # 1500# -8850, # , , , , , ,394 Ti 22 V # -205# -8169# # , , , , ,385 V 23 N = N = nlage 4: Mass Excess Table: G. udi,.h. Wapstra and C. Thibault, Seite 9 lausur SS10 RSV

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