Kernfysica

Samenvattingen

Klik hier om de samenvattingen te bekijken

Informatie over het examen

Het examen is een typisch examen van professor Huyse. De bijvragen waren best wel pittig. Tijdens het mondeling peilt de prof naar inzicht; je mag dus vanzelfsprekend je boek of cursus niet bij de hand nemen. In 2010-2011 waren er drie mondelinge vragen en 4 kleinere, schriftelijke vraagjes.

Examens

Academiejaar 2014-2015

8 juni 2011 (NM)

1. Overzichtsvraag (een bladzijde): Geef voorbeelden van hoe de atomaire eigenschappen de kerneigenschappen beinvloeden en andersom.
2. Theorievraag (een bladzijde): In het boek wordt het energiespectrum van figuur 5.28 van ${}^{177}\text{Hf}$ uitgelegd aan de hand van figuur 5.29. Geef voor dezelfde vervorming nu het energiespectrum van ${}^{171}\text{Hf}$. Benoem ook hoe de eerste 6 niveaus vervallen.
3. Oefening (twee bladzijden):
   • ${}^{39}\text{Ca}$ heeft als grondtoestand en geexciteerde toestanden ${3/2}^{+}{1/2}^{+}{7/2}^{-}{3/2}^{-}$. Verklaar hoe deze tot stand komen in het single particle shell model.
   • Geef alle $\gamma$-transities naar de grondtoestand en duid op een tekening de transitie aan die verwacht wordt het meest intens te zijn.
   • Geef voor het verval van ${}^{39}\text{Ca}$ de Q-waarde voor ${\beta }^{+}$-verval, $\alpha$-verval en neutron capture. Bereken ook de hoogte van de Coulomb-barriere. Zal ${}^{39}\text{Ca}$ vervallen? En op welke manier dan?
4. Kleine vragen (elks ongeveer 1/3 pagina):
   • Geef en bespreek 2 manieren om de ladingsstraal van een kern te meten en 2 manieren om de materiestraal te meten.
   • (Gegeven: twee assen met deels een curve getekend) Vervolledig de figuur, assen benoemen en curve, van de golfunctie voor een gebonden twee-deeltjes systeem. Duid belangrijke punten aan.
   • Kan je de levensduur van een kern veranderen?
   • De verstrooiing van een neutron op para- of orthowaterstof is verschillend. Bespreek.
   • (Gegeven: plot van halfwaardetijd t.o.v. de $\gamma$-emissie energie van uit de slides) Vul de figuur aan (assen en multipool) en verklaar de curves. Leg ook de knik uit die in enkele curves voorkomen.

Academiejaar 2010-2011

24 juni 2011 (VM)

1. Bespreek de spin g-factoren voor vrije elektronen, neutronen en protonen. Wat gebeurt er als deze deeltjes gebonden worden in een zwaardere kern? Wat is het gevolg voor de magnetische eigenschappen van de kernen? (anderhalve bladzijde voorzien)
2. Bespreek het verval van Actinium 226 op pagina 177. Wat verwacht je voor de spin en pariteit van de verschillende kernen? (anderhalve bladzijde voorzien)
3. Hoe kunnen twee nucleonen in een $h_{11/2}$ schil gekoppeld worden? Teken ook de relevante energiediagramma's. (een bladzijde voorzien)
4. Kleinere vraagjes:
   • Je moest een grafiek schetsen voor een kern met Z=10. Op de x-as stond de Q-waarde van ${\beta }^{+}$-verval, op de y-as de verhouding tussen de intensiteiten van ${\beta }^{+}$-verval en elektronenvangst. Wat gebeurt er met de curve indien de kern Z=100 heeft; zal de curve op dezelfde plaats, hoger of lager liggen? Je moest dit ook verantwoorden (ongveer 1/3 blad plaats voorzien).
   • Beoordeel of de volgende uitspraken altijd, soms of nooit kloppen. Na het verval van Nikkel 55 naar Kobalt 55:
     • is het Kobalt-atoom geïoniseerd
     • is de Kobalt-kern geëxciteerd
     • wordt een neutrino uitgestuurd
     • wordt een X-ray uitgestuurd
     • wordt een K-elektron uitgestuurd.
   • Neutronscattering verloopt anders op para-waterstofmoleculen dan op ortho-waterstofmoleculen. Leg uit.
   • Wat gebeurt er met de eendeeltjestoestanden in een vervormde potentiaal?
   • Kun je de levensduur van een kern veranderen?

Voor de laatste 3 vraagjes was telkens ongeveer 1/3 bladzijde plaats voorzien.

Academiejaar 2009-2010

18 juni 2010 (VM)

1. Bespreek de eerste vier energieniveau's van een even-even kern (mondeling).
2. Bespreek het verval van 226-Ac aan de hand van de figuur op pagina 177. Wat verwacht je van spin en pariteit van de kernen? (mondeling)
3. Een aantal oefeningen:
   • Bereken de massa en bindingsenergie van 202-Hg en 6-Li aan de hand van de semi-empirische massaformule.
   • Bereken het verschil in bindingsenergie van 15-0 en 15-N (massa's gegeven). Als dit energieverschil volledig afkomstig is van de Coulombkracht, wat is dan hun straal?
   • Bereken de bindingsenergie en bindingsenergie per nucleon van 2 deeltjes 12-C en 11-B.
4. 5 kleinere vraagjes:
   • Is het mogelijk om 2 stabiele kernen op een isobar te hebben?
   • Geef en bespreek 2 manieren om de ladingsstraal en 2 manieren om de massastraal van een kern te bepalen.
   • Een figuur aanvullen in verband met het gebonden zijn van 2 deeltjes.
   • Gedragen M3 en E3 overgangen in kernen zich anders in functie van massa en energie?
   • Meerkeuzevraag in verband met welk verval een mono-energetische piek geeft bij het verval van grondtoestand naar grondtoestand. Mogelijkheden: alfadeeltje, positron, proton, neutrino bij EC en gammastraal.

Juni 2010

1. Bespreek alle radioactieve vervalprocessen
2. Vergelijk en bespreek de figuren 9.29 en 10.20. Verklaar de verschillen in de intensiteiten zowel tussen de twee figuren als binnen eenzelfde figuur. Welke multipolariteiten verwacht je voor de gamma overgangen in figuur 10.20?
3. Een aantal oefeningen (het waren andere kernen, maar de oef. was hetzelfde)
   • Bereken de massa en bindingsenergie van 202-Hg en 6-Li aan de hand van de semi-empirische massaformule.
   • Bereken het verschil in bindingsenergie van 15-0 en 15-N (massa's gegeven). Als dit energieverschil volledig afkomstig is van de Coulombkracht, wat is dan hun straal?
   • Bereken de bindingsenergie en bindingsenergie per nucleon van 2 deeltjes 12-C en 11-B.
4. 5 Kleinere vraagjes:
   • Geef de selectieregels voor tweemaal verboden verval
   • Hoe kwam men op het idee van exhange particles en waarom denkt met dat een bepaald deeltje (was gegeven maar weet ik niet meer) verandwoordelijk is voor de afstoting op zeer korte afstand
   • Meerkeuzevraag: wanneer is een deeltje gebonden: verschillende mogelijkheden met delta's en a's
   • ..

Academiejaar 2006-2007

11 juni 2007 (VM)

1. Bespreek de spin, pariteit en momenten van de grondtoestand en eerste aangeslagen toestand van een even-even kern. Hoe evolueert de excitatie-energie en de momenten van de eerste en tweede aangeslagen toestand als we kernen uit verschillende gebieden van de kernkaart bekijken?
2. De kern ${}^{38}\text{Ar}$ heeft 18 protonen. Is deze kern stabiel (geen gebruik maken van Appendix C)? Op welke manier zou deze kern kunnen bestudeerd worden? Hoe zou het excitatiespectrum eruit zien?
3. Vergelijk en bespreek de figuren 9.29 en 10.20. Verklaar de verschillen in de intensiteiten zowel tussen de twee figuren als binnen eenzelfde figuur. Welke multipolariteiten verwacht je voor de gamma overgangen in figuur 10.20?
4. Kleine vraagjes
   • Een stalen zuigerring met een massa van 25 g wordt in een kernreactor bestraald tot zijn activiteit (ten gevolge van ${}^{59}\text{Fe}$) 9.0 mCi bedraagt. Twee dagen later wordt de ring in een proefmotor aangebracht. Nadat deze 10 dagen gelopen heeft, wordt de olie afgetapt en op de activiteit gecontroleerd (ten gevolge van ${}^{59}\text{Fe}$). Men vindt een gemiddelde activiteit van 980 desintegraties in een oliemonster van 200 cm³. Bereken de massa van het ijzer dat van de ring afgesleten is. Het oliereservoir bevat 7.6 liter olie, de halveringstijd van ${}^{59}\text{Fe}$ is 3.9 x $10^6$s.
   • Waarom blijven de ladings- en materieverdeling binnenin de atoomkern identiek zelfs bij zwaardere kernen waar er veel meer neutronen zijn dan protonen? Zijn er uitzonderingen?
   • Verwacht je dat direct alfa verval meer voorkomt dan direct proton verval? Waarom wel of niet?
   • Bespreek het traagheidsmoment van een gedeformeerde kern.

11 juni 2007 (NM)

1. (Gegeven: figuren met het aantal stabiele isotopen in functie van het aantal protonen, en het aantal stabiele isotonen in functie van het aantal neutronen.) De figuur hierboven geeft het aantal stabiele kernen in functie van het atoomgetal en van het neutronaantal. Wat valt er allemaal uit deze figuur af te leiden?
2. De kern X met A+4 nucleonen en Z+2 protonen is 7.4 MeV/c² zwaarder [achteraf bleek dat "7.4 MeV/c² zwaarder" begrepen moest worden als "met een Q-waarde van 7.4 MeV"] dan de kern Y(A,Z). Het atoomgetal (dat vrij groot is) is oneven. De grondtoestand van de kern X is een 11/2- toestand en het eerste geëxciteerde niveau ligt op 24 keV en is een 3/2+ toestand. De kern Y heeft een 1/2+ grondtoestand en heeft volgende niveaus: 11/2- op 237 keV, 3/2+ op 260 keV en 9/2- op 616 keV. Bespreek, rekening houdend met het type kern en het type verval, tot op het % niveau het verval patroon. Als de valentie neutronen in de g9/2 schil zitten, welke spin en pariteit verwacht je voor de laagst-liggende (<250 keV) toestanden in de A+1 buur (zelfde isotoop) van de kern Y?
3. Combineer de figuren 4.12 en 4.16 om de eigenschappen van de kernpotentiaal af te leiden.
4. Kleine vraagjes
   • Geef voorbeelden waarbij de atomaire configuratie een nucleaire eigenschap beïnvloedt en vice-versa.
   • Is het neutrinospectrum uitgestuurd in het beta-verval mono-energetisch of continu? Bespreek.
   • De activiteit van koolstof in een levend weefsel is 0.007 µCi per kg ten gevolge van de aanwezigheid van koolstof-14. Verkoold hout afkomstig van de vuurplaats in een indianenkamp heeft een activiteit van 0.0048 µCi per kg. Bereken in welk jaar dit kamp voor het laatst werd gebruikt.
   • Complementeer de volgende vergelijkingen van kernreacties door de juiste kern of het juist deeltje voor $X$ te substitueren.
     • ${}_{13}^{27}\text{Al}(n,\alpha )X$
     • ${}_{15}^{31}\text{P}(d,p)X$
     • ${}_5^{11}\text{B}(\gamma ,X){}_4^8\text{Be}$
     • ${}_{}^{58}\text{Ni}(p,n)X$
     • ${}_{49}^{115}\text{In}(n,\gamma )X$

23 augustus 2007

1. Geef en bespreek verschillende voorbeelden van hoe kerneigenschappen de atomaire eigenschappen beïnvloedt, en vice-versa.
2. In figuur 5.28 en 5.29 wordt uitgelegd hoe het spectrum ontstaat van het prolate ${}^{177}\text{Hf}$. Veronderstel dat ${}^{171}\text{Hf}$ een zelfde vervorming heeft, hoe zou het spectrum er dan uitzien?
3. De kern ${}^{121}\text{Te}$ kan men beschrijven als de koppeling van een neutron aan de kern ${}^{120}\text{Te}$ (zie p.141). Welke toestanden verwacht je tussen 0 en 3 MeV? Hoe zullen die vervallen?
4. Kleine vraagjes
   • Welke toestanden (spin en pariteit) kan men bekomen als men twee protonen in de 1${\text{Hf}}_{9/2}$ schil heeft? Wat wordt dat als men een neutron in de 1${\text{Hf}}_{9/2}$ schil koppelt met een proton in de 1${\text{Hf}}_{9/2}$ schil?
   • Kan de grondtoestand van een even-even kern een quadrupoolmoment hebben? Bespreek.
   • De snelheid van een elektromagnetische overgang van 100 keV is 1000 maal trager dan een overgang van 1000 keV. Beide overgangen zijn van hetzelfde type en gebeuren in dezelfde kern. Welke multipolariteit neemt de overgang mee? Hoe zou je eventueel het verschil kunnen nagaan of deze overgang elektrisch of magnetisch van aard is?
   • Kunnen er twee stabiele kernen voorkomen met dezelfde A? Bespreek.

Academiejaar 2005-2006

Examen juni 2006

Academiejaar 2000-2001

Examen 22 juni 2001