Kernfysica

Informatie over het examen

Het examen is een typisch examen van prof. Huyse:

• een overzichtsvraag
• 2 zelf uit te werken vragen (zoals vele vbn in de les gegeven zijn), die nadien mondeling moeten voorgesteld worden
• een aantal kleine vraagjes

De eerste vraag moet na 3 kwartier afgegeven worden, dit betekent dus zeer goed doorwerken. Een half uur daarna moet de eerste persoon mondeling de tweede of derde vraag komen voorstellen; ben je de eerste: zeer goed doorwerken! Prof. Huyse is op het examen vriendelijk maar eerder afstandelijk. Hij laat ook niet altijd even sterk blijken of hij tevreden is met je antwoord of niet. Hij zit niet om een hint verlegen indien je het antwoord niet weet. Schrijf vooral veel op, het volstaat niet om gewoon mondeling een uitleg te doen. In principe duurt het examen 4h, maar dat is nu in elk geval al uitgelopen. Prof. Huyse is bij kernfysica alvast veel guller met punten dan bij algemene natuurkunde III.

Examens

11 juni 2007 (voormiddag)

• 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?

• 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?

• 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?

• 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 (namiddag)

• (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?

• 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?

• Combineer de figuren 4.12 en 4.16 om de eigenschappen van de kernpotentiaal af te leiden.

• 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

• Geef en bespreek verschillende voorbeelden van hoe kerneigenschappen de atomaire eigenschappen beïnvloedt en vice-versa.

• 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?

• 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?

• 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.

Oude Examens

Examen 2000-2001 Bestand:Kern0001.pdf

Examen 2005-2006 Bestand:Kern0506.pdf