Ioniserende straling en artificiele radioactiviteit

Samenvattingen

Klik hier om de samenvattingen te bekijken

Informatie over examen

Het vak wordt gedoceerd door professor Nathal Severijns, professor Thomas Elias Cocolios en professor Eduardo Cortina (UCLouvain). Het examen is tegenwoordig meestal schriftelijk. Voor de master-na-master medische stralingsfysica wordt het vak gegeven in het eerste semester en is er in november of december een presentatie te geven in groepjes van twee of drie. Dit telt normaal mee voor ongeveer 4/20.

Examenvragen

Examen 30-01-2024

Prof. N. Severijns

1.

1. Explain the differences between the energy loss of electrons and heavy charged particles.
2. How would a “Bragg curve” for electrons look like?

2.

1. Give 3 characteristics that semiconductor detectors and ionization chambers have in common.
2. Give 3 differences between these detectors.

3.

1. Which detector(s) can you use for the measurement of the intensity of 4.3 MeV alpha decays if the source also emits gamma rays with the same energy?
2. Which of these detectors is probably the best choice? Explain.

4. Draw the spectrum and all its features for photons of 3 MeV measured by a medium-sized cylindrical NaI detector looking directly at the source and which is surrounded by a thick lead shielding (except for the side facing the source).

5.

1. Draw the electronic bloc scheme to measure the half-life of the decay with energy 585 keV (0.85 s), using a TAC (time-amplitude-converter).
2. Indicate clearly on the scheme which gamma and/or beta radiations you detect.
3. Make a drawing of the TAC output distribution. How can you get the half-life from this?
4. Can you use a scintillator for this detection? Why or why not?

Fout bij het aanmaken van de miniatuurafbeelding: Bestand is zoek

Prof. T. Cocolios

You need to make 43Sc. You get the relevant portion of the nucleid chart. You will get some cross-sections for proton bombardment.

1. Explain the features you can see in the cross-section curves.
2. Which reactions would you use to produce 43Sc?
3. Explain how you can accelerate the projectiles.

Examen 18-11-2014 (Tussentijds examen)

1. Why do beta particles of 6 MeV penetrate deeper into matter than alpha particles of the same energy? How does the volume in which both particles end up after being stopped look like for both particles?
2. What causes the double escape peak in a gamma spectrum?
3. Why does one use blocking contacts?
4. Why does a Ge semiconductor have a much better energy resolution have a much better energy resolution than NaI scintillation detector?
5. What causes the backscatter peak in a gamma spectrum?
6. Why is an activator added to inorganic crystals?
7. What causes a single escape peak?
8. To detect electrons of 100 keV, would you use an Si or NaI-detector?
9. What is the difference between a proportional counter and a GM counter?
10. What causes the x-ray peak in a gamma spectrum?

Examenvragen 30-01-2014

1. Why do beta particles of 6 MeV penetrate deeper into matter than alpha particles of the same energy? How does the volume in which both particles end up after being stopped look like for both particles?
2. Why does a Ge semiconductor have a much better energy resolution have a much better energy resolution than NaI scintillation detector?
3. Which detector can be used to observe 5 MeV alpha particles? What is the best choice? Why?
4. Draw teh electronic bloc scheme to determine the half life of the isomeric state with excitation energy of 500 keV in the decay scheme below? (i.e. 0.41s)

1. Give 2 types of nuclear reactions that can produce 55Fe. Which one would you prefer? Why?
2. Describe the main properties of the prefered reaction
3. Explain the terms 'specific activity' and 'purity' of a produced radioisotope. How do these compare to the two reactions you proposed.
4. Describe the physics and the elements that are used to accelerate particles in a synchrotron.

Examenvragen 13-11-2012 (tussentijds examen)

1. What causes the backscatter peak in a gamma spectrum?
2. What causes the x-ray peak in a gamma spectrum?
3. What causes the double escape peak in a gamma spectrum?
4. To detect electrons of 100 keV, would you use an Si or Ge-detector?
5. You want to measure gamma-rays of 514 keV. The source also emits positrons. What detector would you use?
6. Why does a Ge-detector have a better resolution than an NaI detector?
7. Why does one use blocking contacts?
8. What causes counts between the Compton edge and the full energy peak in a gamma spectrum?
9. Why is an activator added to inorganic crystals?
10. What is the difference between a proportional counter and a GM counter?

Examenvragen 21-01-2013 (namiddag)

1. Ioniserende straling
   1. [Schriftelijk] Welke detectoren kan je gebruiken om alfastraling van 8 MeV te detecteren? Wat is de beste keuze, en waarom?
   2. [Schriftelijk] Welke straling wordt veroorzaakt door protonen in materie?
   3. [Mondeling] Twee kernen (Y (Q = 2800 keV) en Z (Q = 3100 keV)) vervielen via betaverval naar een zelfde dochter Y. Er moest een schakeling ontworpen worden om de relatieve bijdragen van Y en Z tot een bepaalde transitie in X te bepalen. Deze transitie was steeds aanwezig wanneer de moederkern Z was, maar was er niet altijd wanneer de moederkern Y was. (Deze vraag was analoog aan oudere examenvragen.) [Dit kan gedaan worden door beta-deeltjes te detecteren die boven de eindpuntsenergie liggen van het minst energetische vervalproces. Door extrapolatie vind je dan het hele betaspectrum van de kern met de hoogste eindpuntsenergie (de Z kern in dit geval). Hieruit weet je exact hoeveel keer Z vervalt naar X, en dus hoeveel transities er in X waren door die bepaalde moederkern (evenveel als het aantal vervallen van Z naar X). Wanneer je nu ook de desbetreffende transities telt in X, weet je onmiddellijk de verhouding. (Bvb. er waren 100 vervallen van Z naar X en de gevraagde transitie werd 200 keer gemeten. Dan zorgde kern Z voor 50 percent van die transities.] [Wanneer de eindpuntsenergieën van beide moederkernen heel dicht bij elkaar liggen, dan kun je bovenstaande techniek niet meer met succes toepassen. Je kunt wel alle beta's meten. Die betadeeltjes die in coïncidentie zijn met een gamma van 511 keV, komen van de positron-emitter. Zo kun je het betaspectrum van beide kernen te weten komen. Deze meting moet dan gecombineerd worden met een telling van het totale aantal transities in de X-kern die je wil bestuderen.]
2. Artificiële radioactiviteit
   1. [Mondeling] Fusie-evaporatie reacties
      1. Geef een voorbeeld van een neutronvangst reactie.
      2. Bespreek de botsingsdoorsnede in functie van de energie van het neutron, en geef enkele kenmerken.
      3. Bespreek de productie van radioisotopen door neutronvangst. Van welke experimentele parameters is dit afhankelijk, en hoe kan de opbrengst verhoogd worden?
   2. [Schriftelijk] Bespreek de Tandemversneller en schets de belangrijkste fysische principes waarop deze gebaseerd is.

Examenvragen 18-01-2013 (namiddag)

Examen 18 januari 2013 namiddag

Examenvragen 18-01-2013 (voormiddag)

Ioniserende straling

• Welke detectoren kan je gebruiken om 310 keV elektronen te detecteren? Wat is de beste keuze, en waarom?
• Welke straling wordt veroorzaakt door $\alpha$-deeltjes in materie?
• Kern Z vervalt via ${\beta }^{-}$ naar kern X, terwijl kern Y via ${\beta }^{+}$ vervalt. Beide vervallen bevolken het hoogste niveau in kern X. Teken een elektronisch schema om de relatieve bijdrage van elke kern te kunnen bepalen tot een bepaalde transitie in kern X (indien iemand het prentje heeft, dat zou handiger zijn dan mijn uitleg).

Artificiële Radioactiviteit

• Over neutronvangst reacties
  • Geef een voorbeeld van een neutronvangst reactie.
  • Bespreek de botsingsdoorsnede in functie van de energie van het neutron, en geef enkele kenmerken.
  • Bespreek de productie van radioisotopen door neutronvangst. Van welke experimentele parameters is dit afhankelijk, en hoe kan de opbrengst verhoogd worden?
• Bespreek bondig het werkingsprincipe van de Van de Graaff versneller.

Examenvragen 20-01-2012 (voormiddag)

• Ioniserende straling
  • Welke detectoren kun je gebruiken om het betaspectrum te bepalen met eindpuntsenergie 520 keV te bepalen als je weet dat die ook gamma's uitstuurt van 480 keV. Welke is de beste keuze?
  • Geef het elektronische schema dat je zou gebruiken om de verhouding te bepalen tussen de bijdrages van kern X en Y tot de totale intensiteit van de 290 keV gamma.

• Artificiele radioactiviteit
  • Je wil 18F maken met een fusie-evaporatiereactie met als target 18O.
    • Geef de reactie.
    • Welke energie moet je bundel hebben?
    • Welke versneller kun je hiervoor gebruiken?

Examenvragen 24-01-2011

• Ioniserende straling
  • Bespreek welke bijkomende straling er ontstaat wanneer een alfa-deeltje in materie komt en geabsorbeerd wordt. (schriftelijk)
  • Je wil positronen met een energie tussen 300 en 600 keV detecteren. Welke detectors kan je gebruiken. Wat is de beste keuze? (schriftelijk)
  • Geef elektronisch schema dat je zou gebruiken om halfwaardetijd van isomere toestand met halfwaarde tijd 7.2 seconden te meten. Vervalschema zag er als volgt uit:

Dochterkern had 4 geexciteerde toestanden.

---12 s

---3 fs

---7.2

---7fs

---GS

De twee hoogst gelegen toestanden werden bevolkt door betaverval van de moederkern. De hoogst gelegen toestand deexciteerde met gammaverval naar 3 fs en naar de isomere toestand. De 3 fs verviel met gamma naar isomere toestand. Isomere toestand verviel met gamma naar GS en 7fs. 7fs verviel met gamma naar GS

• Artificiele straling
  • Hoe kan je Cr-51 maken. Bespreek de twee kernreacties en geef ook informatie over de zuiverheid en de specifieke activiteit.
  • Bespreek elektrostatische versnellers. Geef verschil tussen tandem en van de graaf.

Examenvragen 21-01-2011

• Ioniserende straling
  • Bespreek welke bijkomende straling er ontstaat wanneer een alfa-deeltje in materie komt en geabsorbeerd wordt. (schriftelijk)
  • Welke detector zou je gebruiken om gamma-straling van 514keV te detecteren? De bron zendt ook positronen uit. (mondeling)
  • Geef het blokschema dat je zou gebruiken om de halfwaardetijd van het rood aangeduidde niveau van een kern te meten. Het vervalschema was gegeven. (mondeling)

Vraag 3

• Artificiële radioactiviteit
  • Geef en twee methoden om 55Fe te produceren. Welke van beide methoden is het meest geschikt voor een hoge specifieke activiteit en hoge zuiverheid? (schriftelijk)
  • Bespreek de gelijkenissen en verschillen tussen een cyclotron en een synchrotron. Welk zijn de karakteristieke energieën die bereikt worden. (schriftelijk)

Examenvragen 15-01-2010

• Ioniserende straling: bijna identiek aan vorig jaar
  • Je hebt een beta-plus vervaller als bron die een gamma's uitzend met een energie van 514 keV. Welke detector gebruik je en waarom?
  • Geef het elektronisch schema voor een opstelling die de halfwaardetijd van een geëxciteerde toestand kan meten. Het vervalschema wordt gegeven. Antwoord: Je moet het tijdsverschil opmeten van het ogenblik dat het element in die bepaalde geëxciteerde toestand te recht komt (met emissie van een bepaalde gamma) en wanneer die die toestand verlaat (emissie van andere gamma). Gaat blijkbaar best door gebruik te maken van twee detectoren. In je schema moet een trage en snelle tak zitten, waarbij de trage de gate opent van de snelle bij een gepaste opgemeten energie. Let op dat het opgemeten tijdsverschil een exponentieel verval (en geen piek!) vertoont met een tijdsconstante ~ halwaardetijd.
• Artificiële radioactiviteit
  • Geef 2 types kernreacties waarmee je ⁵¹Cr kan bekomen en bespreek de kenmerken van die kernreacties. Ook met betrekking tot de specifieke activiteit van het product.
  • Bespreek het werkingsmechanisme van elektrostatische versnellers. Wat is het verschil tussen een Van de Graaff en een tandem versneller? Verwacht bijvragen over mogelijke toepassingen en grootte-ordes van de opgewekte energieën.

Examenvragen 12-01-2009

• Ioniserende straling
  • Welke detector zou je gebruiken om positronen met een energie van 500 keV te detecteren? Hou er rekening mee dat je bron ook 511 keV annihilatiefotonen uitzendt. Je wilt ook een goede resolutie van je beta-spectrum. Motiveer je keuze.
  • Geef het elektronisch schema voor een opstelling die de halfwaardetijd van een geëxciteerde toestand kan meten. (Er werd een schema gegeven: Atoom Z heeft een halfwaardetijd van 8.1 uren en kan naar 3 verschillende geëxciteerde niveaus van atoom Y vervallen. Gevraagd was om de halfwaardetijd van een toestand van Y met E = 220 keV te meten). Alle deëxcitaties van atoom Y gebeuren door fotonemissie.
• Artificiële radioactiviteit
  • Geef 2 types kernreacties waarmee je ⁵⁵Fe kan bekomen. Welke is de beste methode? Motiveer je antwoord.
  • Bespreek de kwantitatieve aspecten van de productie van radioisotopen via neutronvangst.