fysikprov Flashcards
Fotoelektrisk effekt
Fotoelektrisk effekt är när en foton träffar en atom och exciterar en elektron till att lämna atomen.
Comptionspridning
Comptonspridning är en process där en foton kolliderar med en elektron, vilket resulterar i att fotonen sprids och tappar energi, medan elektronen ökar hastighet och blir exciterad eller utkastad.
Parbildning
Parbildning är en process där en foton omvandlas till en partikel-antipartikelpar när den passerar nära en atomkärna eller växelverkar med ett kärnpartikel. Vanligtvis produceras ett elektron-positronpar när fotonens energi är tillräckligt hög.
Elastisk spridning
Vid elastisk spridning stöter en inkommande neutron vid neutroninfångning mot en atomkärna och avger en del av sin energi utan att ändra sin egen identitet. Atomkärnan absorberar den inkommande neutronens kinetiska energi och exciteras till ett högre energitillstånd, men den övergår inte till en annan isotop.
Oelastisk spridning
Vid oelastisk spridning avger den inkommande neutronen vid neutroninfångning en del av sin energi till atomkärnan och ändrar därefter sin identitet genom att excitera kärnan till ett högre energitillstånd eller genom att bilda en ny isotop
Radioaktivitet
Radioaktivitet kommer från atomkärnor med överskottsenergi, som spontant sönderfaller och avger strålning.
Sönderfall
I en stabil atomkärna är sammanhållande kraft mellan kärnpartiklar p.g.a. stark växelverkan större än bortstötande elektrisk kraft mellan protoner.
Stark växelverkan har kort räckvidd.
För lätta atomkärnor dominerar stark växelverkan.
För tunga kärnor krävs allt större övervikt av neutroner för att hålla samman kärnan.
Blir kärnan för stor når inte stark växelverkan fram.
Kärnan blir instabil och det kan ske ett sönderfall.
Vid sönderfall frigörs alltid energi, eftersom nytt tillstånd har lägre energi än tidigare tillstånd.
Energi kan frigöras i form av ökad rörelseenergi i sönderfallande kärnpartiklar och eventuell strålningsenergi.
Det nya tillståndet kan också vara instabilt.
Den nybildade kärnan (dotternukliden) kan sönderfalla till ett nytt ämne.
Isotopanalys
Isotopanalys innebär att man mäter isotopsammansättning i ett materialprov.
Kol-14-metoden är en isotopanalys, där man mäter andel av isotopen kol-14 i förhållande till andel av isotopen kol-12, för att tidsbestämma arkeologiska fynd.
Kärnkraft
- Fission i kärnkraftverk är kontrollerad.
- Uran eller plutonium används som bränsle i en kärnreaktor, med lägre U-235-andel än i kärnvapen.
- Bränslestavarna innehåller samlad uran.
- Vatten eller grafit mellan bränslestavarna fungerar som moderator, bromsar neutronerna för att upprätthålla fissionen.
- U-235 tar upp långsamma neutroner vid fission, medan U-238 bildar U-239 och inte fissioneras.
- Vatten som moderator har fördelen att kärnklyvningen avstannar om vattnet kokar bort vid en olycka.
- Borstavar används för att kontrollera fissionen genom att absorbera neutroner.
- Värmeenergin från fissionen omvandlas till ånga som driver turbiner och generatorer för att producera el.
- Havsvatten används för extra kylning av ångan innan kylvattnet återförs till kärnreaktorn.
Kärnvapen
- Naturligt uran innehåller små mängder U-235 och främst U-238.
- U-235 måste anrikas för att användas i kärnvapen.
- Det krävs en viss koncentration av U-235 och en kritisk massa för att hålla igång kedjereaktionen.
- I en atombomb förs två delar med U-235 ihop för att bilda en kritisk massa och utlösa en kärnvapenexplosion.
Fission
- Fission betyder kärnklyvning.
- Vid fission frigörs energi.
- Kärnteknik utnyttjar fission för att skapa kedjereaktioner.
- Fission används i kärnkraftverk och kärnvapen.
- Processen omvandlar kärnenergi till värme, partikelstrålning och elektromagnetisk strålning.
- Uran-235 och plutonium-239 används för fission.
- En neutron träffar U-235-kärnan och bildar en U-236-kärna.
- U-236-kärnan sönderfaller till två nya kärnor och tre fria neutroner inom 10^-22 s.
- De fria neutronerna skapar kedjereaktioner genom att träffa nya U-235-kärnor.
- Restprodukterna, nya isotoperna, är ofta radioaktiva i tusentals år.
Spontan fission
- Elektromagnetisk kraft ger upphov till spontan fission i tunga instabila kärnor.
- Spontan fission innebär att en stor kärna sönderfaller i två mindre kärnor, samtidigt som oftast några neutroner avges.
Kärnavfall
- Fissionen bildar många instabila nuklider i bränslet, vilket gör uttjänt bränsle mycket radioaktivt under lång tid.
- Uttjänt bränsle förvaras initialt i vattenbassäng i reaktorhallen för att kylas ner på grund av den kraftiga strålningen.
- Efter ett år flyttas det till mellanlagring, som i Sverige sker i underjordiskt lager utanför Oskarshamn.
- Slutligt slutförvar för radioaktivt kärnavfall krävs i 100.000 år, 500 meter ner i berggrunden.
- Efter denna tid har strålningen avklingat till naturliga nivåer.
- Kärnavfallet kapslas in i järnbehållare med 5 cm kopparhölje och omslutas av betonitlera i slutförvaringen, som kan vara djupt ner i berggrunden.
Betasönderfall
- Svag växelverkan är orsaken till betasönderfall.
- Betasönderfall (β-sönderfall) inträffar när en kärna avger en betapartikel tillsammans med en neutrino eller anti-neutrino.
- En betapartikel är en elektron eller positron.
- Många sönderfall leder till att dotternukliden hamnar i ett exciterat tillstånd.
- När den de-exciteras till grundtillståndet avger den energi i form av gammastrålning.
- Kärnans masstal förändras inte vid betasönderfall, men fördelningen mellan protoner och neutroner förändras.
- Det finns tre typer av betasönderfall: beta-minus, beta-plus och elektroninfångning.
Kol-14-metoden
Kol-14-metoden används för att datera organiska material. Det mäter nedbrytningen av kol-14 isotopen i organiskt material. Eftersom kol-14 har en känd nedbrytningstid kan man bestämma åldern på materialet genom att mäta mängden kol-14 kvar i det.
