NATUURKUNDE - 5 VWO. e) Leg duidelijk uit waarom bij grote spanning de stroom constant wordt (RS in figuur 4.3)

Transcriptie

1 NATUURKUNDE - 5 VWO PROEFWERK H7 11/12/09 Het proefwerk bestaat uit 2 opgaven met samen 12 onderdelen en 36 punten. NB. Je mag GEEN gebruik maken van de CALC-intersect-functie van je GRM! Opgave 1 Kwiklamp (17 p) Kwiklampen worden toepast voor straatverlichting. Bij spectraalanalyse van het licht van een kwiklamp vind je onder andere lijnen met de kleuren geel (f = 0, Hz), groen (f = 0, Hz) en blauw (f = 0, Hz). In figuur 4.1 zie je het energieniveauschema van kwik. a) Bereken voor alle drie kleuren licht de energie van een foton in ev. b) Bereken bij welke overgangen uit het energieschema de drie emissie-lijnen (geel, groen en blauw) horen. Omdat deze drie lijnen de grootste intensiteit hebben, verwaarlozen we andere frequenties. Het licht van de kwiklamp valt op een fotocel met een kathode die bedekt is met een laagje natrium. 2p 4p c) Leg uit (met een gegeven uit BINAS) welke van de drie kleuren in staat is/zijn om een fotostroom te veroorzaken. d) Bereken de snelheid waarmee een elektron vrijkomt als het blauwe licht op de Nakathode valt. Over de fotocel wordt een spanning tussen anode kathode aangelegd (U AK, zie figuur 4.2). Het verband tussen de aangelegde spanning U AK en bijbehorende fotostroom I staat weergegeven in figuur 4.3. Een negatieve spanning in figuur 4.3 is een zogenaamde remspanning: door plus- en minpool van de spanningsbron om te draaien, worden de vrijgemaakte elektronen niet door de anode aangetrokken, maar juist afgestoten/afgeremd. en de e) Leg duidelijk uit waarom bij grote spanning de stroom constant wordt (RS in figuur 4.3)

2 2p Zie ommezijde Dezelfde opstelling wordt nu tegelijkertijd beschenen door twee (identieke) kwiklampen op gelijke afstanden tot de fotocel. f) In de bijlage staat figuur 4.3 vergroot weergegeven. Geef hierin aan hoe het (I,U)-diagram eruitziet bij beschijning door de twee kwiklampen. Licht je antwoord toe en zet je naam op de bijlage. Opgave 2 Moord (19 p) Op 1 november 2006 werd de Russische overgelopen geheim agent Alexandr Litvinenko met vergiftigingsverschijnselen opgenomen in een Londens ziekenhuis. Op 23 november stierf hij, 22 dagen na de vergiftiging. Onderzoek wees uit dat het isotoop 210 Po (Polonium-210) in dodelijke dosis aan hem was toegediend. Hij slikte slechts 10 µg van deze stof in tijdens het drinken van thee met twee Russen in het Londense Millennium Hotel. a) Schrijf de vervalreactie van het isotoop 210 Po op. 2p b) Geef twee argumenten waarom 210 Po een geschikt isotoop is om iemand mee te vergiftigen. c) Laat met een berekening zien dat Litvinenko 2, atomen 210 Po binnen kreeg. Gebruik daarbij de atoommassa van 210 Po uit BINAS25. 4p d) Bereken het aantal atomen 210 Po dat in 22 dagen vervallen is. Heb je bij d) geen antwoord gevonden, reken dan verder met 5, atomen. Alle uitgezonden α-straling werd door het lichaam van Litvinenko geabsorbeerd. Litvinenko had een massa van 70 kg. De weegfactor voor α-straling is 20. 4p e) Bereken het geabsorbeerde dosisequivalent H in Sv, als gevolg van de α-straling, en maak met BINAS aannemelijk dat een dergelijk dosisequivalent dodelijk is. Met een Geigerteller bij de thee had Litvinenko wellicht zijn dood kunnen voorkomen. De γ-straling van 210 Po gaat immers door de thee en de theepot heen en had gedetecteerd kunnen worden. Elk γ-foton van 210 Po heeft een energie van 0,8031 MeV, dus bijna 1,0 MeV. Voor het gemak: het polonium zit precies in het midden van de volle theepot, die een diameter van 15 cm heeft. De γ-straling gaat even goed door thee als door water. De theepot zelf is erg dun, dus we verwaarlozen de absorptie door de wand van de theepot.

3 f) Bereken hoeveel % van de door 210 Po uitgezonden γ-straling door de thee heen komt (en dus gedetecteerd had kunnen worden).

4 BIJLAGE OPGAVE 1 KWIKLAMP NAAM:.

5 Uitwerking Opgave 1 Kwiklamp (16 p) a) E(eV) = 6,626 x 10^-34 f/1,602 x 10^-19 =4,136 x 10^-15 f = 4,136 x f -15 geeft: geel 2,14 ev groen 2,27 ev, blauw 2,84 ev 3 x 1 = b) geel (nivo 5->3, 8,84-6,70=2,14 ev), groen (4->2, 7,73-5,46=2,27eV), blauw (4- >1, 7,73-4,89=2,84 ev) 3 x 1 = c) BINAS 24 Na E_uittree = 2,28 ev dus alleen blauw licht geeft fotostroom d) E_kin = E_blauw E_uittree = 2,84 2,28 = 0,56 ev = 8,96 x 10^-19 J = 0,5 m v^2 m = 9,1 x 10^-31 kg v = wortel (2 E / m ) = 4,44 x 10^5 m/s e) De uit de kathode losgeslagen negatieve elektronen halen door de aantrekkende positieve spanning de overkant (anode) en dragen bij aan de fotostroom Verder opvoeren van de spanning kan niet meer elektronen naar de overkant helpen, ze zijn al geholpen. De foto-emissie is de beperkende faktor. f) Snijpunt met x-as blijft gelijk verder funktie x 2 Opgave 2 Moord (18 p) a) Po -> 4 2 He Pb 2 p optellingen, elt = b) Minieme hoeveelheid al dodelijk of symptomen onduidelijk of.. alfa-deeltjes geabsorbeerd door flesje niet detecteerbaar c) 10 µg = 10 x 10^-6 g. 1 mol Po-210 = 210,0 g = 6,02 x 10^23 atomen, 10 x 10^-6 /210 x 6,02 10^23 = 2,87 x 10^16 atomen d) t1/2 = 138 d; 22 d = 0,159 t1/2 over = 0,5^0,159 = 0,895 fractie (89,5%), dus vervallen 1-0,895 = 0,105 fractie (10,5%) = 0,1046 x 2,87 x 10^16 = 3,0(0) x 10^15 atomen vervallen

6 alternatief: 5,0 x 10^13 atomen vervallen e) x 5,4 MeV = 3,0(0) x 10^15 x 5,4 x 10^6 x 1,6 x 10^-19 J = 2,59 x 10^3 J (alt 4,3x10 J) /70 kg=> 37 Gy (alt 0,06 Gy) x 20 weegfactor = 7,4 x 10^2 Sv (alt 12,3 Sv) BINAS27G => grootste dosislimiet = profs ledematen 0,5 Sv/jaar (of vergelijking met 20mSv) 1500 x max jaar = dodelijk (niet in BINAS, info: trouwens acute dosis van 4,5 Sv = LD50 (helft overlijdt)) f) d = 0,15/2 = 7,5 x 10^-2 m; BINAS 28 E d1/2 water 1,0 MeV benadert 0,8 MeV= 9,8 cm d = 7,5/9,8 = 0,765 d1/2 doorgelaten = 0,5^0,765 = fractie 0,588 = 59%