N
N
ATUURKUNDE
ATUURKUNDE
- 5
- 5
VWO
VWO
I
I
NHAALPROEFWERK
NHAALPROEFWERK
H7 - 17/12/09
H7 - 17/12/09
Het proefwerk bestaat uit 2 opgaven met 12 onderdelen voor
samen 31 punten. Je mag GEEN gebruik maken van de CALC-intersect-functie van
je GRM.
Opgave 1: Sterilisatie (16 p)
Medische artikelen, zoals injectiespuiten en naalden, mogen na gebruik niet zomaar weggegooid worden, omdat ze verontreinigd kunnen zijn met schadelijke micro-organismen. Daarom worden ze eerst gesteriliseerd door ze te bestralen met γ-straling. Een medewerker van een afvalverwerkingsbedrijf vraagt zich bezorgd af of hij de bestraalde artikelen wel mee zal nemen omdat hij bang is dat deze na de behandeling ioniserende straling uitzenden.
a) Leg uit of deze bezorgdheid terecht is of niet. (2p) Als stralingsbron voor het steriliseren wordt kobalt-60 gebruikt.
b) Geef de vervalreactie van kobalt-60. (3p)
De kobaltbron bevat op een bepaalde dag 5,0·1020 atomen kobalt-60. Als het aantal
kobalt-60-atomen in de bron is afgenomen tot 2,0·1020 moet de bron vervangen
worden.
c) Bereken na hoeveel tijd de bron vervangen moet worden. (3p)
De γ-fotonen uit het kobalt-60 maken de micro-organismen onschadelijk. De stralingsdosis ten gevolge van de β-straling wordt in deze opgave buiten beschouwing gelaten.
Om ook de taaiste micro-organismen onschadelijk te maken is een stralingsdosis van minstens 1·104 Gy nodig. Men wil de bestraling niet langer laten duren dan 15
minuten. Het te bestralen micro-organisme heeft een massa van 0,020 µg.
d) Bereken hoeveel stralingsenergie er per seconde (minstens) geleverd moet worden om de gewenste dosis te bereiken.
(3p)
Heb je bij d) geen antwoord gevonden, reken dan verder met een energie van 5,0·10-9 J/s.
De γ-fotonen uit het kobalt-60 hebben elk een energie van 2,0 MeV.
e) Bereken hoeveel γ-fotonen het micro-organisme per seconde minstens moeten treffen.
tekst
Om te voorkomen dat te veel γ-straling de buitenwereld bereikt, wordt het bestralen uitgevoerd in een ijzeren vat.
f) Bereken hoe dik dit vat moet zijn als slechts 5% van de uitgezonden γ-straling door het vat heen mag komen.
(3p)
ZOZ
Opgave 2: Meting fotokathode (15 p)
Een fotocel wordt in een schakeling gezet met een weerstand R van 50 kΩ parallel. Het metaal waaruit de kathode bestaat heeft een uittree-energie van 2,3 eV. Op de kathode vallen fotonen met een energie van 4,1 eV. De ideale stroommeter wijst 70 μA aan, de spanningsmeter 1,5 V.
Volgens de definitie van eV krijgt een elektron dat in een spanningsveld van 1 V wordt versneld krijgt er een energie van 1 eV bij. De algemene formule is Energie = Lading x Spanning, dus E = q. U. Voor het elektron wordt dit E (in Joule) = 1,6 x 10-19 . U (in Volt). Als het spanningsveld de beweging van een elektron tegenwerkt, verliest een elektron deze energie. Bijvoorbeeld in een remmend spanningsveld van 1 V verliest een elektron 1 eV aan energie.
a. Bereken de maximale kinetische energie in eV waarmee de elektronen uit de kathode kunnen ontsnappen (2p)
Heb je bij a) geen antwoord gevonden, reken dan verder met een energie van 2,7 eV.
b. Bereken de kinetische energie in eV die deze elektronen bij het bereiken van de anode hebben (2p)
c. Bereken het aantal elektronen dat per seconde de anode bereikt. (4p)
De aansluitingen met de polen van de spanningsbron worden verwisseld. Dan wordt de spanning vanaf 0 V langzaam opgevoerd.
d. Leg uit waarom hierdoor per seconde een steeds kleiner aantal vrijgemaakte (2p) elektronen de anode bereikt.
e. Bereken bij welke spanning elektronen die met maximale kinetische energie uit de kathode zijn ontsnapt, net niet meer de anode bereiken. (3p)
Heb je bij e) geen antwoord gevonden, reken dan verder met een spanning van 2,5 V.
f. Bereken de stroomsterkte die de stroommeter dan aanwijst. (2p)
UITWERKING proefwerk H7 Opgave 1 (16 p)
a) Bestraald worden wil zeggen dat ioniserende straling op voorwerp valt 1p
Bevat daarna zelf geen radioactieve stoffen, dus zenden geen straling uit. Dus bezorgdheid niet terecht 1p
b) 60
27Co 6028Ni + 0-1e + γ
elektron rechts van de pijl, in juiste notatie 1p
kloppend maken atoomnummer en massagetal 1p gamma-straling erbij 1p c) N(t) = N(0) · (½)t/t1/2 , halveringstijd = 5,27 jaar 1p
2,0·1020 = 5,0·1020 · (½)t/5,27
log 0,4 = t/5,27·log(½) 1p uitwerken: t = 5,27·log(0,4)/log(½) = 7,0 jaar 1p d) 0,020 µg = 0,020·10-9 kg 1p
Eabs = D·m = 1·104 · 0,020·10-9 = 2,0·10-7 J 1p
dus per seconde: 2,0·10-7/(15·60) = 2,22·10-10 J = 2·10-10 J 1p
e) 2,0 MeV = 2,0·106·1,6·10-19 = 3,2·10-13 J 1p
aantal fotonen = 2,22·10-10/3,2·10-13 = 694 = 7·102 1p (met 5,0·10-9J 15625 fotonen = 1,6·104)
f) halveringsdikte ijzer bij 2,0 MeV 2,1 cm 1p I(x) = I(0)· (½)x/d1/2 0,05 = (½)x/2,1 1p x = 2,1 log (0,05)/log(0,5) = 9,1 cm 1p Opgave 2 (16 p) a) Ek,max = 4,1 – 2,3 = 1,8 eV 2p b) Ek,anode = Ek,cathode + e U = 1,8 + 1,5 = 3,3 eV 2p c) door de weerstand R loopt een stroom Ir = 1,5V/50000 Ohm= 30 muA 1p
de stroom door de fotocel = Imeter – Ir = 70 -30 = 40 muA 1p aantal elektronen = 40 muA / 1,6 10^-19 = 2,5 10^14 2p d) elektronen worden door de toenemende remspanning steeds meer
weerhouden van de oversteek naar de anode. 2p
e) Ek anode = Ek, kathode – q . U => U = 1,8 V 3p
f) anode net niet gehaald => Ekin, anode = 0 J. Geen stroom door fotocel. 3p Ir = Imeter = 1,8 V / 50000 Ohm = 36 muA
