Inhaalproefwerk natuurkunde, wo 26-11-08, 14.00 uur Opgave 1: kwiklamp
Bij straatverlichting wordt gebruik gemaakt van o.a. kwiklampen. Als het licht van een kwiklamp wordt geanalyseerd zie je onder andere lijnen met de kleuren: geel (f = 0,517·1015 Hz), groen (f = 0,548·1015 Hz) en blauw (f = 0,687·1015 Hz). In figuur 4.1 zie je het energieniveauschema van kwik.
a) (3p) Bereken voor alle drie kleuren licht de energie van een foton in eV.
b) (2p) Ga na bij welke overgangen uit het energieschema de drie emissie-lijnen (geel, groen en blauw) horen.
Omdat bij de kwiklamp deze genoemde drie
lijnen de grootste intensiteit hebben, beschouwen we de kwiklamp vanaf nu alsof deze alleen deze drie frequenties uitzendt. Het licht van de kwiklamp valt op een fotocel met een kathode die bedekt is met een laagje natrium (Na).
c) (2p) Leg uit (m.b.v. een gegeven uit BINAS) welke van de genoemde kleuren licht uit de kwiklamp in staat is/zijn om een fotostroom te veroorzaken (dus het foto-elektrisch effect te laten optreden).
d) (4p) Bereken de snelheid waarmee een elektron vrijkomt als het blauwe licht op de Na-kathode valt.
Vervolgens wordt over de fotocel een spanning tussen anode en kathode aangelegd (UAK, zie figuur 4.2). Het verband tussen de aangelegde spanning UAK en de 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.
e) (2p) Leg duidelijk uit waarom bij grote spanning de stroom constant wordt (RS in figuur 4.3)
Dezelfde opstelling wordt nu tegelijkertijd beschenen door twee (identieke) kwiklampen.
f) (2p) 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.
Opgave 2: geheim agent
Op 1 november 2006 werd de Russische overgelopen geheim agent Alexandr Litvinenko met vergiftigingsverschijnselen opgenomen in een Londens ziekenhuis. Op 23 november, 22 dagen na de vergiftiging, stierf hij; onderzoek wees (achteraf) uit dat het isotoop 210Po (Polonium-210) in dodelijke dosis aan hem was toegediend. Hij slikte slechts 0,12 µg van deze stof in tijdens het drinken van thee in het
Londense Millennium Hotel.
3p a) Schrijf de vervalreactie van de isotoop 210Po op.
2p b) Geef twee argumenten waarom 210Po een geschikt isotoop is om iemand mee te
vergiftigen.
3p c) Laat met een berekening zien dat Litvinenko 3,44·1014 atomen 210Po binnen kreeg.
Gebruik daarbij de atoommassa van 210Po uit BINAS25.
3p d) Bereken het aantal atomen 210Po dat in 22 dagen vervallen is.
Heb je bij d) geen antwoord gevonden, reken dan verder met 5,0·1013 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 laat m.b.v. BINAS zien dat een dergelijk dosisequivalent dodelijk is.
Had Litvinenko een Geiger-teller bij zich gehad tijdens het theedrinken in het hotel, dan had hij wellicht zijn dood kunnen voorkomen. De door het 210Po uitgezonden γ-straling gaat immers wel door de thee en de theepot heen en had gedetecteerd kunnen worden.
We gaan ervan uit dat de γ-straling een energie van 0,1 MeV heeft en dat het polonium zich precies in het midden bevindt van de gevulde 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 straling die de theepot tegenhoudt.
3p f) Bereken hoeveel % van de door het 210Po uitgezonden γ-straling door de thee
