81. 다음 중 중성자에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 중성자는 질량이 1.0087 u인 소립자이다.
② 자유중성자의 평균 수명은 약 15초이다.
③ 핵 밖에 있는 중성자는 불안정하여 양성자와 전자로 붕괴한다.
④ 중성자는 전하가 없어 양전하를 띤 핵 속에 쉽게 들어갈 수 있다.
2.
자유 중성자는 베타붕괴하여 양성자로 붕괴하는데 반감기는 10분정도이다.
평균수명은 반감기를 ln2 로 나누어 구할 수 있고, 약 14분이다.
4. 중성자는 전하가 없어 쿨롱반발력 없이 원자핵에 들어갈 수 있다.
정답 : 2
82. 다음 중 베타붕괴에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 양전자 붕괴 전ㆍ후 궤도 전자의 수는 변하지 않는다.
② 베타붕괴 중 양전자 붕괴는 전자포획과 경쟁적으로 일어난다.
③ 베타 방사선의 연속스펙트럼은 주로 페르미(Fermi) 함수에 따라 결정한다.
④ 음전자 붕괴 반중성미자를 방출하며, 양전자 붕괴 시는 중성미자를 방출한다.
1
양의 베타붕괴를 하면 원자번호가 1 감소한다.
원자번호가 1 감소하므로, 궤도전자도 1개 이탈한다.
2.
전자포획 : 양베타붕괴를 하는 대신에, 궤도전자 1개를 양성자가 포획하여 중성자가 되고, 원자번호가 1 줄어드는 현상.
전자포획과 양베타붕괴는 서로 경쟁적으로 일어난다. 보통 Z가 높을수록 전자포획의 비율이 더 높아진다.
3.
베타의 에너지분포는 연속스펙트럼인데, 페르미 함수에 의존한다. 페르미 함수는 베타와 핵의 상호작용을 보정해주는 함수이다.
4.
음의 베타 붕괴
$$n \rightarrow p + \beta^{-} + \bar{\nu}$$
$ \bar{\nu}$ : 반중성미자
양의 베타 붕괴
$$p \rightarrow n + \beta^{+} + \nu$$
$\nu$ : 중성미자
정답 : 1
83. 다음 중 저지능(Stopping power)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 저지능은 하전입자에 대해서만 정의된 개념이다.
② 물질의 저지능은 물질의 원자번호(Z)에 비례한다.
③ 양성자의 경우 물의 저지능은 약 2 MeV 근처에서 최대값을 가진다.
④ 물에 대한 1 MeV 알파입자의 질량저지능은 1 MeV 양성자의 질량저지능보다 크다.
저지능 : 하전입자가 매질 속에서 에너지를 잃는 정도를 나타낸 것으로, 단위길이 진행당 잃는 에너지이다.
저지능은 Bethe의 공식으로 표현이 된다.
B - C 구간에 대해서 간략하게 표현하면 다음과 같다.
$$S \propto \frac{q^2}{v^2}NZ = \frac{q^2}{v^2} \frac{\rho N_A}{A}Z$$
S : 저지능
q : 전하량
v : 하전입자 속도
N : 매질 원자밀도
Z : 매질 원자번호
NZ : 매질의 전자밀도
위식을 보면, 저지능은 Z/A에 비례하는데, 이 값은 낮은 원자번호에서는 1/2 정도이지만, 높은 원자번호로 갈수록, 중성자가 더 많아지므로 점점 감소한다.
즉, 원자번호가 증가할수록 저지능은 낮아진다.
A-B 구간은 Bethe 공식의 가정이 성립하지 않는 영역이다.
C를 넘어서는 구간에서는 상대론적인 효과 때문에 에너지가 증가해도 속도가 크게 증가하지 않는 영역이다.
3. 양성자의 저지능은 그래프상으론 1 MeV 정도에서 가장 큰걸로 보인다.
4. 알파의 저지능이 양성자보다 크다. 그 이유는 질량이 커서 같은 에너지라면 속도가 느리고, 전하량이 더 크기 때문이다.
정답 : 2
84. 다음 방사선검출기 중 검출원리가 같은 검출기로 짝지어지지 않은 것은?
① 전리함, 반도체검출기
② 섬광검출기, OSL 선량계
③ 반도양자검출기, BF3검출기
④ 고체비적검출기, 바이오마커
1. 전리함은 기체전리, 반도체검출기는 고체전리의 원리를 이용한 것이다.
2. 섬광검출기와 OSL 둘 모두 여기현상을 이용한 것이다.
3. 반도양자검출기와 BF3 모두 중성자의 핵반응을 이용한 검출기이다.
4. 고체비적검출기는 결함 유발. 바이오마커는 DNA, 염색체의 손상 정도를 관찰하는 것이다.
정답 : 4
85. 다중채널분석기(MCA)를 이용하여 Na-22를 분석하였을 때 나타나는 에너지 피크 중 에너지가 가장 낮은 것은?
① 소멸감마선 피크 ② 이중이탈피크 ③ 단일이탈피크 ④ 콤프턴단애
Na-22의 감마에너지는 1275 keV이다.
감마에너지가 광전흡수될 때 나오는 광전자에 의한 신호가 전에너지 피크이고 1275 keV이다.
컴프턴산란할 때, 컴프턴 전자의 에너지는 연속적이다. 그 중 가장 큰 컴프턴 전자의 에너지는, 광자가 180도로 산란될 때이다.
이 에너지가 컴프턴단애(edge) 이고 그 값은
$$ E = h\nu - \frac{h\nu}{1+\frac{h\nu}{m_ec^2}(1-cos(2\pi))} = 1062 keV$$
감마가 쌍생성 반응을 한 다음, 양전자가 소멸하면서 511keV 에너지를 가지는 소멸감마선 2개를 낸다.
이 소멸감마선 두개가 검출기와 반응하지 않고 모두 빠져나가면 이중이탈피크이고,
1275 - 2*511 = 253 keV 이다.
1개만 빠져나가고 1개는 검출기에서 반응한다면 단일이탈피크이고
1275 - 511 = 764 keV 이다.
아주 저에너지쪽에는 2차전자들이 생성하는 X선으로 인한 X선 영역이 있다.
그 소멸감마선이 검출된 것이 소멸감마선 피크이고 에너지는 511 keV 이다.
150 ~ 200 keV 영역 즈음에 언덕이 생기는데, 이는 검출기 뒤쪽 주변부와 컴프턴산란한 광자가 후방산란되었을 때 검출기로 다시 들어와서 생기는 후방산란 영역이다.
보기 중에서는 이중이탈피크의 에너지가 가장 낮다.
정답 : 2
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