Kern- en radiochemie

Vakinformatie

New info

Course taught by Thomas Cardinaels (SCK-CEN) for masters in Chemistry and Physics. The exam for both fields of study is different and corresponds to the parts which both masters follow: Chemistry parts 1 & 2, Physics only part 2. All chemistry students need to elucidate the decay chain of a given radionuclide (5/20 points). Furthermore, questions are asked concerning both parts. A direct quote from professor Cardinaels: "If you master the slides, you can get maximum points on your exam!". Part 1 envelops the fundamental principles of nuclear decay and nuclear physics, part 2 discusses nuclear reactors, general radioactivity and the application of radionuclides in diverse technical fields. The course is quite dense, but very enjoyable!

Oude info

Mastervak gedoceerd door Koen Binnemans met enkele gastcolleges van Thomas Cardinaels (SCK). Gedoceerd in twee delen, deel 2 kan ook gevolgd worden door master Fysica. Het examen bestaat uit een zestal vragen, die beschikbaar zijn op Toledo. Niet al te moeilijk voor 6 studiepunten.

Exam Questions

June 12th 2026

1. 30 Multiple Choice questions ranging from "Fermions & Bosons" to "Why the RBMK reactor in Chernobyl failed"
2. 1 Open Question: Describe the decay series of Tb-152 and Tb-155, for what diagnostic applications can they be used?

June 13th 2025

1. Weiszacker formula given a) explain on what model it is based b) discuss all terms
2. Explain how to shield from all the different types of radiation and how their properties influence the interaction with matter
3. Discuss the preparation of fuel pellets from UO2 powder and fuel rod assembly and discuss what changes occur during the fission process
4. Give all problems that can occur when using trace amounts of radio nuclides and discuss how they can be avoided
5. Nuclide chart exercise: Tb-152m, Tb-152 and Tb-155, also discuss for what diagnostic applications they can be used

June 14th 2024

1. Exercise on the nuclide chart: explain all decay types of Tc-99 and give the daughter radionuclide(s) (Be really thorough in your answer; i.e. give definitions!). Why is Tc-99 interesting for medicinal techniques?
2. Define the stopping power (S) and the linear energy transfer (LET). Discuss their relation and give the parameters affecting the stopping power of target materials (no equation given).
3. Explain all types of gas counters seen during the lectures, how are they different from each other. What type is suitable for measuring gamma decay, are there any other measuring devices?
4. Give the natural decay series for Thorium and Uranium. How are they responsible for natural radiation? Explain how radiation can affect biological matter.
5. Discuss Gen IV-reactors, which are chosen by the ESNII? Explain briefly what Small Modular Reactors are.

16 Juni 2023

1. Oefening Nuclide Chart
2. Elementary particles uitleggen (fermions: quarks and leptons; bosons), welke bestaan er in de natuur? beta+ decay uitleggen op basis van de elementary particles
3. Scintillation detector uitleggen. Welke soorten bestaan er? Welke is geschikt om soft beta decay te meten?
4. Welke reactoren hebben graphite als mediator? Leg het design uit. Welke reactor in België gebruikt graphite als mediator + design uitleggen
5. Welke problemen zijn er met radioactive tracers? Leg uit en hoe kan dit probleem voorkomen worden?

7 Juni 2021

Schriftelijk due to Covid

1. Von weiszacker formule uitleggen
2. Waarvan komt natuurlijke radioactieve straling? Wat is de jaarlijkse limiet? Hoe werd deze bepaald?
3. Teken de nuclear fuel cycle en leg uit wat er gebeurt met het afval in de closed cycle
4. de 4 problemen met radiotracers en hoe los je die op?
5. decay uitleggen van Tb152 en Tb155 en hun medische toepassing

6 juni 2016 namiddag

1. Gegeven: electronspectrum van Cs-137. Verklaar de figuur.
2. Gegeven: Re-188 in de nuclidenkaart. Bespreek het verval van dit nuclide en leg het verband met the theranostische eigenschappen ervan.
3. Waarom wordt UF6 gebruikt in het aanrijkingsproces? Wat zijn de fysicochemische risico's geassocieerd met UF6?
4. Geef 3 voordelen en 3 nadelen voor het gebruik van Th in kernbrandstof.
5. Bespreek het principe achter een radioisotoop thermoelectrische generator. Geef 2 voorbeelden van radionucliden die hiervoor gebruikt kunnen worden. Worden deze nucliden op aarde of in de ruimte gebruikt en waarom.

8 juni 2015 namiddag

1. Formule von weizsäcker bespreken (krijg je) en op welk model is dit gebaseerd, bespreek alle termen
2. Bespreek werking cyclotron, waarom is de energie beperkt, hoe oplossen?
3. Bespreek beschermingsmaatregelen tegen: alfa, beta, gamma en neutronen straling
4. Hoe ga je van UO2 naar pellets, bespreek en geef eigenschappen van pellet in functie van het laden in de naald en de eigenschappen in de kernreactor
5. Welke problemen kunnen er zich voordoen bij gebruik spoorelementen van radionuclide en geef oplossingen

8 juni 2015 voormiddag

1. Verklaar waarom er een onzekerheid bestaat op het atoomgewicht. (isotoopeffect, lood isotopen in natuurlijke gesteenten)
2. • Geef de voorwaarde voor het optreden van een radioactief evenwicht.
   • Is dit een chemisch evenwicht?
   • Geef de voorwaarde van een seculier en transient evenwicht.
   • Geef de vergelijking van een seculier en transient evenwicht.
   • Hoe wordt het transient evenwicht toegepast in de nucleaire geneeskunde, geef een voorbeeld.
3. Bespreek het verval van 110m Ag en 110Ag. Gegeven: overeenkomstig vakje uit nuclidetabel + PSE.
4. Wat is het verschil tussen prompte en uitgestelde neutronen? Op welke manier moet hier worden rekening mee gehouden in een reactor.
5. • Waarom is het molecule UF6 geschikt voor het verrijken van uranium?
   • Wat zijn de risico's van het werken met deze stof?
6. Wat zijn GENIV reactoren?
   • Welke zes categoriën bestaan hierin?
   • Naar welke categorie wordt in België onderzoek gedaan?
   • Wat zijn kleine modulaire reactoren?

6 juni 2014

1. Vergelijk de werkingsprincipes van de volgende typen van detectoren: ionizatiekamer, proportionele detector en Geiger-Müller teller. (specifieke bijvragen over het voltageverloop)
2. • Bespreek de evolutie van het gemiddelde bindingsenergie van nucleonen i.f.v. atoommassa
   • Bespreek massadefect bij atoomkernen
   • Wat is de relatie tussen kernstabiliteit en het aantal neutronen en protonen in een kern?
3. Bespreek de kinetica van het radioactief verval
4. Wat is de samenstelling van het hoogradioactief afval van kerncentrales? Welke opties heeft men voor de verwerking en opslag ervan?
5. Bespreek technische toepassing van radionucliden voor
   • meten van vloeistofpeil
   • volgen van vloeistofstromen in pijpleidingen
   • diktecontrole van gewalst staal
   • sterilisatie
6. • Waarom moet uranium verrijkt worden voor LWR?
   • Hoe voert men de verrijking uit?