WE 331/4 - Biofizik Sinaran

Transkripsi

1 UNIVERSITI SAINS MALAYSIA Peperiksaan Semester Pertama Sidang Akademik 2004/2005 ktober 2004 WE 331/4 - Biofizik Sinaran Masa : 3 jam Sila pastikan bahawa kertas peperiksaan ini mengandungi SEMBILAN muka surat yang bereetak sebelum anda memulakan peperiksaan ini. Jawab EMPAT soalan sahaja. Kesemuanya wajib dijawab dalam Bahasa Malaysia.

2 -2-1. (a) Bincangkan proses-proses reputan melalui : (i) pancaran R+ (ii) tawanan elektron. (b) Bincangkan secara ringkas keseimbangan sekular dan keadaan tiada keseimbangan. Lakarkan gambarajah aktiviti dengan masa bagi nukleus induk dan nukleus anak bagi setiap kes. (30/100) (c) Suatu sumber radium mengandungi 50 mg 288 Ra dan masa setengah hayatnya t1,2 =1602 tahun. (i) Hitungkan pemalar reputan bagi Ra (ii) Hitungkan nilai purata hayat (iii) Berapakah bilangan atom Ra yang terkandung dalam sumber? (iv) Hitungkan masa tm untuk anak nukleus 8262Rn menjadi maksimum (ti/2 = 3.82 hari). nukleusnya sifar. Anggapkan pada masa t = 0, aktiviti anak (v) Hitungkan aktiviti dan bilangan atom 222Rn 86 pada masa tm. (50/100) 2. (a) Bincangkan secara ringkas proses fotoelektrik, Compton dan penghasilan pasangan. (b) Nyatakan jenis saling tindakan yang berlaku antara foton yang bertenaga 1 MeV dengan jirim karbon. Berikan kepentingan relatif bagi setiap saling tindakan itu. (c) Hitungkan tenaga purata yang dipindahkan pada karbon jika fluens fotonnya 106 cm" dan ketebalan karbonnya 10" 2 gcm2. (30/100) (d) Bacaan berikut bagi serapan sinar gama didapati dengan menggunakan penyerap plumbum : Ketebalan plumbum (mm) Bilangan per minit (i) Tentakan pekali pengecilan linear dan pekali pengecilan jirim.

3 - 3- (ii) Nyatakan ciri-ciri berkaitan dengan tenaga sinar gama. ppb = 11.3 gcm 3 Berat atom plumbum = (30/100) 3. (a) Bi cangkan perbezaan di antara kerma dan dos serapan. (20/100 (b) Bi pe cangkan kepentingan gukuran dedahan. seimbangan zarah bercas (CPE) dalam (c) (d) N Flu3 (i) (ii) atakan anggapan-anggapan yang digunakan dalam teorem Bragg-Gray. ens foton pada suatu titik P ialah 101 foton m-2. Tenaga fotonnya ev. Hitungkan tenaga fluens, dedahan dan dos serapan dalam udara pada titik P. Hitungkan bilangan pasangan ion yang dihasilkan jika dedahan itu dibaca dari kebuk pengionan (ion chamber) yang mengandungi 0.6 cc udara. [pudara = kgm3 pada STP] ur 1 = J C" 2 udara (iii) Katakan dosimeter memenuhi syarat Bragg-Gray, hitungkan dos dalam dinding yang dibina dari Teflon e = x 10" 19 C (40/100) 4. (a) Ba dingkan pengesan semikonduktor Ge(Li) dengan pengesan NaI(Ti) (b) Ka akan 4 MeV sinar 7 melalui pengesan NaI(U). Lakarkan spektrum differensial yang didapati. Berikan nama yang sepadan dengan setiap puncak dan jelaskan proses-proses berkenaan dengan setiap puncak. Hitungkan tenga yang berkaitan dengan puncak itu. (40/100)

4 4 (c) Suatu sampel mengandungi suatu kuantiti kromium. Sampel itu disinari dengan fluks neutron terma 1011 n/cm2/saat untuk satu minggu. 51Cr yang dihasilkan memancarkan sinar y yang bertenaga MeV dan setengah hayatnya 27.8 hari. Kebarangkalian bagi pemancarannya ialah Suatu pembilang yang kecekapannya 10% mengesan 600 bilangan per minit bagi sinar y itu. Hitungkan jisim kromium yang wujud di dalam sampel asal. 5 Cr+on --> 51 Cr + y a = 13.5 barn 50Cr hanya membentuk 4.31% daripada kromium asli yang wujud di bumi. 1 barn = 10" 28 m2. (40/100) 5. (a) Bincangkan kesan `tindakbalas terus' dan kesan `tindakbalas bukan terus' dalam sel maut. Huraikan dengan teliti bagaimana suatu lengkung penghidupan bagi sel mammalia (mammalian cell survival curve) didapati merujuk pada dos sinaran. Label semua parameter yang penting dalam lengkung itu. (30/100) (c) Bagi dos serapan 200 cgy, nisbah penghidupan bagi sel untuk sinar y dan zarah a masing-masing adalah 0.1 dan Mengapakah nisbah penghidupannya berbeza walaupun dos serapannya sama? Terangkan. (25/100) (d) Huraikan kesan-kesan yang manusia boleh dapat dari sinaran dos rendah. Nyatakan langkah-langkah yang dilakukan untuk mengurangkan dos dari luar dan dalam bagi pekerja sinaran. (25/100)

5 Energy-wavelength conversion : Exposure conversion : 1 kg = X MeV 1 amu = MeV Electron rest mass = MeV Proton rest mass = MeV Neutron rest mass = MeV 1 electron volt (ev) = X 10- ' 9 J = X erg 1 joule (J) = 107 erg 1 coulomb (C) = X 109 esu 1 gray (Gy) = 1 J/kg = 102 rad = 104 erg/g 1 sievert (Sv) = 1 J/kg X 10-6 ev m kev A 1 roentgen (R) = 2.58 X 10-4 C/kg 1 C/kg = 3876 R

6 6 Photon Energy (Mev) Compton With an Without Coherena Q U + aar 4a Carbon, Z = 6 Multiply data by to get cm 2/6 or by to get m2/kg a~ak~ Photoelectric at " sknuc Electron. Pair akelcc Total Without vithcut Coherent r ' : AR

7 Air (Dry) ENERGY STPPING PWER CSDA RADIATIN DEHS.EFF. CLLISIN RADIATIE TTAL RANGE YIELD CRR. (DELTA) MeV MeV caz/g MeV cat/g MeV cal/q g/cat E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E- AT 4.202E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E ' E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E " E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E+01

8 8 Teflon ENERGY STPPING PWER CSDA RADIATIN DENS.EFF. CLLISIN RADIATIE TTAL RANGE YIELD CRR. MeV MeV ca Z/ g (DELTA) MsV caz/9 NV caz/9 9/caZ E E E E E+i E E E ' _Z00E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E ' E E E E E E E E E E E E E E E E E E E : E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E= E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E+C 4.509E E E E E E E E3E E E E E E E SE E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E+i 1.687E E E E E E E E E E+00 2_ E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E+00 1_ E E E E E E E E E+00

9 Q C n N M Ln M to -+ u d" - _v ND Q _ eh 94 N M u') "0 M u) -.~ ~-r d- - V L d, C) t` M ID t- M -"+ td tr) d'. t` to to q l.^. t` in el" C) ~' u') M N td to [~ C) --1 r~ d- K : N N N N N N N " C L t\ td to M. Cn en cn. CM M N N N N " " -" C ' C " C C C C "-, "" d- td M cv to to to t\ d- r~ to td q q CY t` t\ M M C) C) - CV N N --~ ~ d" t'n N N N tv (= = to Q) td M en M M M M N N N N r" -+ C. (D C :. C C C C t- ed- M C7 to to to td t~ m C) N n C d- C C) ) t- 00 C M 11, %D N t\ to M --4 ) t` el- CV CV N ^ ~ ~ L. to em M en M N CV CV C C (D C r N tr).-, to t~ ef- L ) M t- t~ C) Q ) 00 '-+ --, d" td N C t~ d- --. t. to tr) td C) M M M M Cn M M 'M M N N N N CV " " r+ tu N d- t-.. M '" M CV u CD. n [- to.-+ to n to r r N N '44 M...._eh).M U:J" :. C. --1_.~_.-,._" N_....0_ to l- _.... ~ C4-. ) to Cn M M M M M M M LY CY N N C-4 RS N er t- M -. ' oo.oo ooo 000o o E 6-4 a C)tnN D 4.Q e N.-+ to M -~ en d' CY N to to n d" n M C).r~ 'd- N N C) to em n 00 Ln M C) C r- to to eh M M N N N N M M t- C) In M CY N td C*f (D 0=0= t" N td t- t- C) co C) rr C) N t~- td '.+ td t- N t\ -.4 N 47 r CA rr N N N M N N to LV 00 td C CV N M M M M M M CV Cwt N C4. - -i t\ CV to --t + em --~,., 4Z t, % CY td t_ n C) C (M --. '." e!+ CV C) f -'+ CV to. to n C). - N CV N." 04 C) C) to to N C n C) C -"y d" td er to N CY N N M M M M M td M N CV N N " t~ CV u) -4 ' - d, r+ 0 0 (D.,!\ to to u) "-~ --. t\ C) td "%I- to Ln en to CD en I- en C14 --'~ n n GY n to M..-+ to td q t~ Q) C d+ ~ -.41 CV C) r- N td t~ M CV CV N r, to d- M M M N CV N. (D 4 --" ts0 w n -~ d' v td N to --i 00 td +n - en WD d" d- M N C d " m t- M L C N N ^1 CV C to to to C C) C) C) N N N N t~ Cwt C C d" d- to t1) M N N N C Lo d- ew N 00 t- to u) C C to d-." 4 C w --. t~ -- d+ td N tr) --+ ef- -" td to et' fl- to t- to C) C l td t- C) td C d- M to 111) C) C) = = to V) t` td I- td tr) sr) d- M N N N CV N N N N N C%t N N N -- '." ^- C C C C. C C C r.... C C C- w..i d' td to to t` M Lo - C C M -, N M o d o 0 d- 00 d, t' to 00 td t~ tl% tt) td d' t- t`.d- C td N M M to td M -. -d" to r an CV d- Cr cd U') M ^t C) t- td U1 d, M M N CV CV N CV N - - C C C C :r C ^. C C C C C3 C C C C C C C C d- to '1^. ^^ C C o C IN C') d- to n s) C C ^v C C r. C C -: -- N M d- to to C