Unit 6: Nuclear Physics (அணுக்கரு இயற்பியல்)
அலகு 6: அணுக்கரு இயற்பியல் — Tamil Nadu Samacheer Kalvi Book Back Answers & Solutions
Complete verified book-back solutions for Nuclear Physics: natural & artificial radioactivity, alpha/beta/gamma ray properties, Soddy-Fajans displacement laws, nuclear fission & chain reactions, nuclear fusion, stellar energy, and applications of radioisotopes in medicine, agriculture, and industry.
இயற்கை மற்றும் செயற்கைக் கதிரியக்கம், ஆல்ஃபா/பீட்டா/காமா கதிர்களின் பண்புகள், சோடி-ஃபாஜன்ஸ் இடப்பெயர்ச்சி விதி, அணுக்கரு பிளவு மற்றும் தொடர்வினை, அணுக்கரு இணைவு, விண்மீன் ஆற்றல், மற்றும் கதிரியக்க ஐசோடோப்புகளின் பயன்பாடுகளை உள்ளடக்கிய முழுமையான விடைக்குறிப்புகள்.
📐 Important Formulas & Laws Quick Revision
-
Alpha (α) Decay (ஆல்ஃபா (α) சிதைவு):
ZX^A ⟶ (Z-2)Y^(A-4) + ₂He⁴Mass number decreases by 4, atomic number decreases by 2. -
Beta (β) Decay (பீட்டா (β) சிதைவு):
ZX^A ⟶ (Z+1)Y^A + ₋₁e⁰Mass number remains unchanged, atomic number increases by 1. -
Gamma (γ) Decay (காமா (γ) சிதைவு):
ZX^A* ⟶ ZX^A + γ (photons)Neither atomic number nor mass number changes; nucleus transitions from excited to ground state. -
Einstein's Mass-Energy Equivalence (ஐன்ஸ்டீனின் நிறை - ஆற்றல் சமன்பாடு):
E = m × c²m = defect in mass (kg), c = speed of light (3 × 10⁸ m s⁻¹). -
Radioactivity Unit Conversions (கதிரியக்க அலகுகள் மாற்று விகிதம்):
1 Curie = 3.7 × 10¹⁰ Bq | 1 Rutherford = 10⁶ Bq | 1 Bq = 1 disintegration/sSI unit of radioactivity is Becquerel (Bq).
Part I: Choose the Correct Answer (1 Mark)
1. Who discovered natural radioactivity?
இயற்கைக் கதிரியக்கத்தைக் கண்டறிந்தவர் யார்?
- (a) Marie Curie
- (b) Henri Becquerel ✓ (Correct Answer)
- (c) Rutherford
- (d) Wilhelm Roentgen
2. Which radioactive material is present in the ore of pitchblende?
பிட்ச்பிளண்ட் (Pitchblende) தாதுவில் காணப்படும் கதிரியக்கத் தனிமம் எது?
- (a) Thorium
- (b) Polonium
- (c) Uranium ✓ (Correct Answer)
- (d) Lead
3. Which of the following has the greatest penetrating power?
கீழ்க்கண்டவற்றுள் மிக அதிக ஊடுருவும் திறன் கொண்டது எது?
- (a) Alpha rays
- (b) Beta rays
- (c) Gamma rays ✓ (Correct Answer)
- (d) Protons
4. Kamini nuclear reactor is located at ________.
காமினி (Kamini) அணுக்கரு உலை அமைந்துள்ள இடம் ________.
- (a) Kalpakkam ✓ (Correct Answer)
- (b) Kudankulam
- (c) Mumbai
- (d) Rajasthan
5. Gamma radiations are dangerous because ________.
காமா கதிரியக்கம் ஆபத்தானது, ஏனெனில் அது ________.
- (a) it affects eyes and bones
- (b) it affects tissues only
- (c) it produces genetic disorders and mutations ✓ (Correct Answer)
- (d) it produces enormous amount of heat
6. ________ aprons are used to protect personnel from harmful gamma radiations.
காமா கதிர்களிலிருந்து நம்மைப் பாதுகாக்க ________ மேலாடைகள் பயன்படுகின்றன.
- (a) Lead oxide
- (b) Iron
- (c) Lead ✓ (Correct Answer)
- (d) Aluminium
Part II: Fill in the Blanks (கோடிட்ட இடங்களை நிரப்புக)
1. The SI unit of radioactivity is ________.
கதிரியக்கத்தின் SI அலகு ________.
Answer: Becquerel (Bq) (பெக்கோரல் (Bq))
2. The radioisotope of ________ helps to increase the productivity of crops.
பயிர்களின் உற்பத்தியை அதிகரிக்கப் பயன்படும் கதிரியக்க ஐசோடோப்பு ________.
Answer: Phosphorus (Radio Phosphorus P-32) (பாஸ்பரஸ் (கதிரியக்க பாஸ்பரஸ்-32))
3. Nuclear fusion is possible only at an extremely high temperature of the order of ________ K.
அணுக்கரு இணைவு ________ K என்ற மிக அதிக வெப்பநிலையில் மட்டுமே சாத்தியமாகும்.
Answer: 10⁷ to 10⁹ K (approximately 10⁸ K) (10⁷ முதல் 10⁹ K)
4. If the radiation exposure is 100 R (Roentgen), it may cause ________.
கதிரியக்கப் பாதிப்பு 100 R ஆக இருக்கும்போது அது ________ ஏற்படுத்துகிறது.
Answer: fatal diseases like leukemia (blood cancer) (ரத்தப் புற்றுநோய் (லுகேமியா))
Part III: State True or False with Statement Correction (சரியா? தவறா?)
1. Plutonium-239 is a fissionable material.
புளூட்டோனியம்-239 ஒரு பிளவுக்குட்படும் பொருள் ஆகும்.
✓ TRUE (சரி)
2. Elements having atomic number greater than 83 can undergo nuclear fusion.
அணு எண் 83-ஐ விட அதிகமாகக் கொண்ட தனிமங்கள் அணுக்கரு இணைவுக்கு உட்படலாம்.
✗ FALSE (தவறு)
3. During one nuclear fission of Uranium-235, on an average, 2 to 3 neutrons are produced.
ஒரு யுரேனியம்-235 அணுக்கரு பிளவின் போது சராசரியாக 2 முதல் 3 நியூட்ரான்கள் வெளியாகின்றன.
✓ TRUE (சரி)
4. Einstein's theory of mass-energy equivalence is used in nuclear fission and fusion.
ஐன்ஸ்டீனின் நிறை-ஆற்றல் சமன்பாடு அணுக்கரு பிளவு மற்றும் அணுக்கரு இணைவில் பயன்படுகிறது.
✓ TRUE (சரி)
Part IV: Match the Following (பொருத்துக)
- BARC (BARC) ➔ Mumbai
- India's first atomic power station (இந்தியாவின் முதல் அணுமின் நிலையம்) ➔ Tarapur
- IGCAR (IGCAR) ➔ Kalpakkam
- First nuclear research reactor in India (இந்தியாவின் முதல் ஆராய்ச்சி அணு உலை) ➔ Apsara
- Fe-59 (Radio-Iron) (Fe-59) ➔ Diagnosis of anemia
- I-131 (Radio-Iodine) (I-131) ➔ Thyroid disease treatment / goitre
- Na-24 (Radio-Sodium) (Na-24) ➔ Functioning of heart / blood clot detection
- C-14 (Radio-Carbon) (C-14) ➔ Carbon dating / age of fossils
Part V: Assertion and Reason (கூற்றும் காரணமும்)
Question 1:
Assertion (A): A neutron impinging on U-235 splits it to produce Barium and Krypton.
Reason (R): U-235 is a fissile material.
Correct Answer: (a) Both assertion and reason are true and reason is the correct explanation of assertion
U-235 is a fissile isotope that readily captures a slow neutron and fissions into daughter nuclei (Ba-141 and Kr-92) plus 3 neutrons and 200 MeV energy.
Question 2:
Assertion (A): Control rods in a nuclear reactor are known as 'neutron-seeking rods'.
Reason (R): Control rods absorb excess neutrons to maintain a sustained and controlled chain reaction.
Correct Answer: (a) Both assertion and reason are true and reason is the correct explanation of assertion
Cadmium and Boron rods have very high neutron capture cross-sections. By inserting or withdrawing them, operators control the multiplication factor k = 1.
Part VI: Short Answer Questions — 2 Marks (சுருக்கமான விடையளி)
Q1. State Soddy and Fajans' displacement laws of radioactivity.
சோடி மற்றும் ஃபாஜன்ஸின் கதிரியக்க இடப்பெயர்ச்சி விதிகளைக் கூறுக.
- 1. Alpha decay law: When a radioactive nucleus emits an alpha (α) particle, its mass number decreases by 4 and its atomic number decreases by 2 (ZX^A ⟶ (Z-2)Y^(A-4) + ₂He⁴).
- 2. Beta decay law: When a radioactive nucleus emits a beta (β) particle, its mass number remains unchanged and its atomic number increases by 1 (ZX^A ⟶ (Z+1)Y^A + ₋₁e⁰).
Q2. Define critical mass in nuclear fission.
மாறுநிலை நிறை (Critical mass) வரையறு.
- The minimum mass of fissile material required to sustain a self-propagating nuclear chain reaction is called 'critical mass'.
- It depends on the nature, density, shape, and purity of the fissile material.
Q3. Define one Roentgen.
ஒரு ராண்ட்ஜன் (Roentgen) வரையறு.
- One Roentgen is defined as the quantity of radioactive radiation (X-rays or gamma rays) which produces 2.58 × 10⁻⁴ Coulomb of electric charge in 1 kg of dry air at standard temperature and pressure (STP).
Q4. What is stellar energy?
விண்மீன் ஆற்றல் (Stellar energy) என்றால் என்ன?
- The enormous amount of energy emitted continuously by stars (including the Sun) in the form of light and heat is called stellar energy.
- It is produced by thermonuclear fusion reactions (proton-proton cycle) converting hydrogen into helium at core temperatures exceeding 10⁷ K.
Part VII: Long Answer Questions — 5 / 7 Marks (விரிவான விடையளி)
Q1. Compare the properties of alpha, beta, and gamma radiations.
ஆல்ஃபா, பீட்டா மற்றும் காமா கதிர்களின் பண்புகளை ஒப்பிடுக.
1. Nature and Charge
- Alpha (α): Helium nuclei (₂He⁴), carries +2e positive charge.
- Beta (β): Fast moving electrons (₋₁e⁰), carries -e negative charge.
- Gamma (γ): Electromagnetic waves (photons), zero charge (neutral).
2. Ionizing Power
- Alpha (α): Very high ionizing power (100 times beta, 10,000 times gamma).
- Beta (β): Moderate ionizing power.
- Gamma (γ): Very low ionizing power.
3. Penetrating Power
- Alpha (α): Very low penetrating power; stopped by a thin sheet of paper.
- Beta (β): Moderate penetrating power; penetrates thin foil, stopped by a few mm of aluminum.
- Gamma (γ): Extremely high penetrating power; penetrates human body and thick lead blocks.
4. Effect of Electric and Magnetic Fields
- Alpha (α): Deflected towards negative plate.
- Beta (β): Deflected towards positive plate (deflection is larger than alpha).
- Gamma (γ): Not deflected (neutral).
Q2. What is a nuclear reactor? Explain its essential parts with their functions.
அணுக்கரு உலை என்றால் என்ன? அதன் முக்கிய பாகங்களையும் அவற்றின் செயல்பாடுகளையும் விவரி.
1. Definition
- A nuclear reactor is a device in which nuclear fission takes place in a controlled, self-sustaining chain reaction to generate usable electrical power.
2. Essential Components
- 1. Nuclear Fuel: Fissile material like U-235 or Pu-239.
- 2. Moderator: Slows down fast fission neutrons to thermal speeds. Example: Heavy water (D₂O) and graphite.
- 3. Control Rods: Absorbs excess neutrons to regulate or stop the chain reaction. Example: Cadmium (Cd) or Boron (B) rods.
- 4. Coolant: Removes the tremendous heat generated in the reactor core to a heat exchanger. Example: Ordinary water, heavy water, or liquid sodium.
- 5. Radiation Shield: Thick concrete wall (2 to 2.5 meters) with lead lining to prevent hazardous radiation from leaking into the environment.
Part VIII: Solved Problems Corner / Numerical Calculations
Problem 1: A cobalt specimen emits induced radiation of 75.6 millicurie per second. Convert this disintegration into Becquerel (1 Curie = 3.7 × 10¹⁰ Bq).
ஒரு கோபால்ட் மாதிரி வினாடிக்கு 75.6 மில்லிகியூரி தூண்டப்பட்ட கதிர்வீச்சை உமிழ்கிறது. இதனை பெக்கோரலாக மாற்றுக (1 கியூரி = 3.7 × 10¹⁰ Bq).
Problem 2: The mass number of a radioactive element is 232 and its atomic number is 90. When this element transforms into an isotope of lead with mass number 208 and atomic number 82, determine the number of alpha and beta decays.
ஒரு கதிரியக்க தனிமத்தின் நிறை எண் 232, அணு எண் 90. இது சிதைவுற்று நிறை எண் 208 மற்றும் அணு எண் 82 கொண்ட காரீய ஐசோடோப்பாக மாறினால், இதில் நிகழ்ந்த ஆல்ஃபா மற்றும் பீட்டா சிதைவுகளின் எண்ணிக்கையைக் கணக்கிடுக.