Ero sivun ”Fysiikan oppikirja/Ydin ja ydinsäteily” versioiden välillä
Poistettu sisältö Lisätty sisältö
Ei muokkausyhteenvetoa |
Ei muokkausyhteenvetoa |
||
Rivi 1:
==Atomi ytimen rakenne==
Atomin ytimessä (nukleonissa) on [[w:Protoni|protoneja]] ja [[w:Neutroni|neutroneja]]. Koska protonien sähkövaraus on positiivinen ja ne hylkivät toisiaan, ytimen pitäisi hajota sähköisesti. Näin ei kuitenkaan käy, vaan atomin ydintä pitää koossa ytimen hiukkasten välinen vahva vuorovaikutus. Se on paljon voimakkaampi kuin sähköinen vuorovaikutus. Neutronit ovat varauksettomia, joten niihin ei kohdistu sähköisiä poistovoimia. Kuitenkin vahva vuorovaikutus pitää myös neutroneja paikoillaan, joten neutronit ovat sitoutuneet ytimeen lujemmin kuin protonit. Samasta syystä neutronit ovat välttämättömiä suurten ytimien koossapysymiseksi. Vahva vuorovaikutus on hyvin lyhyillä etäisyyksillä — alle 0.4 fm (femtometri, 1*10<sup>-15</sup> m) — poistovoima, mutta kauemmaksi mentäessä se muuttuu vetovoimaksi, kunnes noin 2 fm etäisyydellä voima alkaa heiketä voimakkaasti.
Koska vahva vuorovaikutus heikkenee nopeasti, ei suurissa ytimissä synny ytimen vastakkaisilla puolilla olevien nukleonien välille voimakasta vetovoimaa, mikä on yksi syy siihen, että raskaiden ydinten rakenne on löyhempi kuin keveiden ydinten.
Fissiossa ydin halkeaa kahdeksi pienemmäksi ytimeksi ja osa sen ydinpotentiaalista vapautuu ja muuttuu lämpöenergiaksi.
Ytimen massavaje: <math> \triangle m = Zm_p + Nm_n + Zm_e - m</math></br>
, jossa m<sub>p</sub> on protonin massa, m<sub>n</sub> neutronin massa, m<sub>e</sub> elektronin massa ja m atomin massa
Reaktiossa vapautuva energia: <math>Q = \triangle mc^2</math></br>
,jossa Δm on massavaje ja c valonnopeus. 1u = 931.49MeV/c<sup>2</sup>.
==Radioaktiivinen hajoaminen ja säteily==
Rivi 36 ⟶ 45:
Beetahajoamisessa ydin lähettää joko elektronin ja antineutriinon (<big>β<sup>-</sup></big> -hajoaminen) tai positronin ja neutriinon (<big>β<sup>+</sup></big> -hajoaminen). <big>β<sup>-</sup></big> -hajoamisen tapauksessa yksi ytimen neutroneista muuttuu protoniksi, ja ydin emittoi elektronin ja antineutriinon. <big>β<sup>+</sup></big> -hajoamisessa protoni muuttuu vastaavasti neutroniksi, ja ydin emittoi positronin ja neutriinon. Massaluku pysyy kummassakin tapauksessa samana, mutta <big>β<sup>-</sup></big> -hajoamisessa protoniluku kasvaa yhdellä ja <big>β<sup>+</sup></big> -hajoamisessa pienenee yhdellä.
<big>β<sup>-</sup></big> hajoamisreaktio: <math> n \rightarrow p + e^- + \overline{\nu} \quad TAI \quad {}_0^1\!n \rightarrow {}_1^1\!p + {}_{-1}^{~~0}\!e + \overline{\nu}</math> (neutronista syntyy protoni, elektroni ja antineutriino)</br>
Rivi 41 ⟶ 52:
<big>β<sup>+</sup></big> hajoamisreaktio: <math> p \rightarrow n + e^+ + \nu \quad TAI \quad {}_1^1\!p \rightarrow {}_0^1\!n + {}_{+1}^{~~0}\!e + \nu</math> (protonista syntyy neutroni, positroni ja neutriino)
[[Kuva:Beta_decay.jpg|250px|Beetasäteily]]
===Gammasäteily===
Rivi 56 ⟶ 73:
[[Kuva:Gamma_Decay.svg|250px|Gammasäteily]]
===Gammasäteilyn vaimeneminen===
Puoliintumispaksuudeksi (d<sub>1/2</sub>) kutsutaan väliaineen paksuutta joka vähentää gammasäteilyn puoleen alkuperäisestä.
Gammasäteilyn heikennyslaki:
<math> I ~ = ~ I_0 e^{- \mu x}</math></br>
,jossa x on ainekerroksen paksuus ja μ on matkavaimennuskerroin.
Matkavaimennuskertoimen yksikkö on <math>{1 \over m}</math>.
Puoliintumispaksuuden johtaminen heikennyslaista:
<math> I = I_0 {1 \over 2} ~ ja ~ x = d_{1/2}</math>
<math> I_0 {1 \over 2} = I_0 e^{- \mu d_{1/2}} ~ \big\| ~ :I_0</math>
<math> {1 \over 2} = e^{- \mu d_{1/2}} ~ \big\| ~ xln </math>
<math> ln {1 \over 2} = - \mu ~ d_{1/2} ~ lne ~ \big\| ~ lne=1 ~ ja ~ ln {1 \over 2} = ln1 - ln2</math>
<math> ln1 - ln2 = -\mu ~ d_{1/2} ~ \big\| ~ ln1=0</math>
<math> -ln2 = -\mu ~ d_{1/2} ~ \big\| ~ :-\mu</math>
<math> d_{1/2} = {ln2 \over \mu}</math>
===Elektronisieppaus===
<math>{}_Z^A\!X_N \rightarrow {}_{Z-1}^{~~A}\!Y_{N+1} + \nu</math>
Ydin sieppaa sisimmältä kuoreltaa elektronin joka protonin kanssa muodostaa neutronin sekä neutriinon. Ylemmältä kuorelta tulee elektroni paikkaamaan sisemmältä kuorelta lähteneen elektronin aiheuttaen karakteristisen röntgensäteilyn emission.
===Aktiivisuus===
<math> \triangle N = - \lambda N \triangle</math></br>
,jossa λ on nuklidille ominainen hajoamisvakio.
</br>
<math> N = N_0 e^{- \lambda t}</math>
<math> T_{1/2} = {ln2 \over \lambda}</math>
Radioaktiivisen kappaleen aktiivisuus ilmaisee, kuinka monta ydinsäteilyhiukkasta kappaleesta lähtee sekunnissa.
Säteilyannoksella mitataan säteilyn biologista vaikutusta ihmiseen.
| |||