Ero sivun ”Fysiikan oppikirja/Ydin ja ydinsäteily” versioiden välillä

Poistettu sisältö Lisätty sisältö
Ei muokkausyhteenvetoa
Ei muokkausyhteenvetoa
Rivi 5:
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 raskas ydin halkeaa kahdeksi pienemmäksi ytimeksi ja osa sen ydinpotentiaalista vapautuu ja muuttuu lämpöenergiaksi. Fuusiossa kaksi kevyttä ydintä liittyy yhteen keskiraskaaksi ytimeksi, jolloin myös vapautuu lämpöenergiaa. Selitys tälle ilmiölle "sidoksen energia" -kappaleessa.
 
===Sidoksen energia===
 
Nukleonin sitoutuessa toiseen nukleoniin vapautuu potentiaalienergiaa, joka muuttuu ytimen sidosenergiaksi '''E<sub>b</sub>'''. Energiaa vapautuu niin paljon, että huomataan massan muuttuminen. Energia on muuttunut massaksi. Massavajeeksi kutsutaan energiaksi muuntuvaa massaa.
 
 
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 (sisältää myös elektronin massan).
 
 
Massavajetta laskettaessa käytetään yleensä atomien massoja, koska elektronin vaikutus kokonaisuuteen on hyvin pieni. Ytimien sidosenergiat (ja vastaavasti massavajeiden muutokset) ovat megaelektronivoltteja (10<sup>6</sup>) kun taas elektronien ovat elektronivoltteja tai kiloelektronivoltteja (10<sup>3</sup>). Massat löytyvät taulukkokirjasta, jossa isotooppitaulukosta löytyvät atomien massat sisältävät ytimen massan ja sidosenergian lisäksi elektronien massat ja sidosenergiat.
 
 
Massavaje muuntuu energiaksi, joka voidaan laskea reaktioenergian kaavan avulla.
Reaktiossa vapautuva energia: <math>Q = \triangle mc^2</math></br>
,jossa '''Δm''' on massavaje ja '''c''' valonnopeus. '''1u = 931.49MeV/c<sup>2</sup>'''.
 
 
Spontaanisti tapahtuva ydinreaktio vapauttaa energiaa, joten reaktioenergia on plus-merkkinen ja puhutaan eksotermisestä reaktiosta. Jos reaktio vaatii energiaa, puhutaan endotermisestä reaktiosta.
 
 
Sidosuus b eli sidosenergia nukleonia kohti on atomiytimen pysyvyyden eli stabiliteetin mitta. Sidososuus ilmaisee kuinka suurella keskimääräisellä energialla yksi nukleoni on sitoutunut ytimeen.
 
[[Kuva:Binding_energy_curve_-_common_isotopes_fi.svg|thumb|600px|Atomiytimien sidosenergiakäyrä]]
 
Sidososuuden kaava:
<math> b= {{E_b} \over A}</math>
,jossa '''E<sub>b</sub>''' on ytimen koko sidosenergia ja '''A''' on ytimen massaluku.
 
 
Oikealla olevasta kuvasta (Atomiytimien sidosenergiakäyrä) voidaan huomata että keskiraskailla atomeilla on suurin sidososuus, joten keskiraskaat atomit ovat pysyvimpiä ja rakenteeltaan lujempia kuin kevyemmät tai raskaammat ytimet. Kun raskas atomi fissiossa halkeaa, sidososuus kasvaa, jolloin sidoksien vahvistuessa vapautuu rakenneosasten potentiaalienergiaa. Fuusioreaktiossa kaksi kevyttä ydintä yhdistyy ja muuttuu keskiraskaaksi ytimeksi, jolloin sidososuus taas kasvaa. Tällöin tapahtuu myös potentiaalienergian vapautuminen. Vahvan vuorovaikutuksen lyhyen etäisyyden takia raskaan ytimen sidososuus on pienempi kuin keskiraskaan ytimen.
 
==Radioaktiivinen hajoaminen ja säteily==
Rivi 25 ⟶ 46:
*Energia
*Liikemäärä
*Sähkövaraus (eli varauslukujen summa)
*Massaluku (eli nukleonien lukumäärä)
*Pyörimismäärä
===Alfasäteily===
 
Alfahajoamisessa ydin lähettää eli emittoi alfahiukkasen, joka koostuu kahdesta protonista ja kahdesta neutronista. Käytännössä alfahiukkanen on siis heliumydin (<math>{}_2^4\!He</math>). Alfahiukkasen poistuttua ytimen massaluku pienenee neljällä ja protoniluku kahdella, joten hajoamisen tuloksena muodostunut tytärydin on kaksi paikkaa alkuperäistä ydintä edellä jaksollisessa järjestelmässä (esim. <math>{}_{84}^{209}\!Po \rightarrow {}_{82}^{205}\!Pb + {}_2^4\!He</math>). Kyseessä on siis ydinreaktio.
 
 
Rivi 57 ⟶ 78:
 
 
Lukion tehtävissä oletetaan, että neutriinon ja antineutriinon varaus- ja massaluku ovat nollia. Elektroni ja positroni voidaan merkata kahdella eri tavalla kuten hajoamisreaktiossa on esitetty.