Ero sivun ”Fysiikan oppikirja/Ydin ja ydinsäteily” versioiden välillä
Poistettu sisältö Lisätty sisältö
Ei muokkausyhteenvetoa |
Ei muokkausyhteenvetoa |
||
Rivi 14:
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).
Sidosenergia voidaan laskea massavajeen avulla: <math>E_b = \triangle m c^2</math>
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.
----
Ydinreaktiossa massavaje muuntuu energiaksi, joka voidaan laskea reaktioenergian kaavan avulla. Kaavahan on melkein sama kuin sidosenergian laskussa, vain '''E<sub>b</sub>''' on muutettu reaktioenergiaksi '''Q'''.
Reaktiossa vapautuva energia: <math>Q = \triangle mc^2</math></br>
,jossa '''Δm''' on massavaje ja '''c''' valonnopeus. '''1u = 931.49MeV/c<sup>2</sup>'''.
Rivi 34 ⟶ 40:
Sidososuuden kaava:
<math> b= {{E_b} \over A}</math>
,jossa '''E<sub>b</sub>''' on ytimen koko sidosenergia ja '''A''' on ytimen massaluku. Sidososuus saa maksimiarvon arvolla A ≈ 60.
Rivi 93 ⟶ 100:
Huomaa myös gammasäteilyn ero röntgensäteilyyn. Rötgenputkessa syntyvä jarrutussäteily ja karakteristinen röntgensäteily osuu osittain samalle aallonpituusalueelle kuin gammasäteily. Jarrutussäteilyhän syntyi elektronin kiihtyvyydestä ja karakteristinen säteily atomin virittymisen tai ionisaation jälkeen elektronin siirtyessä alemmalle energiatasolle. Gammasäteily = '''ytimen''' energiatilan purkautuminen. Röntgensäteily ja gammasäteily kuitenkin vuorovaikuttavat aineen kanssa samalla tavalla, jos niiden aallonpituudet ovat yhtä suuret.
[[Kuva:Gamma_Decay.svg|250px|Gammasäteily]]
===Gammasäteilyn vaimeneminen===
Puoliintumispaksuudeksi (d<sub>1/2</sub>) kutsutaan väliaineen paksuutta joka vähentää gammasäteilyn puoleen alkuperäisestä. ▼
Gammasäteily etenee sähkö- ja magneettikentässä suoraan. Gammakvantti ei ole varattu hiukkanen joten sähkökenttä ei vaikuta siihen. Kuitenkin hiukkas-aaltodualismin avulla voidaan selittää miten gammakvantti vuorovaikuttaa aineen kanssa. Gammasäteily voi aineeseen törmätessään menettää energiaansa valosähköisessä ilmiössä, Comptonin ilmiössä, parinmuodostuksessa ja absorboituessaan ytimeen.
Gammasäteilyn heikennyslaki: ▼
:'''Valosähköinen ilmiö'''. Riittävän pieni aallonpituus gammakvantilla mahdollistaa valosähköisen ilmiön tapahtumisen myös raskaammissa atomeissa. Valosähköinen ilmiö on elektronin irroittamista elektronikuorelta.
:'''Comptonin ilmiö'''. Comptonin ilmiössä kvantti siroaa atomin elektronista. Kvantin suunta muuttuu ja liike-energia vähenee, jolloin myös kvantin aallonpituus pitenee. Mitä enemmän kvantilla on energiaa sitä suurempi todennäköisyys on sironnalle ja sitä lujemmin atomiin sidottua elektroneja voi se irroittaa.
:'''Parinmuodostus'''. Parinmuodostuksessa gammasäteilyn energiaa muuttuu aineeksi. Jos fotonin energia on suurempi kuin 2m<sub>0</sub>c<sup>2</sup> ≈ 1.022 MeV, voi gammakvantti muuttua ytimen lähellä elektroniksi ja positroniksi (m<sub>0</sub> on elektronin lepomassa). Kvantti voi vielä suuremmalla energialla muodostaa jonkin muunkin hiukkasparin (hiukkanen ja antihiukkanen). Parinmuodostuksen jälkeen antihiukkanen annihiloituu hiukkasen kanssa, synnyttäen (edellä mainittu) kaksi gammakvanttia.
:'''Ytimeen absorboituminen'''. Aineen kyky absorboida kasvaa järjestysluvun kasvaessa. Raskaat alkuaineet sisältävät paljon elektroneja mutta myös helposti absorboivat gammakvantin, joten ovat tehokkaita gammasäteilyn vaimentajia.
Näiden neljän vuorovaikutuksen seurauksena saadaan matkavaimennuskerroin '''μ''', joka siis kuvaa säteilyn heikkenemistä edellä mainittujen vuorovaikutusten seurauksena. Säteilyn intensiteettiin vaikuttaa myös etäisyyslaki, jonka mukaan pistemäisen lähteen säteilyn intensiteetti ('''I''') on kääntäen verrannollinen etäisyyden ('''r''') neliöön.
Etäisyyslaki: <math>I={1 \over r^2}</math>
----
▲Gammasäteilyn heikennyslaki:
<math> I ~ = ~ I_0 e^{- \mu x}</math></br>
,jossa '''I''' on ainekerroksen läpäisseen säteilyn intensiteetti, '''I<sub>0</sub>''' aineeseen osuvan gammasäteilyn intensiteetti, '''x''' on ainekerroksen paksuus ja '''μ''' on matkavaimennuskerroin.
▲Puoliintumispaksuudeksi ('''d<sub>1/2</sub>''') kutsutaan väliaineen paksuutta joka vähentää gammasäteilyn puoleen alkuperäisestä.
Puoliintumispaksuuden johtaminen heikennyslaista:
<math> I =
<math>
<math> {1 \over 2} = e^{- \mu d_{1/2}} ~ \big\| ~ \times ~ ln </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>
Rivi 124 ⟶ 153:
<math> d_{1/2} = {ln2 \over \mu}</math>
====Gammasäteilyn vaarat ja käyttö====
Ihmiselle haitallisinta on 3-10 MeV:n gammasäteily. Gammasterilointia käytetään suurimmaksi osaksi sairaanhoitotarvikkeiden sterilointiin, myös elintarviketeollisuus käyttää säteilyä itämisen estämiseksi ja mikrobien vähentämiseksi.
===Elektronisieppaus===
Rivi 131 ⟶ 164:
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.
===
Radioaktiiviset aineet pyrkivät kohti stabiilia tilaa. Hajoaminen tapahtuu yleensä useamman välivaiheen kautta. Tytärydin voi siis hyvinkin olla radioaktiivinen. Tilastollisesti voidaan kuvata ja ennustaa suuren ydinjoukon käyttäytymistä (radioaktiivisuutta).
Hajoamislaki: <math> ~ N = N_0 e^{- \lambda t}</math>
,jossa '''N''' on jäljellä olevien aktiivisten ytimien määrä, '''N<sub>0</sub>''' radioaktiivisten ytimien määrä alussa, '''λ''' nuklidille ominainen hajoamisvakio ja '''t''' aika.
Hajoamislaista saadaan johdettua puoliintumisajalle yhtälö (johtaminen tapahtuu lähes samanlaisesti kuin puoliintumispaksuuden yhtälölle, '''N=0.5N<sub>0</sub>''', '''μ=λ''' ja '''t=T<sub>1/2</sub>''').
<math> T_{1/2} = {ln2 \over \lambda}</math>
----
Radioaktiivisen kappaleen aktiivisuus ilmaisee, kuinka monta ydinsäteilyhiukkasta kappaleesta lähtee sekunnissa.
| |||