Tuumafüüsika konspekt (4)

Tuumafüüsika. Põhifaktid:* Aatomid koosnevad + laenguga tuumast ja selle ümber kihtidena paiknevatest elektronidest* 99,95% aine massist asub tuumades *1mm pikkusel lõigul mahub 10milj keskmist aatomit * Tuumad on aatomitest kuni 100 000korda väiksemad. Seda tõestas inglise füüsik Ernest Rutherford. Kui tuum oleks 1cm siis aatom oleks 100 000cm e 1km * Tuumad koosnevad prootonitest(+laeng) ja neutronitest(laenguta!). prootoni ja neutroni ühisnimetus: nukleon e tuumaosake. Neid hoiab koos tuumajõud *A=N+Z; A-nukleonide arv tuumas(e neutronid ja prootonid kokku) e massiarv ; N-neutronide arv; Z-prootonite arv, mis on võrdne elemendi järjekorranumbriga perioodilises süsteemis ja võrdne tuumalaenguga(elementaarlaengu ühikutega) ja võrdne ka elektronide arvuga neutraalses aatomis Tuumade liigid:1)massi järgi- kerged(tabeli alguses) ja rasked(tabeli lõpus) 2)stabiilsuse järgi: stabiilsed-püsivad koos kuitahes kaua. Ebastabiilsed- lagunevad väiksemateks osadeks teatud aja jooksul, ebastabiilsete tuumadega aineid nim radioaktiivseteks. Isotoobid :126C- tavaline süsinik(tahm), mille tuumades on 6 prootonit ja 12 nikleoni (neutronid 12-6=6); 146C- radioaktiivne süsinik; 126C-tuumad püsivad koos kuitahes kaua; 146C- 5730aastaga lagunevad pooled tuumad(s.o. 146C poolestusaeg T) Radioaktiivne lagunemine : Radioakt . avastas 1896.a. A. Becquerel , põhjalikumalt uurisid seda E. Rutherford ja perekond Curie’d(Marie, Irene ,Julio, Pierre ). Rad kiirgus koosneb 3 komponendist : α kiirgus- He tuumade voog , tekib α lagunemisel, kui tuumast eraldub α osake e heeliumi tuum β kiirgus- kiirete elektronide voog, mõne millimeetri paksune
metall -leht kaitseb, tekib β lagunemisel, kui elektron lendab välja tuumast ja tuumast muutub prooton γ kiirgus- elektromagnetlainetus, kõige läbitungivam. Teke a) koosneb α lagunemistega b)koosneb mõnede β lagunemistega c) eraldub γ radioakt. ainetest, kui nukleonid lähevad suure energiaga olekust väiksema energiaga olekusse | *elusorg. kahjulikud: lõhuvad geene, rikuvad rakkusid jne. Radioakt lagunemise seadus: igal radioakt ainel on kindel poolestusaeg T, mille jooksul lagunevad pooled tuumad ja kiirgus nõrgeneb 2 korda. Graafik - algul langeb kiiresti kiirguse intensiivsus, hiljem aeglasemalt, lõplikult ei kao kunagi N=N0/(2t/T), m=m0/(2t/T); N0-aatomite arv alghetkel , N- aatomite arv aja t pärast, m0- mass alghetkel, m- mass aja t möödudes Radioakt mõõtühikud: 2 liiki mõõtühikuid: 1) radio kat ainet iseloomustavad mõisted ja ühikud: põhimõistes- radioakt preparaadi aktiivsus- näitab, mitu tuuma sekundis laguneb. SI süsteemi mõõtühik: 1s-1 (loe: 1 lagunemine sekundis) Praktikas: 1ci= 37·10-9s-1 (37 milj lagunemist sekundis) (s.o. 1g raadiumi aktiivsus) 2) neeldunud kiirgust isel. mõisted ja ühikud: põhimõiste: neeldumisdoos . Ühik: 1Gy(grei) 1Gy=1J/1kg Elusorga neeldunud kiirgusnenergiaid nim kiiritusdoosiks. Vanaühik: 1R(röntgen) *röntgen on määratud õhku ioniseeriva toime põhjal * surmav doos on 600R(kui saada 600R ka mõne päeva jooksul). Tänapäeval kasutusel biodoosi ühik: 1Sv (umbes 100x suurem ühik kui R) *Surmav doos 6Sv. Röntgen-, γ- ja β-kiirguse puhul on siivert võrdne greiga, kuid neutron - ja α-kiirgus on ohtlikumad , nende puhul vastab 1Gy kolmele kuni kümnele siivertile(1Gy=3...10Sv)
Tuumaenergia saamine ja kasutamine: 1. muundades radioaktiivse kiirguse energia elektri- või soojusenergiaks. 2. kasutades raskete tuumade lõhustumisel vabanevat energiat. Kasutusel tuumareaktorites tuumajaamades. 3. kasutades kergete tuumade ühinemisel vabanevat energiat. Massidefek on massi muutumine tuumade ühinemisel või lagunemisel. E=∆mc2 Massidef on küll väike, kuid sellest tekivad suured energiahulgad(1g heeliumi tekkimisel vabaneva energiaga võib terve aasta kütta maja) Seoseenergia tähendab tööd mis tuleks teha tuumaosakeste viimiseks üksteisest nii kaugele, et nad enam üksteist ei mõjuta. Es=E/A Eriseoseenergia – seoseenergia ühe nukleoni kohta. Tuumaenergia põhineb eriseoseenergiate erinevuste ärakasutamisel Ahelreaktsioon on reakts , mis põhjustab iseenda jätkumist: lõhustumise tagajärjel tekkinud neutronid kutsuvad esile uusi lõhustumisi. Toimub raskete tuumade lõhustumisel. Reakt-i kulgemist kirjeldab neutronite paljunemistegur. Mida suurem see on, seda ägedamalt reakt kulgeb. Tuumade lõhustumise ahelreakt on rakendatav ka kasuliku energia tootmiseks. Tuumapommi lõhkamisel surutakse töötava aine 2 poolkerakujulist tükki tavalise lõhkeaine abil kokku 1-ks tükiks. Ahelreakt-i käimapanekuks piisava arvu neutronite saamiseks on vaja ületada kriitiline mass (235U jaoks u 50kg kerakujuline). Kriitilise massi puhul kasutatakse igast lõhustumisest tekkinud neutronist ära keskmiselt 1 uue lõhustumise tekitamiseks ja reakts kulgeb muutumatu kiirusega. Tuumajäätmetest saab eraldada kasutatava kütuse ja plutooniumi. Pärast esialgset radioaktiivsuse langemist maetakse jäägid eritingimustes. Sünteesireaktsioonid on kergete tuumade ühinemisreaktsioonid. Nende tekkimiseks on vaja kõrget temperatuuri(100milj °). Seda võib saavutada 1) ahelreakts .ga 2) võimsate laserkiirte kontsentreerimisega 3) tavalise lõhkeaine energia kontsentreerimine ühte punkti. Kosmoses käivit reakts: gravitatsioonilisel kokkutõmbel tekkiva temp tõusu tagajärjel.
Termotuumareakts : Deuteerium -> tritium -> heelium + neutron + gammakiirgus. Tuumafüüs kasut meditsiin , energia tootmine, arheoloogia, sõjandus, tuumajaam, kiirendid . Termotuumareakts toimuvad termotuumapommis, päikesel, tähtedel.
1.Elementaa.osakesteks nim aineosakesi, mis pole jagatavad veel väiksemateks osakesteks. El.osakesed ei lagune tükkideks, nad muunduvad üksteiseks. N: elektron, prooton, neutron. 2.Mateeriaosakesed on aine ehituskivi. Jaotus: kvargid - osalevad nõrgas ja tugevas vastastikmõjus. Leptonid - osalevad ainult nõrgas. 3.Vastastikmõjusid vahendavad: gravitatsiooni- gravitonid(pole avastatud), elektromagnetiline- footon , nõrk jõud- uiikonid, tuumajõud- gluoonid. 4.Osakeste iseloomustamiseks kasutatakse seisumassi ja elektrilaengut. Osakese ja tema antiosakese erinevus seisneb laengus. 5.Antiosakese laeng on vastandmärgiga. 6.Kvargi „värv“ tähendab tema laengut, erinevaid „värve“ on 6. 7.Kosmilised kiired sisaldavad prootoneid, alfaosakesi, raskete elementide tuumasid. Osakesed jõuavad u 1000 km kõrgusele Maast(poolustel 100km ) ja enamus neist jääb magnetlõksu- moodustub kiirgusvöönd. 8.Kiirendites kiirendatakse laetud osakesi. Kiirendamine toimub kõrgvaakumis, et vältida põrkeid õhu osakestega. Kiirendid on tunnelid , kus osakestele antakse väga suured kiirused elektriväljade abil. Osakestel lastakse omavahel kokkupõrgata ja uuritakse muundumisi ja vabanenud energiat. 9.Osakesi uuritakse: fotoplaadi kasutamise abil, udukamber e Wilsoni k, mullik, ionisatsioonik, triivk, aja- ja projektsioonik, pooljuhtk. 10.Avastamata on gravitatsioonilist mõju vahendavad gravitonid. Teadlaste arvates on veel palju osakesi avastamata. Selle jaoks on vaja üha uusi ja suuremaid kiirendeid.