5. Tuumareaktsioon - kahe aatomituuma või elementaarosakese ja aatomituuma kokkupõrge, mille tulemusena tekivad uued aatomituumad ja/või elementaarosakesed. 7 N + 2 He 8 O +1 H . 14 4 17 1 Neutron: 4 Be + 2 He 6 C + 0 n . uraani tuumade lagundamisel, kui neid pommitada 9 4 12 1 neutronitega, võib saada väga suurt energiat. Protsess kujuneb laviiniks, mida nimetatakse ahelreaktsiooniks: energia vabanemine on plahvatuslik. Tegelikkuses kujuneb protsess plahvatuseks, kui lõhustuva aine mass ületab kriitilise massi. 6. Aheltuumaraktsioon tuumareaktsioonide jada. Tuumalõhustumine toimub ahelreaktsioonina siis, kui igast lõhustunud aatomituumast vabanenud neutronid põhjustavad veel vähemalt ühe tuuma lõhustumise. Iga tuumalõhustumise tagajärjel vabaneb lisaks lõhustunud tuumapooltele veel 2-3 vaba neutronit. Osa neutronitest
On olemas isotoope, mis iseenesest muutuvad mõneks teiseks isotoobiks. Nähtust nimetatakse radioaktiivsuseks. Radioaktiivne kiirgus liigid (a, b või y kiirgus). Radioaktiivset lagunemist kirjeldab poolestusaeg: see on aeg, mille jooksul tuumade arv väheneb 2 korda. Tuumade muutumist teisteks tuumadeks nimetatakse tuumareaktsiooniks. . Kuna lagunemisakt toimub väga kiiresti (10-12 s jooksul), siis toimub ka lõhustumiste arvu plahvatuslik kasv. Seda nähtust kutsutakse ahelreaktsiooniks. Sünteesreaktsiooni tekkimiseks peavad tuumad lähenema üksteisele väga lähedale (alla 10-15 m), aga seda takistab prootonite elektrilaeng. Sellepärast tuleb tuumadele anda suur kineetiline energia, mis vastab temperatuurile ca 108 kraadi. Sellest ka reaktsiooni nimi: termotuuma reaktsioon. Tuumareaktoris kasutatakse uraani ahelreaktsiooni. Et ahelreaktsioon ei väljuks kontrolli alt, tuleb vältida neutronite suurt paljunemist
Järelikult puutume me sellega kokku iga päev. Näiteks vee üks koostisosa on vesinik ja vett me joome iga päev. Maavarad sisaldavad vesinikku. Nafta sisaldab vesinikku 11-14%. Aatomipommi põhiline koostisosa on uraan. Kui uraani aatomituum jaguneb kaheks, siis vabaneb tohutu hulk energiat (tuuma suuruse kohta). Ja see emiteerib neutroneid, mis lähevad naabertuumadesse neid poolitama vabastades rohkem energiat, mida seetõttu nimetatakse "ahelreaktsiooniks". (Kui aatomituum laguneb, siis konverteeritakse aine energiaks vastavalt Einsteini võrrandile E = m c2. On kaks uraani isotoopi: haruldane U-235, mida kasutatakse pommides, ja rohkem levinud, raskem, kuid kasutum U-238. Looduslik uraan sisaldab vähem kui 1% U-235-st ning selleks, et saada kasutuskõlbulikku pommi, peab seda rikastama kuni 90% U-235-ni ja vaid 10% U-238-ni. Pommides võib U-235 asemel kasutada ka plutoonium-239-t. 5 kg U-235 (või pisut vähem plutooniumi) on kõik,
63Li + 21H 2 42He Ülaltoodud reaktsioonivõrrandisse on kindlasti tarvis märkida kaks alfaosakest, kuna vastasel juhul ei oleks võrrandi parema ja vasaku poole massid tasakaalus. Ahelreaktsioonide alguslugu Ahelrektsioonide võimalikkust ennustas juba 1934.a füüsik Frederic Joliot Curie. Ahelreaktsioonid · Ahelreaktsiooniks nim. Sellist nähtust, kus reaktsioon põhjustab sellesama reaktsiooni jätkumist. See tähandab, et soodsatel tingimustel tuumades vabanenud neutronid võivad neelduda teistes tuumades ning kutsuda esile nende lõhustumise etc. Kui tuuma lõhustumisel tekib mitu uut Click icon to add picture neutronit, siis võib ahelreaktsiooni käigus lõhestumise sagedus järjest kasvada. Tuumajäätmed Radioaktiivsus
pliid. Neutronkiirgus kiiratakse vabu elektrone. Kõige ohtlikum radioaktiivne kiirgus. Tõkestamiseks on vaja väga palju kergeid aatomituumi. Kõige paremad elektronkiirgus varjestavad ained on vesi ja betoon. Poolestusaeg aine lagunemise kiirust iseloomustav suurus. Tuumareaktsioon aatomituumade muundumine põrkumisel mingi elementaarosakese või teise tuumaga ja radioaktiivne lagunemine. Nähtust, kus reaktsioon põhjustab selle sama reaktsiooni jätkumist naaberaatomitel nim ahelreaktsiooniks. Paljunemistegur Kriitiline mass vähim tuumkütuse mass, milles tuumalõhustumine saab toimuda iseseisva ahelreaktsioonina. Ülekriitiline mass paljunemistegur k on suurem kui 1. Tuumareaktor toodab plutooniumi või uraani aatomi tuuma lõhustamisel kõigepealt soojust ning siis elektrienergiat. Teised rakendused on näiteks vabade neutronite tootmine (näiteks materjalide uurimiseks) ning teatud radioaktiivsete nukliidide tootmiseks, näiteks meditsiinilisel otstarbel
Kriitiline mass - tuumapommi materjali min. kogus, mis iseeneslikult plahvatab. Plahvatusel tavaliselt ühendatakse 2 massi. Plutooniumi tootmine - võimaldab tekitada uraaniga sarnast ahelreaktsiooni: toimub n(0,1) + U(92,238)->U(92,239) -> U(92,239)- >Np(93,239)+e(-1,0) -> Np(93,239)->Pu(94,239)+e(-1,0). Tekib tuumreaktori jäätmetesse. Tuumareaktor - laseb tegutseda 2-3 neutronist ainult ühel. Ülejäänud neutronid aeglustatakse, et nad ei omaks ahelreaktsiooniks energiat. Koosneb: auruturbiin, generaator, jahuti, vesi, reguleerimisvahendid, uraan. Toodab soojust. Kasutamine: tuumael.jaam; aatomallveelaev; satelliit Aeglustamise meetodid: 1) ei kasutata puhast U-235 vaid segu U-238ga 2) kasutatakse aeglusteid (raske vesi) 3) täpsem reguleerimine kergesti neutroneid neelavate materjalidega He ja U energia erinevused on ühinemisel ja lagunemisel. Tuumade ühinemine on raske protsess ja tavaliselt võimalik ülikõrge temperatuuriga.
haarab tuum neutroni ning seejärel lõhustub nn kildtuumadeks (Ba ja Kr). Sellega kaasneb energia eraldumine 200MeV ühe tuuma lõhustumisel. Selle ernergia omandavad peamiselt kildtuumad, osa energiat eraldub g kiirgusena, osa en omandavad lõhustumisel eraldunud neutronid Vabanenud N en on erinev, nad võivad omakorda naaberaatomite tuumi lõhustuda, aeglasemat 235U ja kiiremat 238U, sellist nähtust nim ahelreaktsiooniks. Nt 1g U olevate kõigi tuumade lõhustumisel eralduks 3t kivisöe põlemisel tekkinud en Uraani kasutatakse ahelreaktsiooni tekitamiseks seetõttu, et just raskete tuumade lõhustumisel vabaneb palju en, sest nende soseenergia on suur nukleoneid palju Ahelreaktsioonidel tekkinud en saab kasutada, kui reaktsioon on juhitav, st ei toimu plahvatust Selleks peab neutronite hulk, mis põhjustavad tuuma lõhustumise, suurenema aeglaselt nii, et ühe
külvasid mitmesugused segadused, sealhulgas näiteks majanduselu madalseis (varakeskaja esimesel poolel) ning poliitiline killustatus. Võib aga julgelt väita, et tollal kujunesid mõned jooned nii tugevalt välja, et need kestavad tänini. Üks olulisim on kindlasti mitmete Euroopa suurrahvaste väljavormumine. Suur rahvasterändamine algas IV sajandi lõpus hunnide rändamisega Aasiast Ida- Euroopasse. Hunnid kui tohutult aktiivsed vallutajad lõid kõik eeldused ahelreaktsiooniks, mis pani terve mandri-Euroopa liikuma. Tol ajal võtsid jalad alla näiteks frangid, germaanlaste seast pärit hõim. V sajandi lõpul tungisid varemalt Reini jõe põhjapoolsetes äärtes elanud frangid Galliasse ning lõid sinna ja ümbrusesse Frangi riigi. Riigi loomine käis käsikäes ristiusu vastuvõtmisega, sest paavstil oli oluline roll frangi kuningate võimule kinnitamisel. Frangi riik nägi küll teatud perioodil iseenese killustumist, kuid lõppkokkuvõttes
Selle tulemusena nihkub element perioodilisuse süsteemis kahe ruudu võrra ettepoole. - Alfa-lagunemine Beeta-lagunemine. Tuumast väljub elektron, mille tõttu tuuma laeng suureneb ühe võrra, mass jääb aga peaaegu muutumatuks. Radioaktiivsel lagunemisel tekkinud uued tuumad on tavaliselt samuti radioaktiivsed. Poolestusaeg on aeg, mille jooksul radioaktiivse elemendi aktiivsus väheneb kaks korda. n=t/T. T- poolestusaeg, t- tavaline ajavahemik. Ahelreaktsioon Tuumade lõhustumise ahelreaktsiooniks nimetatakse reaktsiooni, milles reaktsiooni esilekutsuvad osakesed(neutronid) tekivad selle reaktsiooni produktidena. Sellega eraldub hiigelsuur energiahulk. Kui neutronite paljunemistegur k<1, reaktsioon lakkab k>1, toimub plahvatus. k=1, on reaktsioon juhitav. Neutronite paljunemistegur on ühe tuumade lõhustumise ajal tekkinud neutronite arvu suhe eelneva lõhustumise ajal tekkinud neutronitega. Kriitiline mass on lõhustuva aine vähim mass, mille korral võib tekkida tuumade
Termotuumareaktsioon on kasulik energeetiliselt,sest selle tulemusel eraldub nii palju energiat,et saaksime poole rohkem energiat. Teised energiaallikad on ammenduvad. Termotuumareaktsioon on saastevaba. 2.Millised komponendid tekivad uraani tuuma lõhustumisel? 1) 2 kildtuuma radioaktiivsed isotoobid 2) vabanevad 2-3 kiiret neutroni 3) vabaneb umbes 200 MeV energiat 4) tekib radioaktiivne kiirgus(eriti intensiivne gammakiirgus) 3.Mida nimetatakse ahelreaktsiooniks? Ahelreaktsioon- raskete tuumade lõhustumine,mille tagajärjel tekivad kergemad tuumad. 4.Mis on neutronite paljunemistegur ja kuidas ahelreaktsiooni kiirus sellest sõltub? Neutronite paljunemistegur võrdne ahelreaktsiooni mingi põlvkonna neutronite arvu suhtega eelmise põlvkonna neutronite arvusse ning näitab ahelreaktsiooni kiirust. Tähis- k Ahelreaktsiooni kiiruse sõltuvus : 1) k<1 siis ahelreaktsiooni ei teki,tekivad ainult mõned spontaansed tuumade lõhustumised
elementaarosakesed. Poolestusaeg Suurus, mis iseloomustab aine lagunemise kiirust (eelkõige radioaktiivse). See näitab, kui pika ajavahemiku möödumisel muutub aine kogus poole väiksemaks. Nihkereegel Kui alfa- ja beetaosakesed välja lüüakse siis väheneb laeng ja massiarv teatud arvu võrra. Kiirgusdoosid-1Sv biodoos.2-3 mSv/a looduslik foon.50 mSv/a töökoha kiirgus.1Sv kiiritustõbi.3-5Sv surm. Ahelreaktsioon tuumafüüsikas nimetatakse ahelreaktsiooniks raskete aatomituumade lõhestmaist neutronide toimel. Kriitiline mass on aine kogus, mille korral käivitub ahelreaktsioon. Kui aine mass on võrdne kriitilise massiga, siis toimub reaktsioon muutumatu kiirgusega kuid kui aine mass ületab kriitilise massi, siis toimub plahvatus. Nt. tuumapommides. Termotuumareaktsioon Termotuumareaktsioon on väga kõrgel temperatuuril toimuv kergete tuumade liitumine. Kuna reaktsioon toimub väga kõrgel temperatuuril, on tehniliselt
Selleks peab olema tagatud kõrge temperatuur( 108 kraadi) 19. Miks ei saa reaktor töötada ilma neelajata? Neelaja vähendab tuumareaktsiooni, aeglustab ahelreaktsioone neelates neutrone. 20. Mida nimetatakse massiarvuks? Massiarv on prootonite ja neutronite koguarv tuumas. 21. Mis tekib raske tuuma lõhustumisel? Raske tuuma lõhustumisel tekib mitu väiksema jrk numbri ja massiaarvuga tuuma. 22. Kirjelda raskete tuumade lõhustumist. Raskete tuumade lõhustumist nimetatakse ahelreaktsiooniks, kuna raskete tuumade lõhustumisel võivad vabanenud neutronid põhjustada järgmiste uraanituumade lõhustumist. 23. Selgita mõistet neutronite paljunemistegur. Tuuma lõhustumisel tekib mitu uut neutronit, siis kasvab ahelreaktsiooni käigus lõhustuate tuumade arv, teineteisele järgnevate lõhustumiste arv kasvab kiiresti ja tulemuseks on plahvatus. Uute tuumade tekkel tekib palju neutrone ja lõhustumiste käigus neutronite arv kasvab, seda nimetataksegi paljunemisteguriks. 24
· Kildtuumad on Mendeljevi tabeli keskosas olevate elementide tuumad. Enamasti on radioaktiivsed, sest neil on neutronite üleküllus. · eriliik: Mõne isotoobi tuum lõhustub iga kord, kui kohtub neutroniga, st. Ta ei vaja selleks neutroniga kaasa toodud lisaenergiat. Sel juhul võivad ka lõhustamisel tekkinud neutronid uusi lõhustumisi esile kutsuda. Sellist nähtust kus reaktsioon põhjustab sellesama reaktsiooni jätkumist naabetaatomitel, nim ahelreaktsiooniks. Juhitav ahelrreaktsioon toimib tuumareaktroris. 11. Kergete tuumade liitumine (termotuumareaktsioon, vt lisaks lk 30 tuumareaktor): · toimub väga kõrgel temperatuuril (kuni 10 miljonit Cº) · kõigil tähtedel energiaallikas · päikese tsentris 15 miljonit Cº, aine on seal plasmana- st. Aine on ioniseeritud kujul (H ei koosne enam aatomitest vaid prootonitest ja elektronidest). 12. Radioaktiivsete isotoopide kasutamine: · tuumaenergeetika (tuumareaktorid, laevad, kosmoseaparaadid)
aastast kui ka 1932. aastat intensiivistusid uurimistööd tuumareaktsioonide alal. 1939 jõuti selgusele, et uraani tuumade lagundamisel, kui neid pommitada neutronitega, võib saada väga suurt energiat. Põhimõtteliselt on energia kättesaamine aatomist lihtne. Joonisel mõjutab neutron uraani tuuma poolduma ja muunduma kaheks uueks elemendiks, seejuures aga vabaneb 2-3 neutronit. Need tungivad omakorda uutesse uraani tuumadesse jne protsess kujuneb laviiniks, mida nimetatakse ahelreaktsiooniks: energia vabanemine on plahvatuslik. Tegelikkuses kujuneb protsess plahvatuseks, kui lõhustuva aine mass ületab kriitilise massi. Kriitiline mass on väikseim lõhustuva aine mass, mille puhul on võimalik iseeneslik aatomituumade lõhustumise ahelreaktsioon. Kui lõhustuva aine mass on väiksem kui kriitiline mass, siis osa neutroneid väljub lõhustuvast ainest ilma, et kohtaks ühtegi uut tuuma ahelreaktsioon ei kujune plahvatuseks. Kui aga lõhustuva aine
rohkem kui sama hulga aine põlemisel, sest tuumajõud on palju tugevamad kui elektrone siduvad elektrilised jõud. Ahelreaktsioon Mõne isotoobi puhul pole lõhustumist esilekutsuva neutroni energia üldse tähtis. Sel juhul võivad ka lõhustumise tagajärjel tekkinud neutronid uusi lõhustumisi esile kutsuda. Sellist nähtust, kus reaktsioon põhjustab sellesama reaktsiooni jätkumist, nimetatakse ahelreaktsiooniks. Ahelreaktsiooni näited Ahelreaktsooni näiteks võiks olla lõkke põlemine, sest põlemisel tekkinud soojus süütab üha uued kütusekogused. Veel parem näide on püssirohu plahvatamine, sest siin pole võimalik õhu juurdevool ja reaktsioon levib iseseisvalt suure kiirusega. Paljunemistegur Kuna tuuma lõhustumisel tekib mitu uut neutronit, siis võib ahelreaktsiooni käigus
Ühtlasi vabaneb energiat, umbes miljon korda rohkem kui sama hulga aine põlemisel, sest tuumajõud on palju tugevamad kui elektrone siduvad elektrilised jõud. Mõne isotoobi tuum lõhustub iga kord, kui kohtub neutroniga, st ta ei vaja selleks neutroniga kaasa toodud lisaenergiat. Sel juhul võivad ka lõhustumisel tekkinud neutronid uusi lõhustumisi esile kutsuda. Sellist nähtust, kus reaktsioon põhjustab sellesama reaktsiooni jätkumist naaberaatomitel, nim ahelreaktsiooniks. Keemiliste reaktsioonide puhul oleks ahelreaktsioon näiteks lõkke põlemine, sest põlemisel tekkinud soojus süütab üha uued kütusekogused. Veel parem näide on püssirohu plahvatamine, sest seda ei piira õhu juurdevoolu vajadus ja reaktsioon levib iseseisvalt suure kiirusega. Kuna tuuma lõhustumisel tekib mitu uut neutronit, siis võib ahelreaktsiooni käigus samaaegselt lõhustuvate tuumade arv järjest kasvada. Tekkigu näiteks ühe tuuma lõhustumisel
a. E. Rutherfordi poolt. + + ¦H + + Lõhustumine 1938.aastal saksa tuumafüüsikud O. Hahn ja F. Strassmann uraani tuuma pommitamisel neutronitega tekib broom. Protsess, milles raske ebastabiilne tuum lõhustub kaheks (või rohkemaks) kergemaks, enam-vähem võrdse suurusega tuumaks. Seejuures kiirgab ta 2-3 neutronit ja suur hulk energiat. Lõhustumisel kasutatakse tuumade pommitamiseks aeglaseid neutroneid. Kiired neutronid ei suuda lõhustumist esile kutsuda. Võib muutuda ahelreaktsiooniks, kui lõhustumise tagajärjel tekkinud neutronid kutsuvad esile uusi lõhustumisi. Leiab aset tuumareaktoris, aatompommis. Näide: + + + 3+ energia Ahelreaktsioon 1939. aastal itaalia tuumafüüsik E. Fermi püstitas hüpoteesi ahelreaktsiooni võimalikkuse kohta. Lõhustumise käigus eraldunud neutronid võivad lõhustada uusi uraanituumasid reaktsioon kulgeb ahelana edasi (lõpuni). Tekib juurde järjest uusi lõhustumisvõimelisi neutroneid.
Milles seisneb -lagunemine? Beetalagunemine on neutroni muutumine prootoniks või vastupidi, mille käigus kiirgub beetaosakesi. Alfalagunemine on tuuma lagunemisprotsess, mille käigus massiarv väheneb 4 võrra ja laeng 2 võrra. 21. Mida nimetatakse poolestusajaks? Poolestusaeg on aine lagunemise kiirust iseloomustav suurus. 22. Mille poolest erineb tuumareaktsioon keemilisest reaktsioonist? Tuumareaktsioonides tekivad uued keemilised elemendid. 23. Mida nimetatakse ahelreaktsiooniks? Ahelreaktsioon on ühe ja sama reaktsiooni jätkumine naaberaatomitel. 24. Mida nimetatakse kriitiliseks massiks? Kriitiline mass on suure ainekoguse neutronite uut lõhustuvat neutronit esilekutsuv neutron, paljunemistegur on võrde ühega ja kord alanud reaktsioon jätkub muutumatu kiirusega. 25. Kirjelda lühidalt tuumareaktori töö põhimõtet? Reaktor toodab suurel hulgal mitmesuguseid radioaktiivseid isotoope, need kogunevad
Tuumareaktsioon: 1. kergete tuumade ühinemine (tuumasüntees) 2. raskete tuumade lagunemine. Tuumalõhustumine on protsess, milles raske ebastabiilne tuum lõhustub kaheks (või rohkemaks) kergemaks, enam-vähem võrdse suurusega tuumaks. Seejuures kiirgab ta 2-3 neutronit ja suur hulk energiat. Lõhustumisel kasutatakse tuumade pommitamiseks aeglaseid neutroneid. Kiired neutronid ei suuda lohustumist esile kutsuda. Voib muutuda ahelreaktsiooniks, kui lohustumise tagajarjel tekkinud neutronid kutsuvad esile uusi lohustumisi. Leiab aset tuumareaktoris, aatompommis. Ahelreaktsiooni käiku mõjutab neutronite paljunemistegur k. 5. Erineva energiaga neutronite reaktsioonid tuumaga. Tuumalagunemise mehhanism. Silmapilksed, resonants ja hilinevad neutronid. Tuumalagunemisel vabanev energia. Reaktori jääkenergiaeraldus. Tuumakillud. 3 Tuumalagunemisel vabanev energia:
Selgus aga, et E = m c 2 on kooskõlas selle tohutu energia vabanemisega tuuma jagunemisel. Energiat E nimetatakse seose energiaks, mida võime võtta samuti massina. 14 kriitiline mass, Põhimõtteliselt on energia kättesaamine aatomist lihtne. Joonisel mõjutab neutron uraani tuuma poolduma ja muunduma kaheks uueks elemendiks, seejuures aga vabaneb 2-3 neutronit. Need tungivad omakorda uutesse uraani tuumadesse jne protsess kujuneb laviiniks, mida nimetatakse ahelreaktsiooniks: energia vabanemine on plahvatuslik. Tegelikkuses kujuneb protsess plahvatuseks, kui lõhustuva aine mass ületab kriitilise massi. Kriitiline mass on väikseim lõhustuva aine mass, mille puhul on võimalik iseeneslik aatomituumade lõhustumise ahelreaktsioon. Kui lõhustuva aine mass on väiksem kui kriitiline mass, siis osa neutroneid väljub lõhustuvast ainest ilma, et kohtaks ühtegi uut tuuma ahelreaktsioon ei kujune plahvatuseks. Kui aga lõhustuva aine mass on suurem kui kriitiline
2) kergete tuumade liitumine. Raskete tuumade lõhustumisel jaguneb mingi raske tuum (näiteks uraan) kaheks uueks nn kildtuumaks. Raskemates tuumades on suhteliselt palju neutroneid ja neid jääb sellisel reaktsioonil üle. Kui mõni algtuum haarab vaba neutroni, siis muutub ta ebastabiilseks ja võib laguneda. Kui lagunemiste käigus vabade neutronite arv kasvab, hakkab reaktsioon laviinitaoliselt laienema (järjest suurem hulk tuumi laguneb). Sellist reaktsiooni nimetatakse ahelreaktsiooniks. Kergete tuumade liitumiseks peavad kaks tuuma omavahel jõudma nii lähedale, et saaksid hakata mõjuma tugeva vastastikmõju jõud. Seda takistab aga positiivselt laetud tuumade korral elektriline tõukejõud, mis saavad seda suuremaks, mida lähemale tuumad üksteisele jõuavad. See saab võimalikuks, kui tuumadel on suur kiirus (keskkonnas kõrge temperatuur, üle 108 K). See saavutatakse raskete tuumade lõhustumisreaktsiooni abil.
annaabi.ee 
