Aine ehitus ja radioaktiivsus (1)

http://www.abiks.pri.ee
AATOMITUUMA EHITSU. ISOTOOBID . TUUMA SEOSEENERGIA .
Aatomi tuuma mõõtmed (10-14m) on aatomi enda mõõtmetest (10-10m) tuhandeid kordi väiksemad. Aatomi mass on aga koondunud peamiselt tuuma.
Aatomi tuum koosneb nukleonidest, mida nim prootoniteks ja neutroniteks. Nende massid võrduvad ligikaudu ühe aatommassiühikuga – üks aatommassiühik (u) on võrdne 1/12 süsiniku isotoobi 126C aatomi massist (1u = 1,6605402*10-27kg = 931,5MeV = 14,924*10-11J)
Prootonite arv tuumas võrdub e arvuga aatomi elektronkattes. Prootonite ja neutronite arvude summat nim massiarvuks – A=Z+N. Z ja N võivad tuumas olla teatud lubatavate energiaväärtustega. Z arv tuumas määrab elemendi keemilised omadused ja elemendi koha perioodilisussüsteemis.
Keemilise elemendi teisendeid, mille tuumas on erinev arv neutroneid nim isotoopideks. Üks ja sama keemilise elemendi isotoopidel on ühesugused keemilised omadused, kuid erinevad füüsikalised omadused. Mõned isotoobid võivad olla radioaktiivsed, nt vesiniku isotoobid (21H-deuteerium; 31H- triitium )
Z ja N vahel mõjuvad tuumas erilised jõud – tuumajõud, mis on väga tugevad ent väikese mõjuraadiusega
Tuuma seoseenergia on nukelonide vastastikmõjuenergia vastandväärtus. Tuuma seoseenergia on võrdne tööga, mis kulub tuuma lahutamiseks koostisosadeks. ES=DMc2=(Zmp+Nmn-Mt)*931,5MeV
Massidefekt (DM) on tuuma moodustavate nukleonide masside summa ja selle tuuma massi vahe DM=Zmp+Nmn-Mt
Mida suurem on tuuma seoseenergia ühe nukleoni kohta ES/(Z+N) (eriseoseenergia), seda stabiilsem on tuum.
 
RADIOAKTIIVSUS
Looduslik RA avastati 1896 Becquereli poolt. Ta märkas, et uraani soolad kiirgavad mingit kiirgust ilma igasuguse välismõjuta. Väga intensiivselt kiirgab element Raadium – sellest nim RA Kõik 83-st suurema jnr-ga elemendid per.süsteemis on RA
Aine, mis kiirgab RA kiirgust muundub – muutub tema tuuma laeng ja seega muutuvad aatomid teise keemilise elemendi aatomiteks (84210Po > a + 82206Pb)
RA kiirguse liigid ja omadused (liik, olemus, laeng, läbitung.v., õhu ioniseerimis v)
a, He aatomi tuumad , +, väike, tugev
b, elektronid, -, suurem, väiksem
g, elektonmagnetkiirgus (l=10-8..10-11), neutraalne , v.suur, v.väike
N: a- lagunemine 92238U >> 24He + 90234Th
b-lagunemine 55137Cs >> -10e + 56137Ba + (antielektronneutriino)
b+- lagunem 1427Si >> +10e ( positron ) + 1327Al + (elektronneutiino)
g-lagunem 55137Cs >>g + 55137Cs
RA lagunemise seadus -Iga RA aine jaoks on ajavahemik , mille jooksul aine aktiivsus väheneb 2x, seda aega nim poolestusajaks – kehtib seos N=NO2-t/T, kus NO- ra aatomite arv algul; N-ra aatomite arv praegu; T- poolestusaeg ; t-aeg, mis on möödunud vaatluse algusest
 
URAANI TUUMADE AHELREAKTSIOON
1938 avastasid Saksa teadlased Otto Hahn ja Fritz Starssmann, et uraani pommitamisel neutronitega, 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 põlvkonna neutronite arvu suhe eelmise põlvkonna neutronite arvusse (paljunemistegur) olema vaid veidi 1-st suurem
Selleks on vaja kriitilise massiga Uraani, milles reaktsiooni juhitakse nn juhtimisvarrastega, mis neelavad ülearused neutronid
Mitte juhitav suure paljunemisteguriga ahelreaktsioon toimub tuumapommis , juhitav aga tuumarektsioonis