Füüsika konspekt - aatomifüüsika, aatomimudelid (0)

1. teema – aatomifüüsika, aatomimudelid
Aatomifüüsika käsitleb keemiliste elementide algosakestes - aatomites toimuvaid protsesse.
Aatomifüüsika kitsamas mõttes tegeleb aatomite elektronkatete uurimisega; aatomituumas
toimuvaid protsesse uurib tuumafüüsika.
1. J. J. Thomson 1903. a. - esimese aatomimudel .
Thomsoni aatomimudel kujutas endast sfäärilise sümmeetriaga homogeenset positiivset
laengut, mille väljas liigub elektron .
2. Rutherfordi planetaarne aatomimudel – 1911.a.
Elektronid tiirlevad tuuma ümber, meenutab Päikesesüsteemi ehitust. Oli õige mittekiirgava
aatomi suhtes.
3. Bohri aatomimudel – 1913.a.
Seotud Bohri postulaatitega. Selgitavad, millal aatom kiirgab, millal neelab valguskvante.
Rutherfordi katse skeem
A - osakeste allikas;
K - märklaud (kuldleht);
S - stsintsilloskoop ( mikroskoop , mille ette on pandud tsinksulfiidiga kaetud ekraan ).
Mõõdetakse hajumisnurka α.
Planetaarne aatomimudel
2. teema - Bohri postulaadid
Eellugu : aatomiteooria arengus on tähtis osa elektromagnetiliste lainete neelamisel ja kiirgamisel. Kui elektron, liikudes ümber tuuma, kiirgab pidevalt elektromagnetilisi laineid, siis aatomi energiavaru peab vähenema. Aatomi energia vähenemisel peab tiirlev elektron pidevalt lähenema tuumale ja elektriliste tõmbejõudude tõttu kukkuma lõpuks tuuma. Aatom kaotab oma elektronkatte ja koos sellega ka oma füüsikalised ja keemilised omadused.
Aatomid on aga väga püsivad süsteemid. 1913. a. lõi taani füüsik Niels Bohr teooria, mis käsitleb aatomite energia kiirgamist ja neelamist.
Bohri postulaadid: ( postulaat – põhieeldus, teooria või mõttekäigu aluseks võetav
väide, mille kehtivust eeldatakse.)
1) Aatom võib püsivalt viibida ainult erilistes statsionaarsetes ehk kvantolekutes,
millest igaühele vastab kindel energia E. Statsionaarses olekus aatom ei kiirga
ega neela energiat.
2) Aatom kiirgab footoni suurema energiaga Ek / J / statsionaarsest olekust
üleminekul väiksema energiaga statsionaarsesse olekusse En / J / üleminekul.
Kiiratud footoni energia võrdub statsionaarsete olekute energiate vahega. hv = Ek – En
ν / Hz /- kiirgava footoni sagedus ; h = 6,62×10-34 - Planck ´i konstant.
Suuremasse energeetilisse olekusse minek ehk ergastumine toimub mõne elektroni ümberasumisega kaugemale statsionaarsele orbiidile. Selleks peab aatom saama väljastpoolt hüppeks kuluva täpselt sobiva energiakvandi. Aatomi tagasiminekul endisesse energeetilisse olekusse toimub kaugemal orbiidil oleva elektroni tagasihüpe endisele orbiidile, kusjuures see elektron kiirgab kvandi näol välja enne ergastumisel saadud energia.
Seetõttu aatom on võimeline neelama ainult neid footoneid, mis vastavad oma energialt tema elektronide orbitaalhüpeteks lubatud energiatele. Need on sellised footonid , mida aatom kuumutatud olekus ise on võimeline välja kiirgama .
Vasakul on näidatud energia neelamine aatomi poolt, millele vastab keskel graafikul aatomi üleminek kõrgemale energianivoole – aatom on ergastatud olekus. Juba 10-8 sekundi pärast langeb aatom tagasi madalamale energianivoole (graafikul), millele vastab paremal näidatud elektroni üleminek lähemale orbiidile ning energia kiirgumine .
3. teema - peakvantarv , energianivoo
1. Peakvantarv – täisarv n, mis määrab ära elektroni energiataseme aatomis. n = 1 – elektron asub esimesel orbiidil ehk esimesel energiatasemel, n = 2 – elektron asub teisel orbiidil ehk teisel energiatasemel jne. Mida suurem on peakvantarv, seda suurem on aatomi energia, tema keskmine kaugus tuumast ja seda suurem on tema orbitaal . Samale peakvantarvule vastavat elektronide kogumit nimetatakse elektronkihiks. Elektronkihis olevaid elektrone saab olla maksimaalselt 2n2. Näiteks esimesel orbiidil saab olla maksimaalselt 2 elektroni, teisel 8, kolmandal 18 jne. Peale peakvantarvu on olemas teisi kvantarve, näit. Magnetkvantarv .
Mõiste: orbitaal ( orbiit ) – ruumiosa, milles elektroni viibimise tõenäosus on suur.
Elektroni võimalikke energiatasemeid kirjeldatakse kolme kvantarvuga:
1. Peakvantarv (n)
2. Orbitaalkvantarv (l) – määrab ära orbitaali ruumilise kuju.
3. Magnetkvantarv (m) – määrab ära orbitaali orientatsiooni ruumis.
2. Energianivoo – peakvantarvule vastav energia. Aatom asub põhiolekus (statsionaarses olekus), kui energia on vähim.
Valguse kiirgumine – elektron läheb üle madalamale energiatasemele (tuumale lähemale),
siis kiirgub valguskvant ehk footon
Valguse neeldumine – elektron läheb üle kõrgemale energiatasemele (tuumast kaugemale),
siis neeldub valguskvant ehk footon
Antud teemaga seotud mõisted:
 Aatomi põhiolek – väikseima võimaliku energiaga olek
 Aatomi ergastatud olek – energia on suurem kui põhiolekus
 Statsionaarne olek – aatom ei kiirga elektromagnetlaineid
 Aatomorbitaal – ruumiosa, mida täidab elektronpilv
 Energiaühik – elektronvolt (eV). Töö, mida tehakse elektroni ümberpaigutamiseks
elektrivälja ühest punktist teise, kui nende punktide potentsiaalide vahe on 1 volt.
1 eV = 1,6×10-19 J
 Spontaanne kiirgus – kaasneb aatomi iseenesesliku üleminekuga kõrgemalt
energiatasemelt madalamale.
 Stimuleeritud kiirgus – välise elektromagnetvälja mõjul toimuv kiirgus
 Laser – stimuleeritud kiirgusel põhinev valgusallikas .
4. teema – kaasaegne aatomimudel
1. Tuuma ümber liikuvad elektronid moodustavad elektronpilved, mille erinevates
osades on elektroni leiutõenäosus erinev.
2. Elektronpilve piire ei ole võimalik täpselt määrata.
3. Mitme elektronkihiliste aatomite elektronkate on kihiline.
4. Erinevate elektronkihtide ja alakihtide täitumine toimub vastavuses Pauli
keeluprintsiibiga ja energia miinimumi printsiibiga.
Vaata teemat Kordamine: aatomifüüsika 12 slaid Pauli printsiip
5. teema – kvantmehaanika
Kvantmehaanika on füüsikaharu, mis tegeleb aine ja välja vaheliste seoste, aatomi
struktuuri, kvantosakeste liikumise ja sellega seotud nähtuste uurimisega.
Kvantmehaanika esimesed alged tekkisid 1900. aastal, kui Max Planck tõi sisse kvantide
mõiste. Paljud katsed olid seotud kiirgusspektrite uurimisega, mille käigus leiti, et energia
võib kiirguda või neelduda vaid kindlate kvantide kaupa. Kvantmehaanika kiire võidukäik
algas 1920. aastatel. Selle peamised rajajad olid aastail 1925. – 1926. W. Heisenberg ja E.
Schrödinger.
Kvantmehaanika on õpetus mikromaailma objektide liikumisest .
Põhiseisukohad on:
1. Aineosakestel on laineomadused (st osake võib käituda lainena).
2. Mikroosakeste käitumine on tõenäosuslik (ei ole täpselt ennustatav).
Kvantmehaanika võtab arvesse osakeste liikumise kirjeldamisel nii korpuskulaarseid kui ka
lainelisi aspekte.
6. teema - energiatasemed tahkistes
• Tahkis - kristallilised kehad.
• Energiatsoonid
Kristallides on aatomid või ioonid paigutunud korrapärase ruumvõrena. Naaberaatomite välised
elektronkatted mõjutavad üksteist. Selle tulemuseks on, et aatomite väliskihi elektronide ehk valentselektronide energiatasemed muunduvad mitme elektronvoldi laiusteks energiatsoonideks (1eV = 16×10-19 J). Tahkistes tekivad ühistatud elektronid, mis kuuluvad kogu kristallile. Ka tsoonid on ühised kogu kristallile. Energiatsoonis on alatasemete energiate vahe suurusjärgus 10-22 eV , st üliväike ning elektronide siirdumine ühelt alatasemelt teisele on lihtne kogu energiatsooni ulatuses. Eristatakse lubatud energiatsoone ja keelutsoone. Lubatud tsoonis saavad elektronid olla, aga keelutsoonis mitte. Lubatud tsoonid on lahutatud omavahel keelutsoonidega. Probleem on selles, kas elektronil on piisavalt energiat, et keelutsoonist üle hüpata ühest lubatud tsoonist teise. Selle põhjal eristataksegi metalle , pooljuhte ja dielektrikuid .
• Metallid
Metallides on valentselektronide energiatsoon vaid osaliselt elektronide poolt hõivatud. Vabade
tasemete olemasolu tõttu saavad elektronid tõusta tsooni hõivamata ossa , võttes elektrivoolu põhjustavalt elektriväljalt lisaenergiat. Elektronid saavad liikuda ja seetõttu ongi metallid head elektrijuhid.
• Dielektrikud
Dielektrikutes ehk isolaatorites on valentselektronide energiatsoon elektronidega täielikult hõivatud. Elektronidel puudub liikumisvabadus , sest pole vabu naabertasemeid. Järgmine lubatud energiatsoon paikneb lootusetult laia (kuni 10 eV) keelutsooni taga. Elektrivoolu ei saa tekkida.
• Pooljuhid
Pooljuhtides on valentselektronide energiatsoon ehk valentsitsoon küll elektronidega täielikult hõivatud, kuid keelutsoon on palju kitsam (1-2 eV) kui dielektrikutes. Elektronid suudavad minna
valentsitsoonist järgmisse lubatud tsooni ehk juhtivustsooni, jättes valentsitsooni maha täitmata elektronseisundeid ehk auke , mis käituvad nagu positiivse laenguga osakesed, st võtavad ka osa elektrijuhtivusest. Paar elektron-auk võib pooljuhis tekkida näiteks pealelangeva valguse footoni arvel. Sellest ka nimetus pooljuht, sest tema elektrijuhtivus on muudetav mingi välisteguri (valgus, temperatuur) mõjul.
Kokkuvõtvalt:
Metall – tahkis, milles viimane hõivatud energiatsoon on vaid pooleldi täidetud elektronidega ( juhtivustsoon ) või on moodustunud hübriidtsoon, st valents - ja juhtivustsoon osaliselt kattuvad,
keelutsoon puudub. (∆E=0)
Pooljuht – tahkis, mille valentstsoon on täielikult täidetud, kuid keelutsoon on kitsas
(∆E=1–3eV). Valguse või soojuse mõjul saavad elektronid siirduda valentstsoonist juhtivustsooni.
Dielektrik – tahkis, milles esinevad vaid täielikult täidetud ja päris tühjad energiatsoonid. Keelutsooni suure laiuse tõttu ei saa välimine elektriväli põhjustada elektronide siirdumist valentstsoonist juhtivustsooni. (∆E=5–10eV).
7. teema – tuumafüüsika, mõisted
Tuumafüüsika - füüsika osa, milles uuritakse aatomituuma ehitust ja selles toimuvaid protsesse
Aatomi tuum
Kerataoline keha aatomi keskmes, mille ümber tiirlevad elektronid. Tuuma on koondunud
suurem osa aatomi massist. Tuum koosneb kahte liiki elementaarosakestest - prootonitest ja
neutronitest . Neid nimetatakse ka nukleonideks. Tuumal on positiivne laeng.
Tuuma mõõtmed - läbimõõt 10-14 m
Prooton
1913.a. hüpotees E. Rutherford, prooton (kr. protos –esimene)
1919.a. katseline tõestus (lämmastiku aatomi tuumasid pommitatakse
α - osakestega, eralduvad prootonid ).
Positiivselt laetud tuumaosakesed. Prootonite arv ( aatomnumber ehk järjekorranumber ehk laenguarv ) määrab elemendi tuumalaengu ja on võrdne elektronide arvuga aatomis, nii et aatomid on elektriliselt neutraalsed. Tuuma tähtsaim osake, tähistatakse tähega Z.
Neutron
1920.a. hüpotees E. Rutherford
1932.a. J.Chadwick – katseline tõestus (berülliumi aatomi tuumasid pommitatakse
α -osakestega, eralduvad neutronid )
Elektriliselt neutraalsed tuumaosakesed. Samal elemendil võib tuumas olla erinev arv
neutroneid. Neutron on veidi suurema massiga kui prooton. Tähistatakse tähega N. Suure
läbitungimisvõimega. Mittestabiilne osake, vaba neutron laguneb prootoniks ja elektroniks
( poolestusaeg ca 12 minutit).
Laenguarv
Prootonite arv tuumas, tähis Z
Prootonite arvu muutudes tekib uus element (näit. radioaktiivsuse, tuumareaktsioonide tulemusel).
Tuuma tähis - X
X – keemilise elemendi tähis
A – massiarv (prootonite ja neutronite summa)
Z – prootonite arv
Näiteks: O - hapniku aatomituumas on 8 prootonit, 8 neutronit, massiarv on 16.
1932.a. W. Heisenberg ja D. Ivanenko prooton-neutronmudel:
Aatomituum koosneb prootonitest ja neutronitest
Massiarv
Prootonite (Z) ja neutronite (N) koguarv tuumas. Tähistatakse tähega A. Aatommassi
ümmardatud arv.
Isotoop
Ühe ja sama keemilise elemendi teisendid , millel on aatomituumas ühesugune arv prootoneid, kuid erinev arv neutroneid. Näiteks U ja U. Ühe ja sama keemilise elemendi isotoopidel on suhteliselt sarnased omadused.
Keemiline element
Liit- või lihtaine koostisosa (aatom), mis pole keemiliselt lagundatav. 118 keemilist elementi.
Iga elemendi aatomil on oma aatomnumber ja tuumalaeng.
Tuumajõud
Nukleone hoiavad tuumas koos tugeva vastastikmõju jõud (tuumajõud), mis ei lase nukleonidel eemalduda kaugemale kui mõni fermi (1 f = 10-15 m) ega läheneda alla ühe fermi. Ühed tugevamad jõud looduses, mida tuntakse. Väikese mõjuraadiusega (tuuma läbimõõt). Tuumajõud seob nukleonid tuumas ühtseks ehk hoiab tuumaosakesed koos.
Massidefekt
Vabade nukleonide masside summa on suurem kui tuumaks koondunud sama arvu
nukleonide oma. Seda masside vahet nimetatakse massidefektiks.
∆m = Zmp + Nmn – M, kus Z on tuuma laenguarv (prootonite arv tuumas), mp – prootoni mass,
N –neutronite arv, mn – neutroni mass ja M –tuuma mass.
Seoseenergia
Energia, mis tuleb tuumale anda selleks, et tuuma lõhkuda üksikuteks nukleonideks ( Es ).
Mida suurem on tuuma seoseenergia, seda stabiilsem ta on. Energiat mõõdetakse elektronvoltides (eV). 1eV = 1,610-19 J
Isotoopide kohta võid täiendavalt lugeda:
http://et.wikipedia.org/wiki/Isotoop
Aatomituuma kohta võid täiendavalt lugeda:
http://et.wikipedia.org/wiki/Aatomituu m
8. teema – radioaktiivsus
Radioaktiivsus
Teatud keemiliste elementide omadus iseeneslikult kiirata elektromagnetkiirgust või suure
energiaga osakesi nimetatakse radioaktiivsuseks (lad. radio +activus - kiirgustoime).
Radioaktiivsus on ebastabiilse (suure massiga) aatomituuma iseeneselik lagunemine. Selle
protsessiga kaasneb radioaktiivne kiirgus. Radioaktiivsete elementide aatomituumad ei ole stabiilsed. Tuumade lagunemisel muutub aatom mingi teise elemendi aatomiks . Radioaktiivsed elemendid asuvad Mendelejevi tabeli lõpuosas. Radioaktiivsuse avastas 1896. aastal prantsuse füüsik Antoine Becquerel.
Radioaktiivne kiirgus koosneb kolmest eri liiki kiirgusest. Magnet- või elektriväljas jaguneb
kiirgus kolmeks (vaata all olevat joonist):
1. α-kiirgus (alfa)
2. β-kiirgus (beeta)
3. γ-kiirgus (gamma)
𝛂-kiirgus koosneb alfaosakestest ehk heeliumi aatomi tuumadest, mis sisaldavad kahte prootonit ja kahte neutronit. Tuuma α-lagunemisega kaasneb alati ka γ-kiirgus. Need suhteliselt rasked osakesed liiguvad võrdlemisi aeglaselt ja nende läbimisvõime on väike.
On positiivse laenguga.
-kiirgus on kiirete elektronide voog. β-lagunemisel muundub tuumas üks neutron prootoniks, seejuures tekivad elektron ja antineutriino (väike elementaarosake ). Peaaegu valguse kiirusega liikuvad osakesed, suure läbitungimisvõimega. On negatiivse laenguga.
-kiirgus koosneb elektromagnetvälja kvantidest, millel on väga suur energia. Neil on väga
suur läbimisvõime. On neutraalsed ehk laenguta.
Radioaktiivsete tuumade lagunemine
Radioaktiivsete tuumade arv muutub ajas radioaktiivse lagunemise seaduse järgi:
N = N 0e- = N 02-
N0 - radioaktiivsete tuumade ajahetkel t=0
T – pooldumisaeg
N – tuumade arv ajahetkel t
Poolestusaeg – aeg, mille vältel
radioaktiivsete tuumade arv väheneb
pooleni esialgsest (radioaktiivsete ainete poolestumine on leitav tabelitest).
Poolestusaeg ei sõltu aine kogusest
Ajaloost:
1896.a. - prantsuse füüsik Antoine Becquerel märkas, et valguskindlas pakendis fotoplaat riknes, kui tema läheduses oli kolb uraanisooladega. Järeldus: uraaniühendid kiirgavad suure läbitungimisvõimega kiirgust.
1897 .a. – Marie ja Pierre Curie’d uurisid uraaniühendite kiirgust
1898 .a. – Marie ja Pierre Curie’d avastasid kaks uut radioaktiivset metalli – poloonium ja raadium.
9. teema - tuumareaktsioonid : lõhustumine
Aatomituumade muundumine vastastikmõjus mingi teise osakese või teise tuumaga Tuumareaktsioon on välismõju tulemusel toimuv protsess. Tuuma mõjutavad osakesed: α-osakesed, neutronid, prootonid, footonid jt. Tuumareaktsiooni käigus toimub energia neeldumine või eraldumine. Esimene tuumareaktsioon toimus 1917.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.
Ahelreaktsiooni käigus tekib kõrge radioaktiivsusega vaheprodukte, mille laguneminel tekib
lisaenergiat, mis omakorda aitab reaktsiooni üleval hoida. Looduslikus uraanis on ainult 0,7% lõhustuvat isotoopi U-235, ülejäänud 99,3% on mittelõhustuv U-238.Tuumareaktorites kasutatav uraanimaak rikastatakse. Ahelreaktsiooni käiku mõjutab neutronite paljunemistegur k.
k ≥ 1 - neutronite arv ajas kas suureneb või jääb samaks (ahelreaktsioon toimub).
k Ahelreaktsioonides kasutatakse uraani isotoobi
ja plutooniumi isotoobi
tuumasid, sest lõhustuvad hästi neutronite toimel. Lõhustumisel vabanev energia on kildtuumade liikumise kineetiline energia. Kriitiline mass - ahelreaktsioonis piisava arvu neutronite saamiseks vajalik aine kogus - uraanil umbes 15 kg.
Tuumareaktor
1942. aastal alustas tööd esimene tuumareaktor itaalia tuumafüüsiku E. Fermi juhtimisel. Tuumareaktoris toimub juhitav tuumareaktsioon, kasutatakse tuumakütuse plutooniumi
tootmiseks ja energia saamiseks.
Tuumareaktori põhielemendid:
1. Tuumakütus (U-235 ja U-238 segu)
2. Aeglusti ( grafiit või raske vesi)
3. Juhtvardad (kaadmiumi või boori sisaldavad ained)
4. Neutronite peegeldi (sisaldab berülliumi)
5. Betoonist varje (väldib radioaktiivse kiirguse väljapääsu)
Tuumapomm
Lõhustuv aine paikneb kahes osas. Need surutakse lõhkeaine abil üheks tükiks. Piisavalt
suures ainekoguses saab neutronite paljunemistegur ühest suuremas ning algab juhitamatu
tuumareaktsioon.
10. teema - tuumareaktsioonid: tuumade süntees
Tuumade liitumine ehk süntees – kahe kerge tuuma kokkupõrge ja ühinemine, mille tulemusena tekib raskem, stabiilsem tuum, seejuures vabaneb suur hulk energiat. Tuumade ühinemiseks on vajalik kõrge temperatuur (10 000 000 ºC) ja ülikõrge rõhk. Seetõttu nimetatakse neid reaktsioone ka termotuumareaktsioonideks. Toimub Päikese ja teiste tähtede tuumades.
Näide: + → + + energia
- deuteerium (vesiniku isotoop) ehk raske vesinik
- triitium (vesiniku isotoop) ehk üliraske vesinik
Et deuteeriumi leidub looduses piisavalt, on see suurepärane alternatiiv eeskätt fossiilkütustele ja ka tuumajaamade uraanikütusele. Näiteks leidub ühes liitris vees 33 mg deuteeriumi. Triitiumi on looduses vähem, seda on otstarbekas toota liitiumist viimase tuumade pommitamisel neutronitega. Liitiumi on Maal piisavalt: umbes 20 mg kilogrammi kohta maakoores ja sada korda vähem ookeanivees.
Kahjuks ei ole aastakümneid õnnestunud muuta termotuumareaktsiooni juhitavaks, et saadavat
energiat kasutada rahuotstarbeliselt. Kuigi termotuumareaktsioone pole suudetud kasutada n-ö
rahuotstarbeliselt, siis termotuumarelv on olemas juba 1950-ndate algusest.
Termotuumarelva ehk vesinikupommi sütikuks on aatomipomm , mis loob vajaliku temperatuuri, et saaks toimuda vesiniku tuumade süntees. Vesinikupomm on võimsam kui aatomipomm.
Näiteid tuumareaktsioonidest:
+ →
+ → +
+ → +
+ → +
+ γ→ +
11. teema - tuumaenergia kasutamine
1. Orgaanilise päritolu leidude vanuse määramine
Aluseks on süsiniku radioaktiivse isotoobi
sisalduse mõõtmine – radioaktiivse
süsiniku meetod
2. Kiiritusravi ehk radioteraapia
Vähirakud on tundlikud tuumakiirgusele.
3. Elektrienergia , soojusenergia tootmine
1954.a. – esimene aatomielektrijaam
1959 .a. – esimene aatomijäälõhkuja
Tuumaelektrijaam sarnaneb soojuselektrijaamale, vahe on ainult katlakoldes ehk reaktoris ja kütuses. Reaktorist juhitakse läbi soojuskandja (vesi, vedel naatrium), mis annab oma soojuse ära vee aurustamiseks. Veeaur paneb käima auruturbiini, see omakorda aga elektrigeneraatori või laevakruvi (aatomilaeval). Maailmas on üle 400 tuumaelektrijaama , mis toodavad umbes 17% maailma elektrist. Üks viimaseid suuremaid tuumakatastroofe oli 1986.a. Ukrainas Tšernobõli tuumaelektrijaamas.
4. Aatomijäälõhkujad, allveelaevad
5. Sõjaline eesmärk
Tuumapommid, -lõhkepead
Esimene tuumapomm lõhati 16.juulil 1945 USA-s New Mexico kõrbes. 6. augustil 1945
visati pomm Hiroshimale ja 3 päeva hiljem Nagasakile (Jaapani linnad).
6. Uute radioaktiivsete elementide saamine
Plutooniumi tootmine
Kiirguskaitse
Elusorganismis neelduv radioaktiivne kiirgus põhjustab tuumareaktsioone aatomites. Nende tulemustel muunduvad normaalsed aatomid antud molekulile sobimatu aine aatomiks, kusjuures reaktsioonil tekkinud osakesed vallandavad uusi samalaadseid reaktsioone. Seega pärsib rakkude normaalset elutegevust ning põhjustab suures ulatuses esinedes organismi hukkumise. Tuleb vältida radioaktiivsete ainete sattumist organismi koos toidu, joogivee või sissehingatava õhuga.
Kiirguskaitse eeldab kiirgusmõõtmisi, mida tehakse vastavate aparaatidega. Kiirguse
toimet mõõdetakse biodoosiga.
Loe lisaks
1. Kiirguse mõju tervisele
2. Tuumaelektri tootmine
12. teema – Elementaarosakesed
Füüsika haru, kus uuritakse elementaarosakesi ja nende muundumist. Elementaarosakeste füüsika sai alguse aine üha väiksemate koostisosade uurimisest 19. sajandi lõpus. 1895 . aastal avastas saksa füüsik Wilhelm Röntgen röntgenikiired, mis tekkisid kiirete elektronide pidurdumisel elektriväljas. Aasta hiljem, so 1896. aastal, avastas prantsuse füüsik Antoine Becquerel loodusliku radioaktiivsuse. Kiirguste avastamine viis teadlased mõttele, et aatom võib olla jagatav veelgi väikemateks osadeks . Inglise füüsik Joseph Thomson avastas 1897. aastal esimese elementaarosakese - elektroni. Nimetus elementaarosake võeti kasutusele 1930ndatel aastatel. Elementaarosakesteks nimetatakse ka tuuma koostisosakesi.
Elementaarosake – struktuurita või struktuuriga mikroosake, mis osaleb kõigis nüüdisajal tuntud füüsikalistes protsessides kui jagamatu tervik. Elementaarosakesed ei koosne teistest tuntud osakestest .
Elementaarosakesi iseloomustavad:
1. Mass
2. Elektrilaeng
3. Spinn (iseloomustab osakese pöörlemist)
4. Eluiga
Elementaarosakesed jaotatakse:
1. Leptonid
2. Mesonid
3. Barüonid
Mõisted:
Antiosakesed – massid võrdsed, laengud vastupidised (elektron – positron ). Avastati
1928.a. inglise füüsiku Paul Diraci poolt.
Kvargid – kõik mesonid, barüonid ja resonantsosakesed koosnevad kvarkidest ja antikvar-
kidest, kusjuures iga osake moodustab erineva kvarkide kombinatsiooni . Avastati 1963.a.
M. Gell- Manni ja G. Zweigi poolt.
Olulisemad elementaarosakesed:
1. Elektron – J. Thomson 1897.a.
2. Prooton – E. Rutherford 1919.a.
3. Neutron – J. Chadwick 1932.a.
4. Meson
5. Neutroni β-lagunemisel eralduv neutriino
6. Kiirguskvant footon
VALGUSE KIIRGUMINE JA NEELDUMINE
1. Selleks, et elektron läheks suuremale orbiidile, peab aatomis energia neelduma.
2. Suuremalt orbiidilt väiksemale tulles aatom kiirgab energia hulga – energia kvandi.
3. Tavaliselt on elektron kõige väiksemal orbiidil.
4. Suuremal orbiidil on elektron 10-8 sekundit.
5. Kiiratavat energiakvanti tajume meie valgusena .
6. Joonisel on kujutatud H, Na, Fe kiiratavad valgused – spektrid.