Tuumafüüsika kokkuvõte (3)

Kontrolltöö aatomi-ja tuumafüüsikast
1. Tuumafüüsika: tuuma ehitus, tuumajõud, nukleonid, seoseenergia (tuuma seoseenergia arvutamine massidefekti ja eriseoseenergia kaudu). 2. Tuumareaktsiooni mõiste. Tuumareaktsioonide võrrandite kirjutamine, lähtudes  laengu ja massi jäävuse seadustest . 3. Radioaktiivsus ja selle liigid. Nihkereeglid  alfa-, beeta- ja gammakiirguse kohta. Võrrandite kirjutamine. Poolestusaeg   4. Raskete tuumade lõhustumine neutronite toimel. Kiired ja aeglased neutronid. Ahelreaktsioonid . Kriitiline mass. Neutronite paljunemistegur. 
Aatomi tuum on mõõtmetelt suurusjärgus 10-13 cm. Tuum on väga suure tihedusega ning oma olemuselt liitosake, mis koosneb prootonitest ja neutronitest , mida kokku nimetatakse tuumaosakesteks ehk nukleonideks. Prootoni laeng on võrdne elektroni laenguga ning seda nimetatakse tuumalaenguks (Z) Mass on 1,6726 · 10-27 kg, Neutroni mass on 1,6749 · 10-27 kg.
Prootonite ja neutronite koguarv on tuuma massiarv (A) A=Z+N . Ühel keemilisel elemendil võib olla erineva massiarvuga tuumi. Neid nimetatakse isotoopideks. Prootonite arv on sama, aga on erinev arv neutroneid. Väiksema aatominumbriga elementide stabiilsetes isotoopides on neutronite ja prootonite arv ligikaudu võrdne. Raskemate elementide (Z > 30) stabiilsetes isotoopides muutub aga neutronite arv võrreldes prootonitega üha suuremaks , näiteks uraani isotoopis on 92 prootoni kõrval 146 neutronit.
Tuuma hoiavad koos tuumajõud, mis on väga tugev vastastikmõju ning on suurem kui prootonite vaheline elektrostaatiline tõukejõud.
Energia, mida läheb vaja tuuma täielikuks lõhkumiseks üksikuteks nukleonideks nimetatakse seoseenergiaks, mida mõõdetakse elektronvoltides. Püsiva tuuma suurus on piiratud. Kõik tuumad , mille A>210, ei ole stabiilsed. Tuuma seisumass Mt on teda moodustavate prootonite ja neutronite seisumasside summast alati väiksem. Esineb massidefekt .
Massidefekt seisneb selles, et tuuma mass on alati teda moodustavate prootonite ja neutronite masside summast väiksem. DM = Zmp + Nmn – Mt
Massidefekti põhjus on suure hulga energia kiirgamine tuuma moodustumisel. D E = DM c2 on tuuma seosenergia.
Tuumareaktsioon on kahe aatomituuma või elementaarosakese ja aatomituuma kokkupõrge, mille tulemusena tekivad uued aatomituumad ja/või elementaarosakesed. Kokkupõrge saab toimuda siis, kui osakesed tulevad tuumale nii lähedale, et satuvad tuumajõudude mõjupiirkonda. Positiivsed osakesed suudavad tuumale läheneda vaid siis, kui sellele on antud piisavalt suur kineetiline energia. Tuumade muundumisel muutub tuumade seoseenergia.
Radioaktiivsus on ühtede aatomituumade iseeneslik muundumine teisteks tuumadeks, millega kaasneb mitmesuguste osakeste kiirgamine (ebastabiilse aatomituuma iseeneslik lagunemine ). Gammakiired. Läbitungimisvõime on kõige suurem, isegi röntgenkiirtest suurem.
Beetakiired. Elektri- ja magnetväljas on võimalik teha kindlaks, et need on valguse kiirusele lähedase kiirusega liikuvad elektronid.

• Alfaosakesed . Magnet- ja elektriväli kallutavad neid väga nõrgalt. Selle laeng on võrdne kahekordse elemetaarlaenguga. Alfaosakese kummagi elementaarlaengu kohta tuleb kahe aatommassiühiku suurune mass. Sama suur laeng ja mass on heeliumituumal. Seega Alfaosake on heeliumituum. Radioaktiivsel alfaosakese lagunemisel tekib heelium . a- kiirgus – Heeliumi tuumade voog
  
• b- kiirgus – elektronide voog
  
• g- kiirgus – suure sagedusega elektromagnetlained
  

Nihkereegel. Alfa-lagunemisel kaotab tuum laengu 2e ja tema mass väheneb ligikaudu nelja aaotmmassi ühiku võrra. 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 k1, 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 lõhustumise ahelreaktsioon.