Tuumafüüsika - kordamisküsimused (10)

Kordamisküsimused – tuumafüüsika
1. Kirjelda järgmisi aatomimudeleid:
a. Daltoni piljardipalli mudel – aatomid on tahked ja jagamatud
b. Thomsoni ploomipudingi mudel - positiivselt laetud kera, mille sees paiknevad elektronid.
c. Rutherfordi õhupallimudel - keskel on positiivse laenguga tuum ja selle ümber tiirlevad erinevatel orbiitidel elektronid
d. Bohri planetaarne mudel – keskel tuum (+), elektronid (-) tiirlevad ümber tuuma erinevatel orbiitidel ühel ja samal tasapinnal, ühel orbiidil võib olla ka mitu elektroni
e. Kaasaegne pilvemudel - Tuuma ümber liikuvad elektronid moodustavad elektronpilved, mille erinevates osades on elektroni leiutõenäosus erinev
2. Sõnasta Bohri 2 postulaati.
1. Elektron liigub aatomis teatud kindlatel lubatud orbiitidel. Lubatud orbiidil liikudes aatom ei kiirga.
2. Elektroni üleminekul ühelt lubatud orbiidilt teisele aatom kiirgab või neelab valgust kindlate portsjonite – kvantide kaupa.
3. Millistest osakestest koosnevad aatomituumad ? Kuidas on nende osakeste ühine nimetus?
Aatomituumad koosnevad prootonitest ja neutronitest - nukleonidest
4. Mida näitab keemilise elemendi järjekorranumber Z? Mida massiarv A?
Z – prootonite arv tuumas, A – tuuma massiarv, A=N+Z
5. Mis on isotoobid ? Milliste omaduste poolest on nad sarnased, milliste poolest erinevad?
Isotoobid on mingi keemilise elemendi aatomi tüübid, mis erinevad massiarvu (A) poolest. Järjenumber ehk aatominumber ehk laenguarv (Z) langeb neil kokku. Massiarvu erinevus tuleneb erinevast neutronite arvust tuumas.
6. Millised jõud hoiavad nukleone aatomituumades? Kirjelda nende jõudude omadusi.
Nukleone hoiab aatomituumas tuumajõud, mis on positiivselt laetud prootonite omavahelisest elektrostaatilisest tõukejõust umbes 100 korda suurem. Et tuumajõudude mõjuulatus on väga väike (efektiivselt mõjub see vaid kõrvuti asetsevate nukleonide vahel), siis ülisuurtes aatomituumades ei suuda tuumajõud tuuma enam koos hoida ning tuum võib laguneda.
7. Mida iseloomustab tuumade seoseenergia ? Millest sõltub seoseenergia suurus?
Seoseenergia näitab, kui suur energia vabaneb, kui üksikutest neutronitest ja prootonitest panna kokku elemendituum, arvutatakse igal tuumal eraldi.
Aatomituuma seoseenergia on otseselt seotud tuuma moodustavate nukleonide vahel mõjuva tuumajõuga
8. Millist nähtust nimetatakse radioaktiivsuseks? Millised elemendid omavad radioaktiivseid isotoope?
Radioaktiivsus ehk tuumalagunemine on ebastabiilse (suure massiga) aatomituuma iseeneslik lagunemine . Selle protsessiga kaasneb radioaktiivne kiirgus. Kõik vismutist suurema prootonite arvuga elemendid on radioaktiivsed.
9. Mida kujutab endast alfakiirgus ja millised on selle kiirguse omadused?
Alfakiirgus on ioniseeriv radioaktiivne kiirgus, mis tekib tuumareaktsioonide tulemusel ja koosneb alfaosakestest. Alfakiirgus on tulenevalt oma väikesest läbimisvõimest inimesele suhteliselt ohutu, ei suuda läbida isegi paberit.
10. Mida kujutab endast beetakiirgus ja millised on selle kiirguse omadused?
Beetakiirgus on beetaosakestest koosnev ioniseeriv radioaktiivne kiirgus, mis tekib beetalagunemisel. Beetakiirgus võib olla negatiivne (koosneb negatiivsetest beetaosakestest elektronidest) või positiivne (koosneb positiivsetest beetaosakestest positronidest). Beetakiirguse läbimisvõime on umbes sada korda suurem kui alfakiirgusel, kuid palju väiksem kui gammakiirgusel. Beetakiirguse peatamiseks on vaja õhukest metall -lehte. Beetakiirgus võib tekitada inimesel kiirgustõbe, vähki ja raskemal juhul isegi surma. Siiski on beetakiirgusega kaasnev gammakiirgus inimesele palju ohtlikum. Ei suuda läbida alumiiniumi.
11. Mida kujutab endast gammakiirgus ja millised on selle kiirguse omadused?
Gammakiirgus on kõige lühema lainepikkusega (suurusjärgus alla 10 pikomeetri) ja seega suurima sagedusega ning energiaga elektromagnetiline kiirgus. Gammakiirgus koosneb gammakvantidest ehk suure energiaga (üle 100 keV) footonitest. Gammakiirgus tekib tuumaprotsessides, mõne teist tüüpi radioaktiivse kiirguse teisese kiirgusena ning elementaarosakeste annihileerumisel. Tulenevalt gammakiirguse poolt kantavast suurest energiast tekitab gammakiirgus eluskudedele suuri kahjustusi. Gammakiirgus on ioniseeriv kiirgus. Gammakiirguse varjestamiseks kasutatakse tavaliselt hästi pakse pliiplaate.
12. Mis toimub aatomituumadega radioaktiivsete osakeste kiirgumise tagajärjel?
Aatomituum laguneb, kuna on ebastabiilne ning ülearused prootonid heidetakse välja.
13. Sõnasta nihkereegel alfakiirguse kohta.
a - lagunemisel kaotab tuum laengu 2e ja tema mass väheneb nelja aatommassiühiku võrra. Selle tulemusena nihkub element perioodilisuse tabelis kahe koha võrra ettepoole .
14. Sõnasta nihkereegel beetakiirguse kohta.
b - lagunemisel suureneb tuuma laeng ühe võrra ja element nihkub perioodilisuse tabelis ühe koha võrra tahapoole.
15. Millised tingimused peavad olema täidetud, et tuum oleks stabiilne?
Tuum on stabiilne, kui prootoneid ja neutroneid on sama palju. Kui neutronite arv aatomis erineb oluliselt energeetiliselt kõige soodsamast (kõige madalama seoseenergiaga), on tuum ebastabiilne.
16. Mida iseloomustab radioaktiivse isotoobi poolestusaeg ?
Radioaktiivse isotoobi poolestusaeg loetakse konstantseks. See võib ulatuda ajast, mis on pikem universumi vanusest kuni sekundi murdosani.
17. Kuidas on poolestusaeg seotud ühe konkreetse tuuma elueaga?
Mida suurem on poolestusaeg, seda kauem aine säilib. Stabiilsete isotoopide poolestusaeg radioaktiivsel lagunemisel loetakse lõpmata suureks.
18. Millised muundumised toimuvad keemiliste reaktsioonide käigus? Mis püsib keemilistes reaktsioonides muutumatuna?
Keemilise reaktsiooni käigus tekib ühest või mitmest keemilisest ainest keemiliste sidemete katkemise ja/või moodustumise tulemusena üks või mitu uute omadustega keemilist ainet (saadust, produkti ). Muutumatuna püsivad aatomituumad.
19. Millised muundumised toimuvad tuumareaktsioonide käigus? Mis püsib tuumareaktsioonides muutumatuna?
Tuumareaktsioonide tulemusena tekivad uued aatomituumad ja/või elementaarosakesed. Muutumatuks jääb koguenergia (energia jäävuse seadus)
20. Miks vabaneb tuumareaktsioonide käigus energiat?
Siin kehtib energia jäävuse seadus. Tuuma lagunemisel vabaneb energia, eraldub soojus .
21. Milles seisnevad kergete tuumade sünteesireaktsioonid? Too näide!
Sünteesireaktsioonid on kergete tuumade ühinemisreaktsioonid. Nende tekkimiseks on vaja kõrget temperatuuri(100milj °). Päikeses toimub vesiniku põlemine heeliumiks
22. Milles seisnevad raskete tuumade lõhustumisreaktsioonid? Too näide!
Seisneb raskete tuumade lõhustumisel, mille käigus vabaneb energia. Kasutusel tuumareaktorites tuumajaamades.
23. Millist nähtust nimetatakse tehisradioaktiivsuseks?
Tehisradioaktiivsus seisneb elemendi pommitamises osakestega, millel on suur kiirus
24. Milliseid reaktsioone nimetatakse termotuumareaktsioonideks?
Termotuumareaktsioon on tuumareaktsioon , kus kergemate aatomituumade tuumaühinemise tulemusel kõrge temperatuuri ja rõhu juures tekivad raskemad aatomid.
25. Milles seisneb ahelreaktsiooni eripära?
Ahelreaktsioon on protsess, mille käigus protsessi lõpptulemus (või kõrvaltulemus) käivitab uue samatüübilise protsessi. Ahelreaktsioon on iseennast võimendav sündmuste ahel.
26. Millised tingimused peavad olema täidetud ahelreaktsiooni käivitumiseks?
Ahelreaktsiooni toimumiseks peab lõhustuv materjal (ehk tuumkütus) ületama kriitilise massi. Sellisel juhul piisab ühest spontaansest tuumalõhustumisest, et vallandada ahelreaktsioon.
27. Milliseid isotoope kasutatakse tuumarelvade valmistamisel?
Kasutatakse uraani isotoope
28. Kirjelda kahuritoru meetodil töötavat tuumarelva.
Tegemist on äärmiselt raskesse ja peenikesse kesta (sageli vana kahuritoru) pakitud lõhkelaenguga. Heites sellise pommi 10-km kõrguselt kihutab selline peenike pulk küllalti sügavale maa sisse.
29. Millistest põhimõttelistest osadest koosneb tuumareaktor?
Koosneb juhtvarrastest, kiirguskaitsest, soojusvahetist, soojuskandjast, tuumkütusest, aeglustist
30. Kirjelda termotuumapommi tööpõhimõtet.
Termotuumapomm ehk vesinikupomm . Selle südamikus on tavaline lõhustumis- tuumapomm . Selle lõhkemisel tekib ülikõrge temperatuur, mis käivitabki termotuumareaktsiooni.