Tuumafüüsika (4)

aatomituum
Koosneb nukleonidest – prootonitest ja neutronitest , mida hoiavad koos tuumajõud. Prootoni laeng on ­+ e, neutronil laeng puudub. Mõlema mass on (aatommassiühik, Mendelejevi tabelis on massid antud nendes ühikutes, 1 u on 1/12 süsinik-12 isotoobi aatomi massist)
Tuuma on koondunud suurem osa aatomi massist.
Tuuma mõõtmed – läbimõõt 10-14 m
Keemilise elemendi tähis
A – aatomi massiarv, nukleonide (prootonite + neutronite arv, ligikaudne aatomi mass aatommaassiühikutes
Z – keemilise elemendi järjekorranumber, prootonite arv, elektronide arv neutraalses aatomis, tuuma laeng elementaarlaengutes
N – neutronite arv,
isotoobid
On keemilise elemendi aatomid, mille tuumades on sama arv prootoneid, kuid erinev arv neutroneid. Kõikidel elementidel on isotoobid. Isotoobid on ühesuguste keemiliste omadustega.
Näiteks ja
Radioaktiivsus
On mõningate isotoopide omadus iseeneslikult (spontaanselt) laguneda, muutudes tesiteks isotoopideks või keemilisteks elementideks. Radioaktiivsel lagunemisel muutub aatomi tuum ja sellega kaasneb kiirgus
Radioaktiivse kiirguse liigid
- kiirgus heeliumi tuumade voog
- kiirgus elektronide voog
- kiirgus väikese lainepikkusega, suure sagedusega elektromagnetlaine
Nihkereeglid:

• kui tuum kiirgab alfaosakese , nihkub ta Mendelejevi tabelis kaks kohta vasakule;
  
• kui tuum kiirgab beetaosakese, nihkub ta ühe koha võrra paremale;
  
• kui tuum kiirgab neutroni või gammakvandi, jääb ta tabelis paigale.
  

Poolestusaeg
On ajavahemik, mille jooksul radioaktiivse aine mass väheneb kaks korda
Näiteks kui alustame 1000 radioaktiivse tuumaga, on poolestusaja möödudes alles 500 tuuma, 2 poolestusaja möödudes 250 tuuma, kolme poolestusaja möödudes 125 tuuma jne.
ehk , kus N – allesjäänud radioaktiivsete aatomite arv,
N0 – radioaktiivsete aatomite arv algmomendil, t – ajavahemik, T – poolestusaeg
Massidefekt
­ - tuuma seisumass
­ ­- prootoni seisumass
­ - neutroni seisumass
Z - laenguarv
N ­ - neutronite arv
Nukleonite summaarse massi ja tuuma massi vahet nimetatakse
massidefektiks .
Mass on samaväärne energiaga.
Seoseenergia
On energia, mis läheb vaja tuuma täielikuks lõhustamiseks tema koostisosadeks – prootoniteks ja neutroniteks
Eriseoseenergia
on seoseenergia nukleoni kohta. Eriseoseenergia ühik on 1 MeV.
tuumareaktsioonid
On tuumade muundumised, mis toimuvad tuumade vastastikmõjus elementaarosakeste või teiste tuumadega.
Tuumareaktsioonil eraldub energia, kui lähteproduktide seisumasside summa on suurem lõpp-produktide seisumasside summast . Vastasel korral energia neeldub.
Tuumareaktsioonide liigid on ka:

• Raskete tuumade lõhustumine ( nuclear fission)
  

• Kergete tuumade liitumine (süntees) raskemateks tuumadeks
  

( nuclear fusion)
Ahelreaktsioon – raskete tuumade lõhustumine aeglaste neutronite toimel.
Tuumareaktsiooni näide
Nagu keemilistel reaktsioonidel, peab ka siin olema võrrand tasakaalus - nii alumiste kui ülemiste indeksite summad peavad olema võrdsed mõlemal pool noolt või võrdusmärki.
Tuumakiirgust ja selle mõju iseloomustavateks suurusteks on

• neeldumisdoos (ühik grei: 1 Gy = J/kg) näitab energiahulka džaulides, mis on neeldunud keha massi kilogrammi kohta
  
• bioloogiline efektiivdoos , kõikide elundite ja kudede ekvivalentdooside kaalutud summa; arvestab erineva elundi/ koe suhtelist tundlikkust. Ühik: 1 siivert (Sv) = 1 J/kg. (põhjus miks grei ja siivert on mõlemad ühikutes 1 J/kg kohta: efektiivdoos on greides mõõdetud neeldunud doosi ja suhtelise bioloogilise efektiivsuse korrutis)
  
• aktiivsus (SI-ühik bekrell : 1 Bq) radionukliidi spontaansete lagunemiste arv ühikulise ajavahemiku jooksul. SI ühik on bekrell (Bq = 1 siire ajaühikus) mittesüsteemne ühik on kürii (Ci). Aktiivsus on seotud allikaga , neeldumise hindamine on keerulisem, sellest ka erinevate dooside ja ühikute rohkus .
  
• Üks siivert on väga suur kiiritusdoos. Inimene sellega tavaliselt kokku ei puutu . Lihtsam on kiiritusdoosidest rääkides kasutada tuhat korda väiksemat millisiivertit (mSv) või miljon korda väiksemat mikrosiivertit (µSv).
  
• Keskmine looduslik foon on umbes 3 mSv aastas. Lühiajaliste suurte doosidega kaasneb ajutine steriliseerimine , ilmnevad kiiritustõve nähud, 5 Sv suuruse doosi korral järgneb surm umbes 50% juhtudel 1-2 kuu jooksul, 10 Sv suurem lühiajaline doos on inimesele surmav. Väiksemate dooside korral võib inimene mitmeaastase peiteaja järel haigestuda vähktõppe, samuti võivad kiiritusega kaasneda pärilikkushaigused, mutatsioonid järglastel.
  

Kiirguskaitse
Radioaktiivse kiirguse eest kaitsmiseks on kolm võimalust:

Kiirguse ekraneerimine: inimene eraldatakse kiirgusallikast kiirgust tugevasti neelava kaitsekihiga. Laias laastus võib öelda, et kiirgust nõrgendav toime on võrdeline kaitsekihi kogutihedusega: kergemat ainet tuleb võtta paksem kiht, kui raskema aine korral. Heaks kaitsekihiks on rasketest metallidest (tavaliselt pliist ) ekraanid; läbipaistvad aknad tehakse kuni 50% pliioksiide sisaldavast flintklaasist.

Kaitse radioaktiivsete ainete organismi tungimise eest. Sel otstarbel kasutatakse kaitseülikondi, gaasimaske, vee- ja õhufiltreid. Kiirguskahtluse korral tuleb läbi viia vee ja toiduainete radioaktiivsuse kontroll.

Ravimid. Kui kiirgusoht on reaalne või on tekkinud kahtlus ohtliku doosi saamise võimaluse suhtes, tuleb tarvitada kiiritustõve arengut pärssivaid medikamente. Levinuimaks kiiritusravimiks on joodi sisaldavad tabletid; nende toime seisneb organismi koguneva radioaktiivse joodi väljaviimises tavalise ainevahetuse teel. Kui joodi on ülehulgas, algab selle eritumine , mille käigus radioaktiivne jood asendub tablettidest saadava ohutu isotoobiga.