Fissioon ja Fusioon Tuumalõhustumine Spontaanne Võimalik esile kutsuda ja ahelreaktsiooni kontrollida Keemiliste elementide isotoobid ehk tuumakütused U235/Pu239 Tuuma kasvades seoseenergia väheneb Elekter? Tuumaühinemine Energia vabaneb või neeldub? Looduslikult toimub tähtedes Tingimused Eeldused Coulomb'i barjäär Tuumajõud versus tõukejõud Ajalugu Selle potentsiaal teada juba 1920 neli H aatomit kaaluvad 0,7% rohkem kui üks heeliumi aatom Tähtede valgus tuleneb sellest masside erinevusest, võrrandi E=mc2 järgi Kuuma plasma kokkusurumise eksperimendid algasid Ameerika Ühendriikides juba 1938. aastal Tõsine uurimistöö Külma sõja ajal (vesinikpomm) Aatomid rahu nimel konverents (~1950) Energiabarjääri ületamise meetodid Vajalik on energia, mida saab anda mitmel moel: Tuumade kiirendamine Termotuumareaktsioon Külm tuumaühinemine katalüsaatorite abil Tuumade kiirendamine Aatomituumade kiirendamine elementaarosakeste kiirendis Osake...
Tänu energia jäävuse seadusele on energia kogubilanss tasakaalus. Seoseenergia on energia, mida on vaja rakendada, et purustada tervik osadeks. Energia vabanemine toimub seosenergia arvel. Liitosakese seoseenergia on võrdne minimaalse tööga, mis kulub selle liitosakese lahutamiseks(lõhkumiseks) koostisosakesteks. Energia vabaneb liitosakese moodustumisel osakestevaheliste jõudude tööna. Tuumade seosenergia oleneb omapärasel viisil tuuma massiarvust, see viib selleni, et tuumareaktsioonidest on võimalik suuuremal hulgal energiat saada kahes piirkonnas kergete tuumade ühinemisel ja raskete tuumade lõhustumisel. Kergete tuumade ühinemine. Tähed ja vesinikpomm. Tuumade seosenergiad on umbes miljon korda suuremad kui aatomites ja molekulides. Tuumareaktsioonide alustuseks on ainet vaja kuumutada vähemalt kümne miljoni kraadini, alles siis saavad tuumade kiirused nii sureks, et nad põrkudes ületaksid elektrilise
' Energia vabaneb alati seoseenergia arvelt. Et ära lõhkuda aineoskaestst muuyta esialgseks tuleb selle ära lõhkumiseks kasutrada samu palju energia kui me kasutamise selle aine tegemiseks. Mida tugevam on ainete seos seda tugevam on selle aine jõud . Mida tugevam on soeseenergi seda tugevam on seos . Aatomituuma moodustavate nuklonite prootonite ja neutronite vahelised jõud on palju tugevamad molekulides ja aatomites valitsevatest elektsilistest jõududest. Tuumareaktsioonidest on võimalik suuremal hulgal energiat saada kahes piirkonnas-kergete tuumade ühinemisel ja raskete tuumade lõhustamisel. Nagu juba eespool üeldud siis ,tuumade soesenergiat on umbes miljon korda suuremad kui aatomites ja molekulides. TUUMADE SOESENERGIA ÜHE NUKLEONI KOHTA Click to edit Master text styles Second level Third level Fourth level Fifth level
on luminestsents, mis tekib aines rakendatud elektrivälja mõjul. Rakendamine Kasutatakse gaaslahendus- ehk luminestsentslampides, tahkeaine laserites, kujutisemuundurites, kujutisevõimendites. Elektroluminestsents Keemiline reaktsioon kemoluminestsents Protsess, mille käigus ühest või mitmest keemilisest ainest (lähteaine(te)st) tekib keemiliste sidemete katkemise ja moodustumise tulemusena üks või mitu uute omadustega keemilist ainet (saadust, produkti). Erinevalt tuumareaktsioonidest, ei toimu keemilises reaktsioonis aatomituumade muutusi. Reaktsioonivõrrand Keemilist reaktsiooni kirjeldatakse reaktsiooni võrrandiga, mis näitab protsessis osalevaid lähteaineid ja lõpp-produkte. Vastavalt aine jäävuse seadusele saab võrrandi pooled võrdsustada, nii et mõlemal poolel on iga elemendi aatomeid võrdne arv. Keemiline reaktsioon Elektronidega pommitamine katoodluminestsents Ehk tahketekehade helendamine.
Prooton ja nautron on ühisnimega nukleon. Aatomituum koosneb prootonitest ja neutronitest. Looduslik radioaktiivsus Radioaktiivseid kiigused jagunevad kolmeks: 1. Alfakiirguseosakesed ehk alfaosakesed on heeliumi aatomi tuumad. 2. Beetakiirguse osakesed on elektronid. 3. Gammakiirgus kujutab endast suure energiaga footonite voogu. Tuumaenergia ja selle kasutamine Protsesse, kus tuumad võivad ühineda, ümber korralduda ja laguneda, nim tuumareaktsioonideks. Erinevalt tuumareaktsioonidest, ei toimu keemilises reaktsioonis aatomituumade muutusi. Seoseenergia on mehaaniline energia, mida on vaja rakendada, et purustada tervik osadeks. Kui rasketesse tuumadesse ühineb neutroneid, põhjustab see tuuma lõhustumist, moodustades kergema ehitusega tuumi. Raskete tuumade lõhustumisel vabaneb energia mida kasutatakse tuumaelektrijaamades. Tuumareaktor: neutrone neelav materjal, juhtvardad, neutronipeegeldi, turbiin, generaator, kondensaator, soojusvaheti, välje ja aeglusti.
Tuumarelvad Mis on tuumarelv? Tuumarelv on lõhkeseade, mille jõud tuleneb tuumareaktsioonidest. Tuumarelva peamised mõjutegurid on lööklaine, valguskiirgus ja radioaktiivne kiirgus. Tuumarelva liike Põhimõtteliselt on olemas kahte liiki tuumarelvi: oma energia põhiliselt tuumade lõhustumisest saavad relvad tuumade lõhustumist kasutavad relvad, mis saavad põhienergia tuumade ühinemisest Relvade kohaletoimetamine Esimesed tuumarelvad olid pommid nagu Nagasakile visatud "Fat Man" Selliseid pomme said kanda ainult
lagunemise jaoks pole aga väliseid põhjuseid vaja. Liitosakese seoseenergia on võrne minimaalse tööga mis kulub selle liitosa lõhkumiseks koostisosadeks. Tuuma seoseenergia oleneb üsna omapärasel viisil massiarvus, mugavaim on seda sõltuvust jälgida , kui tuuma seoseenergia jagada massiarvuga, st. vaadata ühe nukleoni kohta tulevat seoseenergiat. Tuumajõudude ja tuumade seoseenergia olenevus massiarvust viib selleni , et tuumareaktsioonidest on võimalik suuremal hulgal energiat saada kahes piirkonnas kergete tuumade ühinemisel ja raskete tuumade lõhustumisel. Tuumade seoseenergiad on u miljon korda suuremad kui aatomites ja molekulides. Tuumareaktsioonide alustuseks on ainet vaja kuumutada vähemalt kümne miljoni kraadini , alles siis saavad tuumade kiirused nii suureks, et na põrkudes ületaksid elektrilise tõukumise ja jääksid tuumajõudude haardesse.
1. Mis on tuumareaktsioon? Võrdle seda keemilise reaktsiooniga. Protsesse, kus tuumad võivad ühineda, ümber korralduda ja laguneda, nim tuumareaktsioonideks. Keemiline reaktsioon on protsess, mille käigus ühest või mitmest keemilisest ainest (lähteaine(te)st) tekib keemiliste sidemete katkemise ja/või moodustumise tulemusena üks või mitu uute omadustega keemilist ainet. Tuumareaktsioonide võrrandeid võib kirjutada täpselt nagu keemiliste reaktsioonide võrrandeid. Erinevalt tuumareaktsioonidest, ei toimu keemilises reaktsioonis aatomituumade muutusi. 2. Mis on seoseenergia. Too näiteid Seoseenergia on mehaaniline energia, mida on vaja rakendada, et purustada tervik osadeks. Näiteks elektroni seoseenergia on energiahulk, mis on tarvis elektronile anda, et teda oma orbiidilt välja lüüa 3. Kuidas oleneb tuumade seoseenergia massiarvust? Seoseenergia kasvab massiarvu kasvades 4. Missugustes tingimustes on võimalik kergete tuumade ühinemine?
Seetõttu hoiavad nukleonid tuumas teineteisest pisut eemale. 14) Kas radioaktiivne tuum on stabiilne või mitte? 15) Tuumareaktor Reaktsiooni alustamiseks tõstetakse juhtvardad osaliselt aktiivtsoonist välja. Kui on saavutatud planeeritud võimsus, tagatakse k=1-ga, et ahelreaktsioon ei areneks plahvatuseks. Kasutatake teadusuuringutes, laevade jõuseadmetes ja energeetika' 16) Tuumareaktsioon võrrelda keemilisereaktsiooniga Erinevalt tuumareaktsioonidest ei toimu keemilises reaktsioonis aatomituumade muutusi 17) Tuumareaktsiooni liigid ? 18) Kuidas toimub ahelreaktsioon ? Ahelreaktsiooni toimumiseks peab lõhustuv materjal (ehk tuumkütus) ületama kriitilise massi. Sellisel juhul piisab ühest spontaansest tuumalõhustumisest, et vallandada ahelreaktsioon. 19) Milline suurus kirjeldab reaktsiooni kulgemist ? 20) Mis põhimõttel toimib tuumapomm? Termotuumapomm ehk vesinikupomm. Selle südamikus on tavaline lõhustumis-tuumapomm
laeng suureneb 1-võrra. lagunemine, aatomituumas paigutuvad ümber prootonid ja neutronid mille tulemusena eraldub väga suure läbitungimis võimega energia, tuumalaeng ja aatommass jäävad samaks. (7) Keemiline reaktsioon on protsess, mille käigus ühest või mitmest keemilisest ainest tekib keemiliste sidemete katkemise ja/või moodustumise tulemusena üks või mitu uute omadustega keemilist elementi. Erinevalt tuumareaktsioonidest, ei toimu keemilises reaktsioonis aatomituumades muutusi. Tuumareaktsioon on kahe aatomi tuuma või elementaarosakesed ja aatomituuma kokkupõrge, mille tulemusena tekivad uued aatomituumad ja/või elementaarosakesed. (8) Kahe kerge tuuma ühinemisel muutub prootonite arv ja keemiline element. Näiteks kahe vesiniku aatomi ühinemisel tekib uus keemiline element (heelium), millel on ühe prootoni asemel kaks prootonit, aga neutronite arv sama. Eraldub väga suur energia.
(ehk põlemine) Väiksest aine kogusest saadakse tuumareaktsioonis väga palu energiat, aga keemilises reaktsioonis seevastu saadakse suurest aine kogusest vähe energiat. Tuumareaktsioonis toimub aatomituumade vahel ümberkorraldused, aga keemilises reaktsioonis toimub osakeste (elektronide) vaheliste sidemete ümberkorraldamine. Liitosakese seoseenergia on võrdne minimaalse tööga, mis kulub selle liitosakese lahutamiseks koostisosadeks. Tuumareaktsioonidest on võimalik suuremal hulgal energiat saada kahes piirkonnas kergete tuumade ühinemisel ja raskete tuumade ühinemisel. Tavatingimustes ei ole võimalik tuumareaktsiooni läbi viia, sest sellele on vastu samanimeliste laengute vahelised elektrilised tõukejõud. Selleks on vaja ainet kuumutada vähemalt kümne miljoni kraadini (100 000 000 C), alles siis saavad tuumade kiirused nii suureks, et nad põrkudes ületaksid tõukimise ja jääksid tuumajõudude haardesse. Looduses toimub selline
enam suurt vahet, kas radioaktiivsed tuumad paiknevad inimkehas või selle vahetus läheduses. Prootonkiirgus väljub reeglina vaid teatud kindlat kütuseliiki kasutavast tuumareaktorist. Neutronkiirgus tekib peaaegu igasugusel raskete tuumade lõhustumisel. Oma läbitungimisvõime poolest paiknevad prooton- ja neutronkiirgus - ja -kiirguse vahel. Looduslikus uraanis on kaks isotoopi. Chadwicki eksperiment, milles berülliumi ja heeliumi tuumade põrkel tekkis süsiniku tuum, on üks näide tuumareaktsioonidest. 235U lõhustub kiirete neutronite toimel ja tekib ahelreaktsioon. Juhutavad tuumareaktsioonid toimuvad sel juhul, kui paljunemistegur (järgneva põlvkonna neutronite arv jagatud eelneva põlvkonna neutronite arvuga) võrdub ühega. Kui paljunemistegur on suurem kui 1, toimub tuumapommi plahvatus. Kui paljunemistegur on väiksem kui 1, jääb reaktor seisma. Tuumapommis paikneb lõhustuv aine kahes osas, mis mõlemad on
miljonit aastat. Sellepärast ongi seda tähtede arenemise faasi raske vaadelda. Normaalsed tähed, mis on sarnased meie Päikesega, saavad oma energia vesiniku tuumapõlemisest heeliumiks. Mõne aja pärast aga lõpeb vesinik tähe sisemuses (Päiksesel kulub selleks veel miljardeid aastaid) ja täht muutub punaseks hhiuks, milles energiat ammutatakse juba heelimuiga toimuvatest tuumareaktsioonidest. Kui Päike jõuab sellisesse staadiumi, siis on t a nii suur, et ulatub Maani. Tähe sisemuses moodustub sel juhul kokkusurumatu süsinikust ja hapnikust tuum. Oma aktiivse arengu lõpus, kui peaaegu kogu heelium on ära kulutatud, paiksb punane hiidtäht oma välimised kihid eemale ning paljastab väga tiheda ja kuuma tuuma. Väljapaisatud ainest aga moodustub tuuma ümbritsev planetaarudu, mis mõnekümne tuhande aastaga hajub.
Pulsar- korrapäraseid kiirgusimpulsse andev täht 25. Mis on must auk ja kuidas need tekivad?- ruumipiirkond, mille gravitatsioon on nii tugev, et igasugune mateeria sealhulgas valgus, ei pääse sellest välja. Seda tekitab piisavalt suure massi olemasolu piiratud ruumiosas. Must auk koosneb kahest osast, milleks on singulaarsus ja sündmuste horisont. Tekib siis, kui väga suure tähe tuumakütus on lõppenud ning tähe sisemusse suuantud gravitatsioonijõu ja tuumareaktsioonidest tekkiva rõhu tasakaal saab rikutud. Täht kollapseerub, vajudes oma enese raskuse all lõkspinna taha, kogunedes ruumipiirkonda mis jääb sissepoole niinimetatud sündmuste horisonti ehk Schwarzschildi raadiust, selle piirkonna tihedus läheneb lõpmatusele ja seda nimetatakse singulaarsuseks.
Radioaktiivsuse avastamine Radioaktiivsuse teooria on loodud põhiliselt inglise füüsiku E. Rutherfordi poolt. Heeliumi eraldumine uraani (või raadiumi) kiirgusel viib mõttele aatomituuma lagunemisest. Seega pole ka aatomituum "algosake", vaid koosneb väiksematest elementaarosakestest. 24 tuumareaktsioonid Chadwicki eksperiment, milles berülliumi ja heeliumi tuumade põrkel tekkis süsiniku tuum, on üks näide tuumareaktsioonidest. 2 4 Be+ He C + n 4 2 12 6 1 0 25 tuumareaktsioonid Tuumareaktsioon on kahe aatomituuma või elementaarosakese ja aatomituuma kokkupõrge, mille tulemusena tekivad uued aatomituumad ja/või elementaarosakesed.
tõusu, siis veereb see mäest alla tagasi. · Kui osakese energiast ei piisa, siis interaktsiooni Potentsiaaliauk ei toimu. 22.11.12 26 Tunneliefekt. · Kui potentsiaalibarjäär on piisavalt õhuke, võib osakese leiulaine tungida barjääri sisse. · Barjääris väheneb leiulaine amplituud kiiresti. · Õhukese barjääri korral laine ei sumbu täielikult ja osake osutub teisele poole Tuumareaktsioonidest põhineb barjääri jõudnuks. alfalagunemine tunneliefektil. Alfaosake saab väljuda tuumast just tunneliefekti abil · Seda nähtust nimetatakse tunneliefektiks. 22.11.12 27 Bohri aatomimudel · Elektroni leiulained püsivad aatomis elektriliste Bohri postulaadid.tõmbejõudude mõjul. ·Elektronid Kuna elektron saab olla võivad aatomis nn.ainult
keskmise kaugusega Päikesest.(150 miljonit km). Päikesel ei ole kindlat pinda ja tihedus sisse minnes suureneb. Fotosfäär-valgust tekitav sfäär(päikese pind) Fotosfäärist kõrgemale jääks Päikese ,,atmosfäär", mis koosneb kahest kihist- kromosfäär ja kroon. Kromosfäär- punane sähvatus vahetult enne päikesevarjutust Kroon-ebakorrase kujuga nõrk helendus varjutatud päikeseketta ümber. Fotosfäärist alla jääb sisemus. Päike saab energia tuumareaktsioonidest.(vesinikuaatomite tuumade ühinemiseks heeliumi tuumadeks). See reaktsioon vajab suurt temperatuuri ja suurt rõhku, seetõttu toimub sügaval päikese sisemuses. Peale seda kandub energia päikese pinale footonite vahetuse teel(kiirguslik ülekanne). Päikese laigud on 1000k madalama temperatuuriga. Järelikult peab miski energiavoogu seal takistama. Laikude juures on tugev magnetjõud ja see arvatavasti takistab konvektsiooni. Laikude juures purskab välja aineid, mis
1 H 2 + 1 H 2 1 H 3 + 1 H 1 + 4,1 MeV Termotuumapommis ehk vesinikupommis toimub triitiumi ja deuteeriumi segus juhitamatu tuumasüntees, kus protsessiks vajaliku kõrge temperatuuri tekitab aatomipomm. Vabanev energia on umbes 30 korda suurem, kui niisama suurel aatomipommil. Kuidas valmistada vesinikupommi - 5 lk. joonis 6.6. F 9 lk. 79 1 ENERGIA TUUMAREAKTSIOONIDEST AATOMIELEKTRIJAAM 1 1 Ülesanded: 1.Väljendada megaelektronvoltides tuuma mass 17 Cl 35 ( mCl = 34,969 u ). u = 931,5 MeV . mCl = 32573,624 MeV 2. Väljendada kilogrammides tuuma mass 82 Pb 208 ( mpb= 207,976627 u ). 1 u = 1.6605 10 -27 kg. mPb = 345,3535 10 -27 kg 3.Boor koosneb kahest stabiilsest isotoobist: 19,6 % aatommassiga 10,012937 u ja 80.4 % aatommassiga 11,009305 u. Arvutada loodusliku boori aatommass. u1 =
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: + ++ ++ ++ + + 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
annaabi.ee 
