Aatomi tuum: üldised omadused

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Aatomi tuum: üldised omadused"

Σεμέλη Παχής
7 χρόνια πριν
Προβολές:

1 atomi mõõtmed m, Tuuma mõõtmed m, atomi tuum: üldised omadused 99,9 % massist on kontsentreeritud tuuma. Massiühik u on 1/1 süsiniku massi: Nukleonid: prooton & neutron 1u = 931,4943 MeV/c = 1, kg Nimetus sümbol laeng mass seisuenergia spin prooton p +e 1,00776u 938,8 MeV 1/ neutron n 0 1,008665u 939,57 MeV 1/ m e /m p = 1/1836 Laenguarv Z (= järjekorranumber perioodilisuse süsteemis) ja massiarv : Tuumas on Z prootonit ja N = -Z neutronit Tähistus 4 Z X N nt U He, 4 Be 5, 11 Na 1, 143 Ühele ja samale Z-ile võib vastata erinev, sellised aatomid on isotoobid". Vesinik: Tavaline Z = 1 & = 1 H 1 1 Tuuma mõõtmed: Deuteerium Z = 1 & = H 1 Triitium Z = 1 & = H 1 C,7 fm 70 Ge 4.9 fm 09 Bi 7,1 fm 1/ 3 Seos tuuma läbimõõdu D ja massiarvu vahel: D = D 0, kus 0 =, m =,4 fm ine tihedus ρ tuumas sõltub vähe massiarvust : ρ kg/m 3 Vrdl: plaatina tihedus on, kg/m 3 Nii nagu aatomis, on ka tuumas tuumasisene energia kvantiseeritud: igal nukleonil on lubatud enrgianivood (nivoode vahe 1 MeV). 1 Prootonitel ja neutronitel on spinn S Z = ± ning samuti nukleoni orbitaalse liikumise impulssmoment. Magnetmoment on nii prootonitel kui ka neutronitel (!!!) e Tuuma magneton µ n = m p

2 Universaalne seos energia ja massi vahel: Tuuma seoseenergia E = mc ja E = Mc Kahe osakese ühinemisel vabaneb energia ( E > 0), kogumass peab vähenema ( M < 0) Energia muutub seoseenergia E B võrra: E B = Mc Massidefekt Z prootoni ja N neutroni puhul: M = Zm P + Nm N M Deuteeriumi tuuma seoseenergia (vesiniku 1 1 H tuumaga liitub neutron) M = mh + mn md = 1,00783u + 1,00866u,01410u = 0, 0039u E = ( 0,0039u) (931,5MeV / u) =, 3MeV Seoseenergia nukleoni kohta sõltuvalt massiarvust Süntees (fusion) Lagunemine (fission) Tuumajõud - tugeva vastasmõju näide. Tuumajõud 1) ei sõltu laengust; ) on lühikese mõjuulatusega (10-15 m); 3) on palju tugevam elektrilisest vastasmõjust; 4) tuumajõud mõjub vaid lähinaabrite vahel (küllastumine); 5) tuumajõud seob paare, millel on vastupidised spinnid.

3 Tuumade stabiilsus Rohkem kui 500 tuuma, vaid ca 300 on stabiilsed, ülejäänud on radoaktiivsed. Stabiilsuse määrab konkurents tuumajõu (tõmbejõud) ja elektrilise tõukejõu vahel. Radioaktiivsed tuumad lagunevad (muunduvad teisteks tuumadeks); karakteistlik aeg on vahemikus 1µs y. Radioaktiivsus Tuuma spontanne transformeerumine mingist Z ja N väärtusest teistele väärtustele on kahte liiki - α- ja β-lagunemine (tunnelefekt). Kolmanda radioaktiisuse liigiga - γ-kiirgusega ei kaasne Z ja N muutust (kaasneb tuuma üleminekuga ühest energeetiliset seisundist teise). Kiirust, millega toimub tuuma radioaktiivne lagunemine nimetatakse aktiivsuseks: aktiiivsus on defineeritud kui lagunemiste arv sekundis. = λn, kus λ on ühe lagunemise tõenäosus, = -dn/dt Kaks ühikut bekrell (Bq, SI) ja kürii Ci 1 Ci = 3, lagunemist/s ja 1 Bq = 1 lagunemine/s jaühikus laguneb dn tuuma, mis on võrdeline tuumade koguarvuga dn = λn N = N 0 exp( λt) dt Tegelikkuses ei mõõda me N-i, vaid -d. Korrutame mõlemad pooled λ-ga = 0 exp( λt)

4 = 0 exp( λt) : aja t = 1/λ jooksul väheneb aktiivsus e korda ( t) t t 1/ Poolestusaeg t 1/ : aeg, mille jooksul aktiivsus väheneb kaks korda = 0 exp( λt 1/ ) 1 t1/ = ln λ 4 α-lagunemine: Z X N Z X N + He 4 Vabaneb energia K α Isotoop K α (ΜeV) t 1/ λ (1/s) 38 U 4,19 4, aastat 4, Ra 6,9 56 s 1, Po 7,53 1,8 ms 3,9 10 β-lagunemine leiab aset, kui neutron transformeerub prootoniks või vastupidi. Z ja N muutuvad ühe võrra, kuid ei muutu. Raskused: kui nendel muundumistel tekiks vaid elektron, siis osutuks rikutuks impulssmomendi energia jäävuse seadused. Peab olema veel üks osake - neutriino (antineutriino) neutron prootoniks prooton neutroniks Z X N Z 1 Z X N Z 1 N X N + e X + e + + ν + ν

5 Vabaneb energia Q, mis jaotub elektroni/positroni ja neutriinode vahel Lagunemine Tüüp Vabanev energia t 1/ (MeV) 19 O 19 Fe +e - + ν β - 4,8 7 s 5 l 5 Mg + e + + ν β + 3,6 7, s γ-lagunemine Pärast a- või g-osakese emiteerimist jááb tuum ergastatud seisundisse, toimub kiirguslik úleminek, kiiratakse footon energiaga 100 kev kuni MeV 198 u β β 0.41 MeV 1,088 MeV Radioaktiivsuse bioloogiline toime Radioaktiivne kiirgus lõhub keemilised sidemed ja ioniseerib. Dosimeetria: kiirguse mõju kudedele. Neeldumisdoos on koe massiühikule antud energia. SI: 1 Gy = 1J/kg = 10 rad Neeldunud energia annab vähe, peab teadma kiirguse bioloogilist efekti. Suhteline bioloogiline efektiivsus RBE Kiirgus RBE Röntgen, γ 1 Elektronid 1-1,5 eglased neutronid 3-5 Prootonid 10 α - osakesed 0 Rasked ioonid 0

6 Bioloogiline efekt on määratud neeldumisdoosi ja RBE korrutisega = bioloogiline ekvivalentdoos SI-s: 1Sv = RBE 1 Gy 1 rem = RBE 1 rad Radoon Rn poolestusajaga 3,8 d. tekib 6 Rn lagunemisel. Rn lagunedes 18 Po emiteerib α-osakese. Moodustab ca 50% radioaktiivsusest. Radioaktiivne dateerimine 40 K 40 r poolestusaeg t 1/ = y. Mõõtes kaaliumi ja argooni kontsentratsioonide suhte, saab määrata objekti vanuse. Radioaktiivset süsinikku 14 C (t 1/ = 5730 y) genereeritakse kosmilise kiirguse poolt konstantse kiirusega. 14 C on 1 aatom stabiilse 1 C kohta. Bioloogilise aktiivsuse (fotosüntees, hingamine) tulemusena omandavad organismid süsinikku. See omandamine toimub kuni organismi surmani. Seejärel lagunemine 14 C 14 N

Σχετικά έγγραφα

Radiobioloogia ja kiirguskaitse Sissejuhatus radiobioloogiasse

Radiobioloogia ja kiirguskaitse Sissejuhatus radiobioloogiasse Aine ehitus, kiirguse liigid, aine ja kiirguse vastasmõjud Mare Lintrop Radiobioloogia on teadus ioniseeriva kiirguse toimest elusorganismidele