Radioaktiivinen hajoaminen Mikko Rahikka 2001/2007

Radioaktiivisuus Radioaktiivinen hajoaminen hajoamislaki, aktiivisuus nuklidikartta, sidososuus alfa beeta, heikko vv. gamma muut (elektronisieppaus, neutronisäteily…) hajoamislaki, aktiivisuus hajoamissarjat ydinreaktiot fuusio, tähdet fissio, voimala, pommi säteilysuojelu annos ALARA 1/1/2019 mrahikka@hyl.edu.hel.fi

Nuklidikartta 1/1/2019 mrahikka@hyl.edu.hel.fi

Sidososuus 1/1/2019 mrahikka@hyl.edu.hel.fi

Miksi sidososuus on suurin keskiraskailla ytimillä? Jos ytimessä on vähän protoneja, yhteen kohdistuu keskimäärin pienempi sähköinen poistovoima. Keskiraskailla jokaiseen kohdistuu suurempi. Raskailla protonit ovat jo liian etäällä toisistaan, joten vv. on keskimäärin heikompi; vahvalla vv:llä on lyhyt kantama 1/1/2019 mrahikka@hyl.edu.hel.fi

Alfahajoaminen Ytimestä lähtee alfahiukkanen eli heliumydin. Kyseessä on kahden kappaleen probleema, joten sekä tytärydin ja alfa saavat tietyn osuuden vapautuvasta energiasta. 10 MeV:in alfan kantama ilmassa on noin 10 cm. Pysähtyy paperiarkkiin. 1/1/2019 mrahikka@hyl.edu.hel.fi

Alfahajoamisen energia Saadaan laskemalla massavaje ja siitä reaktioenergia Q. Energian ja liikemäärän säilymislakien avulla saadaan: 1/1/2019 mrahikka@hyl.edu.hel.fi

Alfahajoamisen spektri Koska kyseessä on kahden kappaleen tapaus ja Q on vakio, niin alfan spektrissä on ”piikki”! 1/1/2019 mrahikka@hyl.edu.hel.fi

Beetahajoaminen Beetasäteilyn spektri on jatkuva. Kyseessä on kolmen kappaleen probleema 1/1/2019 mrahikka@hyl.edu.hel.fi

Beetamiinus Neutriinon olemassaolon ennusti W. Pauli 1930. Beetamiinushajoamisessa syntyy tytärydin, beetamiinus (eli elektroni) ja antineutriino. Ytimen neutroni muuttuu protoniksi, elektroniksi ja antineutriinoksi Ilmiön selittämiseksi tarvitaan uusi ytimessä vaikuttava vv. nimeltään heikko vuorovaikutus. 1/1/2019 mrahikka@hyl.edu.hel.fi

Beetaplus Protoni muuttuu neutroniksi, positroniksi (eli elektronin antihiukkaseksi) ja neutriinoksi. Neutriino on varaukseton massa on äärimmäisen pieni (0 eV?) heikko vuorovaikutus kaiken aineen kanssa nopeus lähes valon nopeus Löydettiin kokeellisesti vasta 1956 1/1/2019 mrahikka@hyl.edu.hel.fi

Elektronisieppaus Ydin kaappaa sisimmän elektronin. Uudella ytimellä on yhtä pienempi varaus. Protoni muodostaa elektronin kanssa neutronin ja vapautuu yksi neutriino. 1/1/2019 mrahikka@hyl.edu.hel.fi

Gammahajoaminen Radioaktiivisen hajoamisen tuloksena ydin voi jäädä virittyneeseen tilaan. Tila purkautuu smg-säteilynä eli gammakvanttina. Gammasäteily on erittäin läpitunkevaa. Absorboituu aineeseen valosähköilmiössä (elektronin liike-energiaksi) Comptonin ilmiössä (siroaminen elektronista) parinmuodostuksessa (energia muuttuu aineeksi) absorboitumisessa ytimeen 1/1/2019 mrahikka@hyl.edu.hel.fi

Efektiivinen annos Kun tutkitaan säteilyn ihmiselle aiheuttamaa haittaa, käytetään suurena efektiivistä annosta, jonka yksikkö on sievert Sv. Suomalaisen vuosiannos on noin 4 mSV. 10 Sv lyhyellä aikavälillä saatuna on kuolemaksi. 1/1/2019 mrahikka@hyl.edu.hel.fi

Hajoamislaki Aktiivisuus Hajoamislaki samat pätevät aktiivisuudellekin 1/1/2019 mrahikka@hyl.edu.hel.fi

Hajoamissarjat Keltainen uraanisarja aiheuttaa Suomen radonongelman http://www.geo.cornell.edu/geology/classes/geochemdata/Udecayseries.html 1/1/2019 mrahikka@hyl.edu.hel.fi

Ydinreaktiot Jos massavaje on positiivinen, niin energiaa vapautuu. Ensimmäinen keinotekoinen E. Rutherford 1919: Keinotekoisissa ydinreaktioissa synnytettyjä radioaktiivisia isotooppeja kutsutaan radioisotoopeiksi. 1/1/2019 mrahikka@hyl.edu.hel.fi

Fuusio Kaksi kevyttä ydintä yhtyy. Tapahtuu tähtien sisällä ja fuusio- eli vetypommeissa. Tähden sisällä voi fuusion ansioista syntyä alkuaineita rautaan asti. Raskaammat ovat syntyneet supernovaräjähdyksen yhteydessä fuusiolla. Katso: http://en.wikipedia.org/wiki/Nucleosynthesis tai kalvoina http://rummukai.home.cern.ch/rummukai/talks/aineensynty.pdf 1/1/2019 mrahikka@hyl.edu.hel.fi

Fissio Raskas ydin hajoaa kahdeksi keskiraskaaksi ytimeksi, samalla vapautuu neutroneja. Hallitussa ketjureaktiossa yksi neutroni laukaisee keskimäärin yhden fission. Katso: http://www.atomicarchive.com/Fission/FissionMov1.shtml 1/1/2019 mrahikka@hyl.edu.hel.fi