8 Aine ja säteily Flashcards
(94 cards)
1
Q
Luonnonilmiöt selitetään klassisen fysiikan mukaan
A
joko kappaleiden vuorovaikutusten tai kenttien avulla
2
Q
Intensiteetti
A
I = P /A = ∆E / A∆t (W/m²)
3
Q
Spektri esittää
A
säteilyn intensiteetin aallonpituuden tai taajuuden funktiona
4
Q
Musta kappale
A
on säteilijää kuvaava malli. Se absorboi kaiken siihen osuvan säteilyn.
5
Q
Mustan kappaleen säteilyn spektri riippuu
A
kappaleen lämpötilasta.
6
Q
Wienin siirtymälaki
A
Tλ_max = b b = 2,897756*10^-3 m*K
7
Q
Wienin siirtymälain mukaan
A
säteilyn intensiteettimaksimi osuu sitä pienemmille aallonpituuksille, mitä kuumempi kappale on
8
Q
Planckin kvanttihypoteesi
A
E = hf h = Planckin vakio
9
Q
Fotonin liikemäärä
A
p = h/λ
10
Q
Valosähköilmiö
A
Kappaleen pintaan osuva sähkömagneettinen säteily irrottaa siitä elektroneja
11
Q
Fotoelektroni
A
valosähköilmiön irroittama elektroni
12
Q
Fotoelektroneja irtoaa vain,
A
kun valon taajuus f on suurempi kuin rajataajuus f_min
13
Q
Valosähköilmiön sähkövirta on suoraan verrannollinen
A
valon intensiteettiin. Kun intensiteetti kaksinkertaistuu, myös sähkövirta kaksinkertaistuu
14
Q
Kun katodia valaistaan valolla, jonka taajuus on suurempi kuin rajataajuus
A
sähkövirta syntyy heti
15
Q
Rajataajuuden arvo riippuu
A
katodin metallista
16
Q
Pysäytysjännite on
A
yhtä suuri pieni- ja suuri-intensiteettiselle valolle.
17
Q
Suurempi valon intensiteetti saa aikaan
A
suuremman sähkövirran, koska elektroneja irtoaa enemmän
18
Q
Valosähköilmiö voidaan selittää
A
valon kvanttiteorian avulla.
19
Q
Valosähköilmiössä fotoni luovuttaa
A
metallissa olevalle elektronille energiaa
20
Q
Ilmiö, jossa aineeseen tulevan säteilyn aallonpituus on pienempi kuin siitä poistuvan säteilyn aallonpituus
A
Comptonin sironta
E_k = hf₀ - hf
21
Q
Comptonin sirontaa voidaan ajatella
A
fotonin ja vapaan elektronin kimmoisana törmäyksenä, osa fotonin energiasta muuttuu elektronin liike-energiaksi
22
Q
Röntgensäteily on
A
hyvin lyhytaaltoista sähkömagneettista säteilyä
23
Q
Röntgensäteily syntyy,
A
kun hehkukatodilta irroitetut elektronit osuvat anodimetalliin. Kun syntynyt säteily osuu fluoresoivalle levylle, syntyy valoa
24
Q
Mitä suurempaa kiihdytysjännitettä röntgenputkessa käytetään,
A
sitä lyhytaaltoisempaa ja läpitunkevampaa säteily on
25
Kun kiihdytysjännitettä kasvatetaan, spektriin ilmestyy teräviä piikkejä, joiden
paikka säilyy, mutta intensiteetti kasvaa kiihdytysjännitteen kasvaessa
26
Elektronien jarruuntumisesta anodimetallissa aiheutuva säteily, jarrutussäteily, aiheuttaa
spektrin jatkuvan osan
27
Jarrutussäteilyllä on aallonpituuden alaraja
λ₀, joka on verrannollinen putken kiihdytysjännitteeseen U
28
Jarrutussäteilyssä elektronin liike-energia
muuttuu kokonaan tai osittain sähkömagneettisen säteilyn kvantin energiaksi
29
Braggin laki
Röntgensäteily, jonka aallonpituus on λ, heijastuu hilatasoista, joiden välimatka on d, lain
2dsinθ = nλ
määräämiin suuntiin
30
De Broglien lait
Kaikila säteilyn lajeilla on sekä aalto- että hiukkasominaisuuksia. Säteilyn liikemäärälle ja energialle on voimassa
p = h/λ ja
E = hf
31
Säteilyn duaalinen malli
Hiukkaset havaitaan ainoastaan vuorovaikutustapahtumissa. Tilafunktion neliö ilmoittaa hiukkashavaintojen todennäköisyyden
32
Tilafunktio
Ψ(r)
33
Tilafunktion neliö
| Ψ (r) |² ilmoittaa hiukkashavaintojen todennäköisyyden
34
Vetyatomin energiatilat
E_n = - hcR_H / n²
35
Vetyatomi on perustilassa kun sen energia
on pienin mahdollinen, n = 1
36
Virittyminen
Kun elektroni siirtyy alemmasta energiatilasta korkeampaan, sanotaan, että atomi virittyy. Atomi absorboi fotonin, jonka energia on siirtymää vastaavien energiatilojen energioiden erotus
37
Viritystilan purkautuminen
Elektroni 'putoaa' korkeammasta energiatilasta alempaan. Atomi emittoi fotonin, jonka energia on siirtymää vastaavien energiatilojen energioiden erotus
38
Elektronin kvanttiluvut
pääluku n
sivukvanttiluku l
magneettinen kvanttiluku m_l
spinkvanttiluku m_s
39
Atomin elektroniorbitaalin määrittelee
kolme kvanttilukua (n, l , m_l)
40
Paulin kieltosääntö
Jokaisella saman atomin elektronilla on erilainen neljän kvanttiluvun yhdistelmä, eli ne ovat eri tiloissa
41
Stimuloitu emissio
Viritystilan purkautuminen, kun viritetyn elektronin kanssa vuorovaikuttaa fotoni, jonka energia on sama kuin kyseisen elektronin viritystilan ja alemman tilan energioiden erotus
42
Stimuloidussa emissiossa vapautuu
fotoni, jolla on täsmälleen sama energia kuin vuorovaikuttavalla fotonilla. Fotonien taajuus ja aallonpituus ovat samat ja fotonit etenevät samaan suuntaan samassa vaiheessa
43
Ytimen koossa pysyminen
Ydin pysyy koossa, koska ytimen sisällä ydinvoima on voimakkaampi kuin protonien välinen sähköinen poistovoima
44
Nuklidi
on ydinlaji, jolla on tietty määrä protoneja ja neuroneja
45
Isotooppi
Saman alkuaineen atomit, joiden ytimissä on eri määrä neuroneja, ovat tämän alkuaineen isotooppeja
46
Ytimen massavaje
∆m = Zm_p + Nm_n + Zm_e - m_atomi
47
Atomin ytimen massa
on aina pienempi kuin sen muodostamien protonien ja neutronien yhteismassa
48
Massan ja energian vastaavuus
E = mc²
49
Atomimassayksikön energiaekvivalentti
1 u = 931,5 MeV / c²
50
Valonnopeuden neliö
c² = 931,5 Mev / u
51
Ytimen sidosenergia
Ytimen sidosenergia E_B on energiaa, joka on luovutettu ympäristöön ytimen muodostuessa
52
Sidososuus
Sidososuus b on ytimen sidosenergia yhtä nukleonia kohti, eli
b = E_B / A
53
Ytimen sidosenergia
E_B = (Zm_p + Nm_e + Nm_n - m_atomi)c²
54
Radioaktiivinen hajoaminen
Epästabiili ydin voi hajota spontaanisti, jolloin ytimestä poistuu joko alfahiukkasia, beetahiukkasia, neutroneita tai gammasäteilyä
55
Spontaanissa hajoamisessa vapautuu
energiaa
56
Ytimen hajoamisenergia
Q = (m_X-ydin - m_Y-ydin - m_Z)c²
| = (m_X-atomi - m_Y-atomi - m_Z)c²
57
α-hajoamisen hajoamisyhtälö
X_N → Y_N-2 + He₂
58
β⁻-hajoamisen hajoamisyhtälö
X_N → Y_N-1 + ₋₁e + v̅
₋₁e = elektroni
v̅ = antineutriino
59
β⁺-hajoamisen hajoamisyhtälö
X_N → Y_N+1 + ₊₁e + v
₊₁e = positroni
v = neutriino
60
Gammasäteily
kun ydin siirtyy virittyneestä tilasta alempaan viritystilaan tai perustilaan, vapautuu gammakvantti
61
Gammasäteily: valosähköinen ilmiö
Sähkömagneettisen säteilyn fotoni irrottaa metallin pinnasta elektronin. Fotonin energia menee irrotustyöhön ja irronneen elektronin liike-energiaksi
hf = W₀ + E_kmax
62
Gammasäteily: Comptonin ilmiö
Aineeseen tuleva fotoni luovuttaa osan energiastaan aineeseen heikosti sitoutuneelle elektronille liike-energiaksi. Kun fotoni vuorovaikuttaa elektronin kanssa, osa sen energiasta siirtyy elektronille
hf₁ = hf₂ + ∆E_k
f₁ > f₂
63
Gammasäteily: parinmuodostus
Kun fotoni on vuorovaikutuksessa raskaan atomiytimen sähkökentän kanssa, se muuttuu hiukkas-antihiukkaspariksi
γ → ⁰₋₁e + ⁰₊₁e
Fotonin energian on oltava yhtä suuri kuin syntyvien hiukkasten yhteenlasketun energian
hf = E_k,e⁻ + E_k,e⁺ + 2m₀c²
64
Aktiivisuus
Radioaktiivisuuden voimakkuutta kuvataan suureella aktiivisuus. Aktiivisuus ilmaisee, kuinka monta hajoamista radioaktiivisessa näytteessä tapahtuu sekunnissa
65
Hajoamislaki aktiivisuuden avulla
A = Ae^-λt
66
Hajoamislaki ydinten lukumäärän avulla
N = N₀e^-λt
67
Puoliintumisaika
on se aika, jonka kuluesa puolet radioaktiivisen isotoopin ytimistä on hajonnut toisiksi ytimiksi. Puoliintumisajan kuluessa näytteen aktiivisuus vähenee puoleen.
68
Puoliintumisajan ja hajoamisvakion yhteys
T_1/2 = ln2 /
69
Absorboitunut annos D
mittaa ionisoivan säteilyn aineeseen luovuttaman energian ∆E määrää massayksikköä ∆m kohden,
D = ∆E / ∆m
yksikkö gray, Gy
1 Gy = 1 J/kg
70
Ekvivalenttiannos H
Eri säteilylaadut tehdään samanarvoisiksi, kun otetaan juomioon, mitkä ovat eri säteilylajien biologiset vaikutukset kudoksiin. Kun absorboitunut annos D kerrotaan säteilyn säteilylajista riippuvalla laatukertoimella Q_T, saadaan ekvivalenttiannos H = Q_T*D
Ekvivalenttiannoksen avulla voidaan arvioida, millaisia haittavaikutuksia säteily aiheuttaa tarkasteltavassa kudoksessa tai elimessä
yksikkö sievert, Sv
1 Sv = 1 J/kg
71
Efektiivinen annos E
Koko kehon saama säteilyannos. Jokaisen kudoksen saama ekvivalenttiannos kerrotaan kudoksen painotuskertoimella ja saadut arvot lasketaan yhteen. Suomalaisen saama keskimääräinen efektiivinen annos on noin 4 mSv
yksikkö sievert, Sv
72
Säteilyn heikennyslaki
```
I = I₀e^-λt
I = intensiteetti
```
73
Ydinreaktion energia
Reaktion X + a → b + Y
| Q = (m_X + m_a - m_b - m_Y)c²
74
Heliumia syntyy
deuteriumin ja tritiumin fuusiossa
| ²₁H + ³₁H → ⁴₂He + ¹₀n
75
Keskiraskaiden alkuaineiden synty
Heliumia raskaammat alkuaineet aina rautaan saakka syntyvät erilaisten fuusioreaktioiden kautta tähdissä
76
Raskaiden alkuaineiden synty
Rautaa raskaammat alkuaineet syntyvä supernovissa, joissa on riittävän korkea lämpötila raskaampien ytimien muodostumiseen
77
Hiukkaslajit
Kaikki tunnetut hiukkaset ovat joko leptoneita tai vuorovaikutusten välittäjähiukkasia, tai ne koostuvat kvarkeista
78
Protonin kvarkkirakenne
2/3 e + 2/3 e - 1/3 e = 1 e
79
Neutronin kvarkkirakenne
2/3 e - 1/3 e - 1/3 e = 0 e
80
Leptonit
elektronit ja neutriinot ovat leptoneita
81
Kvarkit
ylös, alas, lumo, outo, huippu, pohja
82
Hiukkaset, jotka koostuvat kvarkeista
hadronit
83
Protonit ja neutronit ovat
hadroneita
84
Hiukkasen keskielinaika
τ = 1 /λ
85
Perusvuorovaikutukset
gravitaatiovuorovaikutus
sähkömagneettinen vuorovaikutus
vahva vuorovaikutus
heikko vuorovaikutus
86
Gravitaatio
kosmisen mittakaavan vuorovaikutus, ainakin toisen vaikuttavan osapuolen massan on oltava hyvin suuri
87
Sähkömagneettinen vuorovaikutus
kappaleet tai hiukkaset, joilla on sähkövaraus vuorovaikuttavat sähköisesti. Veto- tai poistovoima
88
Vahva vuorovaikutus
Kvarkkien välinen vuorovaikutus, ydinvoima
89
Heikko vuorovaikutus
yleisintä ydinhiukkasten sisällä olevien kvarkkien välillä
90
Valonnopeuden vakioisuus
Valo etenee kaikkien havaitsijoiden suhteen samalla nopeudella, eli valonnopeus ei riipu lähteen ja havaitsijan suhteellisesta liikkeestä
91
Välittäjähiukkanen
fotoni
92
Heikon vuorovaikutuksen välittäjähiukkanen
välibosonit W ja Z (suuri massa)
93
Vahvan vuorovaikutuksen välittäjähiukkanen
gluoni (massaton kuten fotoni)
94
Sähkömagneettisen vuorovaikutuksen mittakaava
ihmisen mittakaava
