Ydinfysiikka

Question 1

Mihin tyyppeihin säteily voidaan jakaa?

Answer 1

sähkömagneettinen säteily ja hiukkassäteily

ja

ionisoiva ja ionisoimaton säteily

Question 2

Sähkömagneettisen säteilyn lajit

Answer 2

gamma, röntgen, UV (ionisoivia)

radio, mikro, infrapuna ja näkyvä valo (ionisoimaton)

Question 3

hiukkassäteilyn lajit

Answer 3

alfa, beeta ja neutorisäteily (ionisoivia)

Question 4

hiukkassäteily

Answer 4

radioaktiivisista aineista irtoavaa ionisoivaa säteilyä

Question 5

logaritmi y=a^x

Answer 5

ratkaisu on x = log(a)y

lausekkeen log(a)y arvo kertoo mihin potenssiin a pitäisi korottaa, jotta saataisiin y

Question 6

mitä on log(2)8?

Answer 6

x = log(2)8
eli
2^x = 8, joten x = 3 koska 2^3 = 8

Question 7

miten kymmenkantaista logaritmiä merkitään

Answer 7

lg y = log(10)y eli sitä merkitään kirjaimilla lg

Question 8

miten e-kantaista, luonnollista logaritmia merkitään

Answer 8

ln y = log(e)y eli kirjaimilla ln

Question 9

logaritmin laskukaavojen kolme tärkeintä sääntöä

Answer 9

1. eksponenti voi siirtää potenssin logaritmista eteen kertoimeksi
   log(a)y^r = r log(a)y
2. tulon logaritmi on logaritmien summa
   log(a)xy = log(a)x + log(a)y
3. osamäärän logaritmi on logaritmien erotus
   log(a) x/y = log(a)x - log(a)y

Question 10

radioaktiivinen hajoaminen

Answer 10

ydin siirtyy alempaan energiatilaan ja vapautuu energiaa

hajoamisreaktiossa säilyy massaluku ja sähkövaraus

Question 11

säilymislaki

Answer 11

kaikissa hajoamisreaktioissa säilyy massaluku, eli protonien ja neutronien yhteenlaskettu lukumäärä on sama kuin reaktiotuotteissa (lähtötuotteissa ja tytärytimessä yhteensä oltava siis sama massaluku)

lisäksi säilyy sähkövaraus, eli lähtöaineiden yhteenlaskettu sähkövaraus on sama kuin reaktiotuotteiden

Question 12

lähtöydin / emoydin

Answer 12

hajoava ydin

Question 13

tytärydin

Answer 13

reaktiossa syntyvät ytimet

Question 14

tavallinen aine

Answer 14

protonit, elektronit, neutronit, neutriinot

Question 15

antiaine (antimateria)

Answer 15

koostuu antihiukkasista

-jokaisella tavallisen aineen hiukkasella on oma antihiukkasensa

Question 16

mitä samanlaista hiukkasella ja antihiukkasella on?

Answer 16

• samat massat

- sähkövaraukset yhtä suuret mutta vastakkaismerkkiset

Question 17

mitä tapahtuu jos hiukkanen ja sen antihiukkanen törmäävät?

Answer 17

ne tuhoutuvat annihiloitumalla

Question 18

elektronin antihiukkanen

Answer 18

positroni (e+)

-varaus +e, massa = m(elektroni)

Question 19

elektronin antineutriino v(e)

Answer 19

elektronin neutriinon antihiukkanen

Question 20

minkälaiset massa neutriinolla ja antineutriinolla on elektronin massaan verrattuna? entä varaus?

Answer 20

hyvin hyvin pienet massat, varauksettomia!

Question 21

alfahajoamine

Answer 21

ydin emittoi alfahiukkasen (a) eli heliumatomin ytimen He (A=4, Z=2)

X -> He + Y, jossa Y:n massaluku A=A-4, ja järjestysluku Z=Z-2 syntyneessä tytärytimessä

Question 22

mikä on alfa-aktiivinen aine?

Answer 22

radioaktiivinen aine, jonka ytimet hajoavat alfahajoamisella

Question 23

minkä tyyppistä beetahajoamista on?

Answer 23

beeta-miinus ja beeta-plus

Question 24

beeta-miinus-hajoaminen

Answer 24

ydin emittoi beeta-miinus-hiukkasen eli elektronin ja sen lisäksi elektronin antineutriinon

Question 25

miksi massaluku säilyy samana beeta-miinus-hajoamisen emo ja tytärytimellä?

Answer 25

koska elektronin ja antineutriinon massaluvut on nolla; niissä ei ole protoneja eikä neutroneja

Question 26

sähkövaraus (Z:n muutos) beeta-miinus hajoamisessa?

Answer 26

beeta-miinuksessa syntyy elektroni ja elektronin antineutriino; ja koska antineutriino on varaukseton, ja jos siis yksi hiukkasista on elektroni, niin syntyvän tytärytimen Z on oltava Z+1

Question 27

mitä ytimessä tapahtuu beeta-miinus-hajoamisessa?

Answer 27

yksi ytimen neutroni hajoaa, kun heikko vuorovaikutus muuttaa sen protoniksi, elektroniksi ja antineutriinoksi elektroni ja antineutriino saavat suuren liike-energian ja emittoituvat ytimestä.

Question 28

beeta-plus-hajoaminen

Answer 28

ydin emittoi beeta-plus-hiukkasen, eli positronin ja elektronin neutriinon

Question 29

sähkövaraus (Z:n muutos) beeta-plus hajoamisessa?

Answer 29

beeta-plussassa syntyy positroni ja elektronin neutriino; ja koska neutriino on varaukseton, ja jos siis yksi hiukkasista on positroni (jonka varaus +e), niin syntyvän tytärytimen Z on oltava Z-1

Question 30

mitä ytimessä tapahtuu beeta-plus-hajoamisessa?

Answer 30

yksi ytimen protoni hajoaa, kun heikko vuorovaikutus muuttaa sen neutroniksi, positroniksi ja neutriinoksi positroni ja neutriino saavat suuren liike-energian ja emittoituvat ytimestä.

Question 31

mitä seurauksia beeta-plus-hajoamisella on?

Answer 31

ydin emittoi positronin, eli antielektronin; tämä positroni törmää hyvin pian joko atomin omaan tai läheisen atomin elektroniin ja annihiloituu -> syntyy gammasäteilyä

Question 32

elektronisieppaus

Answer 32

atomin alimmilta kuorilta (yleensä K- tai L-kuorelta) putoaa elektroni ytimeen (ydin sieppaa sen), ja ytimestä emittoituu elektronin neutriino. tytärytimellä sama massaluku, mutta Z=Z-1, lisäksi emittoituu neutriino

Question 33

mitä ytimessä tapahtuu elektroninsieppauksessa?

Answer 33

elektroni putoaa atomil alimmilta kuorilta ytimeen kun ydin kaappaa sen -> elektroni reagoi ytimen kanssa, jolloin heikko vuorovaikutus muuttaa protonin neutroniksi ja emittoituu neutriino eletronisieppauksen jälkeen atomin ydin jää virittyneeseen tilaan, joka purkautuu nopeasti kun jokin ylempien kuorien elektroni täyttää kaapatun paikan alemmalla kuorella -> emittoituu karakteristinen röntgenkvantti (gammakvantti)

Question 34

mitä eroa röntgen ja gammakvantilla?

Answer 34

gammakvantti = jos korkeaenerginen fotoni syntyy ytimen viritystilan purkautumisesta tai annihilaatiossa röntgenkvantti = jos korkeaenerginen fotoni syntyy varauksellisten hiukkasten törmäyksen (jarrutussäteily) tai (elektronien) viritystilan purkautumisen seurauksena, sitä kutsutaan röntgenkvantiksi gammakvanteilla yleensä vähän korkeampi energia, mutta ei aina

Question 35

ydinsäteily

Answer 35

atomin ytimen emittoima säteily

Question 36

alfasäteilyn vaarallisuus/kantama

Answer 36

hyvin ionisoivaa, mutta se on vaarallista vain, jos alfasäteilyn lähde joutuu kehon sisään, sillä alfahiukkasten kantama ilmassa on vain n. 10 cm ja ne pysähtyvät jopa tavalliseen paperiarkkiin, eli viimeistään iho pystyy pysäyttämään ne

Question 37

beeta-miinus säteilyn kantama

Answer 37

pidempi kuin alfasäteilyllä, ja läpäisee paperiarkin helposti, mutta pysähtyy esim. ohueen alumiinikalvoon

Question 38

beeta-plus säteilyn kantama

Answer 38

emittoituneet positronit pysähtyvät nopeasti osuessaan elektroneihin ja annihiloituessaan

Question 39

neutronisäteily

Answer 39

syntyy esim. fissiovoimaloiden ydinreaktioissa

Question 40

puoliintumisaika T1/2

Answer 40

aika, jossa atomeista puolet hajoaa

Question 41

hiukkasmäärä N

Answer 41

kirjaimellisesti se, kuinka monta atomia (kyseistä ainetta) tarkasteltavassa näytteessä on

Question 42

hajoamislaki

Answer 42

N = No*e^((-ln(2 ) / T1/2) * t)

Question 43

radioaktiivisen näytteen aktiivisuus

Answer 43

kuvaa sitä, kuinka monta hajoamista näytteessä tapahtuu aikayksikössä

Question 44

mihin aktiivisuus A on suoraan verrannollinen?

Answer 44

hiukkasmäärään N -> A = lambda*N, koska mitä enemmän tarkasteltavaa ainetta on, sitä enemmän hajoamisia tapahtuu tietyssä ajassa eli mitä suurempi hiukkasmäärä, sitä suurempi aineen aktiivisuus

Question 45

aktiivisuuden yksikkö

Answer 45

[A] = Bq = becquerel = 1/s | eli jos aktiivisuus on 1 Bq, niin hajoamisia tapahtuu yksi sekunnissa

Question 46

mitä radiohiiliajoituksella voidaan tehdä?

Answer 46

määrittää orgaanista materiaalia sisältävän kappaleen ikä

Question 47

miten C14 isotooppia päätyy elolliseen aineeseen?

Answer 47

radioaktiivinen C14 muotostaa ilmakehän hapen kanssa CO2, joka päätyy kasveihin yhteyttämisen seurauksena -> eläimet syövät sitten näitä kasveja

Question 48

mitä radiohiiliajoituskessa oletetaan?

Answer 48

oletetaan, että C14 ja C12 isotooppien lukumääräsuhde pysyy likimain vakiona elävissä kasveissa ja eläimissä -> kun eliö kuolee siihen ei tule enää lisää C14 isotooppia, jolloin radioaktiivisen hajoamisen tämän isotoopin määrä alkaa pienentyä kyseisessä eliössä. (pysyvän C12 isotoopin määrä pysyy vakiona)

Question 49

mitä intensiteetti kuvaa

Answer 49

paljonko energiaa pinnalle osuu aikayksikössä pinta-alayksikköä kohden eli kuinka suuri teho P pinnalle osuu pinta-alayksikköä kohden I = P/A [W/m^2]

Question 50

puoliintumispaksuus d1/2

Answer 50

kun tunnetaan säteilyn laji ja energia sekä väliaine, voidaan säteilylle määrittää d1/2, jonka pituisella matkalla kyseisessä väliaineessa säteilyn intensiteetti puolittuu

Question 51

heikennyslaki

Answer 51

I = Io*e^(-myy*x) myy = ln(2 )/ d1/2 (heikennyskerroin tai matkavaimennuskerroin)

Question 52

nukleonit

Answer 52

atomin ytimen hiukkaset eli protonit ja neutronit

Question 53

ytimen sidosenergia

Answer 53

Eb = kertoo kuinka suuri työ täytyisi tehdä, jos nukelonit (protonit ja neutronit vetäisi erilleen ytimestä (tämä vain teoreettinen tarkastelu); kuitenkin ytimen sidosenergia voidaan mitata, sillä sidosenergiaa vastaava energiaero irtonaisten nukleonien ja ytimen välillä ilmenee siten, että ytimen massa on pienempi kuin irtonaisten nukleonien yhteenlaskettu massa Eb = (m nukleonit - m ydin)c^2 eli Eb = (X*m(prot) + Y*m(neutr) - m(ydin))*c^2 tässä m(ydin) = m(atomi)-Z*m(elektr.)

Question 54

massavaje

Answer 54

nukelonien ja ytimen massan erotus delta m | delta m = X*m(prot) + Y*m(neutr) + m(elektr) - m(atomi)

Question 55

sidososuus

Answer 55

kuvaa sidosenergian määrää yhtä nukleonia kohti, eli sidosenergian Eb määrä jaettuna nukleonien määrällä eli massaluvulla A b = Eb / A = (delta m * c^2)/A

Question 56

fissio

Answer 56

atomin ytimen hajoaminen, missä ydin hajoaa kahdeksi tai useammaksi kevyemmäksi ytimeksi voi olla itsestään tapahtuva spontaani fissio (vain raskailla alkuaineilla), tai ytimeen osuvan neutronin aiheuttama fissio (saa ytimen epävakaaseen tilaan, jonka seurauksena se hajoaa) neutronin aiheuttama fissio, minkä seurauksena vapautuu lisää neutroneja, voi johtaa ketjureaktioon, jossa reaktiosta vapautuneet neutronit aiheuttavat lisää fissioreaktioita

Question 57

fuusio

Answer 57

kaksi kevyempää ydintä yhdistyy ja muodostaa raskaamman ytimen; reaktiosssa vapautuu energiaa gammakvanttien muodossa sekä reaktiotuotteiden liike-energioina; lisäksi voi emittioitua vapaita neutroneja tai protoneja esim. vedyn isotoopit deutrium 2,1,H ja 3,1,H voivat fuusioitua muodostaen heliumytimen 4,2,He + n

Question 58

fissioreaktori

Answer 58

kontrolloiduissa olosuhteissa aiheutetaan fissioketjureaktio, ja jokaisesta hajoamisesta gammakvanttien muodossa vapautuvaa energiaa kerätään lämpönä käyttöön

Question 59

ydinaseet

Answer 59

hajoavalle aineelle tehdään sellaiset olosuhteet, että ketjureaktio etenee erittäin nopeasti ja vapautuva suuri energiamäärä ilmenee ydinräjähdyksenä

Question 60

vetypommi

Answer 60

ainoa tähän mennessä toimiva fuusion sovellutus: ydinaseille tyypillinen fissioreaktio käynnistää fuusioreaktion ja vapautuu suuri määrä energiaa räjähdyksen muodossa

Question 61

massaero

Answer 61

delta m = m(lähtöaineet) - m(reaktiotuotteet) ydinreaktiossa lähtöaineiden massa muuttuu pääasiassa reaktiotuotteiden massaksi, mutta osa siitä muuttuu energiaksi, joka voi vapautua gammakvanttien muodossa ja reaktiotuotteiden liike-energiana --> lähtöaineiden yhteenlasketun massa ja reaktiotuotteiden yhteenlasketun massan erotusta kutsutaan reaktion massaeroksi jolloinka reaktiossa vapautuvan energian määrän voi laskea kaavalla E = delta m*c^2

Question 62

miten atomin ytimen massa lasketaan

Answer 62

m(ydin) = m(atomi) - Z*m(elektronit)

Question 63

minkälainen reaktio: positiivinen tai negatiivinen massaero?

Answer 63

positiivinen: spontaani negatiivinen: eivät tapahdu spontaanisti, sillä tarvitsisivat ulkopuolelta energiaa tapahtuakseen