MAAILMANKAIKKEUDEN PIENET JA SUURET RAKENTEET

Samankaltaiset tiedostot
Säteily ja suojautuminen Joel Nikkola

SÄTEILEVÄ KALLIOPERÄ OPETUSMATERIAALIN TEORIAPAKETTI

Atomin ydin. Z = varausluku (järjestysluku) = protonien määrä N = neutroniluku A = massaluku (nukleoniluku) A = Z + N

Ionisoiva säteily. Radioaktiiviset aineet ja ionisoiva säteily kuuluvat luonnollisena osana elinympäristöömme.

Ydinfysiikka lääketieteellisissä sovelluksissa

Kemia 3 op. Kirjallisuus: MaoL:n taulukot: kemian sivut. Kurssin sisältö

Ionisoiva säteily. Tapio Hansson. 20. lokakuuta 2016

Kosmos = maailmankaikkeus

Kosmologia ja alkuaineiden synty. Tapio Hansson

Ydinfysiikkaa. Tapio Hansson

fissio (fuusio) Q turbiinin mekaaninen energia generaattori sähkö

Leptonit. - elektroni - myoni - tauhiukkanen - kolme erilaista neutriinoa. - neutriinojen varaus on 0 ja muiden leptonien varaus on -1

Säteilyn historia ja tulevaisuus

Teoreetikon kuva. maailmankaikkeudesta

Perusvuorovaikutukset. Tapio Hansson

Kosmologia: Miten maailmankaikkeudesta tuli tällainen? Tapio Hansson

Ionisoiva Säteily Koe-eläintöissä. FinLAS Seminaari Mari Raki, FT Lääketutkimuksen keskus Helsingin yliopisto

Fysiikka 8. Aine ja säteily

Fysiikka 9. luokan kurssi

KEMIA. Kemia on tiede joka tutkii aineen koostumuksia, ominaisuuksia ja muuttumista.

Fysiikka 1. Fysiikka 1, Fysiikka luonnontieteenä, Tammi (2009) MAOL-taulukot, Otava

6 YDINFYSIIKKAA 6.1 YTIMEN RAKENTEESTA

Tarinaa tähtitieteen tiimoilta FYSIIKAN JA KEMIAN PERUSTEET JA PEDAGOGIIKKA 2014 KARI SORMUNEN

KERTAUSTEHTÄVIEN RATKAISUT

Ensimmäisessä fysiikan jaksossa käsitellään maailmankaikkeutta, aineen rakennetta ja ydinenergiaa. Oppikirja s ja

Maailmankaikkeuden syntynäkemys (nykykäsitys 2016)

Infrapunaspektroskopia

Fysiikka 1. Fysiikka 1, Fysiikka luonnontieteenä, Tammi (2009) MAOL-taulukot, Otava

Kertausta 1.kurssista. KEMIAN MIKROMAAILMA, KE2 Atomin rakenne ja jaksollinen järjestelmä. Hiilen isotoopit

Perusvuorovaikutukset. Tapio Hansson

perushiukkasista Perushiukkasia ovat nykykäsityksen mukaan kvarkit ja leptonit alkeishiukkasiksi

Säteilyannokset ja säteilyn vaimeneminen. Tapio Hansson

A Z X. Ydin ja isotoopit

Työturvallisuus fysiikan laboratoriossa

Supernova. Joona ja Camilla

REAKTIOT JA TASAPAINO, KE5 KERTAUSTA

Atomimallit. Tapio Hansson

Hiukkasfysiikan luento Pentti Korpi. Lapuan matemaattisluonnontieteellinen seura

VALAISTUSTA VALOSTA. Fysiikan ja kemian perusteet ja pedagogiikka. Kari Sormunen Kevät 2014

PHYS-C6360 Johdatus ydinenergiatekniikkaan (5op), kevät 2016

Mitä energia on? Risto Orava Helsingin yliopisto Fysiikan tutkimuslaitos CERN

CERN ja Hiukkasfysiikan kokeet Mikä se on? Mitä siellä tehdään? Miksi? Mitä siellä vielä aiotaan tehdä, ja miten? Tapio Lampén

ASTROFYSIIKAN TEHTÄVIÄ VI

Kokeellisen tiedonhankinnan menetelmät

Z = VARAUSLUKU eli JÄRJESTYSLUKU (= protoniluku) N = NEUTRONILUKU A = NUKLEONILUKU; A = N + Z (= neutr. lkm + prot. lkm)

Tehtävänä on vertailla eri säteilylähteiden säteilyvoimakkuutta (pulssia/min).

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Säteily on aaltoja ja hiukkasia

Ydin- ja hiukkasfysiikka 2014: Harjoitus 5 Ratkaisut 1

VALAISTUSTA VALOSTA. Fysiikan ja kemian pedagogiikan perusteet. Kari Sormunen Syksy 2014

FYS01: Fysiikka luonnontieteenä

Aurinko. Tähtitieteen peruskurssi

Alkeishiukkaset. Standarimalliin pohjautuen:

Vastaa kaikkiin kysymyksiin. Oheisista kaavoista ja lukuarvoista saattaa olla apua laskutehtäviin vastatessa.

DEE-11110: SÄHKÖTEKNIIKAN PERUSTEET

2.2 RÖNTGENSÄTEILY. (yli 10 kv).

Ydin- ja hiukkasfysiikka: Harjoitus 1 Ratkaisut 1

Nimi: Fysiikka. 9. luokan kurssi

Fysiikan ja kemian perusteet ja pedagogiikka Kari Sormunen Kevät 2012

766334A Ydin- ja hiukkasfysiikka

Atomimallit. Tapio Hansson

elektroni = -varautunut tosi pieni hiukkanen nukleoni = protoni/neutroni

Mustien aukkojen astrofysiikka

Kvantittuminen. E = hf f on säteilyn taajuus h on Planckin vakio h = 6, Js = 4, evs. Planckin kvanttihypoteesi

NUKLIDIEN PYSYVYYS. Stabiilit nuklidit

Maan ja avaruuden välillä ei ole selkeää rajaa

Luento Ydinfysiikka. Ytimien ominaisuudet Ydinvoimat ja ytimien spektri Radioaktiivinen hajoaminen Ydinreaktiot

raudan ja nikkelin paikkeilla: on siis mahdollista vapauttaa ytimen energiaa joko fuusioimalla tätä pienempiä ytimiä tai fissioimalla raskaampia.

Kurssin opettaja Timo Suvanto päivystää joka tiistai klo koululla. Muina aikoina sopimuksen mukaan.

YLEINEN KEMIA. Alkuaineiden esiintyminen maailmassa. Alkuaineet. Alkuaineet koostuvat atomeista. Atomin rakenne. Copyright Isto Jokinen

2. Pystyasennossa olevaa jousta kuormitettiin erimassaisilla kappaleilla (kuva), jolloin saatiin taulukon mukaiset tulokset.

Ydinfysiikka. Luento. Jyväskylän synklotroni. Copyright 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Addison-Wesley.

n=5 n=4 M-sarja n=3 L-sarja n=2 Lisäys: K-sarjan hienorakenne K-sarja n=1

FY1 Fysiikka luonnontieteenä

TKK, TTY, LTY, OY, ÅA, TY ja VY insinööriosastojen valintakuulustelujen fysiikan koe , malliratkaisut ja arvostelu.

Aine ja maailmankaikkeus. Kari Enqvist Helsingin yliopisto ja Fysiikan tutkimuslaitos

oppilaitos: ARKADIAN YHTEISL YSEO

luku 1.notebook Luku 1 Mooli, ainemäärä ja konsentraatio

Luvun 8 laskuesimerkit

VIII RADIOAKTIIVISEN HAJOAMISEN MUODOT

eriste C K R vahvistimeen Kuva 1. Geigerilmaisimen periaate.

55 RADIOAKTIIVISUUS JA SÄTEILY

766326A Atomifysiikka 1 - Syksy 2013

FL, sairaalafyysikko, Eero Hippeläinen Keskiviikko , klo 10-11, LS1

MAA (4 OP) JOHDANTO VALOKUVAUKSEEN,FOTOGRAM- METRIAAN JA KAUKOKARTOITUKSEEN Kevät 2006

Eksponentti- ja logaritmifunktiot

Synkrotronisäteily ja elektronispektroskopia. Tutkimus Oulun yliopistossa

EXPLORANIUM GR-130 minispec- Gammaspektrometrin käyttöohje

Tähtitieteen peruskurssi Lounais-Hämeen Uranus ry 2013 Aurinkokunta. Kuva NASA

Radioaktiivisen säteilyn läpitunkevuus. Gammasäteilty.

Fysiikan lisäkurssin tehtävät (kurssiin I liittyvät, syksy 2013, Kaukonen)

LÄMPÖSÄTEILY. 1. Työn tarkoitus. Oulun yliopisto Fysiikan opetuslaboratorio Fysiikan laboratoriotyöt 2

Alkuaineita luokitellaan atomimassojen perusteella

Ydinpolttoainekierto. Kaivamisesta hautaamiseen. Jari Rinta-aho, Radiokemian laboratorio

YMPÄRISTÖVAIKUTUSTEN ARVIOINTIOHJELMA. Ohjausryhmä

Galaksit ja kosmologia 53926, 5 op, syksy 2015 D114 Physicum

3.1 Varhaiset atomimallit (1/3)

Kaikki ympärillämme oleva aine koostuu alkuaineista.

Liikemäärän säilyminen Vuorovesivoimat Jousivoima

MUUTOKSET ELEKTRONI- RAKENTEESSA

Transkriptio:

MAAILMANKAIKKEUDEN PIENET JA SUURET RAKENTEET

KAIKKI HAVAITTAVA ON AINETTA TAI SÄTEILYÄ 1. Jokainen rakenne rakentuu pienemmistä rakenneosista. Luonnon rakenneosat suurimmasta pienimpään galaksijoukko galaksi aurinkokunta planeetta ja kuut ihminen, muut eliöt, aineet molekyyli atomi atomin ydin neutroni ja protoni kvarkki

2. Luonnossa on neljä perusvuorovaikutusta 1. Gravitaatiovuorovaikutus Kappaleet vetävät toisiaan puoleensa voimalla, joka riippuu kummankin kappaleen massasta ja niiden välisestä etäisyydestä. 2. Sähkömagneettinen vuorovaikutus Kaikki sähköiset ilmiöt ovat tämän seurausta. Se pitää atomin ja aineen koossa. 3. Vahva vuorovaikutus Se aiheuttaa ydinvoiman, joka sitoo protonit ja neutronit toisiinsa atomin ytimessä. 4. Heikko vuorovaikutus Se vaikuttaa kvarkkien välillä. Se ilmenee protonin muuttuessa neutroniksi tai neutronin protoniksi beetahajoamisessa.

Kaikki neljä perusvuorovaikutusta vaikuttavat kappaleiden tai hiukkasten välillä niin, että kappaleet tai hiukkaset eivät kosketa toisiaan. Ne ovat etävuorovaikutuksia. Kosketusvuorovaikutus on seurausta sähkömaghneettisesta vuorovaikutuksesta. Esim. kenkään vaikuttava tukivoima ja kitkavoima ovat sähkömagneettisen vuorovaikutuksen seurausta.

TEKSTI SÄHKÖMAGNEETTINEN SÄTEILY Muun muassa Auringon valo ja lämpösäteily siirtyvät Maahan sähkömagneettisena säteilynä. Sähkömagneettisen säteilyn aallonpituus vaihtelee äärimmäisen pienestä mielivaltaisen suureen. Ihmissilmä havaitsee sähkömagneettisesta säteilystä van hyvin kapean aallonpituusalueen, joka on noin 0,0004-0,00075mm eli 400-750 nanometriä. Tätä sanotaan näkyväksi valoksi.

Sähkömagneettisen säteilyn eri lajeja ovat gammasäteily, röntgensäteily, ultraviolettisäteily, näkyvä valo, lämpö- eli infrapunasäteily, mikroaallot sekä radioaallot. Näistä käytetään nimitystä sähkömagneettinen spektri. Kaikkein lyhytaaltoisimmat sähkömagneettisen säteilyn lajit ovat gamma- ja röntgensäteily. Gammasäteily syntyy atomin ytimessä ja röntgensäteily atomin elektronikuoren sisemmillä kuorilla. Gamma- ja röntgensäteily läpäisevät hyvin esim. seinän ja ihmisen. Niitä käytetään paljon tekniikan ja lääketieteen sovelluksissa.

Ultraviolettisäteilyä (UV) syntyy atomin elektroniverhossa. Sen aallon pituus on suurempi kuin gamma- ja röntgensäteilyn, mutta pienempi kuin näkyvän valon. Se on elolliselle luonnolle välttämätön, mutta myös haitallista. UV-säteilyn vaikutuksesta ihon pinnalla syntyy D- vitamiinia ja se ruskettaa ihoa. Kuitenkin liiallinen UV-säteily vanhentaa ihoa ja lisää syövän riskiä.

Kaikki kappaleet lähettävät infrapunasäteilyä. Sitä syntyy molekyylin sisäisen värähtelyn seurauksena. Sen aallonpituus riippuu säteilevän kappaleen lämpötilasta. Infrapunasäteilyn aallonpituus on suurempio kuin näkyvän valon. Ihmisen iho aistii infrapunasäteilyn lämpönä. Useat hyönteiset ja käärmeet löytävät saaliinsa IR-säteilyn perusteella. IR-säteilyä käytetään monissa tekniikan sovelluksissa esim. kauko-ohjaimet, lämpövalokuvaus ja yökiikarit.

Mikro- ja radioaaltoja tuotetaan sähköisten värähtelypiirien ja antennien avulla. Matkapuhelimet, mikroaaltouunit, tutkat ja satelliittiyhteydet toimivat mikroaaltoalueella. Radiossa ja televisiossa ääni ja kuva siirretään radioaaltojen avulla lähettimestä vastaanottimeen. Radioaaltojen aallonpituus vaihtelee senttimetreistä kilometreihin.

Sähkömagneettinen säteily etenee valonnopeudella ja kuljettaa mukanaan energiaa. Valon nopeus on tyhjiössä 300 000km/s. Eri aineissa on valolla eri nopeus. Säteilyn taajuus ja energia kasvavat, kun säteilyn aallonpituus pienenee.

TEKSTI ISOTOOPIT Kaikki aineet koostuvat noin sadasta eri atomilajista, joita sanotaan alkuaineiksi. Alkuaine nimetään ytimessä olevien protonien määrän mukaan. Neutronien määrä voi saman alkuaineen ytimillä olla erilainen. Tällöin puhutaan alkuaineen eri isotoopeista. Esim. vedyllä on kolme isotooppia vety-1, vety-2 ja vety-3.

TEKSTI RADIOAKTIIVISUUS Jos atomin ytimessä on liikaa neutroneja, se hajoaa ennen pitkää. Tällaisia pysymättömiä atomeja sisältävä aine on radioaktiivista. Radioaktiivisen aineen atomit pyrkivät tasapainoon lähettämällä runsaasti energiaa sisältävää gammasäteilyä tai ytimistä hiukkasia, jolloin syntyy hiukkassäteilyä. Hiukkassäteilyä ovat alfasäteily ja beetasäteily sekä neutronisäteily.

TEKSTI IONISOIVA SÄTEILY Alfa-, beeta- ja gammasäteily ovat ionisoivaa säteilyä. Ionisoiva säteily on kasveille ja ihmisille vaarallista. Alfasäteily pysähtyy helposti eikä läpäise esim. paperia ja ilmassakin se etenee vain muutamia senttimetrejä. Beetahiukkaset etenevät ilmassa muutaman metrin ja ne pystyvät tunkeutumaan ihon läpi. Gammasäteily on hyvin läpitunkevaa ja sen vuoksi ihmiselle vaarallista. Myös alfa- ja beetasäteilyt ovat vaarallisia, jos niitä lähettävää ainetta joutuu elimistöön.

TEKSTI PUOLIINTUMISAIKA Puoliintumisaika on aika, jonka kuluessa puolet radioaktiivisen aineen jäljellä olevista ytimistä hajoaa. Ensimmäisen puoliintumisajan kuluttua alkuperäisistä ytimistä on jäljellä puolet, toisen puoliintumisajan jälkeen neljäsosa jne. Aineiden puoliintumisajat vaihtelevat sekunnin murtoosista tuhansiin vuosiin.

VUOTUINEN SÄTEILYANNOS

FISSIO Alkuaineita, joiden atomeissa on paljon protoneja ja neutroneja, kutsutaan raskaiksi alkuaineiksi ja niiden ytimiä raskaiksi ytimiksi. Useimmat raskaat ytimet ovat radioaktiivisia. Ne hajoavat vähitellen pysyviksi lähettämällä alfa- tai beetahiukkasia. Raskas ydin voi kuitenkin myös haljeta = Fissio Fissiossa syntyy kaksi uutta atomiydintä ja yleensä muutama neutroni. Fissiossa ydinenergiaa muuttuu liike-energiaksi. Fissiota hyödynnetään ydinvoimalaitoksissa sekä ydinaseissa.

FISSIOVOIMALAITOS Nykyiset ydinvoimalaitokset ovat fissiovoimalaitoksia. Suomen ydinvoimalaitokset käyttävät polttoaineenaan uraania. Ydinvoimalaitoksen toimintaperiaate on sama kuin lämpövoimalaitoksessa, mutta turbiinin pyörittämiseen tarvittava höyry tuotetaan ydinenergialla.

FUUSIO Fuusiossa kevyet ytimet yhtyvät raskaammiksi ytimiksi. Kevyitä ytimiä ovat esim. vedyn isotoopit deuterium ja tritium. Kaikkien atomien ytimillä on positiivinen sähkövaraus. Ytimet hylkivät siksi toisiaan, eivät pääse helposti toistensa lähelle. Jos ne kuitenkin törmäävät suurella nopeudella, ne voivat päästä niin lähelle, että ne yhdistyvät yhdeksi isommaksi ytimeksi = fuusio Fuusiolle sopivissa olosuhteissa lämpötila on miljoonia asteita ja fuusioituvia ytimiä paljon. Aurtingon sisällä lämpötila ja paine ovat riittävän korkeita, jotta fuusio voi tapahtua. Vetyisotooppien deuteriun- ja tritium-ytimet muodostavat heliumia. Fuusiovoimalaitos voi olla tulevaisuuden energialähde.