TUUMAFÜÜSIKA

Jaana Aunapuu 11.A

Aatomituum

• Aatomituum on aatomi väga väike ja tihe keskosa, mis moodustab põhilise osa aatomimassist.

• Aatomituum koosneb nukleonidest – positiivse laenguga prootonitest ja neutraalselaenguga neutronitest.

Tuuma mõõtmed• Tuumaläbimõõt on suurusjärgus

10(astmes–15 )m. • Näiteks vesiniku aatomituuma (koosneb

ühest ainsast prootonist) läbimõõt on umbes 1,6 fm ja uraani aatomituuma (koosneb 238 nukleonist) läbimõõt on umbes 15 fm.

• Femtomeeter (lühend fm) on pikkusühik, misvõrdub 10(astmes-15)meetriga.

Tuuma mõõtmed

• Aatomi elektronkatte läbimõõt on tuuma läbimõõdust umbes 100 000 korda suurem.

• Kui aatomit oleks võimalik nii palju suurendada, et aatomituum saaks nööpnõelapea suuruseks, siis terve aatom saaks suure staadioni suuruseks

Tuuma koostisosakesed

• Prootonite arv tuumas määrab ära, millise keemilise elemendiga on tegemist.

• Neutronite arv tuumas määrab ära, millise isotoobiga on tegemist.

• Sama prootonite arvuga, kuid erineva neutronite arvuga aatomid on sama keemilise elemendi erinevate isotoopide aatomid.

Prooton-neutron mudel

• massiarv on prootonite ja neutronite summa

A=Z+NA-massiarvZ-prootonite arv ehk laenguarvN-neutronite arv

Tuumajõud

• Tuum, neutron ja prooton ei ole kõvad kehad.

• prootonid ja neutronid püsivad koos tänu tõmbejõududele.

• prootonite vahel valitsevad tõukejõud• neutronite vahel elektrilisi jõude pole.• Tuumajõud on jõud, mis hoiavad

prootonite ja neutronite tuumas koos

Tuuma ehitus

• tuum on kihilise ehitusega• tuuma osakesed paiknevad teatud

energiatasemel• selleks, et täielikult vabastada prooton

tuumast on vaja anda energiat. • seda energiat mõõdetakse

elektronvoltides(MeV)

Isotoobid

• Isotoobid on keemilise elemendi teisendid, mis erinevad üksteisest neutronite arvu poolest.

Koostisosakeste mass• Et neutron ja prooton on praktiliselt võrdse

massiga, siis neutronite ja prootonite arv tuumas määrab ära aatommassi.

• Massi arvude erinevus tuleneb erinevast neutronite arvust aatomituumast.

• Et elektronid on võrreldes nukleonidega ülikerged (peaagu 2000 korda kergemad), siis elektronide mass aatomimassi praktiliselt ei mõjuta.

Rutherford• oli Uus-Meremaa

päritolu füüsik, kes sai tuntuks tuumafüüsika isana.

Rutherfordi avastused

• Rutherford määras kuldfooliumi eksperimendiga aatomituuma mõõtmed.

• Ta tuvastas, et radioaktiivsed ained tekitavad kolme tüüpi kiirgust.

• Avastas, et aatomi sees on väga tihe ja raske klomp (aatomituum) ja suurem osa aatomist on tühi ruum.

• Võttis kasutusele terminid "alfakiirgus" ja "beetakiirgus".

• Avastas, et alfakiirguse peatamiseks piisab ainult paberilehest.

• Rutherford märkas ka, et samast kogusest radioaktiivsest ainest laguneb pool alati konstantse aja jooksul, ja võttis kasutusele termini "poolestusaeg".

• Raadiumi lagunemisel tekib kolmandat sorti kiirgus ning pani selle nimeks gammakiirgus.

Alfakiirgus

• levib õhus 2,5 cm kaugusele• Ei suuda tungida läbi naha ja 0,1 m

paksuse paberi • Inimesele osutub ohtlikuks, kui satub

organismi koos sissehingatava õhu, söödus toidu ja joodud veega.

Beetakiirgus

• tungib kudedesse 1-2 cm sügavusse• ei suuda läbida 3,5 mm paksust

alumiiniumilehte

Gammakiirgus

• Läbib õhus sadakond meetrit • tahkistes mitmeid meetreid • läbivus sõltub tahkise tihedusest

• Vähene 10 kordselt pärast 76 cm veekihti, 36 cm betooni või 4,7 cm pliikihi läbimist

James Chadwick• oli Suurbritannia

füüsik.• töötas Rutherfordi käe

all ning avastas neutroni.

Tuuma reaktsioonid

Raskete tuumade lõhustumine• Raskete tuumade lõhustamiseks pommitatakse

tuumkütust reaktoris aeglaste neutronitega, mille eesmärgiks on lõhustuvate elementide tuumade viimine ebastabiilsesse olekusse. Neutroneid aeglustatakse grafiidi, vee või raske veega (vesi, mille molekulis on üks hariliku vesiniku aatom või mõlemad asendunud raske vesiniku - deuteeriumi aatomitega, DHO või D2O), kuna aeglustamata neutronid läbiksid tuuma sellega vastasmõjusse astumata ning tuumareaktsiooni esilekutsumata. Pommitamise tulemusena tuumkütuse ebastabiilne tuum lõhustub (püüdes saada tagasi stabiilse oleku) kaheks (või rohkemaks) enam-vähem võrdse suurusega kergemaks tuumaks. Selle protsessi käigus kiiratakse 2-3 neutronit, mis viivad järgmised tuumad ebastabiilsesse olekusse ning vabaneb energia

Suure massiarvuga isotoobi tuumalõhustumine.

kergete tuumade ühinemine• Tuumasüntees ehk tuumade liitumine on

kergete aatomituumade ühinemine raskemateks tuumadeks

• Tuumasüntees toimub looduslikult tähtedes ja on tähtede energia allikaks. Maa peal on tuumasünteesiks vajalikke tingimusi raske luua, sest tuumasünteesi toimumiseks peab liituvatele tuumadele eelnevalt andma energia, mis ületaks positiivse laenguga tuumade omavahelise elektromagnetilise tõukejõu.

Tuumareaktorite tüübid• Tehnoloogiliste uuenduste, säästlikkuse, efektiivsuse ja

turvalisuse alusel jaotatakse tuumareaktorid nelja põlvkonda, kusjuures põhiosa praegu kasutusel olevatest reaktoritest kuulub teise põlvkonda. Kolmanda põlvkonna reaktorite puhul on oluliselt tõstetud nende passiivset ohutust - avarii korral on reaktor disainitud viisil, et passiivsete meetmete rakendamisel lõpetab reaktor ise töö. Oluliselt kütusesäästlikumad ning väiksemas koguses ja vähemohtlikke radioaktiivseid jäätmeid tootvad neljanda põlvkonna reaktorid ei ole tööstuslikus kasutuses, kuid see võib muutuda käesoleva sajandi keskpaigaks.

Mõningad kasutuses olevad II põlvkonna reaktorid:

• surveveereaktor PWR (Pressurized water reactor) ja WWER (Water-cooled water-moderated power reactor),

• keevveereaktor BWR (Boiling water reactor),• surveraskeveereaktor PHWR (Pressurized heavy water

reactor) või CANDU,täiustatud gaasjahutusega reaktor AGR (Advanced gas-cooled reactor),

• kergevee grafiitaeglustiga reaktor RBMK (High power channel-type reactor).

Radioaktiivsed jäätmed

• Radioaktiivseid jäätmeid saab liigitada seal leiduvate radionukliidide aktiivsuse alusel:

Vabastatud jäätmed - vabastamistasemetest väiksema radioaktiivsusega jäätmed, mida võib käidelda sarnaselt mitteradioaktiivsete jäätmetega. Vastavaid materjale võib taas- ja korduvkasutada või standardsete vahenditega töödelda (nt vee puhustamine) enne keskkonda vabastamist.

Madala ja keskmise aktiivsusega radioaktiivsed jäätmed - asjad (rõivastus, seadmed), mida on kasutatud radioaktiivsete ainete käitlemispiirkonnas. Samuti saastunud pinnas, ehitusmaterjalid, jahutustiikide muda jm. Madal- ja keskaktiivseid jäätmeid on kõigepealt võimalik sorteerida ja pakendada. Mahu ja aktiivsuse vähendamiseks saab jäätmeid täiendavalt töödelda keemiliselt, tuhastada, pressida, aurutada, filtreerida, viia läbi ioonvahetus jm.

NORM (Naturally Occuring Radioactive Material) ehk looduslikku radioaktiivset materjali sisaldavad jäätmed - sisaldavad suures koguses madala kontsentratsiooniga looduses esinevaid radionukliide. Tekivad uraani ja teiste mineraalide kaevandamisel ja töötlemisel.

• Kõrgaktiivsed jäätmed - tuumareaktorite kasutatud tuumkütus või kõrge aktiivsusega vedelik, mis tekib kütuse töötlemisel. Kõrgaktiivsete jäätmete tekkehulgad moodustavad vaid väga väikse osa radioaktiivsetest jäätmetest, kuid nende ohtlikkus ning pikaealisus muudab nende jäätmete hoiustamise komplitseeritumaks. Kõige turvalisem pikaajaline lahendus nende tuumajäätmete ladustamiseks on sügaval maapõues, kus need võivad kõige tõenäolisemalt jääda puutumata õnnetustest, tulekahjudest või maavärinatest.

Radionukliidid ja neid sisaldavad jäätmed klassifitseeritakse poolestusaja järgi.

• lühiealised radioaktiivsed jäätmed. Radioaktiivsed jäätmed, milles sisalduvate radionukliidide poolestusaeg jääb alla 100 päeva. Need elemendid lagunevad ohutule tasemele paari aastaga.

• Madal- ja keskaktiivsed lühiealised radioaktiivsed jäätmed. Need on radionukliidid, mille poolestusaeg on alla 30 aasta. Neid jäätmeid tuleb pakendada ja hoiustada pikemat aega, tagamaks inimeste ja keskkonna ohutuse sealt pärineva saastatuse eest.

• Madal- ja keskaktiivsed pikaealised radioaktiivsed jäätmed. Seal leiduvate nukliidide puhul on elementide poolestusaeg üle 30 aasta. Selliseid elemente sisaldavate jäätmete isoleerimiseks kavandatakse keskmise sügavusega või sügavaid jäätmete matmispaiku.

Tuumaenergia eelised ja puudusedEelised:

• Suur energiasaagis, s.o toodetud elektrienergia hulk toormemassi kohta.

• Minimaalsed saasteemissioonid atmosfääri ja veekogudesse.• Ranged turvameetmed ja ohutusnõuded rikete ning õnnetuste

vältimiseks.• Toorme väikeste koguste tõttu on transport küllaltki lihtne.• Maagi leiukohad asuvad poliitiliselt stabiilsetes piirkondades.• Tehnoloogia arenedes kasutatakse tuumkütust korduvalt - suureneb

ressursisäästlikkus.• Energiajulgeolek - kindel ja järjepidev energiatootmisviis.

PUUDUSED

• Planeerimise, ehituse ja dekomisjoneerimise protsess on pikaajaline.• Väga suured investeerimisvajadused ehitusprotsessil ja jäätmete

käitlemisel.• Radioaktiivsete jäätmete teke ning probleemid nende käitlemisega ja

ladustamisega.• Oht õnnestuste tekkeks, mille tagajärjed reeglina tõsised ning ulatuslikud.• Sobiva asukoha leidmine on keeruline protsess, seotud poliitiliste,

majanduslike ja sotsiaalsete aspektidega.• Turvalisuse küsimus seoses tuumaenergia arendamiseks rahumeelsel

eesmärgil ehk oht tuumarelvade jaoks toorme valmistamiseks.• Toorme kaevandamisega kaasnevad negatiivsed keskkonnamõjud: nii

keemiline kui ka radioloogiline reostusoht kaevanduspiirkonnas.• Tootmine on tsentraliseeritud - lisakulud infrastruktuuri ja võrgustiku

loomiseks.• Kütuseks ei ole taastuv energiaallikas.

Tuumapomm

• Tuumapomm ehk aatomipomm (ka: aatompomm) on suure plahvatusjõuga lõhkekeha, kus energia vabaneb raskete aatomituumade lõhustumisel.

• See on esimene väljatöötatud tuumarelv ja ainuke sõjas kasutatud tuumarelv.

Tuumapommi tööpõhimõte

• Tuumapommi tuumkütusena kasutatakse kõrgelt rikastatud isotoope, mille tuumad kiirete neutronite toimel lõhustuvad kaheks keskmise massiarvuga aatomituumaks. Tavaliselt kasutatakse plutoonium-239; esimeste tuumapommide tuumkütuseks kasutati ka uraan-235, kuid sellised tuumapommid on oma massi kohta oluliselt väiksema purustusjõuga.

• Iga tuuma lõhustumisel vabaneb kaks või kolm neutronit ning igaüks neist kutsub omakorda esile ühe tuuma lõhustumise. Lõhustumise kiirus kasvab sekundi murdosa jooksul järsult. Selle kontrollimatu ahelreaktsiooni käigus vabaneb tohutu hulk energiat ja kiirgust.

Tšornobõli katastroof

• Tšornobõli katastroof ehk Tšornobõli tuumakatastroof ehk Tšornobõli avarii (kasutatakse ka venepärast nimekuju Tšernobõl) oli avarii, mis leidis aset Tšornobõli tuumaelektrijaamas 51°23′22″ N 30°05′59″ E 26. aprillil 1986. Avarii oli rahvusvahelise tuumaintsidentide skaala järgi 7. taseme õnnetus.

• Tuumaelektrijaama 4. energiaploki reaktor plahvatas. Põhjusteks olid reaktori viimine ebastabiilsesse olekusse reaktori turvasüsteemide katsetamisel ning reaktori konstruktsiooni iseärasused.

https://youtu.be/5gD_TL1BqFg

Hiroshima

• https://www.youtube.com/watch?v=gwkyPvlWPM0

Aitäh kuulamast!