3.2/3.3 Radioaktiiviset hajoamisreaktiot ja reaktion energia

FY08 Aine, säteily ja kvantittuminen

Radioaktiivisuus

  • Suurin osa isotoopeista on radioaktiivisia eli ne hajoavat itsestään
  • Hajoamisessa vapautuu energiaa
    • Hiukkasten liike-energiana
    • Sähkömagneettisena säteilynä (röntgen- tai gammasäteilynä)

Kuva: Resonanssi 8 (e-Oppi)

Kuvat: Wikipedia CC0

Geiger-putki

  • Säteily havaitaan säteilyn aiheuttaman ionisaation avulla
    • Ihmisen aistit eivät havaitse säteilyä
  • Geiger-putkessa on kaasua (esim. Ar, He), joka ionisoituu säteilyn johdosta
  • Sisällä on sähkökenttä
    • Saa ionit liikkumaan suurella nopeudella
  • Kaasussa syntyneet ionit aiheuttavat ketjureaktion ionisoidessaan uusia atomeja
  • Syntyy mitattava sähkövirtapulssi

Wikipedia CC BY-SA 3.0

Kuva: Resonanssi 8 (e-Oppi)

Radioaktiivinen hajoaminen

  • Hiukkassäteily:
    • α- ja β-hajoamisessa syntyy liikkuvia hiukkasia
    • Suurin osa isotoopeista on α- tai β-aktiivisia
  • Radioaktiiviset ytimet lähettävät myös gammasäteilyä ytimen viritystilan purkautuessa
  • Ydinsäteily (syntynyt ytimesta: α, β, γ, n) ionisoi atomeja
    • Kemialliset ominaisuudet muuttuvat
    • Voi seurata haitallisia biologisia muutoksia elävissä kudoksissa

Säteilylajit

ydinasiaa.fi

+ osa UV-säteilystä

Tyypilliset hajoamistavat

  • Alfahajoaminen
    • Ytimestä lähtee heliumatomin ytimiä (suuri sidosenergia)
  • Beetahajoaminen
    • β- : Neutroni muuttuu protoniksi, samalla vapautuu elektroni ja antineutriino
    • β+ : Protoni muuttuu neutroniksi, samalla vapautuu positroni ja neutriino
  • Gammasäteily
    • Radioaktiivisten ytimien viritystila purkautuu

Kuvat: Resonanssi 8 (e-Oppi)

Kuva: Wikipedia CC0

Hajoamisenergia

  • Hajoamisessa vapautunut energia Q syntyy massan muutoksesta (eli massavajeesta)

 

 

 

 

 

 

 

  • Hajoamistapahtuma esitetään reaktioyhtälön kautta, esim. radiumin alfahajoaminen         
Q = \Delta mc^2
Q = (m_{\text {lähtöydin}} - m_{\text {syntyneet\ ytimet}})c^2
Q = (m_\text X - (m_\text Y + m_\text Z))c^2
_{88}^{226}{\text {Ra}}
_{86}^{222}{\text {Rn}}
_{2}^{4}{\text {He}}

+

Q = (m_\text X - m_\text Y - m_\text Z)c^2

Hajoaminen tapahtuu aina ytimessä!

Alfahajoaminen

  • Hajoamisessa atomi siirtyy sidosenergialtaan kohti edullisempaa tilaa
  • Ytimestä lähtee heliumatomin ytimiä, koska niillä on suuri sidosenergia
    • Se on "edullisempaa" kuin protonin tai neutronin poistuminen
  • Hajoamisessa syntyneen tytärytimen massaluku pienenee neljällä ja järjestysluku kahdella
_{88}^{226}{\text {Ra}} \rightarrow \ _{86}^{222}{\text {Rn}} \ + \ _{2}^{4}{\text {He}}
_{Z}^{A}{\text X_N} \rightarrow \ _{Z-2}^{A-4}{\text Y_{N-2}} \ + \ _{2}^{4}{\text {He}}

Lähtöydin

Syntyneet ytimet

Kuva: Wikipedia CC0

Alfahajoaminen

  • Alfasäteily kulkee ilmassa senttimetrejä
    • Pysähtyy paperiin
  • Luovuttaa energiansa pienelle alueelle
    • On elimistöön joutuessaan vaarallista (esim. radonkaasu)
  • Hajoamisessa vapautuva energia muuttuu hiukkasten liike-energiaksi sekä usein jättää tytäratomin virittyneeseen tilaan
    • Viritystilan purkautuessa vapautuu gammakvantti eli gammasäteilyä
  • Jos oletetaan, että ytimen virittymistä ei tapahdu ja atomi on paikallaan hajotessaan, voidaan määrittää hiukkasten saamat nopeudet

 

  • Reaktiossa säilyy energian lisäksi myös liikemäärä                            
Q = \frac{1}{2}m_{\text {ydin}} v_{\text {ydin}}^2 + \frac{1}{2}m_{\alpha}v_{\alpha}^2
m_{\text {ydin}} \overline v_{\text {ydin}} + m_{\alpha} \overline v_{\alpha} = \overline 0

Kuva: Resonanssi 8 (e-Oppi)

Energian säilymislaki

Liikemäärän säilymislaki

α-hajoamisen energia

  • Hajoamisessa vapautunut energia Q voidaan laskea Einsteinin yhtälöllä
Q = (m_{\text {X-atomi}}-m_{\text {Y-atomi}}-m_{\text {He-atomi}})c^2
Q = \Delta mc^2
Q = (m_{\text {X-ydin}} - (m_{\text {Y-ydin}} + m_{\alpha}))c^2
Q = [(m_{\text {X-atomi}} -Zm_e) - ((m_{\text {Y-atomi}} - (Z-2)m_e) + (m_{\text {He-atomi}} - 2m_e))]c^2
Q = [m_{\text {X-atomi}} -Zm_e - m_{\text {Y-atomi}} + Zm_e - 2m_e - m_{\text {He-atomi}} + 2m_e]c^2

Järjestysluku pienenee kahdella!

Q = (m_{\text {lähtöydin}} - m_{\text {syntyneet\ ytimet}})c^2

Johda itse, ei löydy taulukkokirjasta!

Hajoaminen tapahtuu aina ytimessä!

Esimerkki 1

Laske massavaje ja hajoamisenergia reaktiolle

_{88}^{226}{\text {Ra}} \rightarrow \ _{86}^{222}{\text {Rn}} \ + \ _{2}^{4}{\text {He}}

Missä muodossa hajoamisessa vapautuva energia ilmenee?

Taulukosta:

m(_{88}^{226}{\text {Ra}}) = 226,025 \ 402 \ \text u
m(_{86}^{222}{\text {Rn}}) = 222,017 \ 570 \ \text u
m(_{2}^{4}{\text {He}}) = 4,002 \ 6033 \ \text u
\Delta m = m_{\text {Ra-226-ydin}} - (m_{\text {Rn-222-ydin}} + m_{\alpha})
\Delta m = m_{\text {Ra-226-atomi}} - m_{\text {Rn-222-atomi}} - m_{\text {He-atomi}}
\Delta m = 0,0052287 \ \text u

Lasketaan ensin massavaje.

\Delta m = 226,025402 \ \text u - 222,017570 \ \text u - 4,0026033 \ \text u

Epätarkimmassa lähtöarvossa on 6 desimaalia, joten massavajeeseen 6 desimaalia.

\text u = 931,494 \ 102 \ \frac{\text {MeV}}{c^2}
\Delta m = [m_{\text {Ra-226-atomi}} -88 m_e] - [m_{\text {Rn-222-atomi}} - 86 m_e + m_{\text {He-atomi}} - 2 m_e]
\Delta m = m_{\text {Ra-226-atomi}} - m_{\text {Rn-222-atomi}} - m_{\text {He-atomi}} - 88 m_e + 86 m_e + 2 m_e

Ydin hajoaa!

Alfahajoamisessa voidaan kuitenkin laskea vain atomimassoilla

\Delta m \approx 0,005229 \ \text u

Massavaje määrää tarkkuuden energialle!

Q = 0,0052287 \ \text u \cdot c^2
Q = 0,0052287 \cdot 931,494102 \ \frac{\text {MeV}}{c^2} \cdot c^2
Q = 4,870 \ 503 \ 211 \ \text {MeV}

Hajoamisessa vapautuva energia on

Tämä energia menee kokonaan syntyneiden ytimien liike-energiaksi, tai jos ydin jää viritystilalle, syntyneen tytärytimen liike-energia on hieman pienempi.

Massavaje 0,005229 u määrää tässä tarkkuuden:

6 desimaalia, mutta vain 4 merkitsevää numeroa

Q = \Delta m c^2
Q \approx 4,871 \ \text {MeV}

Esimerkki 2

Suomalainen peruskallio sisältää mm. uraanin isotooppia U-238.

 

Laske isotoopin U-238 alfahajoamisessa

a) massavaje ja vapautuva energia

b) alfahiukkasen ja tytärytimen liike-energiat.

a) Uraani-238:n hajoamisreaktio on

_{92}^{238}{\text {U}} \rightarrow \ _{90}^{234}{\text {Th}} \ + \ _{2}^{4}{\text {He}}

Lasketaan ensin massavaje.

m(_{92}^{238}{\text {U}}) = 238,050 784 \ \text u
m(_{90}^{234}{\text {Th}}) = 234,043 593 \ \text u
m(_{2}^{4}{\text {He}}) = 4,0026033 \ \text u
\Delta m = m_{\text {U-238-ydin}} - (m_{\text {Th-234-ydin}} + m_{\alpha})
\Delta m = [m(_{92}^{238}{\text {U}}) - 92 m_e] - [m(_{90}^{234}{\text {Th}}) - 90 m_e + m(_{2}^{4}{\text {He}}) - 2 m_e]
\Delta m = m(_{92}^{238}{\text {U}}) - m(_{90}^{234}{\text {Th}}) - m(_{2}^{4}{\text {He}}) - 92 m_e + 90 m_e + 2 m_e
\Delta m = m(_{92}^{238}{\text {U}}) - m(_{90}^{234}{\text {Th}}) - m(_{2}^{4}{\text {He}})
\Delta m = 238,050 784 \ \text u - 234,043 593 \ \text u - 4,0026033 \ \text u
\Delta m = 0,0045877 \ \text u

Massavaje määrää tarkkuuden energialle!

\Delta m \approx 0,004588 \ \text u

Hajoamisessa vapautuva energia on

Q = 0,004 \ 587 \ 7 \ \text u \cdot c^2
Q = \Delta m c^2
\text u = 931,494 \ 102 \ \frac{\text {MeV}}{c^2}
Q = 0,004 \ 587 \ 7 \cdot 931,494 \ 102 \ \frac{\text {MeV}}{c^2} \cdot c^2
Q = 4,273 \ 415 \ 492 \ \text {MeV}
Q \approx 4,273 \ \text {MeV}

Lähde: SanomaPro

b) Liikemäärä säilyy hajoamisessa. Oletetaan, että ennen hajoamista uraaniydin on likimain levossa, jolloin sen liikemäärä on likimain nolla.

Hajoamistuotteet liikkuvat vastakkaisiin suuntiin hajoamisen jälkeen, ja niiden kokonaisliikemäärä on nolla eli

\overline p_{\alpha} + \overline p_{\text {Th}} = \overline 0

Jos alfahiukkasen liikkeen suunta on positiivinen, saadaan skalaariyhtälö

p_{\alpha} - p_{\text {Th}} = 0
m_{\alpha} v_{\alpha} - m_{\text {Th}} v_{\text {Th}} = 0

Thoriumytimen nopeudeksi saadaan

v_{\text {Th}} = \frac{m_{\alpha} v_{\alpha}}{m_{\text {Th}} }

Lähde: SanomaPro

Koska energia säilyy, emoytimen hajoamisissa vapautuva energia muuntuu kokonaan hajoamistuotteiden liike-energiaksi.

Q = E_{k, \alpha} + E_{k, \text {Th}}
Q = \frac{1}{2} m_{\alpha} v_{\alpha}^2 + \frac{1}{2} m_{\text {Th}} v_{\text {Th}}^2

Sijoittamalla thoriumytimen nopeus saadaan

Q = \frac{1}{2} m_{\alpha} v_{\alpha}^2 + \frac{1}{2} m_{\text {Th}} \cdot (\frac{m_{\alpha} v_{\alpha}}{m_{\text {Th}} })^2
Q = \frac{1}{2} m_{\alpha} v_{\alpha}^2 + \frac{1}{2} m_{\text {Th}} \cdot \frac{m_{\alpha}^2 v_{\alpha}^2}{m_{\text {Th}}^2 }
Q = \frac{1}{2} m_{\alpha} v_{\alpha}^2 + \frac{m_{\alpha}} {m_{\text {Th}}} \cdot \frac{1}{2} m_{\alpha} v_{\alpha}^2 = E_{k, \alpha}(1 + \frac{m_{\alpha}}{m_{\text {Th}}})

Ratkaistaan nyt yhtälöstä alfahiukkasen liike-energia.

Q = E_{k, \alpha}(1 + \frac{m_{\alpha}}{m_{\text {Th}}})
E_{k, \alpha} = \frac {Q}{1 + \frac{m_{\alpha}}{m_{\text {Th}}}} = \frac {m_{\text {Th}}}{m_{\text {Th}} + m_{\alpha} } Q
E_{k, \alpha} = \frac {234,043 593 \ \text u}{234,043 593 \ \text u + 4,0015062 \ \text u} \cdot 4,273415492 \ \text {MeV}

Toriumytimen liike-energia on hajoamisenergian ja alfahiukkasen liike-energian erotus eli

E_{k, \text {Th}} = Q - E_{k, \alpha}
E_{k, \text {Th}} = 4,273415492 \ \text {MeV} - 4,201579950 \ \text {MeV}
E_{k, \alpha} = 4,201579950 \ \text {MeV} \approx 4,202 \ \text {MeV}
E_{k, \text {Th}} = 0,071835541 \ \text {MeV} \approx 0,07184 \ \text {MeV}

Suurin osa vapautuneesta energiasta menee alfahiukkasen liike-energiaksi!

Beetahajoaminen

  • Heikon vuorovaikutuksen seurauksena kvarkki voi muuttua toiseksi kvarkiksi
    • Atomiytimessä neutroni voi muuttua protoniksi tai protoni neutroniksi
  • β– -hajoaminen: neutroni muuttuu protoniksi, elektroniksi ja antineutriinoksi

 

 

 

  • β+ -hajoaminen: protoni muuttuu neutroniksi, positroniksi ja neutriinoksi
_{Z}^{A}{\text X_N} \rightarrow _{Z+1}^{A}{\text Y_{N-1}} \ + \ _{-1}^{0}{\text e} + \overline {\nu}
\ _{-1}^{0}{\text e} = \text e^- = \beta^-
_{Z}^{A}{\text X_N} \rightarrow _{Z-1}^{A}{\text Y_{N+1}} \ + \ _{+1}^{0}{\text e} + \nu
\ _{+1}^{0}{\text e} = \text e^+ = \beta^+
_{6}^{14}{\text C_8} \rightarrow _{7}^{14}{\text N_{7}} \ + \ _{-1}^{0}{\text e} + \overline {\nu}
_{6}^{11}{\text C_5} \rightarrow _{5}^{11}{\text B_{6}} \ + \ _{+1}^{0}{\text e} + \nu

Beetahajoaminen

  • Beetahajoamisissa massaluku ei muutu
  • Myös beetahajoamisessa ydin voi jäädä virittyneeseen tilaan
    • Syntyy gammasäteilyä
  • Beetasäteily kantaa pidemmälle (~ 1 m) kuin alfasäteily, mutta ionisoi heikommin
    • Pysähtyy muovilevyyn

Kuvat: Resonanssi 8 (e-Oppi)

β– -hajoamisen energia

  • Hajoamisessa vapautunut energia voidaan laskea Einsteinin yhtälöllä
Q = (m_{\text {X-atomi}}-m_{\text {Y-atomi}})c^2
Q = \Delta mc^2
Q = (m_{\text {X-ydin}} - (m_{\text {Y-ydin}} + m_e))c^2
Q = [(m_{\text {X-atomi}} -Zm_e) - ((m_{\text {Y-atomi}} - (Z+1)m_e) + m_e)]c^2
Q = [m_{\text {X-atomi}} -Zm_e - m_{\text {Y-atomi}} + Zm_e + m_e - m_e]c^2
Q = (m_{\text {lähtöydin}} - m_{\text {syntyneet\ ytimet}})c^2

Järjestysluku kasvaa yhdellä!

β+ -hajoamisen energia

Q = (m_{\text {X-atomi}}-m_{\text {Y-atomi}}-2m_e)c^2
  • Hajoamisessa vapautunut energia voidaan laskea Einsteinin yhtälöllä
Q = \Delta mc^2
Q = (m_{\text {X-ydin}} - (m_{\text {Y-ydin}} + m_e))c^2
Q = [(m_{\text {X-atomi}} -Zm_e) - ((m_{\text {Y-atomi}} - (Z-1)m_e) + m_e))]c^2
Q = [m_{\text {X-atomi}} -Zm_e - m_{\text {Y-atomi}} + Zm_e - m_e - m_e]c^2
Q = (m_{\text {lähtöydin}} - m_{\text {syntyneet\ ytimet}})c^2

Järjestysluku pienenee yhdellä!

Muista huomioida elektronit!

Esimerkki 3

Kirjoita hajoamisreaktio Co-60 -isotoopille. Laske reaktiossa vapautuva energia.

Taulukosta:

m(_{27}^{60}{\text {Co}}) = 59,933 \ 819 \ \text u
m(_{28}^{60}{\text {Ni}}) = 59,930 \ 788 \ \text u
Q = (m_{\text {Co-60-ydin}} - (m_{\text {Ni-60-ydin}} + m_e))c^2
Q = (m_{\text {Co-60-atomi}}-m_{\text {Ni-60-atomi}})c^2
Q = 0,003031 \ \text u \cdot c^2
Q = 0,003031 \cdot 931,494102 \ \frac{\text {MeV}}{c^2} \cdot c^2
Q = 2,82335862 \ \text {MeV} \approx 2,823 \ \text {MeV}

Hajoamisenergia on

Co-60 on β- -aktiivinen:

_{27}^{60}{\text {Co}} \rightarrow \ _{28}^{60}{\text {Ni}} \ + {\text e^-} + \overline {\nu}
Q = (59,933819 \ \text u - 59,930788 \ \text u)c^2

Massavaje määrää taas tarkkuuden

m(\text e^-) = 5,485 \ 7991 \cdot 10^{−4} \text{ u}
m(\overline \nu) \approx 0
Q = [(m_{\text {Co-60-atomi}} - 27 m_e) - (m_{\text {Ni-60-atomi}} - 28 m_e + m_e)]c^2

Esimerkki 4

Kirjoita hajoamisreaktio C-11 -isotoopille. Laske reaktiossa vapautuva energia.

Taulukosta:

m(_{6}^{11}{\text {C}}) = 11,011 \ 433 \ \text u
m(_{5}^{11}{\text {B}}) = 11,009 \ 3053 \ \text u
Q = (m_{\text {C-11-ydin}} - (m_{\text {B-11-ydin}} + m_e))c^2
Q = [(m_{\text {C-11-atomi}} - 6m_e) - (m_{\text {B-11-atomi}} - 5m_e + m_e)]c^2
Q = 0,00103054018 \ \text u \cdot c^2
Q = 0,00103054018 \cdot 931,494102 \ \frac{\text {MeV}}{c^2} \cdot c^2
Q = 0,9599420995 \ \text {MeV} \approx 0,9599 \ \text {MeV}

Hajoamisenergia on

C-11 on β+ -aktiivinen:

_{6}^{11}{\text {C}} \rightarrow \ _{5}^{11}{\text {B}} \ + {\text e^+} + \nu
Q = (11,011433 \ \text u - 11,0093053 \ \text u - 2 \cdot 5,4857991 \cdot 10^{−4} \text u)c^2

Massavaje ja erityisesti C-11 määrää nyt tarkkuuden

m(\text e^+) = m(\text e^-) = 5,485 \ 7991 \cdot 10^{−4} \text {u}
m( \nu) \approx 0
Q = (m_{\text {C-11-atomi}}-m_{\text {B-11-atomi}} -2m_e)c^2

Esimerkki 5

Kirjoita hajoamissarja (hajoamisreaktiot) U-238 -isotoopille. Käytä apuna MAOL-taulukoita ja/tai ptable.comia.

_{92}^{238}{\text {U}} \rightarrow \ _{90}^{234}{\text {Th}} \ + \ _{2}^{4}{\text {He}}
_{90}^{234}{\text {Th}} \rightarrow \ _{91}^{234}{\text {Pa}} \ + {\text e^-} + \overline {\nu}
_{91}^{234}{\text {Pa}} \rightarrow \ _{92}^{234}{\text {U}} \ + {\text e^-} + \overline {\nu}
_{92}^{234}{\text {U}} \rightarrow \ _{90}^{230}{\text {Th}} \ + \ _{2}^{4}{\text {He}}
_{90}^{230}{\text {Th}} \rightarrow \ _{88}^{226}{\text {Ra}} \ + \ _{2}^{4}{\text {He}}
_{88}^{226}{\text {Ra}} \rightarrow \ _{86}^{222}{\text {Rn}} \ + \ _{2}^{4}{\text {He}}
_{86}^{222}{\text {Rn}} \rightarrow \ _{84}^{218}{\text {Po}} \ + \ _{2}^{4}{\text {He}}
_{84}^{218}{\text {Po}} \rightarrow \ _{82}^{214}{\text {Pb}} \ + \ _{2}^{4}{\text {He}}
_{82}^{214}{\text {Pb}} \rightarrow \ _{83}^{214}{\text {Bi}} \ + {\text e^-} + \overline {\nu}
_{83}^{214}{\text {Bi}} \rightarrow \ _{84}^{214}{\text {Po}} \ + {\text e^-} + \overline {\nu}
_{84}^{214}{\text {Po}} \rightarrow \ _{82}^{210}{\text {Pb}} \ + \ _{2}^{4}{\text {He}}
_{82}^{210}{\text {Pb}} \rightarrow \ _{83}^{210}{\text {Bi}} \ + {\text e^-} + \overline {\nu}
_{83}^{210}{\text {Bi}} \rightarrow \ _{84}^{210}{\text {Po}} \ + {\text e^-} + \overline {\nu}
_{84}^{210}{\text {Po}} \rightarrow \ _{82}^{206}{\text {Pb}} \ + \ _{2}^{4}{\text {He}}

Pb-206 on pysyvä isotooppi!

Uraanin hajoamissarja MAOL-taulukoissa

Elektronisieppaus

  • Ydin sieppaa alimmalta elektronikuorelta elektronin, joka muodostaa ytimessä olevan protonin kanssa neutronin

 

 

  • Neutroni jää atomin ytimeen ja samalla vapautuu                  neutriino ja röntgensäteilyä (myös gammasäteilyä)
  • Elektronisieppaus tapahtuu sitä todennäköisimmin mitä suuremmaksi atomi järjestysluku kasvaa
    • Tällöin ytimen sähkökenttä voimistuu
_{Z}^{A}{\text X_N} + \ _{-1}^{0}{\text e}\rightarrow \ _{Z-1}^{A}{\text Y_{N+1}} \ + \nu
_{55}^{132}{\text {Cs}} + {\text e^-} \rightarrow \ _{54}^{132}{\text {Xe}} \ + \nu
_{1}^{1}{\text p} + \ _{-1}^{0}{\text e} \rightarrow \ _{0}^{1}{\text n} \ + \nu

Kuva: SanomaPro

Spontaani fissio

  • Spontaanissa fissiossa raskas ydin hajoaa kahdeksi keskiraskaaksi ytimeksi
  • Luonnossa mm. U-238 hajoaa spontaanilla fissiolla
  • Keinotekoisesti valmistetuilla aineilla spontaani fissio on yleisempää
_{92}^{238}{\text {U}} \rightarrow \ _{56}^{145}{\text {Ba}} \ + \ _{36}^{90}{\text {Kr}} + 3\cdot \ _{0}^{1}{\text {n}}

Neutronisäteily

Neutronisäteily

  • Koostuu vapaista neutroneista
    • Voi syntyä esim. spontaanin fission kautta ja fuusioreaktioissa
    • Fuusioituvissa ytimissä täytyy olla yhteensä enemmän neutroneja kuin on tarpeen syntyvän uuden ytimen kannalta
  • Vapaat neutronit hajoavat heikon vuorovaikutuksen seurauksena protoniksi, elektroniksi ja antineutriinoksi

Gammasäteily

  • Hyvin lyhytaaltoista sähkömagneettista säteilyä
    • Suuri taajuus, suuri energia
  • Radioaktiivisten ydinten lähettämää säteilyä

Kuva: Resonanssi 8 (e-Oppi)

Atomiytimen virittyminen

  • Radioaktiivisessa hajoamisessa atomiydin voi jäädä virittyneeseen tilaan
  • Kaikki hajoamisessa vapautuva energia ei välttämättä siirry hajoamistuotteiden liike-energiaksi
    • Osa energiasta voi varastoitua ytimeen
  • Ytimen viritystila purkautuu usein välittömästi
    • Ytimen energiatilojen väliset erot ovat suuria (~ MeV)
    • Tilan purkautuessa vapautuu gammasäteilyä

Perustila

Viritystilat

Kuva: Resonanssi 8 (e-Oppi)

Energiat muissa hajoamisissa

  • Periaate aivan sama: lähtöytimen massasta vähennetään syntyneiden ytimien massat
  • Esim. energia elektronisieppauksessa on
Q = (m_{\text {X-atomi}}-m_{\text {Y-atomi}})c^2
Q = ((m_{\text {X-ydin}} + m_e) - m_{\text {Y-ydin}} )c^2
Q = [((m_{\text {X-atomi}} -Zm_e) + m_e) - (m_{\text {Y-atomi}} - (Z-1)m_e)]c^2
Q = [m_{\text {X-atomi}} -Zm_e + m_e - m_{\text {Y-atomi}} + Zm_e - m_e]c^2

Järjestysluku pienenee yhdellä!

Hajoamisreaktiot kootusti

Alfahajoaminen

Beeta– -hajoaminen

Beeta+ -hajoaminen

Elektronisieppaus

_{Z}^{A}{\text X_N} \rightarrow \ _{Z-2}^{A-4}{\text Y_{N-2}} \ + \ _{2}^{4}{\text {He}}
Q = (m_{\text {X-atomi}} - m_{\text {Y-atomi}} - m_{\text {He-atomi}})c^2
Q = (m_{\text {X-ydin}} - (m_{\text {Y-ydin}} + m_{\alpha}))c^2
_{Z}^{A}{\text X_N} \rightarrow _{Z+1}^{A}{\text Y_{N-1}} \ + \ _{-1}^{0}{\text e} + \overline {\nu}
_{Z}^{A}{\text X_N} \rightarrow _{Z-1}^{A}{\text Y_{N+1}} \ + \ _{+1}^{0}{\text e} + \nu
Q = (m_{\text {X-ydin}} - (m_{\text {Y-ydin}} + m_e))c^2
Q = (m_{\text {X-atomi}} - m_{\text {Y-atomi}})c^2
Q = (m_{\text {X-ydin}} - (m_{\text {Y-ydin}} + m_e))c^2
_{Z}^{A}{\text X_N} + \ _{+1}^{0}{\text e}\rightarrow \ _{Z-1}^{A}{\text Y_{N+1}} \ + \nu
Q = ((m_{\text {X-ydin}} + m_e) - m_{\text {Y-ydin} })c^2
Q = (m_{\text {X-atomi}} - m_{\text {Y-atomi}})c^2
Q = (m_{\text {X-atomi}}-m_{\text {Y-atomi}} - 2m_e)c^2