Atomiydin

Seuraa 
Viestejä9177
Liittynyt2.4.2005

Atomiydinhän ei ole yks yhtenäinen möllykkä, niinko aurinkokuntien auringot.

Minulle on tuo homma jääny jostaki syystä epäselväksi.
Mutta atomiytimessähän on protoneja sun muita "osia" , vai miksi niitä sanothan ?

Mutta varsinainen kysymys : miten nämä atomiytimien osat on sijoittuneet ytimeen ? Onko ne kiinni toisissaan yhtenä klimppinä, vai onko pieni hajurako niitten välillä ?
Vai onko nuo jonkulaisena kenttänä toistensa ympärillä, vai
toisiaan kiertävinä kokonaisuuksina ?
Elikkä atomiytimen rakenne, kuvissa non kuvattu pallukoina jokka on kylki kyljessä, mutta en usko tuon olevan nuin luonnossa.
Vai onko kysymys semmonen että siihen on mahoton vastata?
Koska kyseessä on niin pienet asiat, että niitä ei voijja havaita ?

Sivut

Kommentit (25)

Vierailija

no kai Aslakki atomin on nähäny.. ne missään klimpissä oo, vaan varaukset työntää ja vetää, niin homma pyssyy kasassa ilman, että olis kasassa.
miks noi auringot yhtenäisiä klönttejä ois?

Vierailija

Viinirypäleterttu, joka pyörii itsensä ympäri jonkun sata miljardia kertaa sekunnissa. Terttu myös vaappuu Larmor taajuudella, ja siihen vaikuttaa esim lähellä oleva kaiutin tai muu magneetti.

Jotta homma ei menisi liian helpoksi, niin muutamalle aineelle on olemassa ydin halo. Esim litium-11 on yhtä suuri kuin lyijy-208.

Vierailija
Aslak
Atomiydinhän ei ole yks yhtenäinen möllykkä, niinko aurinkokuntien auringot.

Minulle on tuo homma jääny jostaki syystä epäselväksi.
Mutta atomiytimessähän on protoneja sun muita "osia" , vai miksi niitä sanothan?

Mutta varsinainen kysymys : miten nämä atomiytimien osat on sijoittuneet ytimeen ? Onko ne kiinni toisissaan yhtenä klimppinä, vai onko pieni hajurako niitten välillä ?
Vai onko nuo jonkulaisena kenttänä toistensa ympärillä, vai
toisiaan kiertävinä kokonaisuuksina ?
Elikkä atomiytimen rakenne, kuvissa non kuvattu pallukoina jokka on kylki kyljessä, mutta en usko tuon olevan nuin luonnossa.
Vai onko kysymys semmonen että siihen on mahoton vastata?
Koska kyseessä on niin pienet asiat, että niitä ei voijja havaita ?


Maailmankaikkeudessa kaikkeen materiaan (energiaan) vaikuttaa neljä perusvoimaa:
- gravitaatio eli painovoima
- sähkömagneettinen voima
- vahva vuorovaikutus (vahva ydinvoima)
- heikko vuorovaikutus (heikko ydinvoima)

Suuressa mittakaavassa (galaksit, aurinkokunnat) vaikuttaa näkyvimmin gravitaatio, joka saa tähdet muodostumaan lukemattomista pienemmistä partikkeleista ja tämän meidänkin planeetan pysymään kasassa ja meidät tämän pallon pinnalla. Eihän se aurinkokaan mikään yhtenäinen möllykkä ole, vaan iso läjä erittäin tiheään pakkautuneita kaasuhiukkasia.

Mikroskooppisella pienhiukkasten tasolla merkittävä voima taas on ns. vahva voima, joka puolestaan pitää atomit kasassa. Atomiytimetkään eivät ole jakamattomia, vaan koostuvat hadroneista, kuten protoneista ja neutroneista. Hadronit puolestaan koostuvat vieläkin pienemmistä hiukkasista, kvarkeista. Ja tässä kohtaa vahva voima astuu kuvioon. Se sitoo kvarkit hadroneiksi gluoneiksi nimitettyjen välittäjähiukkasten avulla.

Jotta asiat eivät olisi liian yksinkertaisia, atomien ytimissä vaikuttavat myös sähkömagneettiset voimat. Esimerkiksi protoneiden välillä vallitsee vahva hylkivä sähköinen poistovoima (protonit ovat positiivisesti varautuneita, joten ne hylkivät toisiaan). Tästäkin huolimatta ytimet pysyvät kasassa, pitkälti vahvan vuorovaikutuksen ansiosta (siitä nimi vahva ydinvoima, se on voimakkain ytimissä esiintyvistä perusvoimista).

Arkisemminhan se sähkömagneettinen voima taitaa kuitenkin näkyä meille valaisimina katossa ja sähkönä jota tulee niistä pistorasioista.

Sitten vielä se heikkona voimana tunnettu vuorovaikutus. Sille ominainen piirre on se, että se pystyy vaihtamaan atomien hiukkasia toisenlaisiksi. Ehkä tunnetuimpia esimerkkejä näistä ovat alfa-, beeta- ja gammahajoaminen, toisinsanoen radioaktiivinen säteily.

Semmottia, tavallaan jokainen näistä neljästä perusvoimasta vaikuttaa meidänkin elämäämme aika suuresti. Gravitaatio pitää meidän jalat maassa, vahva voima pitää meidät ja kaiken muun kasassa, sähkömagneettinen voima pitää meidän tietokoneet ja muut sähkölaitteet porskuttamassa ja heikko ydinvoima antaa viherhippien ydinvoimavastustukselle merkityksen.

On nää vaan aika kiehtovia asioita, olisi näistä mukava tietää vähän enemmänkin. Joskus sitä miettii että olisiko sittenkin pitänyt lukea itsensä hiukkasfyysikoksi. No, ehkä ei sentään.

Vierailija

Ja ettei asia olisi liian yksinkertainen, niin Planckin skaalan tasolla kaikki on yhtä (värähtelyä) niin galaksit kuin atomitkin.
Tämä värähtely on sitä samaa ainetta kuin mistä ajatuksetkin rakentuvat .

Zäp
Seuraa 
Viestejä2299
Liittynyt19.10.2009
Riemuidiootti
Sitten vielä se heikkona voimana tunnettu vuorovaikutus. Sille ominainen piirre on se, että se pystyy vaihtamaan atomien hiukkasia toisenlaisiksi. Ehkä tunnetuimpia esimerkkejä näistä ovat alfa-, beeta- ja gammahajoaminen, toisinsanoen radioaktiivinen säteily.



Heikko vuorovaikutus liittyy nimenomaan beeta-hajoamiseen ja siihen että ytimen neutroni muuttuu protoniksi tai toisin päin. Alfahajoamisessa mitään muutosta ei tapahdu, vaan ytimestä yksinkertaisesti irtoaa kahden neutronin ja kahden protonin muodostama heliumatomin ydin. Gammahajoamista ei ole olemassakaan, mutta gammasäteilyä vapautuu ytimen energiatilojen muutoksissa mm. muiden hajoamisreaktioiden yhteydessä.

Vierailija
Zäp
Heikko vuorovaikutus liittyy nimenomaan beeta-hajoamiseen ja siihen että ytimen neutroni muuttuu protoniksi tai toisin päin. Alfahajoamisessa mitään muutosta ei tapahdu, vaan ytimestä yksinkertaisesti irtoaa kahden neutronin ja kahden protonin muodostama heliumatomin ydin. Gammahajoamista ei ole olemassakaan, mutta gammasäteilyä vapautuu ytimen energiatilojen muutoksissa mm. muiden hajoamisreaktioiden yhteydessä.

Olet oikeassa, kirjoitin sekavasti. En ole suinkaan ammattilainen näissä, ehkä lukuunottamatta jotain tietämystä sähkömagnetismista. Noh, keskellä yötä vireystasokin on mitä on.

Wikipediassa mainitaan sanalla tuo gammahajoaminen mutta samalla sanotaan gammasäteilyä vapautuvan muiden reaktioiden yhteydessä aivan kuten sanoit. Enpäs näköjään pääse enää muokkaamaan edellistä viestiäni.

Neutroni
Seuraa 
Viestejä26890
Liittynyt16.3.2005
Aslak
Mutta varsinainen kysymys : miten nämä atomiytimien osat on sijoittuneet ytimeen ? Onko ne kiinni toisissaan yhtenä klimppinä, vai onko pieni hajurako niitten välillä ?



Protonit ja neutronit koostuvat edelleen kolmesta kvarkista. Sen lisäksi hommaa on sotkemassa koko joukko gluoneja, jotka välittävät kvarkkeja toisiinsa sitovaa vahvaa vuorovaikutusta ja epälukuinen määrä sekavia virtuaalihiukkasia. Vahva vuorovaikutus aiheuttaa etäisyyden kasvaessa nopeasti heikkenevän kentän myös ydinhiukkasten ympärille. Se sitoo neutronit ja protonit toisiinsa.

Nuo ydinhiukkaset eivät siis ole mitään selvärajaisia palloja, eivätkä myöskään rakenteettomiksi oletetut kvarkit ja elektronit ole. Kvanttimekaanisesti hiukkaset ovat pikemminkin reunoiltaan epämääräisiä suhruja, jotka voivat mennä vaikka toistensa läpi, jos eivät satu olemaan keskenään vuorovaikuttavaa lajia. Esimerkiksi atomien s-elektronien suurin sijaintodennäköisyys tilavuusyksikköä kohti on keskellä ydintä. Ne eivät vain yleensä pysty vuorovaikuttamaan ydinhiukkasten kanssa.

Ytimillä on jonkinlainen kuorirakenne, jonka mukan neutronit ja protonit asettuvat. Se on monimutkaisempi kuin elektronikuorten rakenne enkä itse tunne sitä sen tarkemmin.

Elikkä atomiytimen rakenne, kuvissa non kuvattu pallukoina jokka on kylki kyljessä, mutta en usko tuon olevan nuin luonnossa.
Vai onko kysymys semmonen että siihen on mahoton vastata?
Koska kyseessä on niin pienet asiat, että niitä ei voijja havaita ?



Ne pallot ovat tosiaan alkeisopetuksen yksinkertaistuksia. Ei niitä tule ottaa liian vakavasti. Penestä koosta huolimatta ydinten ja ydinhiukkasten rakennetta voidaan kuitenkin tutkia myös kokeellisesti erilaisin välillisin menetelmin. Sirontakokeet tulevat nyt ainakin mieleen.

Vierailija
Neutroni
Aslak
Mutta varsinainen kysymys : miten nämä atomiytimien osat on sijoittuneet ytimeen ? Onko ne kiinni toisissaan yhtenä klimppinä, vai onko pieni hajurako niitten välillä ?

Protonit ja neutronit koostuvat edelleen kolmesta kvarkista. Sen lisäksi hommaa on sotkemassa koko joukko gluoneja, jotka välittävät kvarkkeja toisiinsa sitovaa vahvaa vuorovaikutusta ja epälukuinen määrä sekavia virtuaalihiukkasia. Vahva vuorovaikutus aiheuttaa etäisyyden kasvaessa nopeasti heikkenevän kentän myös ydinhiukkasten ympärille. Se sitoo neutronit ja protonit toisiinsa

... ja sitten jotkut sanovat, että noin ihmeellinen koneisto syntyi sattumalta.

Eipä ihminen olisi koskaan pystynyt suunnitteleman atomia, puhumattakaan atomiytimestä.

Ertsu
Seuraa 
Viestejä6541
Liittynyt8.11.2007

Aslakille. Noita gluoneja ja kvarkkeja ei ollut vielä -60 ja -70 luvuilla, vaan ne tulivat myöhemmin. Atomiytimissä oli vain protoneja ja neutroneja. Neutroni oli vain yhteenliittyneet protoni ja elektroni. Raskaan alkuaineen ytimessä voi tapahtua n.s. alfahajoaminen, jolloin ytimestä irtoaa yksi helium-ydin eli alfahiukkanen. Siitä syystä maakaasussa on heliumia.
Beetahajoamisella tarkoitettiin sitä, että neutroni hajosi protoniksi ja elektroniksi. Protoni jäi ytimeen ja elektroni sinkoutui ulos.

Aslak
Seuraa 
Viestejä9177
Liittynyt2.4.2005

Ertsu

Noita gluoneja ja kvarkkeja ei ollut vielä -60 ja -70 luvuilla, vaan ne tulivat myöhemmin. Atomiytimissä oli vain protoneja ja neutroneja.



Mistä ne tulit ?

Onse vain näköihäns monimutkanen kapistus se atomi !
Ja ny se sitte on pakko uskova niitä tietemiehijä
jokka väittävät atomin jo omaavan alkeellisen tietoisuuven !

Kolme kvarkkia .. olikose kapakoitsija Finleylle ?
Mutta joku kapakoittija soli kyshessä ja kirkuvat lokit .

Lentotaidoton
Seuraa 
Viestejä5204
Liittynyt26.3.2005

Niin ydin on aika komplisoitunut homma. Monimutkaiseksi asian tekee juuri itse värivoiman monimutkaisuus ja siinä hyörivät erilaiset partikkelit. Aiemmin keskusteluissa epätoivotusta ydinjätteiden säteilystä esitin tämän yhteenvedon:

Ensinnäkin nukleonien sisällä tapahtuva värivuorovaikutus. QCD:llä (kvanttikromodynamiikka=värivoiman teoria) on kaksi erityisominaisuutta:
1. Asymptoottinen vapaus, mikä tarkoittaa, että hyvin pienillä etäisyyksillä kvarkit ja gluonit vaikuttavat erittäin heikosti ja vaikutus lähestyy asymptoottisesti nollaa (eli toisin sanoen erittäin suurilla energioilla).
2. Vankeus (confinement), mikä tarkoittaa, että kvarkkien välinen voima ei vähene kun niitä erottaa toisistaan. Kvarkkien irrottamiseksi toisistaan tarvittaisiin (ilmeisesti) ääretön energia. Tämähän käy selväksi jo siitä että yrittämällä energialla niitä kauemmas saamme käsiimme taas uuden mesonin (tyhjöstä).

Gluoni on fotonin tapaan vektoribosoni (spin 1). Kun massiivisilla spin-1 partikkeleilla on kolme polarisaatiotilaa, massattomilla mittabosoneilla on vain kaksi, koska mittainvarianssi vaatii polarisaation olevan poikkisuuntaisen. Rikkomaton mittainvarianssi vaatii että mittabosoneilla on 0-massa (kokeeissa yläraja joitakin MeV:a). Gluoni on oma antihiukkasensa.

Gluonilla itsellään on värivaraus ja se siis itse osallistuu värivaraustapahtumiin. Itse asiassa niin voimakkaasti, että suurin osa nukleonin massasta koostuu kvarkkien ja gluonien liike-energiasta (kvarkitkin liikkuvat lähes valon nopeudella). Gluonit, joita on kahdeksan eri plaatua, reagoivat siis sekä itsensä että kvarkkien kanssa. Homman tekee monimutkikkaaksi se, että gluonit ovat sekahiukkasia, joissa löytyy sekä väriä että antiväriä (ja muuttavat näitä konfiguraatioita alvariinsa). Ja kuten tiedämme, eivät itse kvarkitkaan ole ”puhtaita” vaan sekoituksia, jotka voivat vielä oskilloitua. Koko ajan tulee nukleonin huolehtia kuitenkin värivoiman tuella siitä, että ulospäin on nukleoni väritön. Eli täydellinen soppa.

Koska gluoneilla itsellään on värivaraus, gluoni-gluoni vuorovaikutukset muodostavat lanka- tai jonomaisia objekteja, joita nimitetään ”flux tubeiksi”, jotka ovat siis tuo jäpättävä voima yritettäessä kiskoa kvarkkeja erilleen. Tämän takia värivoiman vaikutusalue on vain n 10^-15 m (eli ytimen luokkaa).

Mitä sitten nukleonien väliseen ”voimaan” tulee, niin se tosiaan on jäännösvoima nukleonin sisällä tapahtuvasta värivuorovaikutuksesta. Eli vaikka nukleonit ovat ulospäin värivaraukseltaan neutraaleja, ovat ne lievästi polarisoituneita. Kemian van der Waalsin voiman tapaan värivuorovaikutus ”vuotaa” osaksi nukleonista ulos. Tämä tavallisesti selitetään virtuaalisten mesonien (pionien) vaihtona, jotka mesonit itse pysyvät kasassa virtuaalisten gluonien avulla. Lisää soppaa siis.

Sitten ytimien energioihin. Avainsana kaikessa on matalimman energian tila. Kaikki systeemit kosmoksessa pyrkivät siihen. Eli sidottuihin tiloihin. Niin myös ytimet.

Raskaiden elementtien fissio tuottaa energiaa, koska keskimassaisten (teoreettinen ideaali 60 protonia, lähinnä Nikkeli 61 ja rauta 56) ydinten sidosenergia per massa on suurempi kuin raskasmassaisten ytimien sidosenergia, eli raskaiden hajotessa energiaa ”vapautuu”. Sidosenergia tässä edustaa negatiivista energiaa. Se on siis energeettisesti edukkain tila.

Ytimien sidosenergioiden lyhyen kantaman vuoksi täytyy suurten ytimien sisältää suhteessa enemmän neutroneja kuin mitä on kevyissä aineissa, jotka ovat stabiileimpia 1-1 protoni-neutronisuhteessa. Ylimääräiset neutronit stabiloivat raskaita aineita koska ne lisäävät vahvan voiman sidosenergiaa ilman että lisäävät protoni-protoni hylkyvoimaa. Fissiotuotteet hajoavat suurinpiirtein samankokoisiksi. Tai niin, että toinen on lähellä energeettisesti pienintä massaa 60 protonia ja toinen 135 paikkeilla, joka ei sekään ole kaukana ideaalista (sidosegergiakäyrä on lievästi jyrkempi 120 protonin vasemmalla puolella kuin oikealla). Fissiotuotteet ovat yleensä epästabiileja (sunnilleen sama suhde protoneja ja neutroneja kuin emoytimellä) eli niillä on suhteessa liikaa neutroneja verrattuna samanmassaisiin stabiileihin isotooppeihin. Tästä tulee hajoamistuotteiden epätoivottu säteily, eli ne betahajoavat säteillen suurinopeuksisia elektroneja kun ylimääräneutronit muuttuvat protoneiksi.

Sidottu systeemi on aina alemmassa energiatilassa kuin sen ei-sidotut osaset. Siksi sen massan tulee olla alempi kuin osastensa. Systeemeissä, joissa on matala sidosenergia, sidoksen jälkeinen ”kadotettu” massa voi olla häviävän pieni. Suuren sidosenergian systeemeissä ”puuttuva” massa on helposti mitattavissa. Minne sidosenergian ”puuttuva” massa menee? Kysymys on aiheeton. Tämä massa ei ”katoa” energiaksi, vaan muuttuu valoksi tai lämmöksi eli siirtyy toiseen paikkaan. ”Massakato” on siis vain massaa, mikä on siirtynyt toiseen paikkaan. Eli jos sidosenergia on muuttunut lämmöksi, systeemiä täytyy viilentää ennekuin massakato näkyy viilennetyssä systeemissä. Tässä tapauksessa siirretty lämpö edustaa täsmälleen massa”katoa”.

Sidosenergian maksimin esiintyminen keskikokoisissa ytimissä on tulosta siitä, että kahdella eri suuntiin vetävällä voimalla on eri vaikutusalueet. Nukleonien välillä oleva jäännösvoima vähenee nopeasti eksponentiaalisti kun taas sähkömagn säteily tunnetusti etäisyyden neliössä (eli paljon hitaammin). Noin neljän nukleonin läpimitassa lisäprotonien hylkivä voima hakkaa lisänukleonien sidosvoiman. Eli sellaiset ytimet tulevat vähemmän ja vähemmän sidotuiksi koon kasvaessa, vaikkakin useimmat niistä ovat silti stabiileja. Ytimet joissa on yli 209 nukleonia ovat liian suuria ollakseen stabiileja.

Fuusio tuottaa energiaa, koska se yhdistää keveimmät elementit sidotuimmiksi elementeiksi ja fissio sentähden että raskaimmat elementit hajotetaan sidotuimmiksi elementeiksi. Molemmat tuottavat energiaa, koska keskikokoiset ytimet ovat kaikkein sidotuimpia.

Vierailija

Atomi-kysymyksesi oli hyvä, mutta siihen on vaikea vastata täsmällisesti.
Ytimen hiukkaset ovat pyöreitä "pilviä" , jotka harvenevat keskeltä poispäin mentäessä. Ne ovat osittain päällekkäin.
Ytimessä käy kova kuhina. Ytimen hiukkaset vetävät ja hylkivät toisiaan ja liikkuvat lähekkäin.

Aslak
Seuraa 
Viestejä9177
Liittynyt2.4.2005

Joo tuo se ny lähinnä onki ainuva mitä ryyshyin tarttu, että ne atomiytimien kvarkit sun muut luonit ei ollekhan kiinteitä.
Ny mieki ymmärrän että non vahvasti latautunheita kenttiä, ja niitä sitte taitaaki piisata, jos kaikenmaailman värivoimakki otethan lukhun . Niillä hiukkasilla on siis toisisthan poikkeavia ominaisuuksija, niinko spin ja monet muut ominaisuuvet.

Elikkä atomiydin ei olekhan yksinkertanen mollukka jota elektronit kiertävät.
Niin että atomiyvin oliki monimutkanen kokonaisuus, oikeasthan
kokonainen monimutkainen systeemi, johon sisältyykin
ties mitä ?

Sivut

Uusimmat

Suosituimmat