Yhteenveto ja itsearviointi

Yhteenveto

Ydinvoima

  • Ydinenergia voi olla joko atomiytimien fuusion tai fission avulla tuotettua. Tähdet tuottavat energiansa fuusioimalla vetyä heliumiksi. Maapallolla ydinvoimaloissa tuotetaan energiaa fissioreaktioissa, joissa raskas atomiydin hajoaa kahdeksi keskiraskaaksi atomiytimeksi. Syntynyt energia lasketaan massan ja energian välisen yhteyden avulla: [[$ E=\Delta mc^2 $]]​.
  • Ydinvoimassa U-235-isotooppi saadaan hajoamaan neutronin törmätessä siihen. Reaktiossa vapautuvat neutronit voivat hajottaa uusia uraaniytimiä. Ydinreaktorissa syntyy lämpöä, jota käytetään höyrystämään vettä. Vesihöyry pyörittää turpiinia, joka generaattorissa tuottaa sähköä.


Ydinvoiman etuja
  • Ei kasvihuonepäästöjä, mikä ehkäisee ilmastonmuutosta.
  • Voimalaitokset ovat tehokkaita. Toiminta-aika useita vuosikymmeniä.
Ydinvoiman haasteita
  • Voimalaitokset ovat monimutkaisia ja kalliita rakentaa. Rakentaminen ja voimalaitoksen käyttäminen vaatii tietotaitoa.
  • Syntyy pitkäikäistä radioaktiivista jätettä, jonka loppusijoitus on ratkaisematta.

Säteilysuojelu

  • Ihminen altistuu jatkuvasti ionisoivalle säteilylle. Ionisoiva säteily voi olla peräisin joko luonnosta tai ihmisen luomista säteilylähteistä. Säteilyturvakeskus valvoo Suomessa säteilyturvallisuutta.
  • Ionisoiva säteily voi olla sekä sähkömagneettista että hiukkassäteilyä. UV-, röntgen- ja gammasäteily ovat ionisoivaa säteilyä, samoin radioaktiivisessa hajoamisessa syntyneet [[$\alpha$]]- ja [[$\beta$]]-hiukkaset. Ionisoivan säteilyn haitallisuus perustuu joko säteilykvantin suureen energiaan tai liikkuvan hiukkasen liike-energiaan, jolla säteily irrottaa elektroneja atomeista. 
  • Ionisoivalta säteilyltä suojaudutaan vähentämällä oleskeluaikaa säteilylähteen läheisyydessä, käyttämällä säteilysuojia tai lisäämällä etäisyyttä säteilylähteeseen. Säteilyltä suojautuminen on säteilylajikohtaista.


  • Gammasäteily vaimenee eksponentiaalisesti ja vaimenemisen suuruus riippuu väliaineesta ([[$\mu$]]), jossa vaimeneminen tapahtuu: [[$ I(x)=I_0e^{-\mu x} $]]​, missä [[$x$]] on väliainekerroksen paksuus, [[$I_0$]] säteilyn intensiteetti ennen vaimenemista ja [[$I(x)$]] vaimenneen säteilyn intensiteetti.

Säteilyn hyötykäyttö

  • Säteilyllä on sovelluksia niin teollisuudessa kuin terveydenhuollossa. Säteilyn sovelluksia ovat röntgenkuvaus, magneettikuvaus, isotooppikuvaus, läpivalaisu, korkeuden mittaus, palovaroitin, puhdistus ja iänmääritys.
  • Röntgensäteily tuotetaan kiihdyttämällä sähkökentässä elektroneja ja törmäyttämällä niitä metallikohtioon. Törmäystapahtumassa syntyy sekä jarrutus- että ominaissäteilyä.


  • Pienin röntgensäteilyn aallonpituus riippuu kiihdytysjännitteestä: sähkökenttä tekee työn, joka muuntuu elektronin liike-energiaksi. Pienimmän aallonpituuden omaava fotoni emittoituu, kun kaikki elektronin liike-energia muuntuu röntgensäteilykvantiksi.
  • Radiohiili on hiili-isotooppi, jonka puoliintumisaika on 5 730 vuotta. Radiohiiliajoitus on iänmääritystapa kuolleelle orgaaniselle aineelle. Iänmääritys perustuu radiohiilen määrään, joka vähenee kuolleessa aineessa. Radiohiili on [[$\beta$]]-aktiivinen, ja sen määrä noudattaa hajoamislakia: [[$ N(t)=N_0e^{-\lambda t} $]]​.

4. Testaa osaamisesi! (Maks. 15 p.)

Kirjaudu sisään lähettääksesi tämän lomakkeen

Tehtävä 1 on monivalintatehtävä. Ratkaise tehtävät 2 ja 3 vaiheittain ja perustellen. Pisteytä omat ratkaisusi malliratkaisun avulla ja merkitse pistemääräsi tehtävän jälkeiseen valintaruutuun.

1. Ovatko väitteet oikein vai väärin? (5 p.)

1.1. Gammasäteily on sähkömagneettista säteilyä, joten se absorboituu vähäiseenkin määrään ainetta.


1.2. Beeta-säteily on läpitunkevampaa kuin alfasäteily hiukkasten pienemmän koon vuoksi.


1.3. Jos ihminen joutuu alfa-aktiivisen aineen läheisyyteen, hänen sisäelimiinsä kohdistuu huomattava säteilyannos.


1.4. PET-kuvauksessa mitataan, mistä kohdista elimistöä emittoituu eniten merkkiaineen hajoamisessa syntyneitä positroneja.


1.5. Magneettikuvauksessa ulkoinen magneettikenttä virittää vety-ytimiä niin korkeisiin energiatiloihin, että tilojen purkautuessa emittoituu helposti mitattavia radioaaltoja.


2. Ratkaise tehtävä vaiheittain ja perustellen. Pisteytä tämän jälkeen ratkaisusi malliratkaisun perusteella. (5 p.)

Hopeakohtiota ammuttiin elektroneilla. Alla oleva kuva esittää tilanteessa havaitun röntgensäteilyn intensiteettiä aallonpituuden funktiona. Huomaa logaritminen asteikko.


  1. Mikä on ollut kiihdytysjännite? (2 p.)
  2. Mikä on suurin energiaero, joka hopea-atomin elektronirakenteessa tiedetään olevan mittauksen perusteella? (3 p.)


Näytä ratkaisu

Oman ratkaisun pistemäärä:


3. Ratkaise tehtävä vaiheittain ja perustellen. Pisteytä tämän jälkeen ratkaisusi malliratkaisun perusteella. (5 p.)

Kulamaalta löytyi arkeologisilta kaivauksilta muinaista lehmänlantaa. Miltä ajalta jäännös oli peräisin, kun siinä mitattiin radiohiilen ja tavallisen hiilen suhteeksi [[$\dfrac{^{14}_{\,\,6}\text{C}}{^{12}_{\,\,6}\text{C}}=8,5\cdot 10^{-13}$]]? Elävässä kudoksessa suhde on [[$10^{-12}$]].

Näytä ratkaisu

Oman ratkaisun pistemäärä:


Tallenna vastauksesi. Testin maksimipistemäärä on 15 p.

Kirjaudu sisään lähettääksesi tämän lomakkeen