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 turpiina, 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, 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 muuttuu elektronin liike-energiaksi. Pienimmän aallonpituuden omaava fotoni emittoituu, kun kaikki elektronin liike-energia muuttuu röntgensäteilykvantiksi.
  • Radiohiili on hiili-isotooppi, jonka puoliintumisaika on 5730 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} $]]​.

Testaa osaamisesi! Maks. 26 p.

Kirjaudu sisään lähettääksesi tämän lomakkeen

Tehtävät 1 ja 2 ovat monivalintatehtäviä. Ratkaise tehtävät 3, 4 ja 5 vaiheittain ja perustellen. Pisteytä omat ratkaisusi malliratkaisun avulla ja merkitse pistemääräsi tehtävän jälkeiseen valintaruutuun.

1. Merkitse kuhunkin esteeseen pääasiassa pysähtyvät säteilylajit. (8 p.)

a) Muovipussi




b) Vankka vanerilaatikko




c) Betoniseinä, 10 cm paksu



2. Ovatko väitteet oikein vai väärin? (3 p.)

a) Röntgenkuvaus perustuu siihen, että röntgensäteet heijastuvat eri kudoksista eri tavoin.


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


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


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

Gammasäteilyn kykyä läpäistä alumiinia mitattiin. Säteilymittarin ja säteilylähteen välillä olevaa alumiinikerrosta kasvatettiin lisäämällä 2 mm paksuisia levyjä. Oheisessa aineistossa on esitetty mittarin mittaama aktiivisuus kullakin levyn paksuudella. Määritä tämän gammasäteilyn puoliintumispaksuus alumiinissa.

Näytä ratkaisu

Oman ratkaisun pistemäärä:


4. 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.



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

Näytä ratkaisu

Oman ratkaisun pistemäärä:


5. 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 26 p.

Kirjaudu sisään lähettääksesi tämän lomakkeen

Peda.net käyttää vain välttämättömiä evästeitä istunnon ylläpitämiseen ja anonyymiin tekniseen tilastointiin. Peda.net ei koskaan käytä evästeitä markkinointiin tai kerää yksilöityjä tilastoja. Lisää tietoa evästeistä