Lähdekoodi sivulle Ydinfysiikka

[[Kuva:Kernspaltung.png|thumb|250px|Ydinfysiikka tutkii atomin ydintä ja sen reaktioita.]][[Kuva:US Navy 030819-N-9593R-151 A patient goes through Positiron Emission Tomography (PET) at the National Naval Medical Center in Bethesda, Maryland.jpg|thumb|250px|Positroniemissiotomografia.]][[Kuva:Loviisan voimalaitos ilmasta.png|thumb|250px|Loviisan ydinvoimalaitos.]]

'''Ydinfysiikka''' tutkii [[atomi]]en [[atomiydin|ytimiä]], niiden rakennetta, reaktioita ja rakenteisiin vaikuttavia voimia.<ref>{{Kirjaviite | Tekijä = | Nimeke = Nuclear physics| Kappale = | Sivu = 1| Selite = | Julkaisija = National Academies Press | Vuosi = 1986| Tunniste = | Isbn = 9780309035477 | www = http://books.google.com/books?id=Sg48AHOEZ_EC&printsec=frontcover&source=gbs_v2_summary_r&cad=0#v=onepage&q=&f=false| www-teksti = Google book (limited preview)| Viitattu = 2.12.09| Kieli = {{en}}}}</ref> Ydinfysiikassa keskeisiä tutkimuslaitteita ovat [[hiukkaskiihdytin|hiukkaskiihdyttimet]] ja erilaiset [[säteily]]n [[ilmaisin|ilmaisimet]]. Hiukkaskiihdyttimet ovat tyypillisesti huomattavasti pienempiä kuin [[hiukkasfysiikka|hiukkasfysiikassa]] käytettävät.

Ydinfysiikan sovelluksia löytyy monilta yhteiskunnan osa-alueilta: [[Ydinvoima]]lla tuotettiin vuonna 2009 maailman sähköenergiasta 14%.<ref>{{Kirjaviite | Nimeke = IAEA Nuclear Technology Review 2010 | Vuosi = 2010 | Julkaisupaikka = Itävalta | Julkaisija = IAEA | www = http://www.iaea.org/Publications/Reports/ntr2010.pdf | Kieli = {{en}} }}</ref> Lääketieteessä käytetään laajalti ydinfysiikkaan perustuvia kuvausmenetelmiä, kuten [[magneettikuvaus]], [[varjoaine]]kuvaukset ja [[positroniemissiotomografia]], sekä [[sädehoito]]a syöpää vastaan. Yhdeksällä maailman valtiolla tiedetään olevan varastoituina [[ydinase]]ita. Geologiassa ja arkeologiassa käytetään radioaktiivisuuteen perustuvia ajoitusmenetelmiä, kuten [[radiohiiliajoitus]]ta.

Suomessa ydinfysiikkaa tutkitaan [[Aalto-yliopisto]]ssa,<ref>{{Verkkoviite | Nimeke = Aalto-yliopiston teknillisen fysiikan laitoksen tutkimuksen esittely | Osoite = http://tfy.tkk.fi/researchgroups/ | Viitattu = 16.02.2011 | Kieli = {{en}} | arkisto = https://web.archive.org/web/20110209080747/http://tfy.tkk.fi/researchgroups/ | arkistoitu = 9.2.2011 }}</ref> [[Jyväskylän yliopisto]]ssa<ref>{{Verkkoviite | Nimeke = Jyväskylän yliopiston ydin- ja kiihdytinfysiikan tutkimuksen esittely | Osoite = https://www.jyu.fi/fysiikka/tutkimus/kiihdytin | Viitattu = 16.02.2011 | Kieli = {{fi}} | arkisto = https://web.archive.org/web/20110104211444/https://www.jyu.fi/fysiikka/tutkimus/kiihdytin | arkistoitu = 4.1.2011 }}</ref> ja [[Åbo Akademi]]ssa.<ref>{{Verkkoviite | Nimeke = Åbo Akademin kotisivut | Osoite = http://www.abo.fi/student/en/Content/Document/document/10892 | Viitattu = 16.02.2011 | Kieli = {{en}} }}{{Vanhentunut linkki|bot=InternetArchiveBot }}</ref> Lisäksi Suomi on mukana kansainvälisen FAIR-tutkimuslaitoksen rakentamisessa.<ref>{{Verkkoviite | Nimeke = FAIR-projektin kotisivut | Osoite = http://www.fair-center.de/What-is-FAIR.20.0.html?&L=0 | Viitattu = 16.02.2011 | Kieli = {{en}} | arkisto = https://web.archive.org/web/20110823082045/http://www.fair-center.de/What-is-FAIR.20.0.html?&L=0 | arkistoitu = 23.8.2011 }}</ref>

==Ydin==
{{Pääartikkeli|[[Atomiydin]]}}

[[Atomi]]n ydin on [[sähkövaraus|varaukseltaan]] positiivinen hiukkasmuodostelma, jota atomissa ympäröi varaukseltaan negatiivinen [[elektroni]]verho. Lähes koko atomin massa on keskittynyt ytimeen. Ydin koostuu [[protoni|protoneista]] ja [[neutroni|neutroneista]], joita sitoo toisiinsa [[vahva vuorovaikutus|vahva ydinvoima]].<ref>{{Kirjaviite | Tekijä = William J. Nuttall| Nimeke = Nuclear renaissance: technologies and policies for the future of nuclear power| Kappale = | Sivu = 28| Selite = | Julkaisija = CRC Press | Vuosi = 2005| Tunniste = | Isbn = 9780750309363 | www = http://books.google.com/books?id=qi_wlX2WuHgC&printsec=frontcover&source=gbs_v2_summary_r&cad=0#v=onepage&q=&f=false| www-teksti = Google book (limited preview)| Viitattu = 2.12.09| Kieli = {{en}}}}</ref>

Ytimillä on useita eri energiatiloja, joista alinta nimitetään perustilaksi ja muita [[viritystila|viritystiloiksi]]. Ydin voi päätyä johonkin viritystilaansa [[ydinreaktio]]n tai [[radioaktiivinen hajoaminen|radioaktiivisen hajoamisen]] seurauksena. Viritystilat purkautuvat yleensä nopeasti [[gammahajoaminen|gammahajoamisen]] avulla, jolloin ydin säteilee suurienergiaista [[sähkömagneettinen säteily|sähkömagneettista säteilyä]], gammasäteilyä. Jos ytimen viritystila on viritystilaksi hyvin pitkäikäinen (puoliintumisajaltaan yli miljoonasosasekunnin), kutsutaan sitä isomeeriseksi eli [[metastabiili]]ksi viritystilaksi.<ref>{{Kirjaviite | Tekijä = W.S.C. Williams | Nimeke = Nuclear and Particle Physics | Julkaisija = Clarendon Press | Vuosi = 1991 | Tunniste = | Isbn = 0198520468 | Kieli = {{en}}}}</ref>

Ytimen rakennetta ja energiatiloja arvioidaan usein niin sanotun [[kuorimalli]]n perusteella. Kuorimalli on samankaltainen atomifysiikan [[Bohrin malli]]n energiatasojen ja elektronikuorien kanssa.

==Historiaa==

Ydinfysiikan historian voi laskea alkavan radioaktiivisuuden löytämisestä vuonna 1896. Tuolloin ranskalainen fyysikko [[Henri Becquerel]] havaitsi, että [[uraani]]suolat lähettävät näkymätöntä säteilyä, joka tummentaa lähelle asetettuja hyvin suojattuja valokuvauslevyjä. Tämän löydön motivoimana [[Marie Curie]] alkoi tutkia järjestelmällisesti erilaisia metalleja, suoloja, oksideja ja mineraaleja löytäen [[torium]]in radioaktiivisuuden. Yhdessä aviomiehensä [[Pierre Curie]]n kanssa hän onnistui löytämään ja erottelemaan vuonna [[1898]] tutkimistaan mineraaleista pieniä määriä kahta radioaktiivista ennestään tuntematonta alkuainetta, [[radium]]ia ja [[polonium]]ia.<ref name="Mla92">{{Kirjaviite | Tekijä = Milorad Mlađenović | Nimeke = The history of early nuclear physics (1896-1931) | Julkaisija = World Scientific | Vuosi = 1992 | Tunniste = | Isbn = 9789810208073 | www = http://books.google.com/books?id=zJpB5D2-LogC | www-teksti = Google books (limited preview) | Kieli = {{en}}}}</ref>

Vuoden [[1899]] tammikuussa [[Ernest Rutherford]] ilmoitti havainneensa Becquerelin löytämän säteilyn koostuvan kahdenlaisista säteistä: helposti absorboituvasta [[alfasäteily]]stä ja läpäisevämmästä [[beetasäteily]]stä. Tutkimalla magneettikenttien vaikutusta säteilyyn havaittiin, että alfa- ja beetasäteily koostuvat varatuista hiukkasista, ja että näiden lisäksi oli olemassa vielä läpäisevämpi kolmas säteilymuoto, [[gammasäteily]], johon magneettikenttä ei vaikuta. [[Joseph John Thomson]], joka oli löytänyt elektronin vuonna [[1897]], osoitti tarkoilla mittauksillaan, että beetahiukkaset ovatkin itse asiassa [[elektroni|elektroneja]]. Rutherford tunnisti pian myös alfahiukkaset [[helium]]iksi. Becquerel havaitsi, että alfahiukkaset emittoituivat radioaktiivisesta lähteestä keskenään samalla nopeudella, mutta beetahiukkasten spektri oli jatkuva &ndash; Vaikutti siis siltä, että energian säilymislaki ei pätisikään beetahajoamisessa.<ref name="Mla92" />

Löydettyään elektronin Thomson esitti atomille [[rusinapullamalli]]n, jossa atomin arveltiin koostuvan positiivisesta massasta, jossa siellä täällä olisi negatiivisesti varautuneita elektroneja. Tämän mallin kumosivat vuonna [[1911]] [[Hans Geiger]] ja [[Ernest Marsden]] Rutherfordin johtamana [[Rutherfordin koe|kokeella]], joka osoitti, että atomin massa onkin keskittynyt hyvin pienelle alueelle atomin keskustaan, ytimeen.<ref name="Mar09">{{Kirjaviite | Tekijä = Brian Robert Martin | Nimeke = Nuclear and particle physics | Julkaisija = John Wiley and Sons | Vuosi = 2009 | Tunniste = | Isbn = 9780470742747 | www = http://books.google.com/books?id=ws8QZ2M5OR8C | www-teksti = Google books (limited preview) | Kieli = {{en}}}}</ref> Rutherford onnistui ensimmäisenä myös muuntamaan keinotekoisesti alkuainetta toiseksi [[ydinreaktio]]n avulla vuonna [[1919]].<ref name = "Mur09">{{Kirjaviite | Tekijä = Raymond LeRoy Murray | Nimeke = Nuclear energy: an introduction to the concepts, systems, and applications of nuclear processes | Julkaisija = Butterworth-Heinemann | Vuosi = 2009 | Tunniste = | Isbn = 9780123705471 | www = http://books.google.com/books?id=ws8QZ2M5OR8C | www-teksti = Google books (limited preview) | Kieli = {{en}}}}</ref>

Nykyaikainen käsitys ytimen rakenneosasista muodostui kuitenkin vasta vuonna [[1932]], kun [[James Chadwick]] löysi protonia muistuttavan, mutta neutraalin alkeishiukkasen, neutronin.<ref name="Mar09" /> Italialainen fyysikko [[Enrico Fermi]] päätteli, että varauksettomuutensa ansiosta neutroni olisi erityisen helppo saada törmäämään ytimeen. Hän suoritti työtovereineen 1930-luvulla lukuisia kokeita, joissa hän tutki neutroneiden aikaansaamia ydinreaktioita. Kun [[Otto Hahn]] ja [[Fritz Strassmann]] havaitsivat [[1939]], että pommittamalla uraania neutroneilla saadaan uraaniytimet [[fissio]]hajoamaan, Fermi arveli, että uraanin fissiossa syntyisi myös vapaita neutroneita. Tämä johti ajatukseen [[ketjureaktio]]sta, jonka avulla uraanista voisi saada vapautumaan suuria määriä energiaa.<ref name="Mur09" />

Fission löytyminen tapahtui samana vuonna [[toinen maailmansota|toisen maailmansodan]] puhkeamisen kanssa, ja sen mahdollinen sovellus sodankäynnissä tunnistettiin nopeasti. Jo vuonna [[1939]] [[Albert Einstein]] ja kolme muuta merkittävää tiedemiestä ottivat yhteyttä [[Yhdysvallat|Yhdysvaltain]] presidentti [[Franklin Roosevelt]]iin kertoen, että voisi olla mahdollista rakentaa uraanin fissioon perustuva [[atomipommi]]. Tämän seurauksena Yhdysvaltain armeijassa aloitettiin tutkimustyö, joka huipentui [[Manhattan-projekti]]in ja maailman ensimmäiseen [[ydinkoe|ydinkokeeseen]].<ref name="Mur09" />

==Ydinfysiikan ilmiöitä==
===Radioaktiivisuus===
{{Pääartikkeli|[[Radioaktiivisuus]]}}

Tärkeimmät tunnetut radioaktiivisen hajoamisen muodot ovat alfa-, beeta- ja gammahajoaminen. Radioaktiivisessa hajoamisessa ytimestä emittoituu hiukkasia tai sähkömagneettista säteilyä, ja ydin muuttuu samalla joko toiseksi ytimeksi tai siirtyy matalaenergiaisemmalle viritystilalleen (tai perustilalleen). Jotkin raskaat ytimet voivat myös [[spontaani fissio|fissioitua spontaanisti]]. Näiden lisäksi tunnetaan myös harvinaisempia hajoamistapoja, kuten [[sisäinen konversio]], [[neutroniemissio]] ja [[kaksoisbeetahajoaminen]].

===Ydinreaktiot===
{{Pääartikkeli|[[Ydinreaktio]]}}

Kaikki luonnossa esiintyvät vetyä raskaammat alkuaineet ovat syntyneet erilaisten ydinreaktioiden seurauksena [[alkuräjähdyksen ydinsynteesi|varhaisessa maailmankaikkeudessa]], [[tähti]]en palamisessa ja [[supernova]]räjähdyksissä. Tätä prosessia kutsutaan [[nukleosynteesi]]ksi.

Tunnetuimmat ydinreaktiot ovat [[fissio]] ja [[Fuusioreaktio|fuusio]]. Fissioreaktiossa raskas ydin hajoaa kahteen tai useampaan osaan absorboituaan esimerkiksi neutronin. Jos tällaisessa neutroneilla indusoidussa fissiossa syntyy riittävästi neutroneja, voidaan saada aikaan [[ketjureaktio]]. Käytössä olevat ydinvoimalat hyödyntävät tätä ilmiötä sähköntuotannossa.

Fuusiossa kaksi atomiydintä yhdistyy törmätessään toisiinsa. [[Aurinko|Auringon]] ja muiden [[tähti]]en säteilemä energia on peräisin erilaisista fuusioreaktioista, pääasiassa [[vety|vedyn]] fuusioitumisesta [[helium]]iksi. Käytännöllistä [[fuusioreaktori]]a ei ole vielä onnistuttu rakentamaan sähköntuotantoon, mutta kehitystyötä tehdään mm. kansainvälisen [[ITER]]-koereaktorin muodossa.

==  Lähteet  ==

{{Viitteet}}
== Aiheesta muualla ==
{{commonscat-rivi}}

{{Ydintekniikka}}

[[Luokka:Ydinfysiikka]]
[[Luokka:Seulonnan keskeiset artikkelit]]