Mikä on ytimen tila hajoamisen jälkeen?
Radioaktiivinen hajoaminen
Hajoamisen jälkeen ydin jää joskus virittyneeseen tilaan. Pitkäikäisinä näitä kutsutaan isomeereiksi. Näillä isomeereillä tapahtuva isomeerinen siirtymä ytimen perustilaan ei aiheuta ytimen muuntumista toiseksi, toisin kuin radioaktiivisen hajoamisen yhteydessä.
Nämä hajoamistavat ovat: Isomeerinen transitio
Isomeerinen transitio on yksi radioaktiivisen hajoamisen muoto. Kun hajoavat ytimet virittyvät, syntyy gammasäteilyä. Viritystilan keskimääräinen elinikä on 10 sekuntia, mutta joskus viritystila pitkittyy. Tällöin on järkevää tarkastella virittynyttä nuklidia itsessään radioaktiivisena. Tätä tilaa kutsutaan isomeeriseksi tai metastabiiliksi. Kun tämä viritystila purkautuu stabiilimpaan tilaan, kutsutaan sitä isomeeriseksi transitioksi. Radioaktiivinen hajoaminen
Radioaktiivinen hajoaminen on prosessi, jossa radioaktiivinen atomiydin muuntuu toiseksi ytimeksi emittoimalla säteilyä.
Neutroniemissio
Neutroniemissio on radioaktiivisen hajoamisen yksi muoto. Neutroniemissiossa atomin ytimestä emittoituu (poistuu) yksi neutroni. Ydin (algebra)
Ytimen etsiminen vastaa tällaisen yhtälöryhmän ratkaisemista ja kuvan etsiminen niiden pisteiden etsimistä, joilla yhtälöryhmä ratkeaa. Ratkaisu voidaan käyttää täysin vaihdettua taulua eli ratkaistaan, miten riippumattomat muuttujat voidaan lausua riippuvien avulla. Tällöin saadaan ratkaisuna ytimelle ja kuvalle joko nolla, asteluvultaan pienempi aliavaruus tai koko avaruus. Ytimen ja kuvan asteluvun summa on lähtöavaruuden asteluku. Kuva-avaruuden dimensio eli ulottuvuus on "A":n aste. Radioaktiivinen hajoaminen
Tietyllä ytimellä on tyypillisesti yksi vallitseva hajoamistapa. Ydinvoima
Ylivoimaisesti merkittävin ydinvoiman muoto on hallitun fissioreaktion hyödyntäminen. Fissiossa atomiydin halkeaa kahdeksi tai useammaksi kevyemmäksi atomiytimeksi, ja atomi hajoaa yhtä moneksi kevyemmän alkuaineen atomiksi. Lisäksi reaktiossa ytimestä sinkoutuu neutroneita, ja osa sen massasta muuttuu energiaksi. Europium
Pääasiallinen hajoamistyyppi isotoopeille jotka ovat kevyempiä kuin Eu on elektronisieppaus, ja raskaammille beetahajoaminen. Kevyempien ydinten kuin Eu hajoamisen päätuote ovat samariumin (Sm) eri isotoopit, ja raskaampien gadoliniumin (Gd) isotoopit. Ydinmagneettinen resonanssispektroskopia
Jos N tai Z on parillinen toisen näistä taas ollessa pariton tai nolla, ydin näkyy NMR:ssä. Ytimessä siis on 1 pariton spin ½ hiukkanen eli ydinspin on Dissosiaatio (kemia)
Dissosiaatio on molekyylin hajoaminen kahdeksi tai useammaksi molekyyliksi tai atomiksi. Esimerkiksi vetymolekyyli H dissosioituu kahdeksi vetyatomiksi H ja H noin 1800 asteen lämpötilassa. Kun vetykaasua kuumennetaan edelleen, se ionisoituu noin 10 000 kelvinin lämpötilassa. Assosiaatio ja jälleenyhtyminen ovat dissosiaation vastakohtia. Kovalenttinen sidos
Atomeilla on taipumus jakaa elektronit niin, että niiden uloimmat elektronikuoret täyttyvät. Sidokseen osallistuvat siis vain uloimmalla kuorella olevat valenssielektronit. Useimmiten kovalenttinen sidos syntyy sellaisten atomien välille, joilla on likimain samansuuruinen (ja korkea) elektronegatiivisuusarvo. Kovalenttinen sidos voi olla yksin-, kaksin- tai kolminkertainen. Kolminkertainen kovalenttinen sidos sisältää näistä eniten energiaa. Siten asetyleeni eli etyyni palaa kuumemmalla liekillä kuin etaani (maakaasun komponentti), mikäli happea on riittävästi. Samoin molekyylistä typpeä (kaksi typpiatomia kiinnittyneenä kolmoissidoksella) on vaikeampaa hajottaa kuin molekyylistä happea (kaksi happiatomia kiinnittyneenä kaksoissidoksella). Erityyppisillä kovalenttisilla sidoksilla on suuri merkitys orgaanisen kemian synteeseissä. Osakeyhtiön purkaminen
Yhtiön selvitystilan tarkoituksena on yhtiön varallisuusaseman selvittäminen, sen jälkeen yhtiön omaisuuden realisoiminen ja velkojen maksu. Tämän jälkeen mahdollisesti jäljellä olevat varat jaetaan osakkaille jako-osuuksien mukaisesti. Yhtiöjärjestyksessä voidaan määrätä varojen jakamisesta myös muulla tavalla, jolloin yhtiöjärjestys ratkaisee varojen jakotavan. Selvitystila ymmärretään puhekielessä usein virheellisesti konkurssiksi. Selvitystilasta seuraa kuitenkin konkurssi vain siinä tapauksessa, että yhtiössä ei purettaessa ole riittävästi varoja sen velkojen maksuun. Radioaktiiviset hajoamissarjat
Joskus samakin ydin saattaa hajota joko alfa- tai beeta­hajoamisella, jolloin syntyy sekaisin kahta eri hajoamistuotetta. Alla olevista taulukoista on kuitenkin jätetty pois sellaiset hajoamisketjujen sivuhaarat, joiksi pienempi osa kuin 0,0001 % edellisestä aineesta hajoaa. Luovutettuun energiaan on laskettu kaikkien emittoituneiden hiukkasten sekä jäljelle jäävän ytimen liike-energia (elektronien, alfa­hiukkasten, gamma­kvanttien, neutriinojen, Augerin elektronien ja röntgensäteilyn). Ydinase
Atomipommin räjähtäessä vain pieni osa kriittistä massaa vastaavasta määrästä vapauttaa energiaa haljetessaan. Fat Manille tämä oli vain 1,4 % ja parhaimmille pommeille 20 %. Koska on vaikeaa pitää suurta määrää fissioituvaa ainetta pienessä tilavuudessa, atomipommin käytännön raja räjähdysvoimalle on muutamia satoja kilotonneja. Indeterminismi
Esimerkiksi kun havaitaan uraaniatomin hajoamista ei voida sanoa milloin hajoamista tapahtuu. Sitä ei aiheuta ulkopuolinen voima ja järjestelmä on nykyfysiikan käsityksen mukaan satunnainen. Kun havaitaan suuria joukkoja uraaniatomeja voidaan tehdä tilastollisia yleistyksiä milloin uraaniydin todennäköisesti hajoaa, mutta tätä ei voida soveltaa yksittäiseen atomiin. Plutonium
Osa ydinvoimaloissa käytetystä uraanista (U) sieppaa neutronin, jolloin syntyy virittynyttä U:ta. Osa tästä isotoopista hajoaa spontaanissa fissiossa, mutta osa lähettää ylimääräisen energiansa gammasäteilynä synnyttäen stabiilimpaa U:ta. Tämä ydin voi siepata neutronin, jolloin syntyy U, joka hajoaa nopeasti (puoliintumisaika 7 vuorokautta) Np:ksi. Se voidaan rikastaa helposti, sillä uraani hajoaa nopeasti. Np reagoi neutronien kanssa muodostaen Np:tä. Se hajoaa lopulta Pu:ksi, jonka puoliintumisaika on 2 vuorokautta. Puhdasta plutoniumia voidaan valmistaa plutoniumtrifluoridista pelkistämällä sitä metallisen kalsiumin tai muiden maa-alkalimetallien avulla. Aineenvaihdunta
Metabolisia prosesseja on kahdenlaisia: anabolisia ja katabolisia. Anabolisissa prosesseissa rakennetaan monimutkaisempia molekyylejä yksinkertaisista rakennusaineista (esimerkiksi yhteyttäminen on anabolinen prosessi). Katabolisissa prosesseissa monimutkaisemmat yhdisteet hajotetaan pienemmiksi, jolloin vapautuu energiaa (esimerkiksi soluhengityksessä). Tästä energiasta solut tarvitsevat osan elintoimintoihinsa. Jäljelle jäävän osan eliö voi hyödyntää esimerkiksi kasvuun tai liikuntaan. Anabolinen eli uusia rakenteita muodostava tila vallitsee elimistössä tyypillisesti ruokailun jälkeen, kun ravintoaineita on runsaasti saatavilla. Kun ruokailusta kuluu enemmän aikaa ja ravintoaineiden saatavuus ruoansulatuskanavan kautta heikkenee, painopiste siirtyy katabolisten reaktioiden puolelle, jotta turvattaisiin esim. riittävän korkea glukoosipitoisuus verenkierrossa. Anabolinen ja katabolinen tila siis vuorottelevat elimistössä, ja aineenvaihdunnan nettovaikutus (se onko kokonaistilanne anabolinen vai katabolinen) riippuu yksilön iästä ja elämäntilanteesta. Anabolinen tila on tyypillisesti vallalla kasvuvaiheessa olevilla henkilöillä, mutta myös voimakkaan fyysisen harjoittelun alaisena olevat sekä sairauksista toipuvat henkilöt ovat yleensä pitkäkestoisessa anabolisessa tilassa. Katabolinen tila sen sijaan vallitsee useimmilla ikääntyneillä henkilöillä, sillä vanhenemiseen liittyy lihasmassan pieneneminen. Samaten erittäin vähäisessä fyysisessä rasituksessa, kuten pysyvässä vuodelevossa olevilla henkilöillä aineenvaihdunta on tyypillisesti painottunut kataboliaan. Tähti
Heliumin loputtua tähden tulevaisuus riippuu sen massasta. Auringonkaltaisissa tähdissä massiivisempia alkuaineita tuottavien ydinreaktioiden sarja ei todennäköisesti jatku hiiltä pidemmälle. Nämä tähdet eivät myöskään ylitä Chandrasekharin rajaa (1,4 M). Rajaa vähämassaisempien tähtien elämän loppuvaiheessa säteilynpaine puhaltaa niiden uloimmat osat ulkoavaruuteen planetaariseksi sumuksi. Tähden sisäosat luhistuvat lähinnä hiilestä ja hapesta koostuvaksi valkoiseksi kääpiöksi, joka on kuuma, Maan kokoluokkaa oleva kappale. Joskus rajan ylittävätkin tähdet menettävät massaansa ennen tuhoutumistaan niin, että jäävät rajan alle ja päättävät elämänsä valkoisina kääpiöinä. Ydinreaktio
Fuusiossa kaksi ydintä yhdistyy yhdeksi raskaammaksi vapauttaen energiaa ja pienempiä hiukkasia. Fuusioreaktorista on kaavailtu tulevaisuuden energiaratkaisua, mutta laboratorio-oloissa ei ole pystytty toteuttamaan pitkää, hallittua fuusioreaktiota. Tähtien säteily on peräisin fuusioreaktioista, jotka muuttavat vetyä heliumiksi ja tähden elinkaaren myöhemmissä vaiheissa myös raskaammiksi alkuaineiksi (ks. tähden nukleosynteesi). Vetypommin toiminta perustuu fissiopommilla käynnistettävään fuusioreaktioon. Elinkelpoinen planeetta
Aurinko saattaisi olla kuuttomalla Maalla muutaman kymmenen tuhannen vuoden välein pohjoisnavan yllä. Eräiden mukaan Maa saattaisi silloin helpommin jäätyä lumen ja jään peittämäksi palloksi. Jotkut sanovat että näin tapahtuisi vain, jos olisi yksi suuri supermanner. Soikealla radalla kiertävän planeetan olisi kyettävä pitämään ilmakehänsä myös ollessaan lähimpänä keskustähteään. Kaukana keskustähdestä oleva planeetta voisi olla elinkelpoinen sen ytimessä olevien radioaktiivisten aineiden lämmittämänä. Nuoren planeetan hajoaminen voi tapahtua viisi kertaa nopeammin kuin Maassa nyt. Endogeeniset prosessit
Noin puolet maapallon säteestä kuuluu rautaa ja nikkeliä sisältävään kuumaan ytimeen, jossa nk. tärinäaallot (S-aalto) eivät etene. Ytimen lämpötila on noin 5 000 °C, mutta valtavan paineen takia se ei ole sulaa vaan kiinteää. Maan magneettisten ominaisuuksien perusteella ytimen on päätelty olevan raudan ja nikkelin seosta. Ulkoydin on sulaa – sisäydin on kiinteää. Tähti
Luhistuvan ytimen tiheydeksi saattaa kasvaa sekunnissa lähes 10 g/cm. Kohonnut lämpötila tuhoaa rautaytimet alkutekijöihinsä protoneiksi ja neutroneiksi. Myös vapaat elektronit ja protonit yhdistyvät tuottaen neutroneja ja neutriinoja. Luhistuva neutroniydin saavuttaessa maksimitiheytensä, jolloin se usein ponnahtaa takaisin aiheuttaen suunnattoman shokkiaallon. Tähti päättää kehityksensä räjähtämällä valtavana supernovana, jossa tähden uloimmat osat sinkoutuvat avaruuteen. Räjähdys levittää tähden aiemmin tuottamia alkuaineita avaruuteen, ja itse räjähdyksessä syntyy myös rautaa raskaampia alkuaineita, kuten hopeaa, kultaa ja uraania. Tähden massasta riippuen se saattaa tuhoutua räjähdyksessä kokonaan tai luhistua, kunnes jäänteeksi jää äärimmäisen tiheä neutronitähti, tähden neutroneista koostuva ydin. Äärimmäisen massiivisten tähtien luhistumisprosessi supernovan aikana ei välttämättä pääty ollenkaan painovoiman yliotteen takia, ja ne romahtavat mustiksi aukoiksi, kappaleiksi, joista edes valo ei pysty pakenemaan. Eksponentiaalinen hajoaminen
Esimerkiksi radioaktiivisessa hajoamisessa keskimääräinen elinaika kuvaa keskimääräistä aikaa, jonka ydin ehtii olla alun perin "N(0)" ydintä sisältäneessä joukossa ennen hajoamistaan. Toisenlainen johto keskimääräiselle elinajalle on esitetty englanninkielisessä artikkelissa. Fuusioreaktio
Fuusioreaktio on ydinreaktio, jossa kaksi kevyttä atomiydintä yhtyy yhdeksi raskaammaksi. Samalla vapautuu energiaa sekä usein yksi tai useampi uuden ytimen kannalta "ylimääräinen" neutroni tai protoni. Auringon ja muiden tähtien energia on peräisin niiden sisäosissa tapahtuvista fuusioreaktioista. Maassa fuusiota on yritetty valjastaa sähköntuotantoon vuosikymmenten ajan, mutta toistaiseksi sen ainoa toimiva sovellus on vetypommi. Fuusiolle vastakkainen reaktio on fissio, jossa raskas ydin hajoaa kahdeksi kevyemmäksi. Schrödingerin kissa
Ajatuskokeen sisältö on seuraava: ”Suljetussa laatikossa on kissa. Laatikkoon on kytketty laitteisto, joka koostuu radioaktiivisesta ytimestä ja myrkkykaasuastiasta. Koe on järjestetty niin, että 50 prosentin todennäköisyydellä ydin hajoaa tunnin sisällä. Jos ydin hajoaa, se lähettää hiukkasen, joka käynnistää laitteiston avaten myrkkyastian, mistä syystä kissa kuolee. (Kvanttimekaniikan mukaan ei-havainnoitua ydintä kuvaillaan hajonneen ja hajoamattoman ytimen superpositioksi). Kuitenkin kun laatikko sitten avataan, nähdään vain joko ”"hajonnut ydin / kuollut kissa"” tai ”"hajoamaton ydin / elävä kissa"”. Tähti
Tähden energiantuotanto perustuu siihen, että ydinten fuusioituminen raskaimmiksi ytimiksi vapauttaa energiaa vastustamaan painovoiman aiheuttamaa kokoonpuristumista. Vapautuvan energian määrä laskee kohti raskaampia alkuaineita, minkä takia heliumin loputtua tapahtuvat myöhemmät ydinreaktiovaiheet kestävät suhteellisen vähän aikaa. Ydinreaktioiden sarja päättyy, kun merkittävä osa tähden ytimestä koostuu raudasta, sillä raudan fuusioituminen raskaammiksi alkuaineiksi, kuten hopeaksi ja kullaksi, ei enää vapauta energiaa, vaan vaatii sitä. Rautaytimen tiheys on noin 10 g/cm ja lämpötila yli miljardi astetta. Uusien ydinreaktioiden puutteessa ydin alkaa luhistua kasaan oman painovoimansa vaikutuksesta. Ydinfysiikka
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 fissioitua spontaanisti. Näiden lisäksi tunnetaan myös harvinaisempia hajoamistapoja, kuten sisäinen konversio, neutroniemissio ja kaksoisbeetahajoaminen. Ydinfysiikka
Ytimen rakennetta ja energiatiloja arvioidaan usein niin sanotun kuorimallin perusteella. Kuorimalli on samankaltainen atomifysiikan Bohrin mallin energiatasojen ja elektronikuorien kanssa. Sydämen sulamisonnettomuus
Sydämen sulamisonnettomuus on ydinonnettomuus, jossa ydinreaktorissa olevan ydinpolttoaineen lämpötila nousee niin korkeaksi, että polttoaine alkaa sulaa. Reaktorissa olevasta polttoaineesta käytetään nimitystä "reaktorisydän", josta onnettomuustyypin nimi tulee. Säteilyturvakeskuksen määräyksissä käytetään yleisempää termiä "vakava reaktorionnettomuus", jossa huomattava osa polttoaineesta menettää alkuperäisen rakenteensa, mutta ei siis välttämättä sula . Mitoosi
Mitoosi voidaan jakaa profaasiin (esivaihe), prometafaasiin, metafaasiin (keskivaihe), anafaasiin (jälkivaihe) ja telofaasiin (loppuvaihe). Profaasissa kromosomit kondensoituvat näkyviin. Prometafaasissa tumakotelo hajoaa ja tumajyvänen katoaa näkyvistä. Metafaasin aikana kahdentuneet kromosomit asettuvat jakotasoon. Usein sisarkromatidit (kromosomin puolikkaat) asettuvat metafaasikromosomeille tyypilliseen x-kirjaimen muotoon, jossa solmukohtana on sentromeeri. Eläinsolujen solulimassa tuman lähettyvillä on kaksi sentriolia eli keskusjyvästä, jotka profaasin aikana siirtyvät tuman vastakkaisille puolille. Seuraavaksi mikrotubuluksista eli mikroputkista muodostuu tumasukkula, jonka sukkularihmoja kiinnittyy kunkin kromosomin sentromeeriin. Anafaasissa tumasukkulan säikeet lyhenevät ja vetävät kromatidit toisistaan irti sekä ohjaavat syntyneet tytärkromosomit solun vastakkaisille puolille. Näin solunjakautumisen S-vaiheen aikana kahdentuneista kromatideista tulee taas yksinkertaisia. Telofaasissa kummankin tytärkromosomiryhmän ympärille rakentuu tumakotelo. Tumasukkula häviää vähitellen ja kromosomit purkautuvat kierteisyydestään löyhäksi vyyhdeksi. Molempiin tumiin ilmaantuu tumajyvänen. Mitoosia seuraa sytokineesi, eli sytoplasman jakautuminen kahdeksi erilliseksi soluksi. Ydinmagneettinen resonanssispektroskopia
Ytimessä voi olla monia neutroneita, joiden määrä on N, ja protoneita, joiden määrä on Z. Näiden ½ spinit voivat pariutua toistensa spinejä pois sulkien ja/tai lisäten. Ytimen kokonaisspin voi siis olla 0, ½ tai ½ monikerta: 1, 3/2 jne. Ydinspinin symboli on I. Eri yhdistelmillä on erilainen potentiaalienergia, joiden energiaeroja kuvataan energiadiagrammeissa energiatasoina. Tasoista pienienergisintä kutsutaan perustilaksi, jossa ydin normaalisti on. Muita kuin perustilan ytimiä ei kuitenkaan tarkastella NMR:ssä. Protonin hajoaminen
Hiukkasfysiikan standardimallin mukaan protonit eivät hajoa, sillä baryoniluku säilyy kaikissa vuorovaikutuksissa. Protonit ovat kaikkein kevyimpiä eli vähiten energeettisiä baryoneja, joten ne ovat vakaita hiukkasia. Ydinase
Atomipommi perustuu ydinreaktioon. Atomiytimissä tapahtuu muutoksia, jos niitä pommitetaan hiukkasilla, joilla on sopiva energia, yleensä neutroneilla. Joissain tapauksissa atomi absorboi tämän vapaan neutronin ja tulee itse epävakaaksi. Silloin atomi halkeaa ja lähettää säteilyä ja uusia vapaita neutroneita, jotka puolestaan rikkovat lisää ytimiä. Raskaimmat atomiytimet halkeavat helpoimmin, koska ne ovat luonnostaan epävakaita. Solunjakautuminen
Solu voi jakautua symmetrisesti, jolloin vakoutumisuurre muodostuu keskelle solua, jakaen sytoplasman ja soluelimet puoliksi. Symmetria on tulosta tumasukkulasta, joka useimmiten keskittää itsensä sytoplasmaan. Jakautuminen voi tapahtua myös asymmetrisesti, jolloin tytärsoluun menevät soluelimet erotetaan muista soluelimistä ja tumasukkulan toinen napa siirretään sopivaan kohtaan. Näin supistumisrengas voi muodostua metafaasilevyn kohdalle. Vakoutumisuurteesta muodostuu ennen solujen eroamista välikappale, joka yhdistää tytärsoluja. Ionisoiva säteily
Radioaktiivisen atomin hajotessa atomi säteilee osan energiastaan suurienergiaisena säteilynä ympäristöön. Tapahtuneen ydinreaktion tyypistä riippuen syntyvä säteily koostuu helium-atomin ytimistä eli alfasäteilystä, elektroneista eli beetasäteilystä tai sähkömagneettisesta säteilystä eli gammasäteilystä. On olemassa myös muita, harvinaisempia hiukkassäteilyn tyyppejä, kuten neutronisäteilyä. Alkuräjähdyksen aikajana
Fotoniepookin aikana lämpötila laskee niin alas, että protonit ja neutronit alkavat fuusioitua ytimiksi. Tätä jatkuu noin kolme minuuttia ja sitten kaikkeuden lämpötila ja tiheys on laskenut liian alas, eikä fuusioituminen voi jatkua. Vety-ytimiä on noin neljä kertaa enemmän kuin helium-4-ytimiä ja muutamia muita vain pienet määrät. Torium
Toriumin kaikki isotoopit ovat radioaktiivisia. Luonnossa (lähes 100 %) esiintyvä Th-isotooppi on heikosti radioaktiivinen alfasäteilijä. Sen puoliintumisaika on yli 14 miljardia vuotta, mikä on enemmän kuin maapallon ikä ja hieman suurempi kuin arvioitu maailmankaikkeuden ikä. Muita toriumin isotooppeja esiintyy radioaktiivisissa mineraaleissa vain hivenmääriä, ja ne ovat syntyneet radioaktiivisten hajoamisten seurauksena, yleensä uraanin isotoopeista U ja U, sillä ne ovat näistä alkavien pitkien hajoamissarjojen välijäseniä. Th:sta alkava hajoamissarja tunnetaankin nimellä "toriumsarja". Th alfahajoaa radioaktiiviseksi radium-228:ksi, jonka puoliintumisaika on 5,7 vuotta. Tämä hajoaa välijäsenten kuten toisen toriumisotoopin Th ja huoneilmastakin mahdollisesti löytyvän radon-220:n kautta pysyväksi lyijyn isotoopiksi. Toriumsarjan loppupään hajoaminen on nopeaa, koska kaikkien muiden kuin Ra:n ja Th:n yhteenlasketut puoliintumisajat ovat alle 5 päivää. Ydinvoimala
Kevytvesireaktori on suunniteltu siten, että sen toimiessa kolme ehtoa täyttyvät juuri ja juuri. Reaktorin säätöä varten reaktorisydämestä voidaan poistaa tai sinne voidaan käytön aikana lisätä neutroneja absorboivia säätösauvoja. Reaktori voidaan sammuttaa milloin tahansa työntämällä tarpeeksi säätösauvoja reaktoriin. Sammuttaminen kestää noin sekunnin. Sammutuksen jälkeen uraanin hajoamistuotteet jatkavat kuitenkin hajoamistaan ja tuottavat huomattavasti jälkilämpöä, minkä vuoksi reaktorin jäähdytyksestä on huolehdittava vielä reaktorin sammutuksen jälkeenkin. Tähden kehitys
Räjähdyskään ei pysty keskeyttämään tähden sisimpien osien nopeaa luhistumista. Tiheyden kasvaessa protonit yhdistyvät elektroneihin ja muodostavat yhä tiiviimmin pakkautuvia neutroneita, jotka alkavat degeneroitua. Mikäli luhistuvan ytimen massa on alle tietyn rajan, todennäköisesti noin 3 Auringon massaa, saa degeneroituneiden neutronien aiheuttama degeneraatiopaine aikaan luhistumisen lakkaamisen. Tuloksena syntyy äärimmäisen tiivis neutronitähti. Mikäli massa kuitenkin ylittää edellä mainitun rajan, jota kutsutaan "Oppenheimerin–Volkoffin massaksi", ei mikään voi enää estää ytimen luhistumista äärettömän pieneen ja tiheään tilaan, mustaksi aukoksi. Neutronitähti
Loppuun saakka tapahtuessaan prosessi ei siis muuta tähden koostumusta. Jos kuitenkin elektronikaasu on degeneroitunutta, uusia elektroneja ei voi muodostua vaan Paulin kieltosäännön vuoksi prosessin jälkimmäinen vaihe estyy. Tämän vuoksi ytimien protonit muuttuvat vähitellen lähes kaikki neutroneiksi. Samalla ytimien sidosenergia pienenee ja neutronit alkavat irrota ytimistä, kunnes tiheyden ollessa noin 10 kg/m ei enää esiinny atomiytimiä vaan pelkkiä neutroneja. Komeetta
Ytimen koossapitävät voimat ovat siinä määrin heikot, että kaasun ja pölyn irtoaminen, valtavat lämpötilanvaihtelut komeetan kulkiessa radallaan ja planeettojen aiheuttamat vuorovesivoimat saavat ytimen usein hajoamaan pienempiin osiin komeetan saapuessa lähelle periheliään. Esimerkiksi Westin komeetan nähtiin hajoavan neljään tai viiteen osaan pian perihelinsä jälkeen vuonna 1975; Shoemaker-Levy 9 puolestaan ohitti Jupiterin vain 21 000 kilometrin päästä vuonna 1992 ja hajosi sadoiksi kappaleiksi, ja kaksi vuotta myöhemmin se törmäsi planeettaan. Tapaus oli ensimmäinen tähtitieteilijöiden havaitsema taivaankappaleiden välinen törmäys. Myös Siperiassa vuonna 1908 tapahtunut Tunguskan räjähdys saattoi olla komeetan aiheuttama. Positroniemissio
Positroniemissio on radioaktiivisen hajoamisen yksi muoto. Positroniemissio on beetasäteilyä, tarkemmin beeta plus (β) -säteilyä.
β-säteilyä muodostuu kun heikko vuorovaikutus muuttaa atomiytimessä protonin neutroniksi, minkä jälkeen ytimestä emittoituu (poistuu) β-hiukkanen (positroni) ja neutriino. Protonin hajoaminen
Jotkut suuret yhtenäisteoriat ennustavat protonin hajoamista esimerkiksi neutraaliksi pioniksi ja positroniksi. Pioni hajoaisi tämän jälkeen lähes välittömästi kahdeksi fotoniksi. Prosessin kokeellinen tutkimus on kuitenkin hyvin vaikeaa, sillä protonin puoliintumisajan alarajaksi sen kautta arvioitiin 90 % todennäköisyydellä 8,2 × 10 vuotta. Myöhemmin arviota on nostettu 1,01 × 10 vuoteen.
Toinen teoreettinen protonin hajoamisprosessi on hajoaminen myoniksi ja pioniksi. Arvioitu puoliintumisajan alaraja 90 % varmuudella on 6,6 × 10 vuotta. Alfahajoaminen
Alfahajoaminen on ydinfysiikassa radioaktiivinen hajoaminen, jossa vapautuu alfahiukkanen. Alfahiukkanen on helium-atomin ydin, eli se koostuu kahdesta protonista ja kahdesta neutronista. Hajoamisessa ydin muuntuu tytärytimeksi, jonka järjestysluku on kahta pienempi ja massaluku neljää pienempi. Esimerkki alfahajoamisesta: Käyttöjärjestelmän ydin
Mikroydinrakenteella pyritään parantamaan käyttöjärjestelmän tietoturvaa ja vakautta, mutta tämä tapahtuu nopeuden kustannuksella. Mikroydinrakenteessa käyttöjärjestelmä pilkotaan useisiin palasiin: pieneksi pelkistetyksi mikroytimeksi sekä käyttöjärjestelmämoduuleiksi, jotka siirretään toiseen osoiteavaruuteen eli käyttäjätilaan (). Jokainen käyttöjärjestelmämoduuli suojataan eristämällä moduulit toisistaan, ja ne ovat yhteydessä ytimeen ja toisiinsa suojattuina prosesseina. Yhden käyttöjärjestelmämoduulin kaatuminen ei vaikuta muihin moduulehin tai ytimeen, vaan ainoastaan sitä tarvitseviin prosesseihin. Vikaantunut käyttöjärjestelmämoduuli voidaan käynnistää uudelleen ja jatkaa prosessin suorittamista. Jokainen käyttöjärjestelmämoduuli tai jopa mikroydin voidaan päivittää muista osista riippumatta. Käyttöjärjestelmä on tällöin hyvin modulaarinen rakenteeltaan ja teoriassa hyvin vikasietoinen. Käyttöjärjestelmän jakaminen erillisiin muistiavaruuksiin tekee siitä kuitenkin hitaan, koska tiedon siirtäminen käyttöjärjestelmämoduulien ja mikroytimen välillä vaatii huomattavasti enemmän prosessorin kellojaksoja kuin monoliittiseen rakenteeseen perustuva käyttöjärjestelmä. Esimerkkejä mikroydinrakenteeseen perustuvista ytimistä ovat Hurd ja Mach. Symbian ja QNX ovat esimerkkejä mikroytimeen perustuvista menestyksekkäistä käyttöjärjestelmistä. Muita mikroytimeen perustuvia käyttöjärjestelmiä ovat BeOS ja Nextstep. Supernova
Tyypin II supernovassa räjähtävä tähti on valtava, yli 10 Auringon massainen tähti, joka on polttanut vetypolttoaineensa loppuun, ja jossa heliumfuusiovaihe on loppumassa. Raskaammat tähdet kehittyvät tavallisesti punaisen jättiläisvaiheen kautta tilaan, jossa keskustan rautaydin on ydinenergeettisessä energiakuopassa, kun rautaa raskaampien alkuaineiden fuusioituminen ei enää tuo energiaa, vaan kuluttaa sitä. Fuusioreaktiot keskustassa tyrehtyvät. Salamannopeasti kehittyy tilanne, jossa rautaydin ei enää pysty vastustamaan ylempien kerrosten gravitaatiovoimien luomaa painetta, vaan tapahtuu luhistuminen keskustan massan ylittäessä Chandrasekharin rajan. Keskustan luhistuessa se kuumenee, tuottaen korkeaenergiaista gammasäteilyä, jonka ansiosta rauta hajoaa heliumytimiksi ja vapaiksi neutroneiksi. Tähden keskus luhistuu tuottaen valtavan shokkiaallon. Samalla ulkokerrokset (noin 90 prosenttia tähden massasta) räjähtävät ulospäin. Keskukseen syntyy neutronitähti. Valon spektriviivoissa näkyvät vetyviivat. Tyypin II supernovia esiintyy yleisimmin galaksihaaroissa ja nuoremmissa tähtipopulaatioissa. Tyypin II supernovassa ytimen luhistuminen pysähtyy lopulta neutronitilan luhistumispaineeseen, jossa aineen tiheys on sama kuin atomiytimen. Mikäli tähden massa on riittävä, voi käydä niin, että keskustan luhistuessa syntyvä shokkiaalto repii myös itse keskustan kappaleiksi, eikä supernovasta jää jäljelle mitään, vaan koko tähti kirjaimellisesti leviää ympäri avaruutta. Mikäli kuitenkin tähden massa on riittävän suuri (noin 25–50 Auringon massaa) ja mikäli shokkiaalto ei pääse purkautumaan ja repimään keskustaa hajalle, keskusta romahtaa neutronitähtitilan jälkeen mustaksi aukoksi. Mutta välttämättä edes tuo massa ei riitä mustan aukon syntymiseen, vaan tuloksena voi olla magnetari. Radioaktiivinen hajoaminen
Aineen aktiivisuus eli hajoamisnopeus tietyllä hetkellä on verrannollinen ydinten määrään formula_1 ja hajoamisvakioon formula_2: Säteilyhaurastuminen
Reaktoripainesäiliön hauras murtuminen on mahdollista kun seuraavat edellytykset täyttyvät samanaikaisesti:Kokemusten mukaan mainittujen edellytysten samanaikainen täyttyminen on äärimmäisen harvinaista. Maailman ydinvoimalaitosten käyttöhistoriassa ei tiettävästi tunneta niin suuria reaktoripainesäiliön sydänalueen vikoja eikä niin nopeita jäähtymisiä, kuin turvallisuusanalyysien mukaan murtuminen edellyttäisi. Torium
EC = Elektronisieppaus 
SF = Spontaani fissio 
α = Alfahajoaminen 
β = Beeta-plus-hajoaminen 
β = Beeta-miinus-hajoaminen 
IT = Isomeerinen transitio 
m = Välitila tai virittynyt atomi
Eri toriumin isotoopin käyttäytyvät kemiallisesti identtisesti, mutta niiden fysikaaliset ominaisuuksissa on jonkin verran vaihtelua: Esimerkiksi isotooppisesti puhtaiden Th, Th, Th, ja Th tiheydet ovat 11,52, 11,58, 11,63, ja 11,73 g/cm. Isotoopin Th odotetaan olevan fissiili niin, että sen kriittinen massa olisi 2 839 kg, tosin teräksestä valmistettua neutroniheijastinta käytettäessä se putoaisi 994 kg:aan. Vaikka Th ei ole fissiili, se on fertiili nuklidi, joka voidaan muuttaa fissiiliksi U:ksi neutronisieppauksella. Leptoni
Leptoneille on voimassa lukumäärän, "leptoniluvun" säilymislaki, erikseen toisaalta elektronille ja elektronin neutriinolle, toisaalta myonille ja myonin neutriinolle. Näitä säilymislakeja sovellettaessa on leptonien antihiukkasten leptoniluku katsottava negatiiviseksi. Esimerkiksi beetahajoamisessa neutroni hajoaa protoniksi, elektroniksi ja antineutriinoksi. Ennen hajoamista neutronin leptoniluku on nolla, hajoamisen jälkeen se on elektronilla +1 ja antineutriinolla −1, joten summa on edelleen nolla. Torium-ydinpolttoainekierto
Toriumin (Th) käyttö ydinenergiatekniikassa perustuu torium-ydinpolttoainekiertoon. Torium ydinpolttoainekierrossa luonnollista Th-isotooppia pommitetaan neutroneilla, jolloin Th muuttuu Th:ksi neutronikaappauksen eli absorption seurauksena. Tämän jälkeen Th muuttuu protaktinium-233:ksi beetahajoamisen seurauksena. Pa muuttuu uraanin isotoopiksi U:ksi myös beetahajoamisen seurauksena. Näin syntynyt U on fissiili kuten luonnossakin esiintyvä ja ydinenergiatekniikassa perinteisesti käytettävä U. U:ta pommitettaessa neutroneilla se hajoaa eli fissioituu tytärnuklideiksi vapauttaen energiaa. U hajotessa vapautuu keskimäärin yli 2 neutronia, minkä ansiosta ydinpolttoainekierto voi jatkua. Toinen neutroneista toimii uuden fissiilin polttoaineen tuottamisessa ja toinen neutroneista toimii uuden U fission aiheuttajana. Cesium-137
Cesium-137:n puoliintumisaika on noin 30 vuotta. Suurin osa isotoopista cesium-137 hajoaa beeta­hajoamisella barium-137:ksi, joka on stabiili ydin. Hajoamisessa vapautuu energiaa 1,175628 MeV. Rikkihappo
Rikkihappoa käytetään elektrolyyttiliuoksena muun muassa autoissa käytettävissä lyijyakuissa. Akun purkautuessa lyijyanodilla tapahtuu hapettuminen seuraavan puolireaktion mukaisesti:
Lyijydioksidista koostuvalla katodilla akun purkautuessa tapahtuu pelkistysreaktio, jonka puolireaktio on:
Akun purkautuessa tapahtuva kokonaisreaktio voidaan kirjoittaa muodossa:
Akun purkautuessa elektrolyyttinä oleva rikkihappo laimenee veden määrän lisääntyessä. Tämä huomataan elektrolyyttinesteen tiheyden pienentymisenä, ja tiheyttä voidaan käyttää määritettäessä akun purkautumistilaa. Reaktio on sähkövirran avulla palautettavissa alkuperäiseen tilaansa. Tällöin katodilla syntyy lyijydioksidia ja anodilla lyijymetallia. Ydinfysiikka
Ytimillä on useita eri energiatiloja, joista alinta nimitetään perustilaksi ja muita viritystiloiksi. Ydin voi päätyä johonkin viritystilaansa ydinreaktion tai radioaktiivisen hajoamisen seurauksena. Viritystilat purkautuvat yleensä nopeasti gammahajoamisen avulla, jolloin ydin säteilee suurienergiaista sähkömagneettista säteilyä, gammasäteilyä. Jos ytimen viritystila on viritystilaksi hyvin pitkäikäinen (puoliintumisajaltaan yli miljoonasosasekunnin), kutsutaan sitä isomeeriseksi eli metastabiiliksi viritystilaksi. Sähkövaraus
Muissa ilmiöissä kuin ydin- ja hiukkasreaktiossa varauksen säilyminen seuraa jo siitä, että sekä protonin että elektronin varaus on vakio, eikä kumpiakaan synny eikä häviä, vaan ne vain siirtyvät paikasta toiseen. Mutta esimerkiksi beetahajoamisessa neutroni hajoaa protoniksi, elektroniksi ja antineutriinoksi. Silti tässäkin ilmiössä kokonaisvaraus säilyy, sillä neutronin samoin kuin antineutriinon varaus on nolla, protonin +1 ja elektronin −1 alkeisvarausyksikköä. Yleensäkin varauksen säilymislaki pätee myös kaikissa tunnetuissa hiukkasreaktioissa. Nuklidi
Useimmat nuklidit ovat radioaktiivisia. Kutakin massaluvun arvoa 1 ... 208 vastaa yleensä vain yksi, enintään kaksi stabiilia nuklidia. Muut ovat joko beeta-miinus- tai beeta-plus-aktiivisia. Niiden hajotessa yksi neutroni muuttuu protoniksi lähettäen samalla beetasäteilyä eli elektronin, tai päinvastoin protoni muuttuu neutroniksi lähettäen samalla beeta-plus-säteilyä eli positronin. Samalla alkuaine muuttuu toiseksi. Näin tapahtuu mahdollisesti useitakin kertoja, kunnes tuloksena on stabiili nuklidi. Strontium-90
Strontium-90 (Sr) on strontiumin radio­aktiivinen isotooppi, jonka atomin ytimessä on 38 protonia ja 52 neutronia. Sitä syntyy raskaiden ydinten fissiossa, ja sen puoliintumisaika on 28,8 vuotta. Se hajoaa beeta­hajoamisella yttrium-90:ksi, jolloin ytimestä vapautuu energiaa 0,546 MeV. Strontium-90 on pitkä­ikäisyytensä vuoksi pahimpia radio­aktiivisia saasteita, joita on levinnyt ympäristöön ydin­kokeissa ja ydin­voimala­onnettomuuksissa, mutta sillä on myös hyöty­käyttöä lääke­tieteessä ja teollisuudessa, muun muassa ydinparistoissa. Geologinen loppusijoitus
Loppusijoituksen alkuvaiheeseen kuuluu jätteen välivarastointi vesialtaissa, jotka toisaalta johtavat polttoaineen jälkilämmön pois ja toisaalta vaimentavat polttoaineen säteilyn. Käytetyn ydinpolttoaineen radioaktiivisuus heikkenee itsestään hyvin nopeasti. Jo ensimmäisenä vuonna reaktorista poiston jälkeen 99% aktiivisuudesta häviää. Neljänkymmenen vuoden jälkeen enää tuhannesosa alkuperäisestä aktiivisuudesta on jäljellä. Tällöin polttoaineen käsittely on luonnollisesti huomattavasti helpompaa. Myös polttoaineen lämmöntuotanto laskee odotusaikana niin paljon, ettei erillinen jäähdytys ole enää tarpeen. Fissio
Monissa aineissa atomiytimien hajoamisia tapahtuu luonnostaan hitaasti kaiken aikaa. Tällaisiä aineita kutsutaan radioaktiiviseksi. Yleensä raskaistakin ytimistä kuitenkin irtoaa vain pieni osanen kuten alfahiukkanen. Jotkin raskaat atomiytimet, esimerkiksi uraani-235-neutronin ydin, voivat myös hajota spontaanisti suunnilleen keskeltä kahtia kahdeksi keskiraskaaksi ytimeksi, jolloin samalla vapautuu neutroneja. Ilmiötä sanotaan "spontaaniksi fissioksi". Kuitenkin myös U-235-atomeista paljon pienempi osa fissioituu spontaanisti kuin hajoaa alfahajoamisella. Tietyissä olosuhteissa tällainen ytimien hajoaminen aiheuttaa kuitenkin vuorostaan yhä useampia uusia hajoamisia, jolloin syntyy ketjureaktio. Puoliintumisaika
Puoliintumisaika on aika, jonka kuluessa puolet aineesta on hajonnut, esim. radioaktiivisen aineen atomiytimistä on hajonnut toisiksi atomiytimiksi. Biokemiassa tai lääketieteessä puoliintumisajaksi nimitetään aikaa, jonka kuluessa puolet aineen molekyyleistä on hajonnut elimistössä ym. biologisessa systeemissä. Torium-ydinpolttoainekierto
Reaktori koostuu kahdesta pääosasta "sydän" ja "huopa". Reaktorin sydämessä tapahtuu fissio ja syntyy vapaita neutroneja. Huovassa, joka kulkee sydämen lähellä, kiertää fertiili polttoaine ja se absorboi fissiossa syntyneitä vapaita neutroneja. Toriumin beetahajoaminen uraaniksi kestää keskimäärin 27 päivää, joten fertiili polttoaine siirretään "hautumaan" pois huovasta, ennen kuin se ohjataan takaisin sydämeen. Sydämestä kuumentunut nestemäinen polttoaine ohjataan lämmönvaihtimeen, josta lämpöenergia voidaan muuttaa mekaaniseksi energiaksi esimerkiksi kaasuturbiinin (hiilidioksidi, CO2) avulla ja edelleen sähköenergiaksi. Koska lämpötilat ovat korkeammat kuin kevytvesireaktorissa, voidaan välittäjäaineena soveltaa superkriittistä hiilidioksidia höyryn sijaan, jolloin saavutetaan parempi, jopa 50 % hyötysuhde turbiineissa. Hyötysuhdetta voi entisestään parantaa välttämällä energiakonversio, eli hyödyntämällä lämpöenergia suoraan. Lämpöenergiaa voidaan hyödyntää esimerkiksi kaupungin keskuslämmityksessä, kemiallisten prosessien mahdollistamisessa (kuten ammoniakin ja vedyn valmistamisessa) sekä esimerkiksi juomaveden valmistamisessa tislaamalla merivedestä. Ammoniakki (NH) ja vety (H) mahdollistaisivat hiilettömän nestemäisen kemiallisen polttoaineen käytön ajoneuvoissa. Ammoniakki ja vety palavat puhtaasti vesihöyryksi (HO) ja typeksi (N, 99 % ilmakehästä). Augerin elektroni
Augerin elektroni esiintyy esimerkiksi radioaktiivisen hajoamisen yhteydessä. Kun elektroni emittoituu atomin matalan energiatason elektronikuorelta, jättää se vapaan paikan, joka voi täyttyä korkeamman energiatason elektronilla. Elektronin siirtyessä alemmalle energiatasolle, vapautuu energiaa. Toisinaan tämä vapautunut energia aiheuttaa fotonin emittoitumisen atomista. Toisinaan energia siirtyy toiseen elektroniin, joka puolestaan poistuu atomista. Tätä poistunutta elektronia kutsutaan "Augerin elektroniksi" ja poistumista "Augerin emissioprosessiksi". Kemiallinen reaktio
Jokaisessa kemiallisessa reaktiossa myös sitoutuu tai vapautuu energiaa, tavallisimmin lämpönä. Tällä perusteella reaktiot jaetaan endotermisiin ja eksotermisiin reaktioihin. Nämä energian muutokset ovat kuitenkin paljon pienempiä kuin ydinreaktioissa. Siten aineiden massa ei muutu havaittavasti ja voidaan puhua aineen häviämättömyyden laista. Säteilyhaurastuminen
Kidehilasta pois töytäistyä atomia kutsutaan nimellä "primary knock-on atom" (pääasiallinen kolhaistu atomi), PKA. PKA:n syntyminen luo vakanssin hilassa ja välisija-atomin eli ns. "Frenkelin parin". PKA:n hilasta erkanemisen vaatima minimienergia on T, metalleissa 20–50 eV. Jos törmäysenergia jää alle T:n, ei PKA:ta synny vaan kiteessä alkaa paikallinen oskillaatio mikä ilmenee lämpötilan nousuna. T:tä suuremmat törmäysenergiat taas jäävät PKA:lle, joten sen saama energia voi vaihdella aina nollasta enintään T:iin. Vaihtelu energiassa johtaa vaihteluun myös törmäysten aiheuttaman vahingon määrässä. Lysosomi
Lysosomit ovat eläimissä esiintyviä yksinkertaisen kalvon verhoamia pyöreitä soluelimiä, joiden halkaisija on noin 0,5 formula_1. Solussa sijaitseva Golgin laite eli Golgin alue vastaa niiden tuottamisesta. Lysosomit sisältävät n. 40 erilaista hajottavaa entsyymiä, jotka pilkkovat bakteereja ja vieraita hiukkasia, joita on tullut soluun endosytoosin avulla. Endosytoosirakkula (kalvorakkula) sulautuu yhteen lysosomin kanssa, ja lysosomin entsyymit pilkkovat rakkulan sisällön. Lysosomit tuhoavat samalla tavoin myös solun omia kuluneita ja vaurioituneita soluelimiä, jotka eivät enää toimi. Lysosomit ovat solujen yhdistetty "puhtaanapitolaitos ja sulatusjärjestelmä". Entsyymit eivät vahingoita solun omia rakenteita niin kauan kuin lysosomikalvo pysyy ehjänä. Kun solu kuolee, entsyymit vapautuvat lysosomeista ja solu hajoaa (autolyysi). Tämä on elimistön tapa päästä eroon kuolleista soluista. Ydinvoima (fysiikka)
Ydinvoima on nukleonit atomiytimeksi sitova voima. Se on peruvastavammanlaatuisen vahvan vuorovaikutuksen jäännösvoima, . Vaikka nukleonit ovat värivaraukseltaan neutraaleja, atomiytimen kokoluokassa eri nukleonien kvarkkien välinen vahva vuorovaikutus on suurempi kuin kahden sähköisesti samanmerkkisen protonin välinen hylkivä voima. Ydinvoiman analogia on sähköisesti neutraalien atomien sitoutuminen molekyyleiksi. Beetasäteily
β-hajoamisessa heikko vuorovaikutus muuntaa neutronin protoniksi ja lähettää ytimestä elektronin ja anti-neutriinon: Strontium-90
Luonnon strontium ei ole radio­aktiivista eikä myrkyllistä, mutta Sr on radio­aktiivisuutensa vuoksi vaarallista. Se muuttuu 28,79 vuoden puoliintumis­ajalla beeta­hajoamisen vaikutuksesta yttrium-90:ksi (Y), ja tällöin vapautuu energiaa 0,546 MeV, joka jakautuu hajoamisessa syntyvän elektronin, antineutriinon ja yttium­ytimen kesken. Yttrium-90 on edelleen beeta-aktiivista ja hajoaa 64 tunnin puoliintumis­ajalla zirkonium-90:ksi (Zr), elektroniksi ja anti­neutriinoksi. Zirkonium-90 sen sijaan on vakaa nuklidi, joka siis ei enää ole radioaktiivinen.. Strontium-90 ja yttrium-90 ovat lähes yksin­omaan beetasäteilyn lähteitä; Y:n hajoamisessa saattaa tosin joskus syntyä myös gamma­fotoni, mutta niin harvoin, ettei sitä yleensä tarvitse ottaa huomioon. Neutronitähti
Neutronitähti syntyy raskaan tähden kuollessa, kehityksen loppuvaiheissa, kun tähden ydin romahtaa kokoon ja tähden kuorikerrokset sinkoutuvat avaruuteen muodostaen tähden ympärille nopeasti laajenevan räjähdyspilven. Tähden kuolintapahtuma on havaittavissa laajalle maailmankaikkeuteen supernovana. Atomiydin
Protonilla on yhden alkeisvarauksen suuruinen positiivinen sähkövaraus. Neutronilla ei ole sähkövarausta. Ytimen sähkövaraus on yleensä jakautunut melko tasaisesti koko ytimen alueelle paitsi vety- ja heliumytimissä, joissa se on pitkälti keskittynyt ytimen keskipisteen läheisyyteen, sillä nukleonit ovat 1s-tilassa olevia fermioneja, joilla ei näissä ytimissä ole rataimpulssimomenttia. Aine
Kaikki aine koostuu alkuaineista tai niiden muodostamista yhdisteistä. Kemiallisissa reaktioissa alkuaineet eivät muutu toisiksi alkuaineiksi, mutta ne sitoutuvat toisiinsa aikaisemmasta poikkeavalla tavalla siten, että syntyy uusia yhdisteitä tai yhdisteet hajoavat. Tällöin lisäksi aineiden yhteenlaskettu massa säilyy, mitä sanotaan aineen häviämättömyyden laiksi. Ydinreaktioissa alkuaineetkin muuttuvat toisiksi alkuaineiksi. Ydinonnettomuus
Vakava onnettomuus eli sydämen sulamisonnettomuus voi alkaa esimerkiksi täydellisestä jäähdytysjärjestelmien sähkönmenetyksestä. Vaikka primääripiirissä ei olisi vuotoa, jälkilämpö johtaisi veden kiehumiseen, paineen nousuun ja höyryn purkautumiseen varoventtiilien kautta suojarakennukseen. Jos reaktorin jäähdytys ei onnistu, reaktorin polttoaine ylikuumenee jälkilämmön takia. Tällöin vaurioituvat ensin zirkoniumista tehdyt polttoainesauvojen suojakuoret, ja kaasumaiset tai helposti höyrystyvät fissiotuotteet, kuten ksenon, jodi ja cesium, voivat vapautua. Jos kuumeneminen jatkuu pidempään, uraanidioksidista tehty polttoaine sulaa ja myös siihen sitoutuneita vaikeasti höyrystyviä fissiotuotteita vapautuu. Radioaktiivisten aineiden pääsyn ympäristöön estää kuitenkin vielä suojarakennus. Suojarakennuksen eheyttä voi uhata mm. höyryn aiheuttama paineen nousu tai onnettomuudessa syntyvän vedyn räjähtäminen. Vetyä syntyy, kun kuuma zirkonium reagoi kemiallisesti vesihöyryn kanssa. Hemolyysi
Hemolyysi tapahtuu, kun punasolu joutuu itseään laimeampaan ympäristöön. Punasolu sisältää 0,9-prosenttista suolaliuosta (fysiologinen suolaliuos) ja jos se esimerkiksi joutuu tekemisiin tislatun veden kanssa, alkaa solun sisälle virrata laimeampaa nestettä, jotta väkevyyserot tasoittuisivat nesteiden välillä (osmoosi). Tällöin punasolu pullistuu ja lopulta hajoaa. Liukeneminen
Kun kiinteä aine liukenee nesteeseen, sen kiderakenne hajoaa erillisisiksi ioneiksi, atomeiksi tai molekyyleiksi. Jos liukeneva aine on neste tai kaasu, liuos muodostuu, jos sen molekyylit sopivat yhteen liottimen molekyylien kanssa. Liukenemisen lopputulos, liuenneen aineen määrä tasa­paino­n vallitessa eli aineen liukoisuus, riippuu ilmiöön liittyvistä termo­dynaamisista energioista kuten liukenemis­lämmöstä sekä entropian muutoksesta liukenemisessa, mutta liukeneminen itsessään on kineettinen prosessi. Ylipäänsä liuoksen vapaan energian on oltava negatiivinen, jotta liukenemista nettomääräisesti tapahtuisi. Nämä energiat taas riippuvat siitä, millä tavoin erilaiset liukenevassa aineessa ja liuottimessa esiintyvät kemialliset sidostyypit vuoro­vaikuttavat toistensa kanssa. Neutroni
Tämän beeta-miinus-hajoamisen puoliintumisaika on T = 885,7 ± 0,8 sekuntia (n. 15 minuuttia). Vastaava hajoamisreaktio voi tapahtua myös joissakin radioaktiivisissa atomeissa (erityisesti isotoopeissa, jotka sisältävät protonien lukumäärään nähden reilusti neutroneja). Stabiileissa ytimissä tätä hajoamista ei tapahdu, ei myöskään neutronitähdissä, joissa neutronit ovat yhtä tiheässä kuin atomiytimissä niin, että niistä muodostuu neutroniumia. Ydinreaktio
Epäelastisessa sironnassa ytimeen törmäävä hiukkanen luovuttaa ytimelle energiaa ja virittää sen siten jollekin viritystilalleen. Tarkastelemalla esimerkiksi protonien, elektronien tai alfahiukkasten siroamista ytimistä saadaan tietoa esimerkiksi ytimen muodosta, koosta ja viritystiloista. Ydinfysiikka
Atomin ydin on varaukseltaan positiivinen hiukkasmuodostelma, jota atomissa ympäröi varaukseltaan negatiivinen elektroniverho. Lähes koko atomin massa on keskittynyt ytimeen. Ydin koostuu protoneista ja neutroneista, joita sitoo toisiinsa vahva ydinvoima. Radioaktiivisuus
Aine, joka syntyy radioaktiivisen aineen hajotessa, saattaa edelleen olla radioaktiivinen, samoin kuin sen hajoamistuote. Suurin osa luonnossa esiintyvistä radioaktiivisista aineista kuuluukin johonkin kolmesta hajoamis­sarjasta, joista käytetään tunnetuimpien jäsentensä mukaan nimityksiä toriumsarja, uraanisarja (tai radiumsarja) sekä aktiniumsarja. Kukin näistä päättyy stabiiliin lyijyisotooppiin. Toriumsarjan kaikkien jäsenten massaluvut ovat muotoa 4n, radiumsarjan 4n+2 ja aktiniumsarjan 4n+3. Kukin sarja alkaa hyvin pitkäikäisestä isotoopista, joita on säilynyt Maan syntymisestä saakka. Neljäs hajoamissarja, neptuniumsarja, jossa massaluvut ovat muotoa 4n+1, alkaa neptunium­isotoopista Np-237. Kun se kuitenkin on suhteellisen lyhytikäinen, ei sen jäseniä luonnossa enää esiinny, lukuun ottamatta niistä viimeistä, hyvin pitkä­ikäistä vismutti-isotooppia Bi-209. Reaktioyhtälö
Tässä sekä järjestys- että massalukujen summa on kummallakin puolella sama, koska protoni ei muutu neutroniksi eikä päinvastoin. Sen sijaan beetahajoamisessa yksi ytimen neutroneista hajoaa protoniksi sekä elektroniksi ja antineutriinoksi, josta kaksi jälkimmäistä poistuvat ytimestä. Esimerkiksi radiohiilen (hiili-14:n) beetahajoamisen reaktioyhtälö on Ydinmagneettinen resonanssispektroskopia
Jos N ja Z ovat parittomat, ydin näkyy NMR:ssä. Ytimessä siis on 2 paritonta spin ½ hiukkasta eli ydinspin on Ydinräjähdyksen säteilyvaikutukset
laskeuma kestää vielä huipun jälkeen Nuklidi
Poikkeuksena edellisestä ovat muun muassa massaluvun arvot 5 ja 8. Niitä vastaavia stabiileja nuklideja ei ole, vaan helium-5 emittoi neutronin ja litium-5 protonin, jolloin ytimen jäljelle jäänyt osa on He-4-atomin (He) ydin eli alfahiukkanen. Beryllium-8, Be, taas hajoaa hyvin nopeasti kahdeksi alfahiukkaseksi. Stabiileja nuklideja, joiden massaluku olisi suurempi kuin 208, ei myöskään ole. Näin raskaista ytimistä nekin, jotka eivät ole beeta-aktiivisia, hajoavat lähettäen alfasäteilyä. Ne muodostavat pitkiäkin hajoamis­sarjoja, jotka päättyvät stabiileihin lyijy-isotooppeihin. Tähden kehitys
Alle kolmen auringon massaisilla tähdillä ytimen lämpötila ei nouse riittävän korkeaksi hiilen fuusioitumisen alkamiseksi. Lopulta säteilypaine puhaltaa tähden ulko-osat avaruuteen laajenevaksi kaasupilveksi, josta muodostuu planetaarinen sumu. Tähdestä jää jäljelle kuuma ydin, valkoinen kääpiö, joiden maksimimassa on 1,4 Auringon massaa. Ydinreaktiot ovat lakanneet, joten valkoinen kääpiö tiivistyy ja viilenee vähitellen. Se saavuttaa lopulta tasapainotilan, kun sen aine on kokonaisuudessaan degeneroitunut ja lämpö siirtynyt avaruuteen. Jäljelle on jäänyt musta kääpiö, kuollut tähti, joka voidaan havaita vain sen mahdollisesti muihin taivaankappaleisiin aiheuttaman painovoiman välityksellä. Tutkimusreaktori
Reaktorin käytön lopettamisen jälkeen laitokselta poistetaan ensin ydinpolttoaine. Tämän jälkeen, vuosina 2019–2022 puretaan muut radioaktiiviset osat (reaktorisydän sisäosineen, reaktoriallas, betonista tehty biologinen suoja, BNCT-asema ja jäähdytysjärjestelmän primääripiiri). Käytetty ydinpolttoaine ja pääosa reaktorisydämestä ovat korkea-aktiivista jätettä. Muut radioaktiiviset purku- ja huoltojätteet luokitellaan matala- ja keskiaktiivisiksi ydinjätteiksi. Tavoitteena on rajoittaa purkutöistä aiheutuva työntekijöiden kollektiivinen säteilyannos alle 10 millimansievertiin. Reaktorirakennus puhdistetaan niin, että sen jatkokäytölle ei ole rajoituksia. Supernova
Pitkän kytemisajan jälkeen, lämpötilan noustessa yli kriittisen rajan, ydinreaktiot kiihtyvät niin, että huomattava osa tähden hiili- ja happivaroista fuusioituu raskaammiksi alkuaineiksi muutaman sekunnin sisällä . Tällöin vapautuva energiamäärä on valtava, noin formula_1, joka riittää helposti tähden painovoimasidosten rikkomiseen. Tähti räjähtää äkillisesti, synnyttäen shokkiaallon joka puskee ainetta valonnopeuden murto-osalla ulospäin. Vapautuva energia myös aiheuttaa suuren muutoksen tähden luminositeetissa. Tyypillisesti tyypin Ia supernova on noin 5 miljardia kertaa Aurinkoa kirkkaampi. Fuusioreaktio
Atomiydin koostuu protoneista ja neutroneista, joita yhdessä kutsutaan nukleoneiksi. Niiden välillä vaikuttaa vahva ydinvoima, joka pitää atomiytimen koossa. Lisäksi protonien, joilla on positiivinen sähkövaraus, välillä on hylkivä sähkömagneettinen voima. Vahva ydinvoima on näistä vahvempi, mutta sen kantama on hyvin lyhyt, kun taas sähkömagneettisen voiman kantama on rajaton. Siksi vahva voima jaksaa pitää pienet ytimet koossa, mutta kun ydintä kasvatetaan lisäämällä siihen protoneja ja neutroneja, saavutetaan ennen pitkää raja, jolla vahva voima ei enää yllä ytimen laidalta toiselle. Jaksollisessa järjestelmässä tämä raja on raudan kohdalla. Mentäessä rautaa raskaampiin alkuaineisiin ytimet käyvät huterammiksi, ja liian raskaat ytimet hajoavat itsestään fissioreaktiossa, kun protonien välinen hylkimisvoima voittaa vahvan voiman. Isotooppi
Atomin ydin koostuu positiivisesti varautuneista protoneista ja sähköisesti neutraaleista neutroneista. Koska ytimessä on positiivisia protoneita useimmiten enemmän kuin yksi, protonit hylkivät toisiaan. Ydin kuitenkin pysyy koossa vahvan vuorovaikutuksen vuoksi. Neutronit tasoittavat protonien hylkimisvoimaa. Mikäli atomissa on liian vähän tai liian paljon neutroneja, ydin voi hajota muiksi alkuaineiksi. Alfahajoaminen
Alfahajoaminen on yksi hajoamisen tyyppi, jolla virittynyt epastabiili nuklidi voi saavuttaa stabiilin energiatilan. Protonin hajoaminen
Protonin hajoaminen on hypoteettinen radioaktiivinen hajoamisen muoto, jossa protoni hajoaa kevyemmiksi alkeishiukkasiksi. Hajoamista ei ole toistaiseksi havaittu kokeellisesti, eikä sen olemassaolosta ole varmuutta. Radioaktiivinen hajoaminen
formula_3 Radioaktiivisuus
Beetahajoamiset päätyvät kolmelle eri energiatasolle, joita kuvastavat kolme vaakasuoraa viivaa kuvan oikealla puolella. Näistä kaksi ylempää ovat metastabiileja eli ne purkautuvat hyvin nopeasti ja atomi emittoi gammasäteilykvantin, mikä ilmaistaan γ-symbolilla purkautumista kuvaavien pystysuorien nuolten vieressä. Kunkin metastabiilin tilan puoliintumisaika on merkitty vastaavan energiatason päälle (tässä 23 ja 2,5 pikosekuntia). Energiatasojen energia on merkitty niiden oikealle puolelle elektronivoltteina. Energia on laskettu suhteessa elohopean isotooppiin Hg, joksi kaikki Au-atomit lopulta hajoavat jotain kaavion hajoamispolkua pitkin. Atomiydin
Ytimen rakennetta, sitä koossa pitäviä voimia ja ytimien muuttumista tutkii ydinfysiikka. Vuonna 1912 Ernest Rutherford päätteli koetuloksista, että valtaosa atomin massasta on keskittynyt pienelle alueelle, ytimeen. Kemiallisissa reaktioissa atomien elektronit järjestyvät uudestaan, mutta ytimet pysyvät ennallaan. Sen sijaan ydinreaktioissa ytimet muuttuvat. Apoptoosi
Tuman kromatiini tiivistyy ja kasautuu tumakotelon reunoille ja DNA hajoaa. Tuma hajoaa osiksi joita tumakotelo yhä ympäröi. Solun tukiranka hajoaa ja solukalvo poimuuntuu. Solu hajoaa solukalvon ympäröimiksi rakkuloiksi. Fagosytoiva solu tuhoaa solun ottamalla sen sisäänsä. Kaikki makromolekyylit tuhoutuvat. Joskus kuitenkin nämä kutistuneet solut/rakkulat voivat säilyä pitkiäkin aikoja tehtävässään, sillä esimerkiksi silmän linssi koostuu lähinnä kuolleista soluista. Vety
Vety esiintyy kaksiatomisena molekyylinä, joka on tavallisissa lämpötiloissa hyvin pysyvä, eikä kovin reaktiivinen. Tämä johtuu osittain vetymolekyylin vetyatomien välisen kovalenttisen sidoksen suuresta sidosenergiasta, joka on 436 kJ/mol. Molekyylin hajottamiseen tarvitaan suuri määrä energiaa, eivätkä kaikki vetymolekyylit ole hajonneet vetyatomeiksi edes yli 4 700 °C:n lämpötilassa. Hapen ja halogeenien kanssa se kuitenkin reagoi hyvin voimakkaasti, jopa räjähdysmäisesti, muodostaen vettä tai vetyhalogenideja. Atomiydin
Atomiydin on atomin keskellä sijaitseva protoneista ja yleensä myös neutroneista koostuva muodostuma. Ytimellä on positiivinen sähkövaraus, ja se muodostaa valtaosan atomin massasta, sillä elektronin massa on paljon pienempi kuin protonien ja neutronien. Atomi
Atomi jaetaan ytimeen, joka koostuu protoneista ja neutroneista, ja ytimen ulkopuolella olevaan protoneihin nähden samaan määrään elektroneja. Elektronin todennäköistä sijaintia kuvataan teoreettisella todennäköisyysjakaumalla. Tätä aluetta, missä elektroni voi teoreettisesti sijaita kutsutaan myös elektronipilveksi-, verhoksi, -kuoreksi. Protonit ja neutronit ovat massaltaan moninkertaisesti elektroneja suurempia, ja atomin massa onkin pitkälti keskittynyt ytimeen. Ytimen ja elektronipilven väliin jää täysin tyhjää tilaa ja suurin osa atomin tilavuudesta onkin tyhjää. Metastabiliteetti
Nuklidi on atomiydintyyppi, jossa on tietty määrä protoneja ja neutroneja. Jokaista nuklidilla on tietty, sille ominainen massaluku ja varaus, mutta samallakin ytimellä voi perustilan lisäksi olla useita viritystiloja, joissa sillä on suurempi energia. Yleensä viritystilat purkautuvat niin nopeasti, alle 10 sekunnissa, ettei niiden elinikää voida mitata. Jos viritystila kuitenkin on sen verran pitkäikäinen, että sen elinikä voidaan mitata, ydintä sanotaan "isomeeriseksi" ytimeksi. Tällöin on kyseessä ytimen meta­stabiili tila. Viritystilan purkautuessa ydin lähettää gammasäteilyä. meta­stabiileille isomeereille käytetään merkintää, jossa massaluvun jälkeen on lisätty pieni m-kirjain. Sellainen on esimerkiksi teknetium-99m, jolla on poikkeuksellisen pitkä elinikä, hieman yli kuusi tuntia. Radioaktiiviset hajoamissarjat
Aine, joka syntyy radioaktiivisen aineen hajotessa, saattaa edelleen olla radioaktiivinen, samoin kuin sen hajoamistuote. Suurin osa luonnossa esiintyvistä radioaktiivisista aineista kuuluukin johonkin kolmesta hajoamisketjusta, joista käytetään tunnetuimpien jäsentensä mukaan nimityksiä "toriumsarja", "uraanisarja" (tai radiumsarja) sekä "aktiniumsarja". Kukin näistä päättyy stabiiliin lyijyisotooppiin. Toriumsarjan kaikkien jäsenten massa­luvut ovat muotoa 4n, radiumsarjan 4n+2 ja aktiniumsarjan 4n+3. Kukin sarja alkaa hyvin pitkäikäisestä isotoopista, joita on säilynyt Maan syntymisestä sakka. Neljäs hajoamissarja, neptuniumsarja, jossa massaluvut ovat muotoa 4n+1, alkaa neptuniumisotoopista Np-237. Koska se kuitenkin on suhteellisen lyhytikäinen, ei sen jäseniä enää esiinny luonnossa, lukuun ottamatta niistä viimeistä, vismuttia Bi-209, jota aikaisemmin pidettiin stabiilina. Nyttemmin on kuitenkin todettu, että sekin on hyvin heikosti radioaktiivinen puoliintumis­ajan ollessa 1,9×10 vuotta, ja se hajoaa edelleen talliumiksi Tl-205. Kalium-argon-ajoitus
Alkuaine kalium (K) esiintyy luonnossa kolmena isotooppina (suluissa osuus luonnon kaliumista): K (92,23%), K (0,0118%), K (6,73%). Radioaktiivinen isotooppi kalium-40 (K) hajoaa puoliintumisajalla 1,3·10 (1,3 miljardia) vuotta ja lopputulos on joko kalsium (Ca) tai argon (Ar). Lopputulosten todennäköisyydet eivät ole yhtäsuuret vaan kaliumatomi hajoaa kalsiumiksi 89,1% ja argoniksi 10,9% todennäköisyydellä. Koska argon on jalokaasu, se pääsee pakenemaan kiviaineksesta niin kauan kuin kiviaines on riittävän kuumaa. Kiviaineksen jäähdyttyä ns. sulkeutumislämpötilan alapuolelle hajoamistuotteena syntynyt argon jää vangiksi siihen, ja tämän vuoksi on mahdollista sanoa, kauanko se on ollut jähmeää. Sulkeutumislämpötila vaihtelee eri mineraalien kesken. Sydämen sulamisonnettomuus
Sydämen sulamisonnettomuuden hallinnassa tärkein tehtävä on estää suojarakennuksen hajoaminen, koska silloin radioaktiivisia aineita pääsisi vapautumaan ympäristöön. Jos reaktorin paineastia puhkeaa, kun reaktorissa on korkea paine, suojarakennuksen paine voi nousta nopeasti niin suureksi, että suojarakennus vaurioituu. Sen takia primääripiirin paineenalennusventtiileistä pyritään tekemään niin luotettavia, että ne saataisiin avattua kaikissa onnettomuustilanteissa. Ydinjätehuolto
Korkea-aktiivinen ydinjäte on pääasiassa käytettyä ydinpolttoainetta. Sen määrä (tilavuus) on selvästi pienempi kuin matala- ja keskiaktiivisen jätteen, mutta se sisältää pääosan ydinvoimalan tuottamasta kaikesta radioaktiivisuudesta. Korkea-aktiivisen ydinjätteen radioaktiivisuus on siis hyvin suuri ja jäte tarvitsee jatkuvaa jäähdytystä sekä tehokkaan säteilysuojauksen. Lämpöä tuottavat pääasiassa keskipitkän puoliintumisajan radioaktiiviset aineet: Cesium-137 ja Strontium-90. Käytetyn ydinpolttoaineen aktiivisuus laskee alkuvaiheessa nopeasti: Jo ensimmäisenä vuonna reaktorista poiston jälkeen aktiivisuus on laskenut 99 prosenttia, mutta jäte on edelleen voimakkaan radioaktiivista. Käytetyn polttoaineen säilytys ja käsittely muuttuu aktiivisuuden laskun myötä koko ajan helpommaksi. Välivarastoinnin tarkoituksena on odottaa että aktiivisuus laskee käytetyn polttoaineen käsittelyn helpottamiseksi ydinjätehuollossa. Ydinonnettomuus
Pitkällä aikavälillä merkittävin ydinonnettomuudessa vapautuva aine on cesium. Ydinvoimalan suojarakennuksessa cesium leijuu onnettomuuden aikana pieninä hiukkasina, jotka voidaan kerätä suodattimiin. Jos suojarakennus rikkoutuu, suuri määrä cesiumia voi päästä ympäristöön. Cesium-137-isotoopin puoliintumisaika on 30 vuotta, joten cesium-laskeuma voi aiheuttaa ydinvoimalaitoksen lähialueella kymmeniä vuosia kestäviä rajoituksia asumiseen ja maanviljelyyn. Radiojodi
Jodi-131 hajoaa lähettäen beeta- ja gammasäteilyä. Sen puoliintumisaika on 8,07 vuorokautta. Hajotessaan se muuttuu ksenonin stabiiliksi isotoopiksi Xe-131: