(Sbes/ Karppinen.)Kuorimallilaskennan saloista
.NE.O.
(Tulee nää kysymäsi kaavapohjat käytyä tässä vähän laajemmin kanssa.)
Eräs ehdottomasti mielenkiintoisin ydinfysiikan salatuista osista on
kuorimalliteorian olemassaolo. Aihe on mitä tarkimmin salattu ja siksi siis
kuuma kohde. Yksinkertaistaen pitäisi oivaltaa mikä konkretisoi
atomiytimessä sen kyvyn imaista itseensä suoraa säteilyenergiaa ja purkaa
sitä jopa pitkällä viiveellä ympäristöön, tämä on asian ydin.
Perusajatukseltaan käsite kvanttimaailma tarkoittaa nimenomaan sitä, että
pitää olla tietyn suuruinen energian kokonaispaketti saatavilla, jotta
tietty reaktio tapahtuisi. Systeemi on siis digitaalinen. Ensin ei ole
reaktiota ja sitten taas se etenee vain täysillä. Mutta mikä on se mekanismi
joka varastoi atomin ydinrakenteisiin sinne kasautuvaa energiaa e n n e n
kun mitään ulospäin näkyvää tapahtuu? Juuri tätä varten oli luotava
käsitteistö ja peruskaaviot jotka kertoivat konkreettisesti missä
puolitäysinäinen energia oli atomissa, ennen kuin kvantittui yhtäkkiä
piilostaan näkyväksi. Tähän antaa vastauksen mallit kuorimalliteorioista.
Minua on jo alusta asti ihmetyttänyt miksi kaikki muut alkuaineet sitovat
tätä Malenkan energiaa, muttei juuri vety? Pekka Jauhon Atomi ja
ydinfysiikkakirja ja niinikään STUK:n Säteily ja turvallisuus antavat
ensimmäiset vinkit: "Koska tavallisen vedyn H-1 ytimessä ei ole
viritystiloja, ei kimmoton sironta vedystä ole mahdollinen." Jauho
puolestaan neutronin perusominaisuudesta näin:" Neutronin keskimääräinen
elinikä ytimen ulkona on 1,01*10^3s. Neutronilla on isotooppinen spin ja
sen komponentti!" Tästä alkaa aukenemaan. Neutronin magneettimomentti on +-
1,913148 myy n. Ja elektronin puolikas tästä vastaavasta +- 1,001609* myy B.
Protonin elinaika on taas ääretön. Mikä tekee sen neutronia
passiivisemmaksi ydinvirittymisissä kuten vety jo osaltaan osoitti.
Elektroni ja protoni on yhdessä sama kuin neutroni. Mikä tässä näennäisesti
sotkee pelkistystä on prosessin syytämät neutriinot ja positronit. Niistä
alla tarkemmin.
Esim. beeta+ hajoamisessa pitää lähtöytimessä olla vähintään k a h d e n
elektronin massalla ylittyvä jäännösydin. Parinmuodostuksessa taas fotonin
energia arvo on 2m e c^2=1,022MeV. Liike-energiasta jää yli E myy-2 m e c^2.
Systeemissä energiansa arvoinen ytimeen joutunut fotoni häviää muodostaen
suoraan elektronin ja positronin (negatoni ja positoni) menettäen energiansa
beetahajoamisen tavoin. Sekä kaksi vastakkaiseen suuntaan lähtevää 0,511MeV
fotonia. Tälle määrälle on myös keskeistä, että atomin sisäisten
radioaktiivisten energiamuutosten gammapurskeet ovat tyypillisesti mainitun
1MeV suuruusluokkaisia. Neutronin minimi fissiointienergia on 0,5MeV.
Elektronin lepoenergia m e c^2 on myös 0,511MeV.
Kuten huomasimme 0,5MeV on a i v a n keskeinen elementtitaso protonin ja
neutronin välisissä muutoksissa. Niin ikään myös kun neutroni purkaa
itsestään elektronin beeta - reaktiossaan jättäen atomiin protonin. Jotta
tapahtumassa impulssimomentti reaktiossa ei säily otetaan prosessiin mukaan
Paulin (anti-)neutriinon muodostus. Neutriino on puolilukuinen, ei ionisoi
ja sen varaus on nolla. Tätä vaatii myös energian säilymislaki. Ja toki myös
beeta + reaktio emittoimalla puolestaan positronin ja neutriinon muuttuu
neutroniksi vain ytimessä ja sisältäessään jo mainitut vähintään kahden
elektronin massan jäännösytimen yli. Jos tämä ei toteudu energeettisesti
tapahtuu lisäksi K-kuorikaappaus Augerelektronitapauksessa. Nyt meidän pitää
ottaa Ajzenbergin kuorimallin mukainen alkuaine, vaikka nyt neon-20.
Sisältäen10 protonia ja 10 neutronia. Sitoen sisuksiinsa kuorimallien
laskeman 6,19MeV energian. Yksinkertaisen vihjeen saamme jakamalla tämä
varastoitumisenergian 6,19MeV/10= 0,619MeV jokaista ytimen neutronia kohden!
Enemmän kuin mielenkiintoista ja kyseessä ei aivan varmasti ole sattuma
koska. Argon -36 vastaava 10,76MeV/18= 0,6MeV miltei t ä s m ä l l e e n
sama luku. Ja jatkamme yhä. Hiili C-14 vastaava 5,13MeV/8= 0,64MeV. Tässä
ilmentyy hyvin atomin sisäänrakennettu perusydinkuorirakenne. Kuten tiedämme
atomiytimessä neutronit toimivat pareina. Mainitussa jokainen neutroni
kykenee sitomaan sisäänsä vahvavoimien auttamana klassisen
elektronilepomassaisen mm. beetasta tutun hajoamisenergiapuolikkaan. Tästä
on kyse.
Mistä puolestaan kertoo 0,619MeV- 0,511MeV= 0,11MeV ero? Se on
energiahävikki jonka beetahajoamiselektroni joutuu luovuttamaan atomista
poistuessaan lävistäessään K, L, M-elektronikuorien
absorptioionisaatiorajat, josta puhutaan mm. niinisanotussa sisäisessä
konversiossa. Mekanismiin kuuluu, että atomin ytimestä singahtava
säteilyenergia virittää ja kvantittaa kyseisten kuorien elektronit syytämään
esim. K-kuorielektroneille tyypillisesti 0,1Mev röntgenmaksimipurskeen.
Tässä meille on selkeä ja järkeenkäypä perusmallinnus siitä mitä näissä
tarkoin salatuissa kuorimalleissa ja ne löytäneiden Nobelistien papereissa
on lukenut, ei tämä sen vaikeampaa tokin ole. Kyse on näin toteennäytetysti
esiin laskemastani selkeästä faktatusta matemaattisesta näytöstä. Mitä
loogisimmasta peruskivijalasta minkä varaan joskus 50-luvulta lähtien
Malenka, Ajzenberg, Lauritsen, Maria Göppert- Mayer, Hans Daniel Jensen ja
Eugen Wigner alkoivat hahmottaa koko keskeistä kuorimalliteoriaansa. On
ajallemme mitä suurin häpeä, miten näiden mainittujen henkilöiden edes nimeä
ei tunnusteta, saati keskustella heidän tieteellisesti sinällään
ansiokkaista löydöksistään alalla. Miksi näin toimitaan? Koska testiajot on
piilotettava niiden kertoessa konkreettisesti ydinmaailman salatuinta kykyä
tuhota maailmamme jatkuvasti ohi näennäismittaustulosten virtaavalla
säteilyenergiallaan!
--------------
****2 Kuorilaskennan saloista.
Kuten jo ylläolevasta hahmotimme koko isomeerisesti virittyvän
kvanttimaailman priimusmoottorina on keskeinen käsite atomin ytimissä
pareina energiaa sisuksiinsa kasaavista neutroneista. Mekaniikkaa voisi
esittää havainnollisesti vaikka kahden pyörän hihnavetoparina. Näin kaksi
erillistä neutronia alkeiskoneena kykenee selkeään ja konkreettiseen
vuorovaikutukseen. Tämän perussysteemin tehoksi hahmotimme niinikään kahden
elektronin massaenergian sisältäneen alkeisgeneraattorin. Kukin neutroni
hallinnoi sisäiseen virittymiseen 0,5MeV suuruisen perustan. Ja kun kaksi
tälläistä yhdistetään saamme kuten luvimme keskeisimmät
ydinkvanttitasomuuokset esittävän perustiilipaketin. Eli puhutaan 1MeV
kvanttimaailmasta. Lainataan tähän pätkä STUK:n kirjasta: "Muutamissa
nukleodeissa absorpoituvan neutronin sidosenergia on suurempi kuin fission
kynnysenergia. Tällöin hidas terminen neutroni voi aiheuttaa fission.
Tällaisia (fissiokelpoisia, termineutronitoimivia fissiileitä) on mm. U-233,
U-235 ja Pu-239. Näissä ytimissä on parillinen määrä protoneja, mutta
pariton määrä neutroneja, ja kaapattu neutroni voi muodostaa parin ytimen
parittoman neutronin kanssa. Jolloin vapautuva pariutumisenergia on
käytettävissä ytimen viritykseen. Eräissä muissa tapauksissa kuten U-238,
fission voi aiheuttaa vain nopea neutroni. Eli kaapatun sidosenergian
lisäksi tarvitaan (tutusti) 1MeV kineettistä energiaa jotta väliytimen
viritysenergia ylittäisi fission kynnysenergian."
Totta kai on selvää, että jos vielä 70-luvulle tultaessa yhä edelleen
ydinfyysikkojen suurin osa, kuten Pekka Jauho totesi yhä puuhasteli näiden
kuorimalliteorioiden ja niihin liittyvien lainalaisuuksien parissa
mittauksiaan ja atomien säteilyenergiasitomiskykyjen parissa , niin systeemi
mutkistui tarkentuessaan. Kun atomin sisään muodostuu useissa kerroksissa
elektronikuorimallisesti toisiaan osin, tai kokonaan peittäviä neutronien ja
protonien kenttiä keskimääräinen ulospäin sieltä päässyt energia
kynnysenergisoitui monimutkaisempiin peittolaskelmiinsa. Aivan kuten jo
elektronien eri aineille tyypillisten Moseleyn lain mukaiset
spektriviivakadoissa tapahtui. Ja juuri nämä mekanismit aiheuttavat osaltaan
myös sen, miksei raskaampien kasvanut neutronimäärä aiheuta lineaarisesti ja
loogisesti kasvavaa sitomiskykyä. Niinikään ytimessä on lisäksi
elektronikuorista poiketen erilaista peruspeittoa protoni ja neutroni, jotka
esiintyvät vielä parinmuodostuksin.
Otetaan jatkotutkimukseen tilanteita joissa kuorimallienergian kanssa tulee
sama muu energia. Fotoydinreaktiossa kerrotaan energia jossa ytimeen
absorpoituva kvanttifotoni aiheuttaa nukleonin irrotuksen. C- 13
kynnysenergian sanotaan olevan alle 5MeV, kun vastaava kuorimallienergia on
5,317Mev. "Epäelastisella sironnalla eli (n, n´)-reaktiolla tarkoitetaan
törmäystä, jossa osa neutronin liike-energiasta kuluu ytimen siirtämiseen
viritystilaan. Neutronin osuessa kohdeytimeen muodostuu virittynyt ydin.
Epäelastisen sironnan kynnysenergia raskaille ja keskiraskaille ytimille
tyypillisesti 0.1-1MeV ja keveillä ytimillä muutama MeV. Fission
neutronikaappauksessa syntyvän väliytimen energian pitää olla 4-6MeV.
Esimerkiksi O-16 tapauksessa kynnysenergia 6MeV. Toisaalta O-13
kuorimallivaraustaso on 5.13MeV. Kuorimallienergia samalle 3,116MeV.
Kuorimallin perusajatus on ymmärtää atomin ydinrakenne t i s m a l l e e n
samalla tavalla 7 erilliseen kuorirakenteeseen asettuneena kuin
elektroneista tutut K, L, M, N, O, P ja Q 7 erilliset kuoret. Jopa niin
tarkoin, että jokaisella elektronilla on ytimestään määriteltävä
vastinnuklidinsa. Otamme käyttöön jalokaasuista saamamme kuorikapasiteetin
kasvun selkeän peruskaavan. Laskemme kasvavien neutronien suunnilleen
muodostuvan varastointikykylisän lineaarisen osuutena mukaan. Aiemmin
kerroin, että protoni on säteilyenergiavarastona selkeästi neutronia
passiivisempi. Näin pitkälti on. Vielä eräs keskeinen vaikutin, vaikka
protoni kykenee toki hajoamaan, niin sen hajoaminen muuttaa aineen toiseksi
ja silloin emme puhu enää samasta aineesta josta lähdimme alunalkaen
liikkeelle.
Muita eräitä selkeitä poikkeuksia on kuten elektronikuoren sisin
K-kuorikerroselektronien synnyttävät rajuimman jopa 10 kertaa muita kuoria
isommat 100 000eV röntgenpurskeet. Tämä heijastuu myös erityisesti heliumin
erityisominaisuutena. Helium He-(2)/4 on 2,96MeV/4= 0,74MeV. Aktivoitunut
alfaydin tyypillisesti jopa 11MeV energiallaan kun kuljettaa mukanaan
heliumytimen sisältämät näin myös kaksi protonia. On niinikään mainittava
auringon ionisoituneen vedyn heliumiksi muuttavan prosessifuusion sinkoavan
maapalloa kohden massiivisen protonisäteilyenergiapilven. Protoni siis
erityistilanteissa kykenee selkeään säteilyvarastointipiirteeseen myös.
Näillä selittyy perusta miksi juuri heliumydinsisustainen on suhteellisen
suuri säteilyn varastointikykykuljettaja alkuaineasteikon vedyn
neutronikantajavapaan nollakapasiteetin jälkeen.
---------------
*****III Kuorimallien maailman ensi-ilta.
Seuraava taulukko on maailman ensi-ilta julkisuudessa jolloin annetaan
selkein faktoin laskettuna j o k a i s e n perusalkuaineen matemaattisesti
todennettava kyky varastoida itseensä säteilyenergiaa. Isotooppien
tapauksessa arvot toki ylittyvät toisinaan rajusti. Niinikään myös erinäiset
säteilyenergian takia tapahtuvat aineiden muuttumiset alkuaineista
toisikseen mutkistavat tilannetta entisestään. Lähtökohtaisesti kyse on
testitulosten perusteella saaduista maailman eräästä tarkimmin salatusta
Malenkan -kuorimallin mukaisista loogisista energiavarastoitumisarvioista.
Joten kyseessä on siis historiallisen harvinainen taulukko, jolla on mm.
tärkeä sanoma siinä mekanismissa, jonka avulla ydinteollisuus on nostanut
vain muutamissa vuosikymmenissä biodiversiteettimme taustasäteilyarvoja
0,6mSv tasosta nykyiseen todellisuudessa kymmenkertaistuneeseen arvoonsa.
Mainittakoon vielä keskeinen perussanoma. Alkuaineista v a i n vedyn
ytimelle ei kerrota virallista säteilyn sitomiskykyä. Mutta vety esim.
sitoessaan neutronin ytimeensä varastoi silti 2,2MeV kaappausenergian.
Z-arvo/ Alkuaine/ Kuorimalliteoriasta saatava säteilynsiirtokapasiteetti
arvio.
1 H 0 MeV 2 He 2,96 MeV
---------------------
3 Li 5,20 " 4 Be 3,77 "
5 B 11,613 " 6 C 10,264 "
7 N 4,98 " 8 O 3,116 "
9 F 5,79 " 10 Ne 6,19 "
--------------------
11 Na 6,76 " 12 Mg 7,33 "
13 Al 7,9 " 14 Si 8,47 "
15 P 9,05 " 16 S 9,62 "
17 Cl 10,19 " 18 Ar 10,76 "
--------------------
19 K 10,83 " 20 Ca 10,91 "
21 Sc 10,98 " 22 Ti 11,06 "
23 V 11,13 " 24 Cr 11,2 "
25 Mn 11,27 " 26 Fe 11,37 "
27 Co 11,43 " 28 Ni 11,51 "
29 Cu 11,58 " 30 Zn 11,66 "
31 Ga 11,73 " 32 Ge 11,80 "
33 As 11,88 " 34 Se 11,85 "
35 Br 12,03 " 36 Kr 12,1 "
--------------------
37 Rb 12,33 " 38 Sr 12,56 "
39 Y 12,79 " 40 Zr 13,02 "
41 Nb 13,26 " 42 Mo 13,49 "
43 Tc 13,72 " 44 Ru 13,95 "
45 Rh 14,18 " 46 Pd 14,41 " N/Z neutronisuhde= 1.3
47 Ag 14,64 " 48 Cd 14,87 "
49 In 15,1 " 50 Sn 15,33 "
51 Sb 15,57 " 52 Te 15,8 "
53 J 16,03 " 54 Xe 16,25 "
--------------------
55 Cs 16,4 " 56 Ba 16.55 "
57 La 16,69 " 58 Ce 16,84 "
59 Pr 16,99 " 60 Nd 17,14 "
61 Pm 17,29 " 62 Sm 17,43 "
63 Eu 17,58 " 64 Gd 17,73 "
65 Tb 17,88 " 66 Dy 18.03 "
67 Ho 18,17 " 68 Er 18,32 "
69 Tm 18,47 " 70 Yb 18,62 "
71 Lu 18,77 " 72 Hf 18,91 "
73 Ta 19,06 " 74 W 19,21 "
75 Re 19,36 " 76 Os 19,51 "
77 Ir 19,65 " 78 Pt 19,8 "
79 Au 19,95 " 80 Hg 20,1 "
81 Tl 20,25 " 82 Pb 20,39 "
83 Bi 20,54 " 84 Po 20,69 "
85 At 20,84 " 86 Rn 21 "
--------------------
87 Fr 21,15 " 88 Ra 21,3 " N/Z neutronisuhde= 1,55
89 Ac 21,44 " 90 Th 21,59 "
91 Pa 21,74 " 92 U 21,89 "
93 Np 22.04 " 94 Pu 22,19 "
.NE.O.