Tuumaosakesed

Pärast tuuma avastamist Rutherfordi poolt, käsitleti seda pikka aega homogeense tervikuna, mille mõõtmeteks hinnati ca m.

1919. aastal õnnestus Rutherfordil tõestada, et pommitades ühte ainet positiivselt laetud alfaosakestega, muunduvad ühe aine aatomid teise aine aatomiteks, kusjuures tekkivate aatomite massid erinevad teineteisest alati vesinikuaatomi tuuma täisarvkordse massi võrra – vesiniku aatomi tuuma hakati nimetama prootoniks.

Ehkki üsna pea pärast prootoni avastamist sai selgeks, et tuumas peab lisaks prootonitele olema veel teisi, ilma elektrilaenguta osakesi, avastas inglise füüsik James Chadwick osakese – neutroni, mille mass oli samas suurusjärgus prootoni massiga, kuid millel puudus elektrilaeng alles 1932. aastal.

Prootonit ja neutronit nimetatakse ka ühe nimetusega – nukleonid ehk tuumaosakesed.

Aatomituum, mis koosneb kahest tüübist neuklonidest: prootonid (punased) ja neutronid (sinised)

Prootonite arvu tuumas (mis on võrdne elektronide arvuga elektronkattes) nimetatakse aatomituuma järjekorranumbriks ning seda tähistatakse tähega Z.

Neutronite arvu tuumas tähistatakse tähega N, nukleonide koguarvu tuumas nimetatakse massiarvuks ning tähistatakse tähega A. Seega on iga aatomituum (mille keemiline tähis on tinglikult X) määratud kahe täisarvuga:

Sageli esitatakse konkreetse massiarvuga tuuma kirjeldus kujul X-A (näiteks C-12; He-4).

Tuumajõud

Aatomituumade koospüsimist ei ole võimalik selgitada meie poolt siiani käsitletud jõudude (gravitatsioon, elektromagnetjõud) abil.

Tuumaosakeste vahel mõjuvad teistsugust liiki jõud – tuumajõud – ja seda vastastikmõju nimetatakse tuuma ehk tugevaks vastastikmõjuks.

Nukleonide vahel mõjuvad tuumajõud on elektromagnetjõududest umbes 100 korda tugevamad. Samuti on tuumajõud on väga väikese mõjuraadiusega – nad mõjuvad ainult nende nukleonide vahel, mis asuvad teineteisest umbes m kaugusel.

Seoseenergia. Massidefekt

Selleks, et liigutada tuumast välja seal sisalduvad nukleonid, tuleb osakestele rakendada tuumajõududega võrdseid (või nendest pisut suuremaid) jõudusid – osakeste liigutamiseks tuleb teha tööd.

Energiat, mis tuleb kulutada tuuma lõhkumiseks eraldiasuvateks nukleonideks, nimetatakse tuuma seoseenergiaks. Täpselt sama suur kogus energiat vabaneb tuuma moodustumisel prootonitest ja neutronitest.

On üllatav, kuid mõõtmistega tõestatud fakt, et tuumaosakeste mass eraldi võetuna on alati suurem kui neist moodustunud tuuma mass. Seda masside erinevust nimetatakse massidefektiks ning see on seoseenergia põhjuseks.

Tuumade seoseenergiat nimetatakse mõnikord ka lihtsalt tuumaenergiaks.