How big is Uraani aatomituum?

Uraani aatomituum on uraani aatomi keskpunkt. Selles on 92 prootonit ning kõige levinumas liigis, uraan-238-s, 146 neutronit. Selle läbimõõt on umbes 12 femtomeetrit, mõõdetuna laenguraadiuse kahekordse väärtusena; laenguraadius on tuuma elektrilaengu keskmine raadius. Femtomeeter on meetri miljardiku miljondik (10⁻¹⁵ meetrit).

Suurus

Tuumal pole selget piiri, seetõttu antakse selle suurus laenguraadiusena. Uraan-238 puhul annab Rahvusvahelise Aatomienergiaagentuuri (IAEA) peetav tuumaraadiuste tabel väärtuseks 5,857 femtomeetrit, mis on teada täpsusega, mis on parem kui 0,1%. Seega on tuuma läbimõõt 11,7 femtomeetrit. Uraan-235, milles on kolm neutronit vähem, on väga veidi väiksem: selle läbimõõt on 11,67 femtomeetrit.

Uraani tuumas on neutroneid palju rohkem kui prootoneid. Prootonid tõukavad üksteist oma elektrilaenguga eemale, kuid kõik prootonid ja neutronid tõmbavad oma lähimaid naabreid enda poole tugeva tuumajõu abil. Raskes tuumas on lisaneutroneid vaja selleks, et elektriline tõuge tuuma lõhki ei rebiks.

Suuruste võrdlused

• Uraan-238 tuum on umbes 7 korda laiem kui üksik prooton, mille läbimõõt on umbes 1,7 femtomeetrit, kuigi tuumas on kokku 238 prootonit ja neutronit.
• Uraani tuum on umbes 3,5 korda laiem kui heeliumi tuum, mille läbimõõt on umbes 3,4 femtomeetrit, kuid osakesi on selles umbes 60 korda rohkem.
• Kui uraani tuum oleks suurendatud korvpalli suuruseks, oleks prooton samas mõõtkavas umbes 3,4 sentimeetrit lai, umbes pool tennisepalli laiusest.
• Vesiniku aatom, mille läbimõõt on umbes 0,1 nanomeetrit, on umbes 9 000 korda laiem kui uraani tuum. Nanomeeter on meetri miljardik.

Väga aeglane lagunemine

Uraan-238 on radioaktiivne, kuid laguneb äärmiselt aeglaselt. Selle poolestusaeg, see tähendab aeg, mille jooksul laguneb pool proovist, on 4,47 miljardit aastat. Maa vanus on umbes 4,54 miljardit aastat, seega on umbes pool uraan-238-st, millega Maa tekkis, endiselt alles.

Uraan-238 laguneb nii, et sellest paiskub välja alfaosake, mis on heeliumi tuum. Sellele järgneb veel lagunemiste ahel, mis lõpeb plii-206-ga. Geoloogid kasutavad seda ahelat ja sarnast ahelat, mis algab uraan-235-st, kivimite ja Maa enda vanuse mõõtmiseks.

Uraani lõhustamine

Uraan-235 moodustab umbes 0,72% looduslikust uraanist. Selle tuumad lõhustuvad kergesti, kui neid tabab neutron. Iga lõhustumine vabastab energiat ja veel neutroneid, mis võivad omakorda lõhustada teisi tuumi, nii tekibki ahelreaktsioon. USA tuumaelektrijaamad juhivad seda reaktsiooni, et saada soojust elektri tootmiseks, kasutades kütust, mis on rikastatud nii, et uraan-235 osakaal on selles 3–5%.

Allikad

• Nuclear Charge Radii. International Atomic Energy Agency, 2013.
• Live Chart of Nuclides: uranium-238 ground state. International Atomic Energy Agency.
• Uranium. Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights.
• Properties of Nuclei. In University Physics Volume 3. OpenStax, 2016.
• Age of the Earth. U.S. Geological Survey, 2007.
• Nuclear explained. U.S. Energy Information Administration.
• The nuclear fuel cycle. U.S. Energy Information Administration.
• Proton rms charge radius. NIST, 2022 CODATA recommended values, 2024.
• Alpha particle rms charge radius. NIST, 2022 CODATA recommended values, 2024.
• Bohr radius. NIST, 2022 CODATA recommended values, 2024.
• Just How Small Is "Nano"?. National Nanotechnology Initiative.
• Official Basketball Rules 2026: Basketball Equipment. FIBA, 2026.
• Rules of Tennis 2026. International Tennis Federation, 2026.