Atomi

Muo­dos­tum­me kaik­ki ato­meis­ta. Itse asi­as­sa ei meis­sä muu­ta ole­kaan. Ke­hos­sam­me on eri­lai­sia hap­pi-, hii­li-, vety-, typ­pi-, fos­fo­ri-, ka­lium- ym. ato­me­ja yh­teen­sä noin 4 000 000 000 000 000 000 000 000 000 kap­pa­let­ta (lau­su­taan 4000 kvad­ril­joo­naa). Meis­sä on ato­me­ja sa­to­ja ker­to­ja enem­män kuin vesi­pi­sa­roi­ta maa­il­man kai­kis­sa me­ris­sä. Ato­mit ovat läpi­mi­tal­taan noin 0,0000000001 m eli kymmenesmiljardisosan suu­ruus­luok­kaa.

Ato­min mas­sa on kes­kit­ty­nyt ato­min yti­meen. Sen koko on suu­ruus­luok­kaa 0,000 000 000 000 01 m ja ti­la­vuus vain sa­das­mil­jar­dis­osa koko ato­min ti­la­vuu­des­ta. Yti­men ym­pä­ril­lä on lä­hes tyh­jää, vain siel­lä tääl­lä viuh­too pie­nem­piä hiuk­ka­sia ni­mel­tään elekt­ro­nit, jot­ka mää­rää­vät mi­ten aine käyt­täy­tyy ke­mi­al­li­ses­ti. Laa­ja elekt­ro­ni­pil­vi koos­tuu vain muu­ta­mas­ta elekt­ro­nis­ta, jot­ka ovat niin pie­niä, ett­ei nii­den ko­koa ole ky­et­ty mit­taa­maan. Jos ydin­tä esit­täi­si 1 mm ko­koi­nen nup­pi­neu­lan pää, niin ato­mia oi­ke­as­sa mit­ta­kaa­vas­sa esit­täi­si hal­kai­si­jal­taan 10-met­ri­nen pal­lo. Kos­ka lä­hes koko ato­min mas­sa si­jait­see yti­mes­sä, on yti­men aine erit­täin ti­he­ää. Jos pu­ris­tai­sim­me koko maa­pal­lon ydin­ai­neen ti­hey­teen, sen hal­kai­si­ja pie­ne­ni­si 6 356 800 met­ris­tä noin 250 met­riin.

Koko elol­li­nen maa­il­ma ra­ken­tuu hii­li­a­to­min ym­pä­ril­le. Jo­kai­sen ih­mi­sen, eläi­men tai kas­vin jo­kai­nen solu si­säl­tää hii­li­a­to­me­ja. Syöm­me hii­li­a­to­me­ja jo­kai­sel­la ate­ri­al­la ja ve­däm­me nii­tä keuh­koi­him­me jo­kai­sel­la hen­gen­ve­dol­la. Mis­tä hii­li­a­to­mi tie­tää, että sen kuu­luu juu­ri olla hiil­tä eikä esi­mer­kik­si kul­taa? Ato­min kes­ki­pis­tees­sä ole­va pie­nen pie­ni ydin koos­tuu ydin­hiuk­ka­sis­ta, joi­ta on kah­ta la­jia: pro­to­ne­ja ja neut­ro­ne­ja. Pro­to­nien luku­mää­rä mää­rää ai­neen tyy­pin. Ve­dyl­lä on yksi pro­to­ni, he­liu­mil­la kak­si, hii­lel­lä kuu­si, uraa­nil­la 92, kul­lal­la 79 jne. He­rää­kin ky­sy­mys, voi­sim­me­ko teh­dä kul­taa jois­ta­kin hal­vem­mis­ta ai­neis­ta? Ken­ties yh­dis­tä­mäl­lä ti­naa (50 pro­to­nia) ja ku­pa­ria (29 pro­to­nia)? Se että se­koi­tam­me as­ti­as­sa ti­naa ja ku­pa­ria, ei saa ai­kaan kul­taa, sil­lä mo­lem­mat ato­mit säi­ly­vät en­nal­laan. Jos sen si­jaan on­nis­tum­me pom­mit­ta­maan ti­naa ku­pa­ril­la niin voi­mak­kaas­ti, että ku­pa­ri ydin tun­keu­tuu tina­y­ti­meen, saam­me ai­kai­sek­si kul­taa. Jy­väs­ky­län yli­o­pis­ton fy­sii­kan­lai­tok­sel­la on eri­tyi­ses­ti pe­reh­dyt­ty sel­lais­ten yti­mien, jois­sa on pal­jon pro­to­nei­ta, tuo­tan­toon hiuk­kas­kiih­dyt­ti­mien avul­la. On­gel­mia yti­mien val­mis­ta­mi­ses­sa ai­heut­taa kui­ten­kin se, että toi­set yti­met ha­jo­a­vat sa­man tien ja vain jois­tain tu­lee py­sy­viä.

Yti­mes­sä ole­vien neut­ro­nien luku­mää­rä vuo­ros­taan rat­kai­see, onko aine py­sy­vää vai ei. Py­sy­vät ydin­muo­dot ovat nii­tä, joi­ta me kut­sum­me ”ta­val­li­sik­si” tai ”ei-ra­di­o­ak­tii­vi­sik­si”. Jot­ta ydin oli­si py­sy­vä, on sii­nä neut­ro­ne­ja ol­ta­va suun­nil­leen sa­man ver­ran tai enem­män kuin pro­to­ne­ja. Täl­löin po­si­tii­vi­ses­ti va­rau­tu­neet pro­to­nit ei­vät pää­se hyl­ki­mään toi­si­aan. Mut­ta jos yti­mes­sä on vää­rä mää­rä neut­ro­ne­ja, se ”stres­saan­tuu”. Täl­lai­nen ydin on niin jän­nit­ty­nyt, ett­ei se ker­ta kaik­ki­aan pysy ka­sas­sa. Mitä nu­rin­ku­ri­sem­pi neut­ro­ni­mää­rä, sitä voi­mak­kaam­pi stres­si­tila, ja sitä no­pe­am­min ydin pur­kaa yli­mää­räi­sen ener­gi­an­sa sä­tei­ly­puls­sin muo­dos­sa. Täl­lais­ta ai­net­ta sa­no­taan ra­di­o­ak­tii­vi­sek­si. Ra­di­o­ak­tii­vi­suus siis riip­puu yti­men ra­ken­tees­ta.