Radioaktivitet

Noter til side 59-80 i Prisma 9 – Radioaktivitet

En radioaktiv atomkerne er ustabil og kan udsende en partikel. Hvis det sker, ændrer atomkernen sig. Man siger, den henfalder.

Alle atomkerner med mere end 83 protoner er radioaktive. Når antallet af protoner er større end 83, bliver atomkernen ustabil, fordi kernekræfterne ikke længere kan opveje protonernes frastødning af hinanden. En atomkerne er også ustabil, hvis den har for mange eller for få neutroner i forhold til antallet af protoner. F.eks. er hydrogen-isotopen H(3-1) og kulstof-isotopen C(10-6) radioaktive, selvom de har få protoner i kernen.

Radioaktive stoffer udsender partikler, der har fart på. En partikel med fart på kan gå tværs gennem atomer, som jo mest er tomrum. Af og til støder partikler ind i en elektron, og slår den løs. Atomet mangler nu en elektron, og der er dannet en positiv ion. Den frie elektron bliver senere indfanget af et andet atom, så der også dannes en negativ ion. Partikler kaldes ioniserede partikler eller ioniserende stråler, fordi de kan producere ioner. En geiger-tæller kan registrere ioniserende stråler. Den består af et GM-rør og et tælleapparat.

Baggrundsstråling

Med geigertælleren måler vi i 100 sekunder den ioniserende stråling i fysiklokalet. Geigertælleren registrerer baggrundsstrålingen. Størstedelen af baggrundsstrålingen har en naturlig oprindelse, kun en lille del er menneskeskabt. Den naturlige baggrundsstråling stammer fra jorden, rummet og os selv. Det meste af den menneskeskabte stråling kommer fra hospital-behandlinger, f.eks. kræftbehandlinger, prøvesprængninger af atomvåben og uheld på kernekraftværker.

Stråledoser måles i Sievert, som forkortes til Sv. En milliontedel sievert = mikro-sievert, µSv.

Undergrunden indeholder altid en smule radioaktiv uran og thorium. Mængden af radioaktive stoffer er meget forskellig rundt omkring på jorden. Strålingen fra rummet kaldes også kosmisk stråling. Jordens atmosfære og magnetfelt beskytter jorden mod den kosmiske stråling. Bevæger man sig opad stiger strålingen, fordi atmosfæren bliver tyndere. I højtliggende områder og på flyrejser er strålingen væsentligt højere end ved havoverfladen.

Radon er en er en radioaktiv luftart som dannes i undergrunden og kan sive op i huse gennem jorden.

I menneskekroppen er der naturligt to radioaktive nuklider: Kulstof(14-6) og Kalium(40-19). Sammenlagt stammer omkring 20 % af baggrundsstrålingen fra menneskets egen krop.

Aktivitet måles i becquerel

Jo mere man har et radioaktivt stof, jo flere partikler udsender det. Man kan angive antallet af henfald pr. sekund. Det kaldes aktiviteten, og måleenheden er becquerel, som forkortes Bq. 1 kBq = 1.000 Bq. Hvis 10.000 af et stofs atomkerner henfalder på 1 sekund er aktiviteten 10 kBq. Man siger også, at man har 10kBq af stoffet.

Tre slags strålinger

Der eksisterer tre slags ioniserende partikler: Alfa, beta og gamma.

Alfapartikler består af to protoner og to neutroner Det er helium-kerner.

Alfapartiklens masse er på 4unit, og dens fart er ca. 19.000 km/s. Den forholdsvis store masse og den relative lave fart bevirker, at alfapartiklen er meget ioniserende. Når en alfapartiklen bevæger sig i luft skaber den ca. 40.000 ioner på 1 cm.

Betapartikler er elektroner. Betapartikler stammer ikke fra de elektroner, der kredser omkring atomkernen, men de kommer fra selve kernen. I kernen omdanner en neutron sig til en proton og en elektron, hvorefter elektronen bliver skudt ud fra kernen. Det samlede antal kernepartikler er konstant. Betapartiklen bevæger sig med lysets fart på 300.000 km/s. Den store fart bevirker, at betapartiklerne kun skaber få ioner.

Gammastråler er i familie med røntgen-stråler. De kan opfattes som elektromagnetiske bølger eller som partikler, der kaldes fotoner. Gammafotoner har mere energi end røntgenfotoner, og de er farligere. Gammapartikler er energirige fotoner.

Alfa-, beta- og gammapartikler ligner hinanden, fordi alle partikler sender elektroner i bevægelse og skaber ioner.

Man kan undersøge hvor gennemtrængende alfa-, beta- og gamma partiklerne er ved at placere forskellige materialer imellem den radioaktive kilde og geigermeteret.

Alfa partikler er lette at stoppe. Et stykke papir er tilstrækkeligt.

Beta partiklerne kommer nemt igennem et papir, men en fysikbog eller en tynd aluminiumsplade stopper partiklerne.

Gamma partiklerne kommer næsten uhindret igennem mange materialer. Hverken bøger ellers aluminium stopper dem. Tykke blyplader er dog i stand til at standse dem.

Halveringstid

Et radioaktivt stof har en halveringstid. Det er den tid, der går før halvdelen af stoffet er omdannet til et nyt stof. Hvis man f.eks. har 100 gram af radiumisotopen Ra(226-88), vil halvdelen, 50 gram, af stoffet være henfaldet om 1.600 år. Halveringstiden er derfor 1.600 år. Går der yderligere 1.600 år, er der kun 25 gram tilbage. De radioaktive stoffer har meget forskellige halveringstider.

En ustabil atomkerne vil henfalde på et eller andet tidspunkt, men det er umuligt at forudsige, hvornår det vil ske. I et radioaktivt stof med kort halveringstid er sandsynligheden for, at en bestemt atomkerne henfalder stor, mens den er lille i et stof med lang halveringstid.

Kulstof-13-metoden kan bruges til at datere fund af mennesker, dyr og planter, der levede for flere tusinde år siden.

Celler påvirkes

Når levende væv bliver ramt af ioniserende stråler, dannes der ioner i cellerne. Ionerne kan påvirke cellernes styring, så de f.eks. begynder at dele sig vildt og ukontrolleret. Cellerne bliver til kræftceller. Hvis strålerne påvirker en kønscelle, kan der opstå genetiske skade ri arvemassen, så resultat bliver misdannede børn. Testikler og æggestokke kan også blive ødelagte, så personen bliver steril.

Hvis kroppen bliver ramt udefra af ioniserende stråler, er beta- og gammastråler farligst, fordi de er mest gennemtrængende. Alfastråler kan ikke trænge gennem det yderste, ufølsomme hudlag. Dog er øjets hornhinde følsom over for alle tre slags stråler. Gammastråler er farlige både uden for og inden i kroppen, men de er ikke nær så ioniserende som alfa- og betastråler. Lige så uskadelige som alfastråler er uden for kroppen, lige så farlige er de inde i kroppen. Alfastråler er så kraftigt ioniserende, at de ødelægger de celler, som rammes.

Bestråling kan være årsag til mutationer.
Radioaktiv forurening

Atombomber og -kraftværker forurener med de radioaktive stoffer strontium-90, jod-131 og cæsium-137.

Anvendelse af stråling

Industrien og hospitalerne bruger ioniserende stråler til mange nyttige formål. Det er f.eks., hvordan strålerne bruges til at konservere fødevarer, slå kræftceller ihjel, spore beskadigede knogler, fylde varer i emballage og kontrollere papirs og ståls tykkelse.

Noter i fysik, 17/02-09

Radioaktiv stråling

Grunden til radioaktiv stråling er, at kernen er ustabil. Følgende ting kan gøre kernen ustabil:

  1. For mange protoner i kernen
    • Mere end 83 protoner i kernen går den ustabil
  1. For få neutroner i kernen
    • Den elektriske frastødningskraft bliver for stærk, hvis der ikke er neutroner nok til at ”holde kernen sammen”
  1. For mange neutroner i kernen

”Kernen vil forsøge at blive stabil ved at udsende de partikler, der gør den ustabil” (Morten Stummann)

Alfastråling

Tegn: α

Alfapartiklen består af to protoner og to neutroner. Alfapartiklen er ligesom en heliumkerne. Når en alfapartikel udsendes:

  • Falder kernetallet med 4
  • Falder protontallet med 2

Alfapartiklerne udsendes for at blive mindre – for at få sit protontal under 83.

Betastråling

Tegn: β

Betapartiklen består af 1 elektron. Betapartiklen opstår, når en neutron omdannes til en proton og en elektron: n → p + e-. Når en betapartikel udsendes:

  • Ændrer kernetallet sig ikke
  • Stiger protontallet med 1

En neutron kan dele sig og blive til en proton og en elektron. Protonen forbliver i kernen, mens elektronen sendes væk med lysets hastighed, og der skabes radioaktivitet. Derfor sendes de af kerner, der ha for mange neutroner ift. protoner.

Gamma‐stråling

Tegn: γ

Gamma‐partiklen består af fotoner (ligesom lys)

Gamma‐partiklen opstår, når kernen har et overskud af

energi f.eks. efter udsendelse af anden stråling.

3 thoughts on “Radioaktivitet

  1. Det er virkelig en god beskrivelse af det hele. Den gav mig et bedre indblik på det hele. Super!

  2. Jeg vil da bare lige sige at dette inslag er et super super super godt indslag med en hel masse ting jeg ikke forstår. Og alle de der tegn! Jeg må da sige jeg elsker dem

    Hilsen brian hansen

  3. Super fine forklaringer! Denne side har lige trukket min fysikrapport et par karakterer op. Efter at have læst dette fik jeg meget bedere styr på det, jeg før så som virkelig forvirende!
    TAK!

Leave a Reply