Radioaktivitet

• Følgende betegnelser anvendes når vi skal specificere en atomkerne:

• X er atomets symbol (f.eks. O eller C)• Z er atomnummeret, altså antallet af protoner (dvs. X og Z er

entydigt forbundet; har man specificeret den ene, har man samtidig specificeret den anden).

• N er antallet af neutroner• A er nukleontallet, dvs. antallet af protoner og neutroner.

Dette tal kan variere uafhængigt Z pga antallet af N. • Eksempler:

dvs. ilt med 9 neutroner

dvs. ilt med 10 neutroner

dvs. natrium med 12 neutronerNa11

23

O8

17

O8

18

Radioaktivitet• Radioaktivitet

– Ioniserende stråling• Geigertæller• Måling

– Isotoper– Hvor kommer radioaktivitet fra?

• Strålingstyper– Alfa-stråling– Beta-stråling – Minus og plus– Gamma-stråling– Halveringstid– Enheder for stråling– Nuklidkortet

• Biologisk virkning• Hvad bruges det til?

– Atomkraft– Medicinalindustrien– Fødevareindustrien– Våbenindustrien

• Forsøg

Radioaktivitet• Radiaktivitet

– Atomkerne er ustabil.– Kan udsende partikel og henfalde– Alle atomer med mere end 83 protoner er ustabile pga. at kernekræfterne ikke kan

opveje, at protonerne frastøder hinanden.

• Ioniserende stråling– De udsendte partikler støder ind i elektroner fra andre atomer og slår dem løs, der

dannes en negativ ion.– Elektronerne opfanges af andre atomer som bliver til positive ioner.– Partiklerne kaldes ioniserende partikler eller stråler.– Disse kan måles med en Geigertæller.

Radioaktivitet• Samme antal protoner men forskelligt antal neutroner.• Forskellige ”udgaver” af samme grundstof. Som eks. Har vi hydrogen atomet.• Oftest består hydrogen atomet af en proton og en elektron, men findes også med en eller to

protoner.• Reagerer ens kemisk pga. det samme antal elektroner.• Forskellen på atommassen har på isotopernes fysiske egenskaber såsom massefylde,

frysepunkt og kogepunkt.• I det periodiske system er det gennemsnittet af de forskellige isotopers atommasse der er

brugt.• Der findes i dag en stor mængde af kunstigt fremstillede isotoper, som alle er radioaktive. En

stor del af disse er affaldsprodukter fra atomreaktorer.

Masse 1u Masse 2u Masse 3u

Radioaktivitet• Hvor kommer det fra?

– Baggrundsstråling• Stråling fra joden (Uran og Thorium)• Stråling fra rummet• Atmosfæren beskytter os (kommer man højere op stiger strålingen).• Radon i boligen

– En luftart må i Danmark max. Være 200 Bq/m2 dvs. 200 henfald i sekundet pr. m2.

• Stråling fra kroppen– 2 radioaktive nuklider kulstof-14 og kalium-40.

Strålingstyper - stråling:

Består af en alfa partikel

Alfa partikel = en helium kerne uden elektroner

En alfa partikel er ”stor”, så derfor kan den standses af et tyndt papir lag eller ca. 10 cm gennem luft.Masse på 4u, bevæger sig med 19.000 km/sek.Skaber ca. 40.000 ioner på 1 cm.

2 protoner2 neutroner

Strålingstyper

- stråling :

Består af en beta partikel

Beta partikel = en elektron

En beta partikel er ca. 8000 gange mindre end en alfa partikel, derfor skal der et tykkere lag papir til at standse det ( ca. 2 kladdehæfter ).Masse ca. 1/2000u. Bevæger sig med en fart på 300.000km/sek.Skaber kun få ioner

Strålingstyper

- stråling:

Består af en gamma stråle

Gamma stråle = en energi bølge

En gamma stråle er meget lille, men indeholder meget energi, derfor skal der bly ( pga. blys massefylde – altså tætheden af stoffet ) til at standse en gamma stråle

HalveringstidKulstof 14

Halveringstid 5600 år

Alt organisk optager kulstof – optagelsen stopper ved døden

I en prøve fra i dag måles: 1000 Bq

I en prøve fra f.eks. et lig måles: 250 Bq

Ligets alder:

Start 1. halvering

C146

2. halvering

1000 Bq 0 år

500 Bq 5600 år

250 Bq 5600 år mere

Altså er det ( 5600 + 5600 ) = 11200 år siden liget døde

Enheder for stråling3 betegnelser for stråling:

Bequerel ( Bq ) : antal henfald pr. sek. ( partikler/stråler pr. sek. )

Gray ( Gy ) : energi størrelse ( Joule/kg )

f.eks.

Sievert ( Sv ) : skadesvirkning ( størrelsen på den udrettede skade )

= 10

= 1

Sv udregnes ved at sige Gy * Q

= 10

Kvalitetsfaktorbetegnes Q

Biologisk virkning3 typer af stråling:

- stråling: helium kerne positivt elektrisk ladet

- stråling: elektron negativ elektrisk ladet

- stråling: energi bølge elektrisk neutral

Strålingsfare afhænger af:

Hvilken slags stråling der er tale om

Om det er en ydre eller en indre påvirkning

Hvor stor afstanden er til strålings kilden

Hvor lang tid man er udsat for strålingen

Biologisk virkningHvad er farligst:

Ser man på de fysiske egenskaber er det helt klart gamma stråling som er farligst pga. dens evne til at gennemtrænge forskellige materialer. Men da gamma strålen ikke er specielt stor gør den ikke biologisk set særlig stor skade.

Ser man på de biologiske virkninger af strålerne er det alfa stråling, som gør mest skade pga. partiklernes størrelse. Netop fordi alfa partiklerne gør så stor skade på et lille område er de farlige. Særdeles farligt er det hvis man indtager føde, som er alfa radioaktivt – så er det pludselig de indre organer som rammes.

Biologisk virkning• Celler påvirkes• Der dannes ioner i cellerne

• Ionerne kan påvirke cellernes styring så de deler sig. Cellerne bliver til kræft.• Ved påvirkning af kønscelle kan der opstå genetiske skader på arvemassen. Resultatet bliver

misdannede børn. Testikler og æggestokke kan også blive ødelagte.

Hvad bruges det til?• Atomreaktorer

• Elproduktion• Ubåde

• Fødevareindustrien• Dræbe bakterier mm.

• Våbenindustrien• Atombombe

• Medicinalindustrien• Kræftbehandling (cobolt 60)• Sporstof til indsprøjtning i blodbanen til detektering af knoglebrud (techneticum-99).

• Genmalipulation• Forædling af planter• De fleste bygsorter er fremavlet ved bestråling af frø.

• Industrien

Radioaktivt HenfaldRadioaktivt henfald:

Alfa-henfald

- partikel : Kernen mister 2 neutroner og 2 protoner – dvs. massetallet falder med 4 - dvs. atomtallet falder med 2

HeThUU 42

23490

)4238()292(

23892

Beta-minus-henfaldVed β--henfald omdannes en neutron til en proton, idet der udsendes en elektron, således at den samlede elektriske ladning er bevaret.

eXeI 01

13154

13153

Radioaktivitet

Beta-plus-henfaldVed β+-henfald omdannes en proton til en neutron, idet der udsendes en positron (elektronens antipartikel), således at den samlede elektriske ladning er bevaret.

eOF 01

188

189

RadioaktivitetRadioaktivt henfald:

Gamma-henfald

- stråle :Kernen sender energi væk

)(23892

23892 energiUU

HenfaldI atomkernen optræder to forskellige kræfter:

Stærke kernekræfter, som virker tiltrækkende mellem både protoner og neutroner

Elektromagnetiske kræfter, som virker frastødende mellem protoner.

Dette medfører at kun atomkerner hvor der er et passende forhold mellem neutroner og protroner vil være stabile.

Kerner hvor dette forhold ikke er passende, vil før eller siden henfalde via en af processerne:

α-henfald, β-henfald eller γ-henfald

Tidsmæssigt kan disse omdannelser tage alt fra brøkdele af et sekund, til milliarder af år.

Radioaktivt HenfaldEksempel på en henfaldsserie.

Radioaktivt Henfald• Samme antal protoner men forskelligt antal neutroner.• Vi kender i dag til ca. 1440 forskellige nuklider eller atomkerner• Man kan ordne nukliderne i en koordinatsystem, hvor x-aksen er antallet af neutroner

og y-aksen er antallet af protoner. • De stabile nuklider laver en linie, denne linie bliver kaldt stabilitetslinien • Stabile nuklider skal have endnu flere neutroner, når antallet af protroner vokser. Alle

nukliderne der ligger udenfor stabilitetslinien er ustabile nuklider. • Dem der ligger over linien har for mange protoner og dem der ligger under linien har

for mange neutroner. • Ved grundstof nr. 83 slutter stabilitetslinien, det betyder at efter grundstof nr. 83 er

frastødningskræfterne blevet for store til at kernekræfterne kan holde sammen på kernen. I nuklidkortet ligger alle isotoper af samme grundstof på samme vandrette linje

Radioaktivt HenfaldAlfa henfald Beta- henfald

Alfa+ henfald

Ved gamma henfald sker der ingen masse-ændring i kernen.

Radioaktivt Henfald