3. • 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:
17
8
O dvs. ilt med 9 neutroner
18
8
O dvs. ilt med 10 neutroner
23
11
Na dvs. natrium med 12 neutroner
4. • 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
5. 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.
8. •
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
9. 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.
10.
11.
12. Strålingstyper
α - stråling:
Består af en alfa partikel
Alfa partikel = en helium kerne uden elektroner
2 protoner
2
neutroner
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.
13. Strålingstyper
β - 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
14. Strålingstyper
γ - 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
15.
16. Halveringstid
14
Kulstof 14 6 C
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 2. halvering
1000 Bq 500 Bq 250 Bq
0 år 5600 år 5600 år mere
Altså er det ( 5600 + 5600 ) = 11200 år siden liget døde
17. Enheder for stråling
3 betegnelser for stråling:
Bequerel ( Bq ) : antal henfald pr. sek. ( partikler/stråler pr. sek. )
Gray ( Gy ) : energi størrelse ( Joule/kg )
Sievert ( Sv ) : skadesvirkning ( størrelsen på den udrettede skade )
f.eks. α = 10
Kvalitetsfaktor
β=1 betegnes Q
γ = 10
Sv udregnes ved at sige Gy * Q
18. Biologisk virkning
3 typer af stråling:
α - stråling: helium kerne positivt elektrisk ladet
β - stråling: elektron negativ elektrisk ladet
γ - 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
19. Biologisk virkning
Hvad 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.
20. • Celler påvirkes
Biologisk virkning
• 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.
21. • Atomreaktorer
Hvad bruges det til?
• 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
22. Radioaktivt Henfald
Radioaktivt henfald:
Alfa-henfald
α- partikel :
Kernen mister 2 neutroner og 2 protoner
– dvs. massetallet falder med 4
- dvs. atomtallet falder med 2
( 238 − 4 )
238
92U→ ( 92 − 2 ) U→ Th + 2 He
234
90
4
23. Radioaktivitet
Beta-minus-henfald
Ved β--henfald omdannes en neutron til en proton, idet der
udsendes en elektron, således at den samlede elektriske ladning
er bevaret.
131
53 I → Xe + e +ν
131
54 −
0
1
Beta-plus-henfald
Ved β+-henfald omdannes en proton til en neutron, idet der
udsendes en positron (elektronens antipartikel), således at den
samlede elektriske ladning er bevaret.
18
9 F → O+ e +ν18
8 +
0
1
25. Henfald
I 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.
27. •
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
31. Ulykker på
atomkraftværker
1957 – militæranlæg
i Windscale i Storbritanien
1979 – alvorlig ulykke på et kernekraftværk
Harrisburg i USA
1986 – Tjernobylulykken i Ukraine
2011 – Fukushima kraftværket
I Fukushima,
som følge af jordskælv og Tsunami
