Noter om radioaktivitet og strøm

NOTER TIL RADIOAKTIVITET mandag den 4. april 2016 12.00 - Radioaktivitet er omdannelse af grundstoffer - Radioaktivitet er omdannelse af ustabile atomkerner - De grå er ikke radioaktive, de er stabile, de kan ikke blive omdannet. - De grønne indikere et alfahenfald (Alfastråling har store heliumkerner, der er store og derfor bliver de hurtigt bremset af næsten alle materialer -fx papir.) - De blå indikere et negativt betaanfald (udsender elektroner) - De røde indikere et positivt betaanfald (udsender elektroner) - Hvis man fx tager Zink, så skal man tage det dobbelte af dens atomnummer. Zinks atomnummer er 30 derfor skal man kigge på 60 på isotoptabbellen og finde de grå på den linje. - For at finde neutronerne i et isotop, skal man minusse grundstoffets atomnummer med kernetallet. Isotop= samme grundstof atomnummer men med forskelligt antal neutroner i kernen. Ioniserende stråling er i visse former skadelig for levende organismer Først kommer alfastråling, så betastråling, så gamma stråling Betastråling Uran er grundstof 92 Radioaktivitet -Omdannelse af ustabile atomkerner under udsendelse af ioniserende stråling i form af partikler -En naturlig proces i naturen -Sker over en tid -Når et radioaktivt stof udsender stråling, sker der en overførsel af energi, til det stof strålingen rammer -Hvis en person udsættes for stråling, anvender man normalt måleenheden sievert (Sv) til at angive, hvor stor en strålingsdosis personen har været udsat for - De strålingsdoser, mennesker udsættes for, er normalt meget små og angives i millisievert (mSv) eller mikrosivert (?Sv) Radioaktive grundstoffer -I et radioaktivt grundstof er atomkernerne ustabile, og de kan ændre sig samtidig med, at der udsendes stråling -I Grundstoffernes Periodesystem kan man se, at alle grundstoffer med et protontal større end 83 er radioaktive - Når der er mere end 83 protoner i atomkernen, bliver de elektriske frastødningskræfter mellem protonerne nemlig så store, at kernen bliver ustabil -Eksempler på radioaktive grundstoffer: uran (U), thorium (Th) og radon (Ra) Ioniserende stråling -Er visse former skadelig -I industrien anvender man ioniserende stråling til mange forskellige ting - Det kan f.eks. være til at spore utætheder i varme- og vandrør, til at måle materialetykkelser, til påfyldning af væsker på dåser og til at dræbe bakterier. Alfahenfald og alfapartikler -Grøn -Sker under udsendelse af heliumkerner - Alfapartikler er altså heliumkerner -De er "store" hvorfor de hurtigt lader sig bremse af næsten alle materialer - fx papir -Det er partikelstråling -Her sker der en grundstofændring -En alfapartikel består af to protoner og to neutroner -Dens masse er 4 u, da både protoner og neutroner har en masse på 1 u -Ved et alfahenfald udsender en atomkerne en alfapartikel, 4/2He, der består af to protoner og to neutroner - Ved henfaldet sker der en kerneomdannelse -Alfapartiklers masse er ca. 8.000 gange større end elektronens -I luft skaber en alfapartikel ca. 40.000 ioner pr. Cm -Et stykke papir kan stoppe alfapartikler -Kan ionisere mange atomer Betahenfald og betapartikler -Blå=beta minus -Udsendelse/strøm af elektroner fra atomkernen -Sker under omdannelse af neutroner til protoner og elektroner -Der udsendes en elektron eller en positron -Der findes både beta minus (B-) og beta (B+) plus -Det er partikelstråling -Her sker der en grundstofændring -En betapartikel er en elektron -Betapartikler er elektroner, og de er ikke nær så ioniserende som alfapartikler -I luft skaber en betapartikel kun omkring 50-150 ioner pr. Cm -Et tyndt stykke aluminium kan stoppe betapartikler -Betapartiklerne har en ret stor ioniseringsevne og dermed en kort rækkevidde, så de kan ikke spores med geigertælleren -Kan ionisere mange atomer Gammastråling og gammapartikler -Det er elektromagnetisk stråling -Her sker der en ændring i atomkernens energi -Består af fotoner -Kan ionisere et enkelt atom -Der skal tykke blylag til for at stoppe gammastråling -Gammapartikler kan trænge igennem alt materiale som f.eks. rør, væske og jord Kernetal = protontal + neutrontal Atomnummer = protontal Kernetal symbol Protontal Isotop og isotopsporing -Forskellige varianter af det samme grundstof -Protontallet er ens, men neutrontallet er forskelligt -Det er kun tilladt at bruge isotopsporing, hvis andre teknikker ikke kan bruges Radioaktive gasser -Eksempel: Radon (Ra) - Radon dannes ved, at uran (U) og thorium (Th) gennem flere trin omdannes til andre radioaktive grundstoffer herunder radon Strålingsdosis -Den årlige strålingsdosis, en person i Danmark modtager fra radon, svinger fra 0,5 mSv til 8 mSv - Strålingsdosen afhænger af, hvor i landet personens bolig ligger, måden boligen er bygget på, og hvor ofte luften i boligen udskiftes Kosmisk stråling -Den kosmiske stråling kommer fra Solen og fra stjernerne i vores galakse -Hovedkilden til strålingen er supernovaeksplosioner (en stjerne der eksploderer) -Jordens atmosfære beskytter os mod den kosmiske stråling Radioaktivt henfald -Når et grundstof er radioaktivt, er dets atomkerner ustabile. En ustabil atomkerne kan spontant udsende en alfapartikel, en betapartikel eller en foton. Det kaldes også et henfald Foton -En foton kan betragtes som en lille bølgepakke af elektromagnetisk stråling, hvor bølgepakken har en bestemt bølgelængde og frekvens Energioverskud -Markeres med en stjerne Halveringstid -Halveringstid er den tid, der går, før halvdelen af et radioaktivt stof er henfaldet til et nyt stof -Iodisotopen har en halveringstid på 8 dage. Det betyder, at hvis man har 100 g, vil der efter 8 dage være 50 g tilbage. Efter yderligere 8 dage vil der være 25 g tilbage, og efter 8 dage mere vil der kun være 12,5 g tilbage. -Mængden af det radioaktive iod bliver mindre og mindre, men det forsvinder aldrig helt -Halveringstiderne er meget forskellig for de radioaktive stoffer Aktivitet -Hvor mange atomkerner der henfalder pr. sekund Henfald -Henfald beskriver hvordan antallet af tilbageværende kerner i et radioaktivt stof aftager med tiden -Alle radioaktive atomkerner henfalder på et eller andet tidspunkt, det er bare umuligt at forudsige hvornår. Halveringstiden er derfor en angivelse af sandsynligheden for, hvornår det sker I radioaktive stoffer med kort halveringstid er sandsynligheden for at én bestemt atomkerne henfalder meget større end i et stof med lang halveringstid Henfaldsserie -Når den stabile blyistop dannes, kaldes det en henfaldsserie -Der er tre naturlige henfaldsserier: uran, thorium og actinium Ioniserede partikler -En partikel, der bevæger sig gennem et stof, støder på et eller andet tidspunkt ind i en elektron fra et af stoffets atomer - Hvis partiklen har tilstrækkelig høj energi, kan den ved sammenstødet skyde elektronen væk fra dens bane om atomkernen -Partikler, der kan skyde elektroner væk fra en atomkerne, kaldes ioniserende - Alfapartikler, betapartikler og fotoner er ioniserende partikler, fordi de ved sammenstød med elektroner kan ionisere atomer Geigertæller -Man kan registrere ioniserende stråling med en geigertæller Ion -Atom der har optaget eller afgivet en eller flere elektroner, og derved fået en elektrisk ladning Materialetykkelsen -Man kan anvende beta- og gammastråling til at måle materialetykkelsen -Teknikken er ens, uanset om det er metalplader, stof, plastfolie eller et hvilket helst andet materiale, det drejer sig om Sporing af utætheder -Hvis der i bygninger opstår utætheder på skjulte vand-, varme- eller kloakrør, kan man bruge det radioaktive stof brom-82 til at spore utætheden - Det radioaktive stof pumpes ind i rørsystemet, og efter et stykke tid skylles rørene rene for stoffet - Der hvor utætheden er, vil en lille smule af det radioaktive brom -82 trænge ud, og stedet kan efterfølgende spores med en geigertæller - Teknikken kaldes isotopsporing -Brom-82 udsender både betapartikler og gammapartikler -Brom-82 har en relativ kort halveringstid på kun 35,3 tim, så brom-82 vil hurtigt henfalde og forsvinde helt fra rørene og jordbunden -Betapartiklerne har en ret stor ioniseringsevne og dermed en kort rækkevidde, så de kan ikke spores med geigertælleren Væske i beholdere -Når man i industrien f.eks. fylder sodavand på dåse, mælk i karton eller vin på flaske er det vigtigt, at indholdet bliver afmålt præcist - her kan man styre påfyldningen med beta- eller gammastråler, det er både en billig, hurtig og meget driftssikker metode -Ved påfyldningen sidder der en beta- eller en gammakilde på den ene side af flasken og en geigertæller på den anden -Når man fylder sodavand på flaske, kan man bruge en gammakilde