Radioaktiva ämnen Föreläsning nr2 Sid

Upptäckt av en slump 1896, Fransmannen Henri Becquerel hade lagt ett salt (jonförening) som innehöll uran ovanpå en ask som innehöll en fotografisk film och placerat detta i en mörk byrålåda. Trots mörker och skyddspapper fanns en bild på den fotografiska filmen. Bequerel drog slutsatsen att saltet ( uran) måste sända ut någon slags strålning. Han kallade fenomenet radioaktivitet Han får senare en enhet uppkallad efter sig. Vilken?

Radium och polonium Marie och Pierre Curie Upptäcker några år senare ytterligare två radioaktiva ämnen: Radium och Polonium 1903 får paret Curie nobelpriset tillsammans med Henri Becquerel

Strålning kan uppkomma på flera sätt Elektromagnetisk strålning när en exciterad atom sänder ut överskottsenergi i form av fotoner då en elektron faller tillbaka till sitt ordinarie skal När en instabil atomkärna sönderfaller samtidigt som den skickar ut strålning i form av partiklar eller elektromagnetisk strålning med väldigt kort våglängd

Instabila atomkärnor Atomkärnor som har för mycket energi sönderfaller spontant. Det handlar oftast om instabila isotoper. Dessa atomkärnor kan göra sig av med energi genom att skicka ut överskottsenergi i form av partiklar eller elektromagnetisk strålning med mycket hög energi. Kortare våglängd = högre energi

Radioaktivitet Vissa grundämnen är instabila eller radioaktiva. Grundämnen som sänder iväg strålning kallas radioaktiva. Detta sker när kärnan faller sönder. Tillsammans med strålningen skickas kärnpartiklar ut En viss del av den starka kärnkraften omvandlas till rörelseenergi. Det är rörelseenergin som bestämmer hastigheten hos partikeln och energin i strålningen. Nästan alla grundämnen har någon instabil isotop

När en atomkärna (modernukleid) sönderfaller bildas en dotternukleid. Modernukleiden tappar kärnpartiklar och blir till ett annat grundämne, dotternukleid Samtidigt skickas partiklar eller högenergetisk strålning ut: Alfapartikel Betapartikel Gammastrålning

α-strålning Alfastrålning En atomkärna kan vara instabil Alfastrålning sker då en heliumkärna skickas ut från en instabil atom 4 2 He, Heliumkärnan består av två protoner och två neutroner. Vid alfastrålning skickas en heliumkärna ut från moderkärnan. En dotterkärna bildas med färre protoner och neutroner T.ex Ra  Rn He

β–strålning Betastrålning

β - och β +

Varifrån kommer elektronen vid β – sönderfall? Elektronen finns inte i neutronen från början. Elektronen skapas av den virtuella W-bosonen då en downkvark omvandlas till en upkvark. Energi omvandlas till en partikel (två st)

y-strålninggammastrålning Gammastrålning är inte en partikel utan elektromagnetisk strålning med extremt kort våglängd och extremt hög energi. Ofta sker både alfa och beta strålning samtidigt som gammastrålning skickas ut. Gamma strålning kan ske utan alfa eller betastrålning. Kärnans sammansättning av protoner och neutroner förändras inte.

Strålningens räckvidd α β γ PapperTräMetall hud

Olika farlig strålning Alfastrålning stoppas av t.ex. papper och hud och kan verka tämligen ofarlig. Men alfastrålning är särskilt farlig om vi inandas gas som innehåller alfastrålning t.ex. radongas. Betastrålning passerar hud och papper men stoppas t.ex. trä och är betydligt farligare. Gammastrålning är farligast och stoppas endast av tjock blyplåt. Alla ger joniserande strålning. Strålningen slår ut elektroner från atomer och bildar joner. Egenskaper hos atomer kan ändras betydligt när atomen blir en jon. Om atomerna i DNA-kedjan förändras kan det leda till cancer.

Exemplet uran protoner och 146 neutroner 92p + 146n 0 90p + 2p + α-partikel (Alfapartikel) 144n 0 2n 0 91p + 143n 0 e - β - -partikel (Betapartikel) Uran 238  Thorium 234  Proaktinium 234 Samtidigt skickas gammastrålning ut

Halveringstid Sönderfall sker slumpmässigt Omöjligt att bestämma när en enskild atomkärna ska sönderfalla. Halveringstid = den tid det tar för hälften av atomkärnorna att sönderfalla. Halveringstid varierar från sekunder till miljarder år

Exemplet Thorium 1000 atomer Halveringstid 24 dygn Efter 24 dygn finns 500 atomer kvar Efter ytterligare 24 dygn finns 250 kvar Efter ytterligare 24 dygn finns 125 kvar Efter nio halveringstider (216dygn) finns två kvar. Vid varje halveringstid har den sista 50% chans att klara sig.

Kol 14 metoden Kol 14 är en instabil isotop med känd halveringstid på år. Så länge ett djur eller en växt lever får den i sig både kol 12 och kol 14 via koldioxid. När organismen dör sker inget tillskott av kol 14. Genom att mäta hur stor del av kol 14 atomer som finns kvar kan man beräkna när organismen dog med en felmarginal på 50 år. Fungerar upp till ca år. Fungerar bara på material som varit levande t.ex. inte sten eller brons

Strålbehandling En tumörcell har av någon anledning börjat föröka sig ohämmat. Genom delning förökar sig cellen. Cellerna växer vilket leder till cancer. Med hjälp av joniserande strålning som riktas mycket noggrant mot tumörcellen kan cellen förstöras.

Sönderfall, Becquerel mäter aktiviteten och milli Sievert stråldosen Antal sönderfallande kärnor per sekund = Becquerel (Bq) 1 sönderfall per sekund = 1 Bq Stråldos mäts i Sievert (SV) och anger skadeverkan av strålningen. MilliSievert (mSV)

Mätning Med en geigermätare kan man mäta aktiviteten dvs hur många sönderfallsom sker per sekund. Mäts i becquerel. Den sammanlagda mängden strålning, stråldosen, kan mätas med en dosimeter. Den sammanlagda bakgrundsstrålningen är ca 5mSV (millisievert)

Stråldoser 1 mSv Dosen från en genomsnittlig röntgenundersökning. 5 mSv Normal årsdos från naturlig bakgrundsstrålning i Sverige 50 mSv Högsta tillåtna dos för personer som arbetar med strålning. 100 mSv Stor risk för fosterskador, "Abortindikationsgräns". 1 Sv Förändringar i blodbanan Sv 50% chans att överleva, procenten varierar beroende på bl.a. ålder och hälsa. 10 Sv 100% risk att dö.

Strålmiljö

Strålskyddsmyndigheten Skapar regler för hantering av radioaktiva ämnen Övervakar hanteringen Bidrar till forskning hur radioaktiva ämnen kan hanteras på ett säkert sätt. Beredskap Råd och information

Läxa Ta reda på skillnaden mellan: Röntgen Datatomografi Magnetröntgen Positronkamera Strålterapi Nästa lektion arbetar vi med instuderingsfrågorna på sid 287