Atom och kärnfysik

Gasurladdningsrör Neonrör – egentligen gasurladdningsrör. Röret innehåller en gas och två elektroder. Anslut ström till röret så lyser det. Gasen bestämmer färgen på röret, ex. neon ger rött ljus

Elektronbanor Exempel väteatomen Elektronen kan bara kretsa i ”sin” bana, ex. bana 1 närmast kärnan = atomen är i sitt grundtillstånd. Upphettning av gasen är det samma som att tillföra energi. Om atomen får tillräckligt mycket energi hoppar (exciterar) elektronen ut till en bana längre ut.

Fotoner Elektronen vill alltid tillbaka till sin bana. Då den ”ramlar” tillbaka ger den tillbaka energi i form av en ljusblixt (foton). Färgen beror på mellan vilka banor elektronen faller.

Spektrum Vitt ljus som passerar genom ett prisma bildar ett spektrum. Från glödlampa – kontinuerligt spektrum Från lysrör – linjespektrum Linjespektrum ser man från en uppvärmd gas. Ex väte ser man färger inom den röda, blå och violetta delen av spektrum. Absorptionsspektrum ser man från en kall gas. Ex väte så är dess färger borta och man ser alla de andra.

Elektromagnetiska vågor Radiovågor och ljus är samma typ av vågor (elektromagnetiska vågor). Ljusvågor har kort våglängd Synligt ljus har mellan 400 nm och 800 nm < 400 nm: UV-strålning (brun av solen) Röntgenstrålning, radioaktiv strålning > 800 nm: IR-strålning (värme från solen) mikrovågor (bl.a. radar), radiovågor

Atomen I kärnan finns nukleoner: protoner (negativt laddade) neutroner (oladdade) Tillsammans med elektronerna kallas de elementarpartiklar. Atomnummer: antal protoner i kärnan Masstal: antal protoner + antal neutroner

Isotoper Alla atomkärnor i ett och samma ämne har alltid lika många protoner. Ex protium, deuterium och tritium Dessa tre är isotoper (varianter) av H. Alla isotoper av H har endast 1 elektron. De flesta grundämnena har isotoper. Ex

Radioaktivitet Enorma krafter mellan protonerna. Neutronerna ligger mellan p och jämnar ut de starka krafterna. Krafter i jämvikt – stabil kärna. De flesta grundämnena har nästan lika många p som n de är stabila. Instabil kärna sönderfaller av sig själv och bildar nya kärnor av annat grundämne. Sådana ämnen som gör så kallas radioaktiva.

Alfa-sönderfall Strålningen uppstår när kärnan sönderfaller och en del av kärnan skjuts ut. Ex U-238 (92 protoner) är en instabil kärna som skjuter ut en alfa-partikel. En alfa-partikel är egentligen en helium-kärna (2protoner och 2 neutroner). Då mister U-238 lika mycket och blir grundämnet torium (90 protoner).

Beta-sönderfall Även toriumkärnan är instabil. Den skjuter iväg en annan partikel, beta-partikel, som egentligen är en elektron. Kärnan innehåller inte elektroner men… En neutron i kärnan har omvandlats till en proton och en elektron Därför ökar atomnumret till 91 och blir ämnet protaktinium.

Gamma-strålning Vid en del sönderfall bildas även gammastrålning. Det är inga partiklar utan bara elektromagnetisk strålning, alltså vågor.

Strålningsskydd Alfa-partiklar når ca. 5 cm i luft kan stoppas av ett papper – kort räckvidd. Beta-partiklar når längre och kan stoppas av en tjock träbit. Gammastrålning kan gå genom betongväggar, effektivast är bly.

Halveringstid I ett g uran finns 2,5× 10 21 uranatomer. Alla är instabila men sönderfaller inte alla på en gång. Man kan beräkna hur lång tid det tar innan hälften av atomerna i 1g har sönderfallit = halveringstid. Alla ämnen har sin halveringstid. U-238 har halveringstiden 4,5 miljarder år.

Bequerel Lång halveringstid – låg aktivitet. Kort halveringstid – hög aktivitet. Aktiviteten mäts i Becquerel (Bq) 1 Bq = 1sönderfall/sekund

Kol-14-metoden Kol ingår i allt levande, även en liten del kol-14 som är radioaktiv. Så länge ett träd lever = lika stor andel kol-14. Såga ner det så slutar trädet ta upp kol från luften, men det sönderfaller i samma takt hela tiden. Därför minskar mängden kol-14 i takt med halveringstiden (5600 år)

Strålmiljö Marken (grundämnen) Föda (djur och växter) Bostäder (betong – radon) Medicin (röntgen) Rymden (kosmisk)

Stråldos Joniserande strålning Stråldos Filmdosimeter GM-rör Dimkammare

Fission Kärnklyvning

Fusion Hopslagning av atomkärnor