Atomfysik Trådkurs 7

Radioaktivitet En del ämnen är radioaktiva och ger ifrån sig strålning Strålningen varken syns eller känns Upptäcktes av Henri Becquerel Pierre och Marie Curie identifierade radioaktiva grundämnen Radioaktivitet ungefär lika med strålningsaktivitet

Radioaktiva ämnen Grundämnen som har isotoper där kärnan innehåller för mycket energi är instabila. För att göra sig av med energin och komma i balans, sänder de ut strålning. Ämnet sönderfaller. Ämnes som sönderfaller kallas radioaktiva.

Varför är atomer radioaktiva? Mellan protoner i atomkärnan finns en stark repellerande kraft. Det finns också en annan kraft som också håller ihop kärnan. Den kraften är stark om protonerna är nära varandra, som i ”små” atomer. I stora atomkärnor är den repellerande kraften starkare. Kärnan faller lättare sönder.

Radioaktivitet Om antalet protoner är ungefär lika stort som antalet neutroner : stabil kärna. ( ”Lätta” ämnen) Hos tyngre ämnen måste antalet neutroner vara fler än antalet protoner om ämnet ska vara stabilt. Alla ämnen med fler än 82 protoner är instabila och sönderfaller av sig själva. De kallas radioaktiva

Alfastrålning Radioaktivitet kan orsaka tre sorters strålning, alfa, beta och gamma. Alfastrålning består av två protoner och två neutroner När en kärna sänder ut en alfapartikel lämnar den alltså ifrån sig två protoner och två neutroner. Den återstående atomen är därför inte längre samma ämne som innan. Alfastrålning når inte långt Stoppas av ett papper Stoppas av huden, men är farligt att äta eller andas in ämnen som ger ifrån sig alfastrålning. Radon

Betastrålning Består av elektroner En neutron omvandlas till en proton och en elektron. Elektronen skickas iväg, protonen stannar kvar i kärnan. Når längre än alfastrålningen, kan stoppas av en glasruta.

Gammastrålning Bildas tillsammans med alfa och betastrålning Består av elektromagnetisk strålning (osynligt ljus) Stoppas av tjocka betongväggar eller bly

Varför är strålning farligt? Strålning från radioaktiva ämnen kan göra att elektroner slås bort från atomer och joner bildas. Strålningen är joniserande Joner är kemiskt reaktiva och kan orsaka skador på levande vävnad. Strålningen bryter sönder DNA-spiralen. Hur farlig strålningen är beror på dos, exponeringstid och vilken samman sättning strålningen har.

Hur mäter man strålning? Ett ämnes radioaktivitet mäts i Becquerell (Bq). 1Bq är ett sönderfall per sekund. Stråldosen som man utsätts för mäts i millisievert (mSv) Radioaktiv strålning kan svärta en fotografisk plåt Geiger-Muller rör Dimkammare

Halveringstid Är den tid det tar för ett radioaktivtämne att sönderdelas så att halva mängden återstår. Uran- Halveringstid 4,5 miljarder år Plutonium- Halveringstid 24000 år

Nytta med strålning Inom medicin, tex strålning av cancerceller Kol-14-metoden

Kärnreaktioner Fission Fission betyder klyvning. Betyder att man klyver atomkärnor. Sker i Kärnkraftverk och Kärnvapen. Vid klyvning av atomkärnor frigörs enorma mängder energi. Uran beskjuts med neutron. Två medeltunga kärnor och ett par lösa neutroner bildas. Massan är mindre! Har omvandlats till energi (Einstein)

Fusion Betyder sammansmältning av atomkärnor. När atomkärnorna slås ihop frigörs enorma mängder energi. Solens energi kommer från fusion. På jorden förekommer bara fusion i större skala i vätebomber. För att fusion ska kunna ske måste först extrema temperaturer och tryck uppnås

Kärnklyvning Klyvbart material (Uran eller Plutonium) En neutron skickas mot en klyvbar kärna. Atom kärnan går i bitar. Då frigörs 2-3 nya Neutroner och Energi. De nya Neutronerna klyver nya kärnor. En kedjereaktion har startats. I ett kärnkraftverk är reaktionen kontrollerad medan den i kärnvapen är okontrollerad.

Var kommer energin ifrån? (Fission) I atomkärnan finns en stark kraft (kärnkraft) som håller ihop kärnan trots att alla protoner vill stöta bort varandra. När neutronen träffar kärnan orkar den inte längre hålla ihop utan stöts isär med våldsam kraft och denna kraft övergår i rörelseenergi. Rörelseenergin sprids till omgivningen genom att partiklarna krockar med omgivande atomer. Detta upplever vi som värme.

Var kommer energin ifrån? (Fusion) Genom att slå ihop små atomkärnor (ex, H, He) till större kan man tjäna bindningsenergi. Den intjänade bindningsenergin som inte längre behövs avges.

Både vid fission och fusion är bränslets massa större före kärnreaktionen än efter. Den massa som saknas har omvandlats till energi Energin beräknas med Einsteins kända formel. E= Energin i Joule m= Massan i kg c= Ljusets hastighet i m/s

Kärnvapen Som utgångs material i kärnvapen (fission) används Uran-235 eller Plutonium-239. I dessa sker naturligt hela tiden ett visst radioaktivt sönderfall som avger fria neutroner. Genom att detonera sprängämnen runt en svär av Plutonium får man det att komprimeras. Då kommer fler av de fria neutronerna att krocka med andra kärnor som i sin tur ger upphov till fler neutroner. Man har säger att man nått kritisk massa. En kedjereaktion har startat.

Kärnkraftverk

Historia Den första kärnreaktorn startades 1942 i Chicago. Sveriges första reaktor startades 1954 i Stockholm. Båda var avsedda för forskning. Sverige fick sitt första kärnkraftverk 1971 (Oskarshamn 1) Sverige har byggt 12 kärnreaktorer.

Kärnkraftverk I en kärnreaktor utnyttjar man energin från kontrollerad kärnklyvning för att generera elektricitet. Detta sker genom att värmen som avges vid kärnklyvningen får vatten att koka. Ångan som bildas används sedan för att driva en turbin.

Hur fungerar en reaktor? 1. I reaktorn finns uranbränsle och vatten. 2. När uranet klyvs frigörs energi som värmer det omgivande vattnet. 3. Vattnet börjar koka, ånga bildas. 4. Ångan leds vidare till turbinen. 5. Ångan träffar med hög hastighet turbinens skolvar. Turbinaxeln roterar med 3.000 varv per minut. 6.Turbinen driver den generator som alstrar elektriciteten. 7. Elen leds vidare via kraftledningar till de olika förbrukarna. 8. När ångan avgett sin energi i turbinen leds den vidare till kondensorn som består av ett stort antal smala rör genom vilka havsvatten pumpas. När ånga träffar utsidan av rören kondenseras den, det vill säga blir vatten. 9. Vattnet pumpas tillbaka till reaktorn där det värms upp igen för att göra ett nytt kretslopp. .

Hur styrs reaktionen? Neutroner träffar urankärnorna i bränslestavarna som klyvs och det bildas nya neutroner. Då frigörs stora mängder energi som utnyttjas för att värma vattnet. För att kedjereaktionen ska kunna ske får inte neutronerna ha för hög fart. Dom måste därför bromsas. Det görs med hjälp av vattnet som finns i reaktorn, det kallas för att vatten fungerar som en moderator. I reaktorn finns styrstavar som kontrollerar hur snabbt reaktionen sker. Styrstavarna fångar upp neutroner. Vid ett snabbstopp skjuter man in alla styrstavar till max i reaktorn och då stannar reaktionen på grund av brist på neutroner.

Säkerhet 1.Bränslet- finns i gastäta rör. 2.Reaktortanken-består av ca 20 cm tjockt stål. 3.Reaktorinneslutning-Består av 1m tjock betong med ingjuten stålplåt. 4.Reaktorbyggnaden- Ska klara stora krafter både inifrån och utifrån.

Radioaktivt Avfall När kärnbränslet är använt är det mycket radioaktivt och varmt. Transporteras till mellanlager där det förvaras i vattenbassänger där det får svalna och radioaktiviteten minska. (40 år). Därefter kappslas bränslet in i stora kopparcylindrar. Slutförvaras på ca 500 m djup i urberget.