Atomfysik och kärnfysik Radioaktivitet

Målet med detta arbetsområde är att du ska; känna till olika former av radioaktiv strålning veta vad som menas med ett ämnes halveringstid känna till att man kan åldersbestämma föremål med kol-14 metoden känna till hur radioaktiviteten upptäcktes.

Vad är radioaktivitet? Neutronernas uppgift är att hålla ihop kärnan så att den är stabil. En del atomkärnor är instabila. De håller ihop ett tag men går sönder eller förändras plötsligt – de sönderfaller. Det är inte bara när elektroner byter skal som en atom skickar ut strålning. Det sker även när en atomkärna förändras. Ämnen med instabila atomkärnor kallas radioaktiva ämnen.

Alfa-, beta-, och gammastrålning… …är de tre typerna av strålning man brukar mena när man pratar om radioaktiv strålning Ett annat vanligt namn på radioaktiv strålning är joniserande strålning. I alla tre fallen handlar det om att en atomkärna sönderfaller. Det är följden av sönderfallet som skiljer dem åt.

Alfastrålning När vissa atomkärnor sönderfaller skickar de iväg två protoner och två neutroner som sitter ihop. Två protoner och två neutroner är detsamma som atomkärnan i grundämnet helium (kolla i periodiska systemet). Heliumkärnor som uppkommer genom sönderfall kallas alfapartikel och strålningen kallas alfastrålning. Uran - 238 Torium

Betastrålning Som vi såg på den förra bilden bildas en toriumkärna när uran – 238 skickar ut en alfapartikel. Toriumkärnan är inte heller stabil och när den sönderfaller skickar den ut en elektron. Elektroner som uppkommer genom sönderfall kallas för betapartiklar. Men i kärnan finns ju inga elektroner?! Betasönderfall sker genom att en neutron i en atomkärna sönderfaller i en proton, en elektron, och en antineutrino.

Betastrålning

Gammastrålning Efter vissa alfa- och betasönderfall blir det ett överskott av energi. Energin skickas genast ut från kärnan som en energirik foton som kallas gammastrålning. Denna typ av strålning är så energirik att man inte kan se den med ögat.

Gammastrålning

Alltså… Sönderfall Symbol Skickar iväg Atomnumret alfa α en heliumkärna minskar med 2 beta β en elektron ökar med 1 gamma γ en foton oförändrat

Skydd mot strålning Radioaktiv strålning är farlig men det finns sätt att skydda sig mot den. Alfastrålning stoppas av papper, hud eller luft. Kommer den in i kroppen är den dock mycket farlig. Betastrålning är farligare än alfastrålning eftersom betapartiklarna är mycket mindre och har högre fart. Den stoppas av en plåt- eller glasskiva. Den kan gå ett tiotal meter genom luften och några centimeter in i kroppen och används därför i cancervården. Gammastrålning kan gå rakt igenom kroppen eller genom kraftig metallplåt. Den stoppas av tjock blyplåt.

Joniserande strålning Anledningen till att radioaktiv strålning kan vara farlig är för att den är så energirik att den kan slå bort elektroner från atomer och molekyler inne i våra celler. Då förvandlas de till joner som kan leda till celldöd och cancer. Därav namnet joniserande strålning. Man kan även använda joniserande strålning för att medvetet skada tumörceller i kroppen. Det finns dock en stor risk att man skadar intilliggande, friska celler vid behandlingen.

Halveringstid I radioaktiva ämnen finns det en mycket stor mängd atomer som alla är instabila. De sönderfaller dock inte samtidigt. Halveringstiden för ett ämne anger hur lång tid det tar för häften av atomerna i ämnet att sönderfalla.

Kol-14 metoden Som vi precis pratat om i kemin finns alla ämnen i olika isotoper. Kol finns i allt levande och den förekommer i olika isotoper. Den vanligaste formen av kol är kol-12. Det finns också en mycket liten del kol-14 i allt levande. Kol-12 är stabilt och kol-14 är radioaktivt och sönderfaller. Så länge cellerna i djur och växter lever tar de hela tiden upp både kol-12 och kol-14, vilket gör att förhållandet mellan dem är detsamma. När växten eller djuret dör tar den inte längre upp kol och det kol-14 som finns i cellerna börjar sönderfalla. Eftersom kol-12 är stabilt så sönderfaller det inte och man kan, genom att mäta skillnaden på mängden kol-12 och kol-14, åldersbestämma djuret eller växten.

Becquerel och Curie Henri Becquerel upptäckte år 1896 att ett uranhaltigt ämne sände ut en sorts strålning. Strålningen gick igenom tjock kartong och skapade ett avtryck på en fotografisk film. Marie Curie visade att torium, polonium och radium skickade ut liknande strålning och döpte detta till radioaktivitet. Hon fick hjälp av sin man, Pierre Curie, att utforska detta vidare och de fick, 1903, dela Nobelpriset med Becquerel. År 1911 fick Marie Curie åter Nobelpriset. Denna gång i kemi för att hon lyckats framställa rent radium.

Annan typ av radioaktiv strålning (överkurs) Det finns även Neutronstrålning. Den uppkommer bland annat vid kärnklyvning i kärnkraftsreaktorer. Neutronstrålningen stoppas av några meter vatten. Elektromagnetisk strålning och elektroner kan även skapas på konstgjord väg av bland annat röntgenapparater, genom att elektroner kolliderar med olika ämnen. Då skapas röntgenstrålning. Röntgenstrålning har lång räckvidd men stoppas av någon millimeter bly. Röntgenstrålning upphör så fort apparaten stängs av. (Det finns även positivt laddade betapartiklar som kallas för positroner. Detta sönderfall är mycket mer ovanligt och sker genom att en proton i atomkärnan omvandlas till en neutron, en positron, och en neutrino.)