Atomer skapar ljus – elektromagnetisk strålning

En presentation över ämnet: "Atomer skapar ljus – elektromagnetisk strålning"— Presentationens avskrift:

1 Atomer skapar ljus – elektromagnetisk strålning
1. Om en atom tillförs energi (i form av värme, eller elektricitet) kan en elektron hoppa ut till ett yttre skal. 2. Sedan kommer elektronen att hoppa tillbaka till det ursprungliga skalet. 3. Den energi som släpps fri när elektronen hoppar tillbaka sänds ut från atomen i form av elektromagnetisk strålning. 4. Strålningen kan t.ex. vara gulrött ljus från en glödande järnbit.

2 G Långa hopp mellan elektronskal avger mer energi än korta hopp. Energirikt blått ljus avges när elektroner gör långa hopp. Energin vid långa hopp kan även avges i form av röntgenstrålar. Att elektronerna hoppar ut och tillbaka kallas excitering.

3 Beroende på vilken atom det är, hur mycket energi som tillförts samt hur elektronen hoppar tillbaka sänder atomerna ut elektromagnetisk strålning med olika våglängder. Synligt ljus har våglängder mellan 400 och 700 nanometer. Våglängd = avståndet mellan två vågtoppar.

4 Olika typer av elektromagnetisk strålning
Gammastrålning Röntgenstrålning UV-strålning Synligt ljus Infraröd strålning(värme) Mikrovågor Radiovågor

5 Desto längre hoppar elektronen. Desto mer energi avges.
F Ju högre upp i figuren: Desto längre hoppar elektronen. Desto mer energi avges. Desto kortare är våglängden. Desto farligare är strålningen. Är våglängden liten kan strålningen ”slinka” emellan atomerna dvs. gå igenom material. Består materialet av stora atomer är det svårare för strålningen att ta sig igenom.

6 Radioaktiva strålar Det behövs lagom många
neutroner för att protonerna i en atomkärna ska hålla ihop. Det finns kärnor där protonerna inte kan hålla ihop hela tiden. Dessa atomkärnor sönderfaller. När en kärna sönderfaller skickar den iväg en strålning. Ämnen som sönderfaller kallas för radioaktiva ämnen. Det finns tre olika sorters strålning: alfastrålning, betastrålning och gammastrålning.

7 Partikelstrålning = Alfa- och Betastrålning
Många grundämnen har isotoper med för mycket energi i kärnan. Då avger ämnet energi. Det sänds ut strålning. Detta håller på tills alla kärnor är stabila.

8 Alfastrålning = α-strålning
Kärnan skjuter ut en alfapartikel = heliumkärna, 4/2 He Detta kallas att kärnan sönderfaller. Då bildas ett nytt ämne som innehåller 2 protoner mindre och 2 neutroner mindre än vad det var från början.

9 Formler med alfastrålning
212/84 Po  208/82 Pb + 4/2 He 238/92 U  234/90 Th + 4/2 He 212 är masstalet, 84 är atomnumret, Polonium är grundämnet. Masstalet minskar med 4. Atomnumret minskar med 2.

10 Betastrålning = β-strålning
Kärnan skjuter ut en betapartikel, en elektron. Betapartikeln uppkommer när en neutron omvandlas till en proton och en elektron. En neutron som är neutral omvandlas till en plusladdad proton och en minusladdad elektron. Kärnan sönderfaller då och ett nytt ämne bildas som har en neutron mindre än ursprungsämnet men ämnet får en proton mer.

11 Formler med betastrålning
14/6 C  14/7 N + 0/-1 e 210/83 Bi  210/84 Po + 0/-1 e En elektron skrivs 0/-1 e. Atomnumret ökar med 1. Masstalet blir samma. (en neutron mindre men en proton mer)

12 G Halveringstid Alla kärnor sönderfaller inte samtidigt. Så lång tid det tar för hälften av kärnorna att sönderfalla kallas halveringstid. Efter en halveringstid är det bara hälften av antalet kärnor kvar. 100% 50% 25% 12,5% 6,25% Halveringstiden är olika för olika ämnen. Den kan variera från 1 sekund till år. Ex: Ra ,8 dygn, C år, K-40 1,3 milj. år

13 Räkneexempel på halveringstid
F Räkneexempel på halveringstid Ett radioaktivt ämne har halveringstiden 25 år. Om du har 1 kg av ämnet, hur länge dröjer det tills du bara har 125 g av ämnet kvar? 1 kg = 1000 g 1 halveringstid: 1000/2 = 500 g 2 halveringstider: 500/2 = 250 g 3 halveringstider: 250/2 = 125 g 3 halveringstider = 3x25 = 75 år Svar: Det tar 75 år.

14 Räkneexempel på halveringstid
F Räkneexempel på halveringstid Du har 1 kg av ett ämne. Halveringstiden är 25 år. Hur mycket är det kvar efter 100 år? 1000g/2=500g 25 år 500g/2=250g 50 år 250g/2=125g 75 år 125g/2=62,5g 100 år Svar: Efter 100 år är det 62,5 g kvar.

15 Vad stoppar alfa- och betastrålning?
Alfapartikeln är störst och därför är den lättast att stoppa. Man kan stoppa alfapartiklar med ett papper. Den har en kort räckvidd på några få cm. Betapartikeln är svårare att stoppa för en elektron är mycket mindre. Den stoppas av tjocka kläder, fönsterglas. Räckvidden är flera meter i luften.

16 Vad stoppar gammastrålning?
Svårast att stoppa är gammastrålning, som är en elektromagnetisk strålning. Elektromagnetisk strålning tar sig lättare igenom på grund av att det är en vågrörelse och inte en partikel. Den stoppas av 10 cm bly, decimetertjock betong eller flera meter vatten.

17 Vilken nytta kan man ha? i sjukvården
G Vilken nytta kan man ha? i sjukvården Röntgen: avbild hur det ser ut i kroppen (skelett, tänder, mammografi). Strålningsbehandling av cancertumörer. UVA- och UVB-strålning mot psoriasis. Undersökningar och behandlingar med radioaktiva ämnen, t.ex. isotopundersökning. - Ultraljud är inte strålning utan ljudvågor med hög frekvens. - Magnetröntgen är inte strålning utan då tas bilder med hjälp av starka magnetfält och radiovågor.

18 Vilken nytta kan man ha? i industrin
G Vilken nytta kan man ha? i industrin Undersöka hur något ämne transporteras/sprids. Kontrollera nivån i tankar. Kontrollera tjockleken vid t.ex. papperstillverkning. Mäta konsistensen hos ett ämne. Kontrollera metallkonstruktioner. Kontrollera svetsningar. 

19 Användning av strålning
F Användning av strålning Apparaterna som används i övervakning av industriprocesser utgörs av en strålkälla som innehåller radioaktivt ämne och en sensor som mäter strålning. Om ämnets tjocklek eller täthet ändras så ändras mängden strålning. Då känner sensorn det. Den minskande eller den ökande strålningen kan användas för att styra processen. Industriradiografi är en testmetod med vilken man kan granska bl.a. om det är sprickor i metallkonstruktioner och svetsskarvar. Principen är den samma som i medicinska fotograferingar: strålning tränger igenom biten som undersöks och lyser upp röntgenfilmen som placerats bakom den. I den framkallade filmen syns eventuella sprickor i materialet som mörka fläckar.

20 Strålning kan vara farlig
1. Joniserande strålning 2. Icke-joniserande strålning Joniserande strålning är så energirik att den kan slå loss elektroner från de atomer som bestrålas. Då bildas det positiva joner. Icke-joniserande strålning är strålning som inte kan slå sönder atomer eller molekyler. Inga joner bildas.

21 Joniserande strålning
F Joniserande strålning Joniserande strålning är så energirik att den kan slå loss elektroner från de atomer som bestrålas. Då bildas det positiva joner hos det som bestrålas. Joniserande strålning delas in i två olika typer: Partikelstrålning eller Elektromagnetisk strålning Exempel på joniserande strålning: Alfastrålning (partikelstrålning - i form av heliumkärnor) Betastrålning (partikelstrålning - i form av elektroner) Gammastrålning (elektromagnetisk strålning) Röntgenstrålning (elektromagnetisk strålning)

22 Icke-joniserande strålning
F Icke-joniserande strålning Icke-joniserande strålning är strålning som inte kan slå sönder atomer eller molekyler. Därför bildas inga joner. Icke-joniserande strålning kan ändå orsaka skador och förändringar hos det som bestrålas. Icke-joniserande strålning finns bara som elektromagnetisk strålning. Exempel på icke-joniserande strålning: UV-strålning, mobilstrålning, mikrovågor, infraröd strålning, synligt ljus, radiovågor

23 Strålningsskador Akuta strålskador:
Akuta strålskador = skador på vävnader och organ som leder till att vävnaden eller organets funktion försämras eller upphör. Symptom på akuta strålskador kan vara illamående, hudrodnader, ögonskador, nedsatt immunförsvar och sterilitet – och kan i värsta fall leda till att en person avlider. Arten och graden av en akut strålskada beror på många faktorer, bland annat dosens storlek, hur lång tid personen har exponerats för strålningen samt vilka delar av kroppen som blivit exponerade. Sena strålskador: Upphov till cancer och ärftliga skador. Sannolikheten för sena skador ökar med ökande stråldos. Risken för cancer är större än risken för ärftliga skador.

24 F Strålningsskador Alfastrålning: Den kan inte tränga igenom huden men kan skada oss om det alfastrålande ämnet kommer in i kroppen genom inandningsluft eller dricksvatten. Den största risken att få in alfastrålning i kroppen kommer från ämnet Radon. Betastrålning: Betastrålning utgör en risk för människan om partiklarna kommer in i kroppen på samma sätt som alfapartiklar dessutom kan betastrålningen ge skador på ytliga organ som ögats lins.

25 Radon ökar risken för cancer
G Radon ökar risken för cancer Grundämnet Radium finns naturligt i marken. Radium sönderfaller till Radon som är en gas som lätt tar sig in i våra hus. När Radon i sin tur sönderfaller bildas andra ämnen som kallas radondöttrar. Det är partiklar som lätt fastnar på dammkorn och följer med luften vi andas in - ner i lungorna. Sedan avger radondöttrarna radioaktiv strålning i lungorna. Detta ökar risken för lungcancer.

26 Radon F När vi andas in radonhaltig luft fastnar radondöttrarna i våra luftvägar. Där kan alfa-strålningen som avges från radondöttrarna orsaka skada. Man kan få lungcancer. Ju längre tid man tillbringar i radonhus och ju högre halter man utsätter sig för desto större är risken. Ca 500 människor får lungcancer av radon varje år. De flesta är rökare. Radon luktar inte, syns inte och smakar ingenting; det enda sättet att upptäcka radon är att mäta. Radon i inomhusluft kan också komma från byggnadsmaterial eller hushållsvatten. Radonhalten bör inte överstiga 200 Bq/m3 i bostäder och allmänna lokaler.

27 Fission = Kärnklyvning
En neutron skjuts mot en atomkärna. Kärnan klyvs i två delar. Då frigörs energi. Samtidigt lossnar två till tre nya neutroner som i sin tur kan klyva nya kärnor, osv. Det har bildats en kedjereaktion. Detta används i kärnkraftverk och atombomber.

28 Fusion = Atomsammanslagning
Lättare atomkärnor slås samman till tyngre atomer samtidigt bildas energi. Det behövs en temperatur på ungefär 20 miljoner grader Celsius för att detta ska kunna ske. Detta händer i vår sol och energin skickas ut som strålar. H + H  He + Energi

29 Kärnkraftverk: Hur det fungerar
1. I reaktorn finns en reaktorhärd som inne- håller bränslet uran- dioxid. Urandioxiden klyvs av neutroner genom fission. Då frigörs det energi.

30 I reaktorhärden finns också styrstavar som kan fånga in neutronerna
I reaktorhärden finns också styrstavar som kan fånga in neutronerna. På så sätt kan man styra hur mycket energi som bildas i fissionen. Man begränsar antalet klyvningar och kedjereaktionen blir kontrollerad. Energin som bildas gör så att vattnet i reaktorn börjar koka och övergår i gasform, ånga. Ångan strömmar ut genom ett rör i reaktortankens topp. Ångan fortsätter in i en turbin som börjar snurra då ångan träffar bladen. Ångans värmeenergi övergår till rörelseenergi i turbinen.

31 När turbinen snurrar så roterar även en generator
När turbinen snurrar så roterar även en generator. I generatorn finns magneter och spolar. När generatorn snurrar så snurrar magneten, då ändras magnetfältet inne i spolarna som finns runt magneten. När magnetfältet ändras uppkommer en ström, växelström. Elektrisk energi har bildats. Elektriciteten lämnar kärnkraftverket genom högspänningsledningar.

32 När ångan har gått igenom turbinen fortsätter den sedan in i en kondensor. Där träffar den utsidorna på massor av rör där det pumpas in kallt havsvatten – kylvatten. Därför ligger alltid kärnkraftverken vid havet. Ångan kondenserar då och övergår till flytande form = vatten. Vattnet pumpas tillbaka till reaktortanken. Man får ett kretslopp och vattnet kommer aldrig ut från det slutna systemet.

33 De atomdelar, klyvningsprodukter som bildas i bränslet är radioaktiva
De atomdelar, klyvningsprodukter som bildas i bränslet är radioaktiva. Om de kommer ut till omgivningen kan de skada levande organismer. Därför måste man hitta ett säkert sätt att förvara avfallet eller göra om det till mindre farliga ämnen. Det använda kärnbränslet läggs i kraftiga behållare som skyddar omgivningen mot strålning. Behållarna ska placeras långt ner under marken i ett bergrum utanför Forsmark.

34 Energiformer Kärnenergi: energi som finns lagrad i atomernas kärnor.
Värmeenergi: energier omvandlas till värme, värmeenergi är egentligen rörelseenergi, ju varmare något är desto mer rör sig atomerna. Mekanisk energi Rörelseenergi: något som rör på sig Lägesenergi: lyfter du upp ett föremål får den lägesenergi Elektrisk energi: frigörs när en elektrisk spänning uppstår. Kemisk energi: energi som finns lagrat i tex olja, mat. Strålningsenergi: energi i olika typer av elektromagnetisk strålning. Ju mer energirik strålningen är desto kortare våglängd.

35 Energiomvandlingar när du cyklar
F Energiomvandlingar när du cyklar I solen bildas kärnenergi när två väteatomer slår sig samman. Då bildas också strålningsenergi. Strålningsenergi från solen gör att det kan bildas energirika ämnen (druvsocker) i växter med hjälp av fotosyntesen. Kemisk energi från maten vi äter omvandlas till rörelseenergi när vi trampar Cyklar vi upp för en backe omvandlas rörelseenergin till lägesenergi, ju högre upp i backen man kommer desto mer lägesenergi bildas.

36 Energiomvandlingar när du cyklar
F Energiomvandlingar när du cyklar Är det mörk ute slår man på dynamon för att tända lampan. Där omvandlas rörelseenergi till elektrisk energi. Den elektriska energin omvandlas sedan i lampan till strålningsenergi. När du cyklat färdigt bromsar du. Då omvandlas rörelseenergin till värmeenergi pga. friktionen mellan bromsen och däcket.

37 F Isotopundersökning Vid en undersökning, kallad isotopundersökning, används radioaktiva isotoper (teknetium-99m eller molybden-99). Oftast får patienten en spruta med detta men det kan även ätas/drickas. Inuti kroppen fastnar de radioaktiva ämnena på vissa biologiska molekyler som söker sig till ett särskilt organ eller en vävnad. Då kan läkare studera organet/vävnaden genom att använda en gammakamera och titta på en dataskärm.