Krnfysik Patricia Larsson Fribergaskolan Krnfysik Radioaktivitet Stark vxelverkan

Kärnfysik Patricia Larsson Fribergaskolan

Kärnfysik • • • Radioaktivitet. Stark växelverkan. Modeller för atomkärnan. Fusion. Fisson. • Man kan stöta på begreppet kärnkemi som betyder ungefär samma sak. Patricia Larsson Fribergaskolan

Tillämpningar • • • Kärnkraft. Kärnvapen. NMR (Materialanalys). Åldersbestämning. Olika medicinska diagnostiker och terapier (väldigt många). Patricia Larsson Fribergaskolan

Atomens kärna • Nukleoner • Antalet protoner kallas atomnummer • Kärnkraften mellan protonerna & neutronerna • Gravitationskraft Patricia Larsson Fribergaskolan

Radioaktivitet • Instabila atomkärnor kan sönderfalla i stabila under utsändande av strålning. • År 1896 Henri Becquerel • Först trodde man att denna nya typ av strålning liknade röntgenstrålning. Patricia Larsson Fribergaskolan

Radioaktivitet • Upptäckter • Henry Becquerel, 1896 • Upptäckte att Uranmalm sänder ut osynlig strålning • Makarna Curie upptäcker senare ett ämne som strålar miljoner gånger starkare… • …Radium • Gemensamt var att både Uran och Radium • Sände ut JONISERANDE STRÅLNING Patricia Larsson Fribergaskolan

Atomnummer och masstal A = Masstal Z = Antal protoner. Kallas också kärnladdningstalet. N = Antalet neutroner. Patricia Larsson Fribergaskolan

Nuklid • Benämningen nuklid används för en viss sammansättning protoner och neutroner. Exempelvis: • Allmänt: Patricia Larsson Fribergaskolan

Nuklidkarta Patricia Larsson Fribergaskolan

Isotop • Isotoper är nuklider som har samma atomnummer. Patricia Larsson Fribergaskolan

Radioaktivt sönderfall • Det finns ett fåtal stabila nuklider utan de flesta är instabila. • En instabil nuklid sönderfaller i ett eller flera steg men blir till slut stabil. • Sönderfallet sker där det är möjligt rent energimässigt. • Masstalet bevaras. Patricia Larsson Fribergaskolan

Regler för radioaktivt sönderfall • Sönderfallet är en statistisk process. • Sker oberoende av nuklidens ålder. • Yttre faktorer påverkar inte sönderfallet. Patricia Larsson Fribergaskolan

Typer av radioaktivt sönderfall • Alfastrålning som består av positivt laddade alfapartiklar soim är heliumkärnor. • Beta-minus-strålning, vilket består av elektroner. • Beta-plus-strålning, som består av positroner. • Gammastrålning, som är fotoner med mycket hög energi. Observera att protontalet och nukleontalet inte ändras. Patricia Larsson Fribergaskolan

α-sönderfall Exempelvis: Patricia Larsson Fribergaskolan

β-sönderfall Exempelvis: Patricia Larsson Fribergaskolan

γ-sönderfall Exempelvis: * betyder att kärnan är exciterad. Patricia Larsson Fribergaskolan

Halveringstid • Varje radioaktiv nuklid har en halveringstid. • Det är inte ett så absolut mått som man kan tro utan snarare en slags sannolikhet. • Förloppet beskrivs med en differentialekvation: • Som har lösningen: Patricia Larsson Fribergaskolan

Aktivitet • Intensiteten hos strålningen från ett radioaktivt preparat beror av vilken nuklid som sönderfaller samt mängden preparat. • För att ange styrkan på preparatet används begreppet aktivitet. • 1 Bq = 1 sönderfall per sekund. Patricia Larsson Fribergaskolan

Radioaktiva material • Radioaktiva material förekommer tämligen rikligt i naturen. • Det gäller i första hand Uran och dess sönderfallsprodukter Thorium, Radium och Radon. • Pechblände och Uraninit är vanliga mineraler vilka förekommer särskilt rikligt i ett bergart som heter Pegmatit vilket finns hos oss. • Alla människor har K-40, C-14 och Pb-210 i sina kroppar. Patricia Larsson Fribergaskolan

Jonisation • Strålning från ett radioaktivt preparat åstadkommer jonisation när den passerar luften. • Alfastrålning har högst jonisationseffekt men även de andra tre typerna joniserar. Patricia Larsson Fribergaskolan

Biologiska verkningar • Det är jonisering som ger skador på människokroppen. • Små stråldoser har praktiskt taget ingen negativ effekt alls på människokroppen. Kroppen har dessutom försvarsmekanismer. • Miljoner celler dör varje dag vilket alltså är en naturlig process. • Celler kan läka sig själva på ett felaktigt sätt vilket dock faktiskt ger en biologisk skada. Diverse olika cancerformer är det vanligaste. Patricia Larsson Fribergaskolan

Fusion av lätta kärnor Källa: Wikipedia. Patricia Larsson Fribergaskolan

Fission av tunga kärnor Källa: Wikipedia. Patricia Larsson Fribergaskolan

Kokarreaktor Patricia Larsson Fribergaskolan

Tryckvattenreaktor Patricia Larsson Fribergaskolan

Starka kärnkraften • Protoner och neutroner är så kallade hadroner. Hadroner betyder starka partiklar. Hadroner byggas upp av kvarkar. • Elektronen är däremot en lepton som betyder svar partikel. Den byggs inte upp av andra partiklar såsom kvarkar. • Det som håller samman hadroner är den starka kärnkraften vilken är en av de fyra naturkrafterna. Vi skall återkomma till dessa i samband med partikelfysiken. • Numera förklaras alltså strålning oftast med modeller från partikelfysiken. Patricia Larsson Fribergaskolan

Massenergi • För oss är det självklart att massa har energi. Det var det inte i början på 1900 -talet när Alfred Einstein kom till denna slutsats. • Massenergin är alltså: Patricia Larsson Fribergaskolan

Konservationslagar • • Fysiken innehåller ett fåtal konservationslagar såsom att laddningen, och energin alltid bevaras. När det gäller kärnreaktioner har vi tre konservationslagar: 1. Laddningen bevaras. 2. Antalet nukleoner bevaras. 3. Totalenergin bevaras: E 0 = massenergin Ek = partiklarna rörelseenergi Eγ = strålningsenergin för gammakvanta Patricia Larsson Fribergaskolan

Patricia Larsson Fribergaskolan

1. I ett mätinstrument som mäter antal sönderfall under en viss tid, registrerade man 4000 sönderfall från en gammal trämugg. Under lika lång tid fick man 5000 sönderfall från samma mängd färskt trä. • a) Vad kallas den metod man använt sig av för att bestämma åldern på den gamla trämuggen? • b) Hur många procent av den ursprungliga strålningen finns kvar i föremålet? • c) Arkeologen som hittade muggen hävdar att det kan vara den gamle filosofen Demokritos gamla mugg. Kan detta stämma? Hur gammal är trämuggen? (avläs detta i diagrammet på sid 55) Patricia Larsson Fribergaskolan

2. Från en gammal träskål(A) uppmätte man antalet sönderfall till 3000. Från samma mängd av en annan gammal träskål(B) uppmätte man under lika lång tid antalet sönderfall till 1500. • a) Vilket föremål var äldst? • b) Ungefär hur stor var åldersskillnaden? Motivera ditt svar. • c) I samma mängd färskt trä uppmättes 7500 sönderfall. Hur gammal var den äldsta Patricia Larsson Fribergaskolan skålen ?

Patricia Larsson Fribergaskolan

• • • *Vid 4 års ålder läste M (då Mania Sklodowska) flytande! Polen, etta i avgångsklassen, arbeta som privatlärare. *Sorbonne/Paris ty där fick kvinnor studera. Årskursetta i fy (2: a i ma). Hyr in sig i P: s lab - Han var redan känd pga av upptäckt curie-temp (=när metaller förlorar magn). Giftermål (+hushållsarbete+barn). *Fördjupade kunskapen om uran. Kallade fenomenet Radioaktivitet. Upptäcker att thorium är radioaktivt. Fann 2 okända ämnen polonium (efter Polen) & radium (=det strålande). 4 år senare hade de lyckats få fram Ra i ren form (ett ton pechblände ger några gram) - självlysande pga den höga strålningen. ->1903 Dr i Fy, Nobelpris i Fy (& Ke 1911). *P dör 1905 trafikolycka. M professor vid Sorbonne. *1914 -1918 WW 1, M + dotter Iréne x-ray till fronten. Lånar ut sina prispengar till staten utan att få tillbaks dem. *1934 dör i leukemi, orsakad av radioaktiviteten. Patricia Larsson Fribergaskolan

Kärnenergi • Vi har sett att ett grundämne kan omvandlas till ett annat genom radioaktivt sönderfall. • Man kan också göra nya ämnen på konstgjord väg Skriv reaktionsformeln i era skrivhäften: Patricia Larsson Fribergaskolan

Atomklyvning • Genom att skjuta neutroner på en atomkärna kan man få den att klyvas. (Energin som tillförs med neutronerna vill atomen inte ha, därför kan atomen dela upp sig i 2 mindre, samtidigt som energi frigörs! Nya neutroner frigörs…) • Kedjeeffekt: Neutroner som kommer från en tidigare reaktion gör att nya atomer klyvs (delas på) Patricia Larsson Fribergaskolan

Atombomber • Miljarder miljarder atomkärnor klyvs under en otroligt kort tid. Kedjereaktionen är okontrollerad och frigör mängder med energi! • Atombomberna över Hiroshima och Nagasaki var laddade med uran respektive plutonium. Patricia Larsson Fribergaskolan

• Atom och atomklyvning del 1 • http: //www. youtube. com/watch? v=T 6 Uujimdd. Ec &feature=related • Atom och atomklyvning del 2 • http: //www. youtube. com/watch? v=ekx 6 gz_s 5 VM &NR=1 • Nagasaki • http: //www. youtube. com/watch? v=ncq_Wye 43 T M • Hiroshima • http: //www. youtube. com/watch? v=x 9 lwv. Im. Jq. T 0 Patricia Larsson Fribergaskolan

• http: //www. edu. fi/svenska/laromedel/norge /karnkraft/ Patricia Larsson Fribergaskolan

Röntgenstrålar • Kortare våglängd än UV-ljus • Tränger igenom mjukdelar i kroppen, men inte genom ben • Röntgenbilder, där ben framstår som ljusare partier… Patricia Larsson Fribergaskolan

• Röntgenstrålning används också till behandling av tumörer och analys av sjukdomar Patricia Larsson Fribergaskolan