Radioaktiva mnen Frelsning nr 2 Sid 279 287

Radioaktiva ämnen Föreläsning nr 2 Sid 279 -287

Upptäckt av en slump • 1896, Fransmannen Henri Becquerel hade lagt ett salt (jonförening) som innehöll uran ovanpå en ask som innehöll en fotografisk film och placerat detta i en mörk byrålåda. • Trots mörker och skyddspapper fanns en bild på den fotografiska filmen. • Bequerel drog slutsatsen att saltet ( uran) måste sända ut någon slags strålning. • Han kallade fenomenet radioaktivitet • Han får senare en enhet uppkallad efter sig. Vilken?

Radium och polonium • Marie och Pierre Curie • Upptäcker några år senare ytterligare två radioaktiva ämnen: • Radium och Polonium • 1903 får paret Curie nobelpriset tillsammans med Henri Becquerel

Strålning kan uppkomma på flera sätt • Elektromagnetisk strålning när en exciterad atom sänder ut överskottsenergi i form av fotoner då en elektron faller tillbaka till sitt ordinarie skal • När en instabil atomkärna sönderfaller samtidigt som den skickar ut strålning i form av partiklar eller elektromagnetisk strålning med väldigt kort våglängd

Instabila atomkärnor • Atomkärnor som har för mycket energi sönderfaller spontant. • Det handlar oftast om instabila isotoper. • Dessa atomkärnor kan göra sig av med energi genom att skicka ut överskottsenergi i form av partiklar eller elektromagnetisk strålning med mycket hög energi. • Kortare våglängd = högre energi

Radioaktivitet • Vissa grundämnen är instabila eller radioaktiva. • Grundämnen som sänder iväg strålning kallas radioaktiva. • Detta sker när kärnan faller sönder. Tillsammans med strålningen skickas kärnpartiklar ut • En viss del av den starka kärnkraften omvandlas till rörelseenergi. • Det är rörelseenergin som bestämmer hastigheten hos partikeln och energin i strålningen. • Nästan alla grundämnen har någon instabil isotop

• När en atomkärna (modernukleid) sönderfaller bildas en dotternukleid. • Modernukleiden tappar kärnpartiklar och blir till ett annat grundämne, dotternukleid • Samtidigt skickas partiklar eller högenergetisk strålning ut: • Alfapartikel • Betapartikel • Gammastrålning

α-strålning Alfastrålning • En atomkärna kan vara instabil • Alfastrålning sker då en heliumkärna skickas ut från en instabil atom • 4 He, Heliumkärnan består av två protoner och två neutroner. 2 • Vid alfastrålning skickas en heliumkärna ut från moderkärnan. • En dotterkärna bildas med färre protoner och neutroner • T. ex. 22688 Ra 22286 Rn + 42 He

β–strålning • Betastrålning

Varifrån kommer elektronen vid β – sönderfall? • Elektronen finns inte i neutronen från början. • Elektronen skapas av den virtuella W-bosonen då en downkvark omvandlas till en upkvark. • Energi omvandlas till en partikel (två st)

y-strålning gammastrålning • Gammastrålning är inte en partikel utan elektromagnetisk strålning med extremt kort våglängd och extremt hög energi. • Ofta sker både alfa och beta strålning samtidigt som gammastrålning skickas ut. • Gamma strålning kan ske utan alfa eller betastrålning. • Kärnans sammansättning av protoner och neutroner förändras inte.

Strålningens räckvidd α β γ Papper hud Trä Metall

Olika farlig strålning • Alfastrålning stoppas av t. ex. papper och hud och kan verka tämligen ofarlig. Men alfastrålning är särskilt farlig om vi inandas gas som innehåller alfastrålning t. ex. radongas. • Betastrålning passerar hud och papper men stoppas t. ex. trä och är betydligt farligare. • Gammastrålning är farligast och stoppas endast av tjock blyplåt. • Alla ger joniserande strålning. Strålningen slår ut elektroner från atomer och bildar joner. Egenskaper hos atomer kan ändras betydligt när atomen blir en jon. • Om atomerna i DNA-kedjan förändras kan det leda till cancer.

Exemplet uran 238 92 protoner och 146 neutroner 92 p+ 146 n 0 90 p+ 144 n 0 2 p+ 2 n 0 91 p+ 143 n 0 e- Uran 238 Thorium 234 Proaktinium 234 α-partikel (Alfapartikel) β- -partikel (Betapartikel) Samtidigt skickas gammastrålning ut

Halveringstid • Sönderfall sker slumpmässigt • Omöjligt att bestämma när en enskild atomkärna ska sönderfalla. • Halveringstid = den tid det tar för hälften av atomkärnorna att sönderfalla. • Halveringstid varierar från sekunder till miljarder år

Exemplet Thorium • 1000 atomer • Halveringstid 24 dygn • Efter 24 dygn finns 500 atomer kvar • Efter ytterligare 24 dygn finns 250 kvar • Efter ytterligare 24 dygn finns 125 kvar • Efter nio halveringstider (216 dygn) finns två kvar. Vid varje halveringstid har den sista 50% chans att klara sig.

Kol 14 metoden • Kol 14 är en instabil isotop med känd halveringstid på 5 730 år. • Så länge ett djur eller en växt lever får den i sig både kol 12 och kol 14 via koldioxid. • När organismen dör sker inget tillskott av kol 14. • Genom att mäta hur stor del av kol 14 atomer som finns kvar kan man beräkna när organismen dog med en felmarginal på 50 år. • Fungerar upp till ca 60 000 år. • Fungerar bara på material som varit levande t. ex. inte sten eller brons

Strålbehandling • En tumörcell har av någon anledning börjat föröka sig ohämmat. Genom delning förökar sig cellen. Cellerna växer vilket leder till cancer. • Med hjälp av joniserande strålning som riktas mycket noggrant mot tumörcellen kan cellen förstöras.

Sönderfall, Becquerel mäter aktiviteten och milli Sievert stråldosen • Antal sönderfallande kärnor per sekund = Becquerel (Bq) • 1 sönderfall per sekund = 1 Bq • Stråldos mäts i Sievert (SV) och anger skadeverkan av strålningen. • Milli. Sievert (m. SV)

Mätning • Med en geigermätare kan mäta aktiviteten dvs hur många sönderfallsom sker per sekund. Mäts i becquerel. • Den sammanlagda mängden strålning, stråldosen, kan mätas med en dosimeter. • Den sammanlagda bakgrundsstrålningen är ca 5 m. SV (millisievert)

Stråldoser • 1 m. Sv • 5 m. Sv Dosen från en genomsnittlig röntgenundersökning. Normal årsdos från naturlig bakgrundsstrålning i Sverige • 50 m. Sv Högsta tillåtna dos för personer som arbetar • 100 m. Sv Stor risk för fosterskador, "Abortindikationsgräns". • 1 Sv Förändringar i blodbanan. • 3 - 4 Sv 50% chans att överleva, procenten varierar beroende på bl. a. ålder och hälsa. • 10 Sv 100% risk att dö. med strålning.

Strålmiljö

Strålskyddsmyndigheten • Skapar regler för hantering av radioaktiva ämnen • Övervakar hanteringen • Bidrar till forskning hur radioaktiva ämnen kan hanteras på ett säkert sätt. • Beredskap • Råd och information

Läxa • Ta reda på skillnaden mellan: • Röntgen • Datatomografi • Magnetröntgen • Positronkamera • Strålterapi • Nästa lektion arbetar vi med instuderingsfrågorna på sid 287