TEORETISKE MÅL FOR EMNET - mat-fys.dkmat-fys.dk/onewebmedia/Radioaktivitet_teori.pdf · stråling,...

TEORETISKE MÅL FOR EMNET:

• Kende forskel på grundstof, ion og isotop samt kunne redegøre for, hvori forskellene består

• Kende de forskellige strålingstyper (α, β, γ og evt. ε) samt kunne redegøre for, hvori

forskellene består, herunder:

o Kende til farligheden af de forskellige strålingstyper og vide, hvornår de hver især er

mest farlige samt hvorfor (herunder Litvinenko-mordet i november 2006)

o Kende strålingens rækkevidde og gennemtrængelighed

o Vide, hvad strålingen består af

• Vide, hvordan forskellige stoffer henfalder, afhængig af, hvilken strålingstype, der udsendes

(henfaldsrækker) og bruge nuklidkortet til dette

• Kende begrebet halveringstid samt kunne forklare, hvad det betyder, og hvordan dette

benyttes i dagligdag og samfund

• Give eksempler på, hvordan stråling bruges hhv. positivt og negativt i samfundet, både

indenfor og udenfor landets grænser

PRAKTISKE MÅL FOR EMNET:

• Kunne finde baggrundsstrålingen

• Kunne opstille forsøg, der viser strålingens egenskaber, herunder rækkevidde og

gennemtrængelighed

• Kunne opstille forsøg, der viser noget om radioaktivitet i hverdagen

Teori

10. KlasseCenter Vesthimmerland © Gritt Rosenkilde Steffensen

Indholdsfortegnelse USTABILE ISOTOPER OG RADIOAKTIVE HENFALD _________________________________________________ 1 αααα-STRÅLING (ALFA-STRÅLING) – DEN STORE OG TUNGE __________________________________________ 3 ββββ--STRÅLING/ELEKTRON-STRÅLING (BETA-MINUS-STRÅLING) ______________________________________ 5 ββββ+-STRÅLING/POSITRON-STRÅLING (BETA-PLUS-STRÅLING) _______________________________________ 7 γγγγ-STRÅLING/FOTON-STRÅLING (GAMMA-STRÅLING) – DEN LILLE OG HURTIGE ______________________ 9 εεεε-STRÅLING/K-INDFANGNING ________________________________________________________________ 10 NEUTRONSTRÅLING __________________________________________________________________________ 11 HENFALDSRÆKKER ___________________________________________________________________________ 11 KOSMISK STRÅLING __________________________________________________________________________ 14 MÅLING AF RADIOAKTIVITET __________________________________________________________________ 14 BAGGRUNDSSTRÅLING _______________________________________________________________________ 15 HALVERINGSTID______________________________________________________________________________ 15 ANVENDELSE AF RADIOAKTIVITET______________________________________________________________ 17 SKADEVIRKNINGER __________________________________________________________________________ 19 BILAG 1: SÅDAN VIRKER ET ATOMKRAFTVÆRK_______________________________________________ 21 BILAG 2: EN DAG BLEV SOMMERHIMLEN FLÅET I STYKKER_____________________________________ 22 BILAG 3: HVORDAN VIRKER EN ATOMBOMBE? ______________________________________________ 23 BILAG 4: LITVINENKO FORGIFTET MED POLONIUM 210 _______________________________________ 26 BILAG 5: RINGEN ER SLUTTET – BOMBEN BLIVER KASTET _______________________________________ 28 BILAG 6: FRIE RADIKALER – FOR DE BIOKEMISK INTERESSEREDE ☺☺☺☺ _____________________________ 30

Teori


side 1

Ustabile isotoper og radioaktive henfald Det er ikke alle isotoper af et grundstof, der er stabile. Nogle af isotoperne kan simpelthen ikke hænge sammen. Det kan skyldes disse tre ting: 1. Ubalance mellem antallet af protoner og neutroner (altså enten for mange protoner i

forhold til antallet af neutroner eller omvendt) 2. For mange nukleoner (for mange protoner og neutroner – altså for store kerner) 3. Overskud af energi i kernen De kan skyde en eller flere partikler ud af kernen og dermed blive til et nyt atom, eller kernen kan ”indfange” en elektron fra skallen tættest på kernen. Derved bliver stoffet til et nyt grundstof, fordi der enten bliver flere eller færre protoner i kernen. Når et stof udsender radioaktiv stråling, omdannes det som regel til et nyt stof. Den kerne, der udsender den radioaktive stråling, kaldes moderkernen, det nye stof kaldes datterker-nen. Datterkernen er somme tider også ustabil og udsender i så fald også selv stråling. Hvordan dette foregår, vender vi tilbage til. I naturen forekommer f.eks. tre C-isotoper: 12C, 13C og 14C, man kalder dem også kulstof-12, kulstof-13 og kulstof-14. De to letteste er stabile. Den sidste er ustabil og falder fra hinan-den (henfalder) på et eller andet tidspunkt. På nuklidkortet (interaktiv version kan ses her: http://www.nndc.bnl.gov/chart/) er alle fore-kommende isotoper af samme grundstof afbildet. I udsnittet nedenfor er grundstoffet Natri-um afbildet. Natrium er nummer 11 i det periodiske system. Dermed har grundstoffet altså 11 protoner i kernen. Na-20, Na-21, Na-22 og Na-23 er isotoper af det samme grundstof, nemlig Natrium.

Na 20 skrives: Na20

11 og består af 20 kernepartikler; 11 protoner og 9 neutroner. Na 21 skrives: Na21



11 og består af 23 kernepartikler; 11 protoner og 12 neutroner. Nederst står der et tal, der angiver, hvor lang stoffets halveringstid er. Begrebet ”halverings-tid” vender vi tilbage til. Under Na-20, Na-21 og Na-22 er der nogle symboler. Disse symboler viser, hvilke typer radio-aktiv stråling, isotoperne udsender.

Teori


side 2

Skriv nedenstående isotoper på den kernefysiske form og forklar, hvor mange protoner og neutroner, stofferne har: Be-7 __________________________________________________________________________________ Be-8 __________________________________________________________________________________ Be-12 __________________________________________________________________________________

Teori


side 3

αααα-stråling (alfa-stråling) – den store og tunge Alfastråling er den største og tungeste strålingstype. Alfapartikler består nemlig af to protoner og to neutroner – altså det samme som en helium-kerne, nemlig He4

2 , den vejer altså 4 u. Der følger ingen elektroner med alfapartiklen, når den skydes ud af atomkernen, og derfor har alfapartiklen to positive ladninger. Derfor er alfa-strålingen en kraftig strålingstype – man siger, at den har stor ioniserings-evne. Når alfapartiklen bevæger sig gennem luften vil den nemlig ramme mange andre elektroner, som alfapartiklen kan løsrive fra de atomer, elektro-nerne hørte sammen med. Der er altså dannet en positiv ion og en fri elektron.

Alfastråling skyldes, at atomkernen er for stor. Alfapartikler er som sagt både store og tunge, og derfor bremses de nemt af selv tynde ma-terialer, som fx et par stykker papir, og de kan heller ikke række ret langt (ca. 5 cm). Til gengæld kan alfapartiklerne gøre meget stor skade dér, hvor den har mulighed for det. I illustrationen (øverst på siden) ses, at der skydes to protoner og to neutroner ud fra atom-kernen. Det vil altså sige, at vi nu har et helt nyt stof tilbage. I illustrationen er det en uran-kerne, der udsender strålingen. Den alfa-radioaktive uran skrives således: U238

92 , og denne isotop har altså 92 protoner og 238 kernepartikler (92 protoner + 146 neutroner). Når der forsvinder to protoner og to neutroner, er der altså kun 90 protoner tilbage. Da der også forsvinder to neutroner, er vi altså nede på 234 kernepartikler (90 protoner + 144 neutroner). Grundstoffet med 90 protoner finder vi i det periodiske system; stoffet hedder Thorium, Th. Den nye isotop hedder Th234

90 . Denne isotop er også ustabil, og den udsender beta- og gamma-stråling. Når et stof henfalder med α-stråling, skrives reaktionen således:

U23892 → Th234

90 + He42

Forklar hvordan du finder disse på dit nuklidkort (hvor mange til højre/venstre og hvor mange op/ned fra moderkerne til datterkerne):

Teori


side 4

Færdiggør selv nedenstående henfald og henfalds-rækker (find evt. selv flere):

Ra22688 → + He4

2

Th23090 → + He4

2

Ac22589 → + He4

2 → + He42 → + He4

2 → + He4

2 → + He42 → Pb207

82 + He42

Indtegn datterkernen og tegn en pil fra moderkerne til datterkerne

Teori


side 5

ββββ--stråling/elektron-stråling (beta-minus-stråling) Beta-minus-stråling omtales også elektronstråling. Når en kerne udsender denne type beta-stråling, omdannes en neutron i kernen til en proton og en elektron. Elektronen skydes ud af kernen, mens protonen bliver i kernen. Beta-minus-stråling skyldes, at der er for mange neutroner i kernen i forhold til antallet af pro-toner, og det er derfor, en neutron omdannes til en proton og en elektron – altså for at der bliver en bedre ”ligevægt” i kernen. Det er illustreret på tegningen her.

Det skrives også således: n1

0 → p11 + e0

1− (altså neutron → proton + elektron) Da betastråling dels ikke er lige så stor (en elektron er meget mindre end en proton), dels ikke er lige så tung (en elektron vejer

20001 af en proton), kan den altså nå at bevæge sig

meget længere (ca. 10 meter) og hurtigere, og derfor har den heller ikke så stor ioniserings-evne som alfa-stråling. Der skal altså mere til at stoppe betastråling end der skal til alfastrå-ling. Betastråling kan stoppes af en bog eller en tynd aluminiums-plade. Når et stof henfalder med β--stråling, skrives reaktionen således:

Cl3817 → Ar38

18 + e01−

Forklar hvordan du finder disse på dit nuklidkort (hvor mange til højre/venstre og hvor mange op/ned fra moderkerne til datterkerne): Færdiggør nedenstående henfald og henfaldsrækker (find evt. selv flere):

Ac22889 → + e0

1−

Fr22787 → + e0

1− → + e01− → + e0

1− → + e0

1− → + e01− → Po210

84 + e01−

Teori


side 6


Teori


side 7

ββββ+-stråling/positron-stråling (beta-plus-stråling) Beta-plus-stråling omtales også positronstråling. En positron er det modsatte af en elektron og kaldes derfor elektronens antipartikel. Positronen har samme vægt som en elektron, men har modsat ladning – altså positiv i stedet for negativ. Når en kerne udsender denne type betastråling, omdannes en proton i kernen til en neutron og en positron, og det er så denne positron, der skydes ud af kernen, mens neutronen bliver i kernen. Beta-plus-stråling skyldes, at der er for mange protoner i kernen i forhold til antallet af neutro-ner, og det er derfor, en proton omdannes til en neutron og en positron – altså for, at der bliver en bedre ”ligevægt” i kernen. Det er illustreret på tegningen her.

Det skrives også således: p1

1 → n10 + e0

1+ (altså neutron → proton + elektron) Beta-plus-stråling har præcis samme egenskaber som beta-minus-stråling, lige med undta-gelse af, at beta-plus-stråling er positiv, og beta-minus-stråling er negativ. Når et stof henfalder med β+-stråling, skrives reaktionen således:

Na2211 → Ar22

10 + e01+


At20685 → + e0

1+

Rn20786 → + e0

1+ → + 2 e01+ → + 3 e0

1+ → + e0

1+ → + 2 e01+ → Pb205

82 + 3 e01+

Teori


side 8


Teori


side 9

γγγγ-stråling/foton-stråling (gamma-stråling) – den lille og hurtige Gammastråling skyldes, at kernen har for stor energi. Gammastråling er altid resultatet af, at der i en kerne er sket et alfa- eller beta-henfald, hvorved kernen er blevet omdannet. Denne omdannelse har betydet, at kernen har fået for stor energi. Kernen vil gerne af med noget af denne overskuds-energi, hvilket den kan gøre ved at ud-sende en foton. En foton er en elektromagnetisk bølge, og når der er tale om gammastråling, har fotonen en bestemt bølgelængde, der ligger indenfor det, man kalder gamma-spektret. Af andre typer elektromagnetiske bølger kan nævnes lys, lyd og røntgenstråling. Gamma-stråling er i familie med røntgenstråling, men gamma er langt mere kraftig og langt mere skadelig end røntgenstråling. Gammastrålingen har en dårlig ioniseringsevne og er ganske lille, let og hurtig. Gammastrå-ling kan derfor række langt (flere hundrede meter) og er samtidig svær at bremse. Faktisk skal der flere lag bly eller beton til at bremse gammastrålingen. Til gengæld er belastningen kortvarig og kan derfor ikke nå at gøre så stor skade, kan man sige. Ved gamma-henfald sker der som sagt blot det, at kernen falder til et lavere energiniveau; kernen ændrer sig altså ikke. Grundstoffet er derfor det samme før og efter et gammahen-fald. Man markerer i stedet ”moderkernen” med en *, der angiver, at den pågældende kerne har for meget energi, og at der sker et gamma-henfald. Når et stof henfalder med γ-stråling, skrives reaktionen således:

∗Ra22188 → Ra221

88 Færdiggør nedenstående henfald (find evt. selv flere):

∗Bi21183 →

∗He8

2 → Da gammastråling altid optræder sammen med eller pga. alfa- eller beta-stråling, vil det i praksis se ud som i de følgende 3 eksempler (α, β+- eller β--stråling):

Th22590 → ∗Ra221

88 + He42 → Ra221

88 + He42 (alfa-stråling)

Po207

84 → ∗Bi20783 + e0

1+ → Bi20783 + e0

1+ (beta-plus-stråling)

Be124 → ∗B12

5 + e01− → B12

5 + e01− (beta-minus-stråling)

Som det ses af ovenstående, koncentrerer man sig altså først om alfa- eller beta-strålingen, og så ser man på, om datterkernen er gamma-radioaktiv. Hvis datterkernen gamma-radioaktiv markeres det med *, og derefter skrives produktet (det til højre for pilen) igen, blot uden *.

Teori


side 10

εεεε-stråling/K-indfangning Når kernen har ”for mange” protoner i forhold til neutroner, kan kernen indfange en elektron fra K-skallen, altså atomets inderste skal. Når denne elektron kommer ind i kernen, slår den sig sammen med en proton og de bliver tilsammen til en neutron. Der ”skydes” ikke noget ud af kernen. Det skrives også således: p1

1 + e01+ → n1

0 (altså proton + elektron → neutron) Bemærk, at der her sker det modsatte af det, der sker under beta-plus-stråling. I K-skallen er der, som du ved, plads til to elektroner, og atomer fylder skallerne op ”indefra”. Når der så forsvinder en elektron fra K-skallen (som bliver indfanget i kernen som beskrevet ovenfor), bliver der en tom plads, som atomet fylder med en elektron fra L-skallen (altså skal nummer 2), og når elektronen så ”hopper” ind, udsender den en foton (der har bølgelæng-de som røntgenstråling). Når et stof henfalder med ε-stråling, skrives reaktionen således:

Po20484 + e0

1− → Bi20483


Bi20883 + e0

1− →

Ac22689 + e0

1− →

Np22793 + e0

1− → + e01− → + e0

1− → + e01−

+ e0

1− → + e01− → + e0

1− → Pb20482 + e0

1−

Teori


side 11

Neutronstråling Neutronstråling er den farligste strålingstype, da denne type stråling er meget svær at stop-pe. Meget store kerner har, som nævnt under ”ustabile isotoper”, svært ved at holde sammen på sig selv, og derfor kan de pludselig falde fra hinanden. Når dette sker, sker der typisk det, at der dannes to datterkerner – altså to nye atomer, og at der så bliver et par neutroner til overs. Når neutroner således bevæger sig rundt alene, er de stærkt radioaktive, og denne type stråling er særligt farlig, fordi neutronerne jo ikke har nogen ladning (de er jo elektrisk neutra-le), så man kan ikke afbøje dem vha. elektricitet eller magnetisme. Strålingstypen er, selv om det er en forholdsvis ”stor” radioaktiv ”klump”, den mest gennem-trængende, netop fordi den ikke svækkes af elektricitet eller magnetisme i sine omgivelser. Når et stabilt grundstof bestråles med neutroner, kan de også selv omdannes til ustabile iso-toper, fordi de så får flere neutroner i kernen. Neutronstråling forekommer i atomreaktorer (altså på kernekraftværker), og der er også ud-viklet neutronbomber, som vi kender fra atombomberne i Nagasaki og Hiroshima under An-den Verdenskrig.

Henfaldsrækker Når et stof henfalder, dannes et eller flere nye stoffer. Det eller disse stoffer kan også være radioaktivt, og i så fald henfalder disse også og danner igen nye stoffer. På et tidspunkt ”en-der” man med en stabilt isotop af et grundstof, og henfaldsrækken er slut. Eksempel:

U23892 → Th234

90 + He42 (U 238 er alfaradioaktiv)

Th234

90 → Pa23491 + e0

1− (Th 234 er beta-minus-radioaktiv)

Pa23491 → Ac230

89 + He42 (Pa 234 er alfaradioaktiv osv.)

Færdiggør nedenstående henfaldsrækker i 6 led (find selv 1 ny henfaldsrække eller fortsæt én af disse): 1)

Np23793 → Pa233

91 + He42

Pa233

91 → U23392 + e0

1−

U23392 → Th229

90 + He42

Th229

90 → Ra22588 + He4

2

Teori


side 12

Ra225

88 → Ac22589 + e0

1− 2)

Po21884 → Pb214

82 + He42

Pb214

82 → Bi21483 + e0

1−

Bi21483 → Po214

84 + e01−

Po214

84 → Pb21082 + He4

2

Pb21082 → Ac210

83 + e01−

3) → → → → →

Teori


side 13

Teori


side 14

Kosmisk stråling Kosmiske stråler er radioaktiv stråling, der stammer fra rummet. Den stammer fra eksplodere-de stjerner, fra Solen og fra andre voldsomme begivenheder i Universet. Denne stråling kan være elektroner, protoner, neutroner eller atomer, der er blevet til ioner eller fotoner. Jordens atmosfære og Jordens magnetfelt beskytter begge Jorden fra en stor del af den kosmiske stråling. Jordens atmosfære kan omdanne den kosmiske stråling, og den kosmiske stråling gør, at der dannes flere skyer. Desuden mener man, at den kosmiske stråling medvirker ved omdannel-se fra vanddamp til dråber. Jo færre skyer der er, jo mindre stråling er der altså. Jordens magnetfelt afbøjer og bremser den kosmiske stråling. Alle partikler, der har en lad-ning (positiv eller negativ), tiltrækkes eller frastødes af magnetfelter.

S

N

Magnetens poler befinder sig tæt på nord- og syd-polen, som det er vist ovenfor. Her kan partiklerne slippe ned igennem atmosfæren, og luften lyser i flotte farver – det er det, vi kal-der nordlys.

Måling af radioaktivitet Til at måle radioaktivitet, bruger man en såkaldt ”geigertæller”. Den radioaktive stråling danner ioner. Ioner er, som beskrevet tidligere, atomer med en lad-ning (fx H+ og Cl-), hvilket betyder, at de har en elektrisk ladning. Og det er netop dét, som GM-røret kan opfange. GM-røret er koblet sammen med et tælleapparat (og evt. en højttaler, så man kan høre, hvor mange impulser der er). Tælleapparatet registrerer antallet af impulser. Tilsammen kal-des GM-rør og tælleapparatet for en geiger-tæller. Jo mere kraftig strålingen er, jo flere atomer kan strålingen ionisere. Dette betyder så også, at jo kraftigere strålingen er, jo større er tælletallet.

Teori


side 15

Baggrundsstråling Vi udsættes hele tiden for radioaktivitet. Denne ”naturlige” radioaktivitet stammer fra rum-met (som beskrevet tidligere), undergrunden, vores boliger og fra vores egen krop. Denne ”naturlige” stråling kaldes også baggrundsstrålingen, og den måler man, før man går i gang med at måle radioaktiv stråling fra en radioaktiv kilde, fordi man kun er interesseret i den stråling, der kommer fra den radioaktive kilde. Baggrundsstrålingen ønsker man at se bort fra. Når man sætter Geigertælleren op og tænder for den, kan man se, at der kommer et antal impulser, selv om man ikke har fundet en radioaktiv kilde endnu. Det er baggrundsstrålingen, man måler på den måde. Her er man så nødt til at lave et antal målinger for at finde den gennemsnitlige mængde baggrundsstråling. Normalt vil dette tal ligge mellem 5 og 10, men det kan variere. Det tal, man finder frem til, trækker man fra, når man skal måle på de radioaktive kilder. Eksempel: Baggrundsstrålingen er målt til et gennemsnit på 6 impulser. Da der måles på den radioaktive alfa-kilde, finder man et gennemsnit på 60 impulser. For at finde ud af, hvor meget af disse 60 impulser, der er baggrundsstråling, må man trække baggrundsstrålingen fra. Dvs.: Gennemsnit af tælletal – gennemsnit af baggrundsstråling = impulser fra kilden Hvor mange impulser stammer fra kilden i eksemplet? ____________________________________

Halveringstid Når en ”klump” af et bestemt stof henfalder, henfalder hele ”klumpen” ikke på én gang, men lidt efter lidt. Man kan aldrig vide, hvornår en bestemt atomkerne vil henfalde, her må man i gang med sandsynlighedsregning. Når halveringstiden er kort, er sandsynligheden for, at en kerne henfalder, stor – når halve-ringstiden er lang, er sandsynligheden lille. Når et stof henfalder, sker der flest henfald i starten, og så bliver der stadigt færre. Og hvor hurtigt stoffet henfalder, afhænger af, hvilket stof og hvilket isotop af stoffet, der er tale om. Halveringstid er et begreb, man bruger til at fortælle, hvor hurtigt et stof henfalder. Halve-ringstiden angiver nemlig, hvornår halvdelen af det stof, man har, er henfaldet. Denne tid er uafhængig af, hvor meget, man har af stoffet.

Teori


side 16

På nuklidkortet er halveringstiden angivet nederst i feltet:

Halveringstiden på Na 21 er 22,48 sekunder. Har man 20 kilo Na 21 tager det 22,48 sek., før de 10 kilo er henfaldet/omdannet. Det tager igen 22,48 sek. før halvdelen af de 10 kilo er henfaldet, altså 5 kilo. Og så tager det endnu engang 22, 48, før halvdelen af de 5 kilo er henfaldet. Har man 10 gram Na 21 tager det 22,48 sek., før de 5 gram er henfaldet/omdannet. Hvor lang tid tager det, før de sidste 5 gram Na 21 er henfaldet (tænk grundigt)? ________________________________________________________________________________________

Na 21 henfalder ved udsendelse af beta-plus-stråling og gammastråling. Færdiggør ned-faldsrækken ud fra denne oplysning:

Na2111 → + → Til højre ses en tabel over halveringstiden for nogle få isotoper af forskellige grundstoffer, og til venstre ses aktivitetskurven for et radioaktivt stof.

Hvor lang er halveringstiden for stoffet afbildet på kurven? _________ Brug tabellen til venstre til at finde ud af, hvilket nuklid der kan være tale om? _____________ Hvad er aktiviteten efter 24 timer? _________

Teori


side 17

Vi begynder med 12 gram af et radioaktivt stof. Stoffets halveringstid er 6 timer Hvor mange gange er massen af stoffet halveret efter 18 timer? ___________ Hvor mange gram af stoffet er der tilbage efter 18 timer? ___________ Hvor mange gram er der tilbage efter 36 timer? ___________ Hvor mange gram er der tilbage efter 42 timer? ___________ Tegn grafen for stoffets henfald i nedenstående koordinatsystem

Anvendelse af radioaktivitet Radioaktivitet kan bruges til mange ting. Nogle af disse ting er positive, andre negative. Det er nok de negative, du ved mest om. Man bruger især radioaktivitet i industrien og på hospitaler. Bestråling af fødevarer: Man bestråler forskellige fødevarer for at konservere dem, så de kan holde sig længere. Når bakterier og mikroorganismer bestråles, bliver de nemlig slået ihjel. I Danmark er det kun krydderier, der må bestråles for at kunne holde sig længere; det er alt-så ikke tilladt at bestråle andre fødevarer. Nogle eksperter mener, at bestrålede fødevarer er uskadelige, andre er mere skeptiske. Det kan nemlig ikke undgås, at en lille del af madens atomer bliver ioniseret, hvilket kan be-tyde, at der dannes små mængder af nye stoffer i maden – og man kan ikke vide, hvordan kroppen reagerer på disse stoffer. Desuden risikerer man, at de få ioner, der er i maden dan-ner de såkaldte frie radikaler (se evt. bilag 6), som igen danner ioner i kroppen.

Teori


side 18

Kræftbehandling: Man bruger radioaktivitet til at dræbe kræftceller. Kræftcellerne er mere modtagelige for radioaktiv stråling end andre celler, fordi de deler sig oftere end andre cel-ler gør. Lægerne kan bestråle en kræftsvulst fra forskellige retninger og dermed kan de ramme den fra flere vinkler, hvorved der også bliver dræbt flere kræftceller, uden at krop-pens andre celler tager skade. Det er ofte Cobolt-60, der bruges til denne type behandling. Hvilken type radioaktivitet udsender Cobolt-60? __________________________________________ Sporstof: Radioaktive stoffer bruges også som sporstof. Fx kan man blive bedt om at drikke en væske, der indeholder et radioaktivt stof, hvis der er mistanke om knogleskader, hvilket så kan ses på de billeder, man tager. Til denne form for undersøgelse bruges ofte Technetium-99. Hvilken type radioaktivitet udsender Technetium-99? _____________________________________ Påfyldning af beholdere: Når man skal opfylde beholdere med en præcis mængde stof, kan man også bruge radioaktiv stråling. Der sidder en geiger-tæller ud for hvor beholderen skal fyldes til, og den måler, hvor meget radioaktiv stråling, der går gennem dåsen. Når dåsen er fyldt, vil der passere en mindre mængde radioaktiv stråling igennem beholderen, og tælle-tallet vil falde. Hvorfor er der færre impulser, når dåsen er fyldt til mærket? _______________________________ ________________________________________________________________________________________

Materialetykkelse: Ligesom man kan måle indhold i beholdere, kan man bruge radioaktiv stråling til at måle tykkelsen på forskellige materialer, bl.a. for at tjekke materialet for fejl. Her er det væsentligt, at man bruger en type stråling, der ikke standses af det materiale, man skal måle på – men som dog bremses af det. Dette gælder selvfølgelig også ved påfyldning af beholdere. Hvilken type stråling tror du, der er mest almindelig at bruge til dette? _____________________ Giv eksempler på to stoffer, du mener, kan anvendes til dette? ____________________________ Læs nu bilag 1 Atomkraft: Når der igangsættes en fission eller en fusion, udlades der enorme mængder af energi. Energien udlades som varme og ioniserende stråling. På det nærliggende fjernvarmeværk er det også varmeenergien, der udnyttes til både var-me og elektricitet. Her opnås det bare ikke vha. atomkraft. Atomkraftværkerne er bygget på en måde, så de er sikrede, og der slipper derfor ikke strå-ling ud derfra. Men sker der uheld kan det have store konsekvenser. Hvilke materialer skal man benytte til at bygge et atomkraftværk, hvis det skal være sikkert? Læs nu bilag 2 og 3 Kernevåben: Til kategorien ”kernevåben” hører atombomben, brintbomben og ”den beskid-te bombe”. Atombomben virker ved spaltning (fission) af tunge atomkerner (fx uran eller plutonium). De radioaktive stoffer, der spredes ved sprængningen, falder til jorden som radioaktivt nedfald, og dette skaber store sundhedsmæssige problemer. Brintbomben virker ved sammensmeltning (fusion) af lette kerner (som navnet antyder, bru-ges typisk brint, der sammensmeltes til helium). Når denne sammensmeltning sker, frigives der enorme energimængder. Reaktionen ved sprængning af brintbomben er altså faktisk den samme reaktion, som sker i Solens indre, og der skal også tilføjes en væsentlig mængde

Teori


side 19

energi for overhovedet at få reaktionen til at ske – faktisk bruges en lille atombombe til at antænde brintbomben. Brintbomben er til gengæld meget kraftigere end atombomben, og den har heldigvis aldrig været anvendt i krig. ”Den beskidte bombe” indeholder giftigt radioaktivt materiale og andet kemisk materiale, men er altså ikke et rigtigt kernevåben, fordi der ikke sker kerne-reaktion under sprængnin-gen. Her spredes de giftige stoffer bare og kan gøre store områder ubeboelige. Hvilken type stråling tror du, der kommer fra atombomben? ______________________________ Læs nu bilag 4 Forgiftning: Radioaktivitet kan også bruges til forgiftning. Det er til dels det, der sker i ”den beskidte bombe”. Men man kender også eksempler på, at enkeltpersoner er blevet forgiftet ved, at de har indtaget et radioaktivt stof. Ideen er så, at det radioaktive stof skal udsende en strålingstype, der bliver inde i kroppen, så der sker størst mulig skade på offerets organer. Denne form for forgiftning så vi i november 2006, hvor den russiske spion Litvinenko blev for-giftet med Polonium 210. Han døde efter godt 3 ugers hospitals-indlæggelse. Der tales stadig om dette mord i medierne, fordi det aldrig blev opklaret, hvem der var ansvarlig for det. Litvinenko mente selv, at Præsident Putin var involveret. Hvilken type stråling udsender Polonium 210? ____________________________________________ Læs nu bilag 5

Skadevirkninger Når vi rammes af radioaktivitet i en vis mængde, tager kroppen skade, fordi den ioniserende stråling danner ioner. Hvor farlig den radioaktive stråling er, afhænger af: • Hvilken type stråling, der er tale om • Hvor lang tid man udsættes for strålingen • Hvor meget energi strålingen har. Da strålingen er ioniserende, betyder det, at strålingen omdanner det vand, vi har i kroppen til ioner (vores krop indeholder 60% vand). Disse nye ioner omdannes igen til det, der kaldes ”frie radikaler” (se evt. bilag 6). Frie radikaler er stoffer, der er ekstremt villige til at reagere med andre stoffer, og på den måde kan de altså ødelægge eller ændre cellernes funktion. Cellernes funktion kan ændres ved, at der dannes nye stoffer, der er giftige for cellen, eller ved at DNA-molekylerne (der findes i cellerne) beskadiges eller ødelægges, så også cellen dør. Strålingen kan også få cellerne til at mutere (og måske udvikle sig til kræftceller), eller den kan få DNA til at reparere sig selv, så strålingen alligevel ikke betyder noget. Når man rammes af en vis mængde radioaktiv stråling, kan man risikere følgende: • Udvikling af leukæmi (blodkræft) • Kræft • Genetiske skader, herunder at børn fødes med forskellige misdannelser (kromosomfejl og

andre cellefejl) • Åreforkalkning (årsag til blodpropper) • Gigt

Teori


side 20

• Strålesyge (fx at blodet siver ud gennem huden, fordi vævet ødelægges og ikke længe-re kan holde blodet, hvor det hører til, at brandsår ikke heles men kan blusse op igen osv.)

Alt dette skyldes ionisering i kroppen. Alfastråling er, som du ved stor og tung, men meget energirig. Alfastråling stoppes af huden og er derfor ikke farlig for vores indre organer, hvis vi bestråles udefra. Men bliver vi forgiftet med fødevarer, der er alfa-radioaktive, har vi et stort problem, da strålingen ikke kan komme ud igen. Den kan derfor forrette meget stor skade pga. den store ioniseringsevne og store energi. Alfastråling virker ødelæggende ved at slå elektroner væk fra de atomer og molekyler, det støder ind i. Desuden afgiver alfastråling ikke ret meget energi ved hvert sammenstød. Alfastråling stoppes af tøj eller hud – den er altså ret nem at beskytte sig imod udefra. Indefra er det straks værre, fordi strålingen så at sige er spærret inde – den kan ikke komme ud igen. Betastråling er også farlig inde i kroppen, men har nemmere ved at komme ud af kroppen igen. Desuden har betastråling ikke så stor ioniseringsevne som alfastråling. Da betastråling er meget lettere end alfastråling, har den heller ikke så stor energi, og dan-ner ikke så mange ioner. Betastråling virker, ligesom alfastråling, ved at slå elektroner løs fra de atomer og molekyler, strålingen møder på sin vej. Man kan beskytte sig ved at blive inden døre – en mur er tilstrækkelig afskærmning. Gammastråling er meget gennemtrængende og har ikke særlig stor ioniseringsevne. Den kan dog passere tværs igennem kroppen, så det er lige farligt at blive ramt af denne strå-lingstype indefra som udefra. Gammastråling kan overføre den nødvendige mængde energi til at løsrive elektroner (ofte hele fotonens energi). Fotonen (som gammastråling består af), kan også omdannes til en elektron og en positron – altså en positiv og en negativ ladning, der hver især kan reagere med molekyler eller ato-mer. Det er sværest at beskytte sig mod gammastråling, da der skal beton eller flere lag bly til at afskærme.

Teori


side 21

Bilag 1: Sådan virker et atomkraftværk

Styr dit eget A-kraftværk her: http://www.ida.liu.se/~her/npp/demo.html

Teori


side 22

Bilag 2: En dag blev sommerhimlen flået i stykker

Teori


side 23

Bilag 3: Hvordan virker en atombombe?

Teori


side 24

Teori


side 25

Teori


side 26

Bilag 4: Litvinenko forgiftet med polonium 210

Jakob Rohde-Brøndum - 16:22 - 24. nov. 2006

De britiske sundhedsmyndigheder oplyser, at Alexander Litvinenko blev forgif-tet med det radioaktive stof polonium 210

De britiske sundhedsmyndigheder oplyser fredag efter-middag, at den tidligere spion, Alexander Litvinenko, der døde torsdag aften, blev forgiftet med det radioaktive stof polonium 210.

- Prøver viser, at hr. Litvinenko havde en meget stor mængde af det radioaktive stof polonium 210 i sin krop. Det er på nuværende tidspunkt uvist, hvordan stoffet er kommet ind i kroppen, oplyser sundhedsmyndighederne.

Alexander Litvinenko var overbevist om, at forgiftningen skete på en sushi-restaurant i London for tre uger siden.

De britiske sundhedsmyndigheder bekræftede fredag, at der også er fundet radioaktiv stråling på sushi-restauranten, og man er nu gået i gang med at undersøge Litvinenkos hjem.

Før sin død underskrev den tidligere spion en erklæring, hvor han anklagede Ruslands præsident Vladimir Putin for mordet.

Alexander Litvinenko som han så ud ved sin død. (Foto: AP)

Alexander Litvinenko er tidli-gere russisk spion, men hop-pede af og boede ved sin død i London. (Foto: AP) (ALISTA-IR FULLER)

Polonium 210 er et sjældent stof, som udløser radioaktiv stråling, når det optages i kroppen. Stoffet kan kun fremstilles ved at bruge avanceret udstyr. Polonium 210, som den tidligere russiske spion Aleksandr Litvinenko blev forgiftet med, er en meget giftig radioaktiv isotop. Det er meget sjældent stof, som det er vanskeligt at få fat i. Polonium er typisk syntetisk fremstillet, selv om det findes i små mængder i naturlig form som et biprodukt af uran. Eksperter siger, at det kræver et avanceret udstyr såsom en atomreaktor at producere så meget polonium, at det kan forårsage et menneskes død. Polonium 210 er et fast stof, som kan opløses i en væske. Stoffet bliver først radioaktivt, når det optages i menneskekroppen ved at inhalere, spise eller drikke det og ved at få i det i åbent sår. En kraftig, kortvarig stråling fra polonium skader vigtige kontrolcentre i celler i kroppen. Polonium 210 har en halveringstid på 139 dage. Det er længe nok til, at det kan udvindes og leveres til målet, men kort nok til, at den radioaktive effekt er kraftig. /ritzau/Reuters/

Teori


side 27

Lav henfaldsrækken (eller de første 6 led) for Polonium 210 → → → → → Hvilke strålingstyper udsendes og af hvilke stoffer? _________________________________________________________________________________

Hvad er halveringstiden for de første to stoffer i henfaldsrækken, og var dette godt eller skidt for Litvinenko? _________________________________________________________________________________

Teori


side 28

Bilag 5: Ringen er sluttet – bomben bliver kastet

Teori


side 29

Teori


side 30

Bilag 6: Frie radikaler – for de biokemisk interesserede ☺☺☺☺ Ioniserende stråling danner, som du ved, ioner. Strålingen danner ionerne ved, på deres vej, at ramme andre atomers elektroner og slå dem ud af deres bane omkring atomkernen. Ioniserende stråling + H2O → H2O + + e- (eller – på elektronprikformel)

Ioniserende stråling + H:O:H → H:O.H+ + e- Det, der sker her er, at den ioniserende stråling rammer en elektron i atomet - elek-tronen kastes væk fra atomet, der nu er ”ude af balance” og har en proton mere end det har elektroner. Forbindelsen er blevet til en positiv ion. H2O + → OH. + H + (eller) H:O.H+ → H:O. + H+ Den løsrevne elektron rammer ind i et nyt vandmolekyle: H2O + e- → H2O - → OH- + H. (eller) H:O:H + e- → .H:O:H - → :O:H - + H. Frie radikaler er enormt villige til at reagere. De er ikke ioner, men vil bare have ”par-ret” den elektron, som prikken angiver. Det ønsker derfor at få en elektron mere og er villigt til at stjæle det fra det, der nu kommer forbi. Når den frie radikal har fået fat i sin elektron, er den ikke længere en fri radikal, men et stabilt stof. Til gengæld er det stof, elektronen stjæles fra, blevet en fri radikal i stedet. Det er dette, som er så ”far-ligt” med de frie radikaler. De kan forårsage en kædereaktion, hvor mange stoffer bliver omdannet, fordi der flyttes om på elektronerne og der skabes nye forbindelser. Det er derfor de frie radikaler, der er skyld i de skader, radioaktiviteten medfølger. Frie radikaler kan dog også dannes på andre måder. Tobaksrygning er bl.a. også med-virkende til dannelsen af frie radikaler. Men som du kan se i de to sidste eksempler ovenfor, kan de to frie radikaler stjæle en elektron fra hinanden (altså dele) og blive til vand igen, og så har vi intet problem: OH. + H. → H:O:H (eller) OH. + H. → H2O

TEORETISKE MÅL FOR EMNET - mat-fys.dkmat-fys.dk/onewebmedia/Radioaktivitet_teori.pdf · stråling,...

Documents

Transcript of TEORETISKE MÅL FOR EMNET - mat-fys.dkmat-fys.dk/onewebmedia/Radioaktivitet_teori.pdf · stråling,...