Kapittel 6 radioaktivitet

 

6. A Radioaktive stoffer – sende rut usynlig, energirik stråling

Henri Becquerel = mannen som i 1896 oppdaget radioaktivitet mens han gjorde forsøk med mineraler som inneholdt grunnstoffet uran (U)

 

Stråling fra ustabile atomkjerner

Det er få atomkjerner som er ustabile. Årsaken er endringer i atomkjernene til det radioaktive stoffet. Disse atomkjernene sender ut stråling.

 

Atomkjernen består av protoner og nøytroner

Nesten hele massen til atomet er samlet i en kompakt kjerne. Protonene har positiv ladning og nøytronene er nøytrale. Rundt kjernen kretser elektronene.

 

Isotoper - samme grunnstoff, men ikke samme nøytrontall

Antall nøytroner varierer, mens antall protoner i kjernen forblir det samme.

Eksempel:

Ale atomene i grunnstoffet karbon © har 6 protoner i kjernen. Noen karbonatomer har 6 nøytroner i kjernen, noen har 7 og noen har 8. da kan vi si at Karbon har tre isotoper. Karbon-12, karbon-13 og karbon-14.

Navnsetning av isotoper = For å skille et grunnstoff fra hverandre angir vi nukleontallet (protontallet + nøytrontallet) som en del av grunnstoffnavnet.

• Karbon-12 (6 protoner + 6 nøytroner = 12)
• Karbon-13 (6 protoner + 7 nøytroner = 13)
• Karbon-14 (6 protoner + 8 nøytroner = 14)

 

Karbon-14 – er forskjellig fra de andre karbonisotopene fordi atomkjernen er ustabil. For å oppnå en mer stabil tilstand kan den sende ut stråling. Vi sier at denne karbonisotopen er radioaktiv.

 

Andre grunnstoffer kan også ha flere isotoper, og noen av dem har en fordeling av protoner og nøytroner i kjernen som gjør dem radioaktive.

 

Grunnstoff, isotoper og radioaktive isotoper Et grunnstoff er et stoff der ale atomene har kjerner med samme antall protoner I isotoper av et grunnstoff varierer antallet nøytroner i kjernen (men antallet protoner er det samme). Noen isotoper er ustabile. De sender ut stråling fra atomkjernen; vi sier de er radioaktive.

 

 

6. B Tre strålingstyper – alfa, beta og gamma

 

Radioaktive stoffer sender ut tre forskjellige typer stråling; alfa, beta og gamma.

 

Alfastråling er heliumkjerner

Alfastråling = ustabile atomkjerner som sender ut partikler som består av to nøytroner og to protoner. Det er altså heliumkjerner med stor fart som med stor fart forlater atomkjernen.

 

Når en atomkjerne sender ut alfastråling, vil atomkjernene inneholde to protoner og to nøytroner mindre. Eksempel: Uran-238 à thorium-234 + helium-4

 

Betastråling er elektroner

Nukleontallet er alltid det samme ved betastråling.

Betastråling = når atomkjerner sender ut elektroner med stor fart. En atomkjerne inneholder ingen elektroner. Det som derfor skjer er at et nøytron i atomkjernen omdannes til et proton og et elektron: Nøytron à proton + elektron

Elektronet forlater atomkjernen med veldig stor fart, mens protonet blir værende. Atomkjernen mister dermed ingen protoner og nukleontallet forandres ikke, men det er dannet et nytt grunnstoff. Eksempel:

Karbon-14 à nitrogen-14 + elektron

 

Gammastråling er energirike fotoner

Gammastråling = elektromagnetisk stråling som består av energirike fotoner. Energien i fotonene har en slags ”overskuddsenergi” som atomkjernene frigjør etter å ha sendt ut alfa- eller betastråling. Eksempel:

 

 

Stråling har ulik rekkevidde – kort, lengre, lang

Den ulike rekkevidden gjør at strålingstypene har ulik rekkevidde og dermed ulike evne til å trenge inn i stoffer. Eksempel:

Alfastråling - rekker bare noen centimeter i luften før den stanser. Dette er fordi heliumkjernene er så store og tunge at de gir fra seg mye energi i løpet av kort tid. Alfastråling kan ikke trenge gjennom papir.

Betastråling - (elektroner) blir stanset av en tykk treplate.

Gammastråling - (elektromagnetisk stråling) blir bare stanset av en tykk blyplate eller en betongvegg.

 

Radioaktiv stråling Ustabile atomkjerner kan sende ut tre strålingstyper Alfastråling er heliumkjerner og har kort rekkevidde Betastråling er elektroner, og kan trenge inn i hud, men stoppes av for eksempel tre. Gammastråling er elektromagnetisk stråling. De energirike fotonene i gammastrålingen blir først stoppet av en tykk blyplate eller en betongvegg.

 

6. C Strålingsaktivitet – hvor mye?

 

Geigerteller – måleapparat til å registrere radioaktiv stråling. Den er ikke like følsom for gammastråling som for beta- og alfastråling.

Tsjernobylulykken – kjerneenergiverk eksploderte i 1986. Norge var et av de landene i Europa som ble hardest rammet av de radioaktive stoffene.

Strålingsaktivitet i et radioaktivt stoff er antallet omdanninger i stoffet per tidsenhet. Enheten for strålingsaktivitet er becquerel (Bq).

 

Scintillasjonstelleren registrerer gammastråling, hvilket radioaktivtstoff som er til stede, og i hvilken mengde (isotopen og mengden). Når et radioaktivt stoff sender ut alfa- eller betastråling, sender det også ut gammafotoner med helt bestemte energier. Akkurat som atomene har sine ”fingeravtrykk” i linjespektre, har atomkjernene sine ”fingeravtrykk” i form av bestemte gammafotonenergier.

 

6. D Halveringstid – hvor lenge?

 

Når en atomkjerne sender ut heliumkjerner (alfastråling) eller elektroner (betastråling), blir det dannet et nytt stoff.

 

Halveringstid Halveringstiden er den tiden som går før halvparten av atomkjernene i det radioaktive stoffet er omdannet til andre atomkjerner.

 

Alderbestemmelse med karbon-14-metoden

Halveringstiden til karbon-14 er et viktig hjelpemiddel når vi skal bestemme alderen på døde planter og dyr. Dette er fordi levende organismer tar opp karbonforbindelser så lenge de lever. Derfor når de dør stopper opptaket. Etter 5730 år er mengden karbon-14 i den døde organismen halvert. Ved å sammenlikne det med innholdet i tilsvarende bein hos et levende menneske, kan etterforskere beregne hvor gammel beinrestene er.

 

 

 

 

 

 

Den biologiske halveringstiden avhenger av organismen

På grunn av kjernefysiske eksplosjoner eller kjernereaktorulykker med radioaktivt nedfall er vi opptatt av de radioaktive isotopene strontium-90 og celsium-137.

Strontium-90 – menneskekroppen og andre organismer kan ta opp strontium-90 i stedet for kalsium. Dette kan forårsake skader i beinsubstansen.

Cesium-137 – kan ta natriumets plass og skade viktige organer i kroppen.

Den biologiske halveringstiden er den tiden det tar før halvparten av det radioaktive stoffet er skilt ut av en organisme.

 

 

6. E Stråledose – hvor skadelig?

Radioaktiv stråling påvirker cellevev.

Ioniserende stråling = fellesbetegnelse for røntgenstråling og stråling fra radioaktive stoffer. All ioniserende stråling er svært energirik og kan ”sparke” ut elektroner i et atom som blir truffet, slik dannes ioner. Ioniserende stråling kan forandre og ødelegge cellevev i planter og dyr.

 

Stråledosen angir hvor mye energi som overføres

Stråledosen angir hvor mye energi som blir overført, og hvilken virkning strålingen har. Stråledosen måles i millisievert (mSv)

Det som skjer når kroppen blir utsatt for radioaktiv stråling er at cellevevet blir tilført energi. Stråledosen er avhengig av strålingstypen.

 

Store strålingsdoser kan:

• Ødelegge proteiner
• Skade arvestoffet DNA
• Føre til mutasjoner
• Døden i løpet av noen dager

Den biologiske virkningen vil være bestemt av hvilket organ som er blitt utsatt for stråledosen. Er skadene alvorlig, vil celledelingen gi defekte datterceller.

 

 

Hvilken strålingstype er farligst?

Vi kan få radioaktive stoffer inn i kroppen gjennom mat eller luft. Derfor er alfastrålene farligst for oss.

 

Alfastråling (heliumkjerner) har kort rekkevidde og stor ioniserende evne og vil derfor ødelegge mange celler i et lite område. Med kilden utenfor kroppen vil skaden være lite, heliumkjernene blir stoppet av luften eller det ytterste hudlaget.

 

Betastråling (elektroner) ødelegger ikke like mye som alfastrålingen. Betastrålende er mer gjennomtrengende og kan derfor gjøre skade selv om kilden ikke er inne i kroppen vår. Betastråling trenger lett gjennom huden siden den har en rekkevidde på 1-2 cm.

 

Gammastrålingen har stor gjennomtrengningsevne. Bare litt av gammastrålingen blir tatt opp i kroppen, resten går gjennom uten skade.

 

På grunn av den korte rekkevidden i luften er ikke alfa- eller betastråling særlig farlig for oss dersom den ikke finnes i miljøet rundt oss. På avstand er det gammastrålingen som har stor nok rekkevidde til å gi oss en stråledose.

 

Vi kan verne oss mot stråling fra radioaktive kilder på tre måter:

Stor avstand fra kilden

Kort tid nær kilden

Skjerming mot strålingen (for eksempel tykt lag med betong eller bly)

 

Bakgrunnsstrålingen bidrar mest – mesteparten av den radioaktive strålingen rundt oss er av den naturlige strålingen (bakgrunnstråling). Bare en liten del av den totale strålingen vi blir utsatt for, skyldes menneskelige aktiviteter.

 

Radon i hus er den viktigste strålingskilden

Radon (Rn) er en radioaktiv gass som gir størst strålingsdoser her i Norge.

I boliger kan radongass sive opp fra berggrunnen. Deretter kan vi puste den inn. Derfor er lunger og bronkier mest utsatt for stråling fra radon. Områder med alunskifer i berggrunnen er sterkt preget av radonkonsentrasjoner.

 

Alt mellom himmel og jord stråler

Vi blir utsatt for radioaktive bergarter og byggematerialer. Størst er strålingen fra betong.

Kosmisk stråling – stråling fra verdensrommet. Strålingen kommer hovedsakelig fra energiproduksjon på solen og andre stjerner. Mye av den kosmiske strålingen blir absorbert i atmosfæren, så stråledosen er avhengig av hvor du bor (på fjellet eller i lavlandet?). Magnetfeltene på jorden gjør at den kosmiske strålingen er 10 % høyere rundt polene.

 

Vi kan også finne radioaktive stoffer i maten, men denne strålingen er bitte liten (kalium og kadmium). Sykehusene bruker også ioniserende stråling til diagnose og behandling av sykdommer.