Transcript pptatomkärnfysik

Madame Curie
Heliumatom
Albert Einstein
Dansken Niels Bohr utformade en
modell för hur atomen fungerar.
Atom (grek. odelbar)
• Ordet atom användes för att beskriva
materians minsta beståndsdel.
• Nu vet vi att atomen också kan delas in i
mindre delar.
Modell av en kväveatom.
Dansken Niels Bohr utformade en modell för
hur atomen fungerar.
Atomen delar
• Atomen består av en kärna som innehåller protoner (som är
positivt laddade) och neutroner (som är oladdade).
• Runt kärnan kretsar elektroner (som är negativt laddade) på
olika avstånd.
Atomernas massor brukar anges med hjälp av
atommassenheten som skrivs 1u
 en proton väger 1u ≈ 1,7 * 10-27 kg
dvs, 0,0000000000000000000000000017kg

Grundämnenas periodiska system
Ger information om alla grundämnen vi känner till, bl.a.:
– Atomnumret (hur många protoner som finns i atomens kärna).
– Kemisk beteckning (en eller flera bokstäver, förkortning av namnet).
– Atommassa (hur mycket atomen väger, antalet protoner + neutroner).
Elektronskalen
• Elektronerna befinner sig i olika
elektronskal runt kärnan.
• Det innersta skalet (k-skalet) kan ha som
mest 2 elektroner.
• Nästa skal (l-skalet) kan ha som mest 8
elektroner.
• Nästa skal (m-skalet) också 8.
Atomen strävar efter att det yttersta skalet ska vara fullt.
Atomnummer och masstal
• Atomnumret talar om hur många protoner det finns i kärnan.
Atomnummer = antalet protoner i atomkärnan
• Masstalet är summan av neutroner och protoner
Masstal = antalet protoner + antalet neutroner
Elektronbanor
Vilket ljus det blir växlar beroende på till
vilken bana elektronen faller in på. Den
faller inte alltid tillbaka till
ursprungsbanan med det samma utan
"mellanlandar" på en bana på vägen till
den ursprungliga. Det är dock endast då
elektronen faller in på bana två som det
avges synligt ljus. En det blir blått ljus
har elektronen fallit från en bana längre
ut än en som ger rött ljus. Alltså en
atom som avger blått ljus har större
energi en som avger rött ljus.
Ultravioletta strålar bildas då elektronen
faller in till bana 1 och infrarött ljus då
elektronen faller in till bana 3.
Endast när elektronen faller in till bana
2, ger den synligt ljus.
Kontinuerligt spektrum
Ett spektrum uppstår då t ex vitt ljus passerar
genom en prisma och i prisman delar upp ljuset i
olika färger, ett s k spektrum. Ljuset från en
glödtråd ger kontinuerligt spektrum (alla
färger).
I ett spektrum ingår färgerna röd, orange, gul,
grön, blå, indigo och violett. ROGGBIV
Alla ämnen har sitt eget speciella spektrum.
Det är på detta sätt som man kan se vilka
grundämnen som finns i en ljuskälla.
T.ex. för att veta vilka grundämnen som solen
och andra stjärnor består av. Det gör man med
hjälp av ett instrument som heter spektrometer,
spektrometern visar ljuskällans spektrum.
SPEKTRUM
• Väte har tre olika isotoper.
• Vanligaste är väte och
kärnan innehåller en
proton.
• Deuterium har en proton
och en neutron.
• Tritium har en proton och
två neutroner.
Radioaktivitet
Radioaktiva ämnen är instabila, har ett högt
energiinnehåll och strävar efter stabilitet,
en lägre energinivå.
Ämnet sänder ut sin överskottsenergi och sönderfaller
då till andra ämnen, som ibland också kan vara
radioaktiva och skicka ifrån sig energi i form av
strålning.
Så håller det på till dess att det inte finns någon
överskottsenergi och ämnet antingen
är stabilt, har övergått till ett nytt annat grundämne
eller en ny isotop har bildats.
Radioaktivitet
• De flesta grundämnena har stabila atomkärnor.
• En del har de inte, deras kärnor faller sönder så
att två nya (mindre) atomer bildas.
• Dessa ämnen är radioaktiva.
Radium
Uran
Polonium
Strålning inifrån
• Vi har strålning runt omkring oss och faktiskt i
oss
• Vårt skelett innehåller radioaktivt polonium och
radium, vi har radioaktivt kol och kalium i
musklerna, vi har radioaktiva ädelgaser och
tritium i lungorna
Strålning utifrån
•
•
•
•
•
•
Ex. Tjernobyl
Rymden
Mobiler, TV, elektriska apparater
Mat
Bostadens byggmaterial (radon)
Självlysande armbandsur, klockor, brandvarnare, blå
dekorfärg i gammal porslin
Vad är då strålning?
• Strålning bildas ju när en atom får mer/mycket
mer neutroner än protoner. Då hamnar
atomen i ett tillstånd av obalans och vill göra
av med överflödet.
• Det naturliga vore då att ge bort de
överflödiga neutronerna, men så enkelt är det
inte! 
Varför tar kroppen upp allt detta då?
• Kroppen kan inte skilja på radioaktivt/icke radioaktivt ämne,
den tar upp båda varianterna
• Ex: kol förekommer i 8 varianter (isotoper!) C12 och C13 är
stabila, resten är mer eller mindre radioaktiv och alla
formerna tas upp/ finns i vår kropp.
Madame Curie
• Marie Curie, född 1867 i Polen, blev senare fransk
medborgare.
• Arbetade tillsammans med sin man Pierre Curie, de
studerade radioaktivitet.
• Fick nobelpriset två gånger:
– 1903 tillsammans med Henri Becquerel för sitt arbete med
radioaktivitet.
– 1911 för upptäckten av grundämnena Radium och Polonium.
• Fick ett grundämne uppkallad efter sig (Curium).
• Dog 1934 av strålningen som hon utsattes för i sitt
arbete.
Elektromagnetiska vågor
Elektromagnetiska strålningens viktigaste egenskap är dess
våglängd. I olika våglängdsområden kallar vi den
elektromagnetiska strålningen för olika saker:
Radiovågor
Mikrovågor
Infraröd strålning
Synligt ljus
Ultraviolett strålning
Röntgenstrålning
Gammastrålning
RADIOAKTIVA ÄMNEN GER UPPHOV TILL
JONISERANDE STRÅLNING
• alfa-strålning
• beta-strålning
• gamma-strålning
Alfastrålning
består av relativt stora och tunga partiklar (heliumkärnor bestående av
två neutroner och två protoner). De sänds oftast ut av instabila tunga
radioaktiva ämnen
som uran, radium, radon och plutonium.
Alfastrålningens räckvidd är ett par cm i luft och den hejdas lätt när den
stöter emot någonting. Den stoppas av ett tunt papper och kan inte
tränga igenom huden.
Därför är alfastrålning bara farlig för människan om det
alfastrålande ämnet kommer in i kroppen, till exempel genom
inandningsluften till lungorna eller genom födan.
Exempel på  sönderfall
238
92
Moderkärna
U
234
90
Th
Dotterkärna
+
4
2
He
 partikel
Betastrålning består av elektroner som utsänds när
vissa radioaktiva ämnen sönderfaller. Betastrålning har
längre räckvidd än alfastrålning; upp till tio meter i luft.
Tjocka kläder eller glasögon stoppar strålningen och
precis som vid alfastrålning, utgör betastrålning en risk för
människan bara om partiklarna kommer in i kroppen.
Exempel på  sönderfall
234
90
Th
Moderkärna
234
91
Pa
+
Dotterkärna
0
1
e
- partikel
Gammastrålningen bildas när radioaktiva atomkärnor
sönderfaller.
Gammastrålning har mycket lång räckvidd, och större
genomträngningsförmåga än alfa- och betastrålning. Det
krävs ett blyskikt på flera centimeter, decimetertjock
betong eller ett par meter vatten för att dämpa
gammastrålning till en acceptabel nivå.
Hur långt når strålningen?
Radioaktivitet Enheter
Aktiviteten från ett radioaktivt ämne mäts i becquerel (Bq).
1 Bq = 1 sönderfall/sekund.
Halveringstid
•Radioaktiva ämnen sönderfaller.
•Den tid det tar för hälften av ett visst radioaktivt ämne att
sönderfalla kallas halveringstid.
•Tiden varierar beroende på vilket radioaktivt ämne det gäller.
•Halveringstiden för olika radioaktiva ämnen kan variera från
bråkdelen av en sekund till miljarder år.
•Efter en halveringstid återstår hälften av ämnet.
•Efter ytterligare en halveringstid återstår en fjärdedel.
•Efter den därpå följande halveringen återstår en åttondel.
Radioaktivt sönderfall och halveringstid
•Antalet radioaktiva kärnor som finns vid en given tid avtar
• Tiden då halva mängden sönderfallit, kallas för halveringstid.
140
120
100
80
60
40
20
T1/2
2T1/2
Tid
30
28
26
24
22
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
0
Antal radioaktiva kärnor
Radioaktivt sönderfall
Sönderfallskedjor
• När en radioaktiv kärna
sönderfaller så är ofta
den nya kärnan också
radioaktiv.
• Därför finns det
sönderfallskedjor,
dessa slutar på en
stabil kärna.
•Halveringstiden för
238U är 4,5 miljarder år
210Po är 140 dygn
Kol 14 metoden
Radioaktiva ämnen kan användas för att bestämma ålder på
olika material.
För åldersbestämning av organiska material kan man använda
14C isotopen.
Ett organiskt material är ett material som innehåller kol.
Då ett träd växer blir halten 14C konstant i själva trädmaterialet.
Då trädet dör börjar 14C sönderfalla.
Ju mindre 14C det finns kvar i det gamla trämaterialet, desto
äldre är träbiten.
Halveringstiden för
14C
är cirka 5600år.
FISSION!
Fission innebär att en kärna klyvs.
En neutron träffar atomkärnan, atomkärnan kommer i svängning.
Atomkärnan klyvs.
Samtidigt som en kärna klyvs, frigörs det nya neutroner.
Dessa neutroner kan klyva andra atomkärnor.
En kedjereaktion sker.
Vid varje kärnklyvning frigörs energi i form av värme.
FISSION!
1 neutron +
235U
→
94Kr
+
139Ba
+ 3 neutroner + energi
FUSION!
Det går även att utvinna energi genom att slå
samman lätta kärnor.
Fusion innebär att två atomkärnor slås
samman så att en tyngre kärna bildas.
Kärnkraftverk
• I kärnkraftverkets reaktor sker hela tiden kärnklyvningar, där
vi använder Uran som bränsle.
• Vi kan kontrollera hastigheten på reaktionerna med styrstavar
och genom att kombinera uran-238 och uran-235 till rätt
proportioner.
• Värmen som uppstår vid reaktionerna värmer upp vatten till
ånga, som i sin tur driver en turbin som alstrar ström.