Transcript Atom och kärnfysik




Neutroner
Protoner, positivt
laddade
Elektroner, negativt
laddade


Atomnummer, antal
protoner
Masstal, summan av
protoner och
neutroner
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.
Gör uppgift 3 till kap 12.1
Om du värmer järn börjar
det att glöda.
Detta beror på att
elektronerna som finns i
olika skal har mycket
energi. Om de tillförs mer
energi kan de hoppa
mellan skalen, excitera.
Detta gör att atomen
hamnar i obalans, blir
instabil.
Så snart det är möjligt
kommer elektronen att
hoppa tillbaka till sitt skal
och energin som då
frigörs sänds ut som
strålning.
Långa hopp ger energirikt
blått ljus.
Korta hopp ger
energifattigt rött ljus.
Röntgen strålning gör att
vi kan se bilder av
skelettet.
Röntgenapparaten är
som en slags kamera som
både sänder ut och
fångar
röntgenstrålningen.
Strålningen går igenom
allt i kroppen men
absorberas olika mycket.
Skelett absorberar bäst
och blir därför ljust på
bilden.
Wilhelm Röntgen var den
som upptäckte
röntgenstrålingen.
Det som sker är att en
elektron i de innersta
skalen slås ut ur sitt skal
och ersätts av en elektorn
från ett av de yttersta
skalen. Atomen avger
röntgenstårlning.





Testa
1
2
3
4


5



6
7








dig själv 12.1
En atom består av tre olika partiklar. Vad heter partiklarna och vilken laddning har de?
Hur många elektroner får det plats i K-skalet?
Vilken laddning har en atom som helhet?
Vad menas med
a) atomnummer
b) masstal
a) Vad är gemensamt för två isotoper av samma grundämne?
b) Vad är det som skiljer?
En natriumatom har atomnumret 11 och masstalet 23. Hur många neutroner har kärnan?
En isotop av magnesium skrivs
23Mg
12
a) Beskriv hur kärnan är uppbyggd.
b) Fördela isotopens elektroner på olika skal.
8
Hur uppkommer ljus av olika färg?
9
Den vanligaste heliumisotopen har två protoner och två neutroner i sin kärna. Jämför
atomkärnans massa med den sammanlagda massan av elektronerna. Vilket resultat kommer du fram
till?
10
Protonens diameter är ca 2,5 · 10–12 mm. Tänk dig att du ska lägga en 1 mm lång rad av
protoner och att du hinner lägga 10 st per sekund. Hur lång tid skulle det ta?
•
En guldatom har masstalet 179. En radonatom har masstalet 222. Ändå har guld mycket högre
densitet än radon. Hur kan det komma sig?
Henri Bequerel upptäckte
att uran var radioaktivt
1896. Några år senare
konstaterade Marie och
Pierre Curie att även
radium och polonium var
radioaktiva.
Radioaktivitet är strålning
som uppstår i atomens
kärna.
Grundämnen som har
isotoper där kärna
innehåller för mycket
energi blir instabila. För
att bli av med energin
sänds det ut strålning, vi
kallar det att kärnan
sönderfaller.
Det finns tre olika typer:
alfastrålning,
betastrålning och
gammastrålning.
Alla ämnen som sänder ut
sådan strålning är
radioaktiva.
Består av positivt laddade partiklar,
alfapartiklar. En alfapartikel innehåller två
protoner och två neutroner. Det är alltså
samma sak som en atomkärna av helium.
 Om en atomkärna sänder ut alfastrålning
minskar antalet protoner och neutroner i
kärnan och ett nytt ämne bildas.
Alfastrålning

Betastrålning



Består av negativt laddade elektroner,
betapartiklar.
En neutron i atomkärnan omvandlas till en
proton och en elektron. Elektronen
lämnar kärnan och protonen blir kvar.
Om en atomkärna sänder ut
betastrålning ökar antalet protoner i
kärnan och ett nytt ämne bildas.
Gammastrålning består inte av någon
partikel som lämnar kärnan utan är
samma sorts strålning som ljus och
röntgenstrålning.
 Gammastrålning är dock energirikare och
har därför kortare våglängd.
Gammastrålning

Joniseradstrålning är ett samlingsnamn för
alfa, beta och gammastrålning.
 Det beror på att denna strålning kan slå ut
elektroner så att det bildas joner.
 Om det händer i kroppen kan jonerna bilda
ämnen som är skadliga för vår kropp.
Strålningen kan också leda till skador i
generna så att de delar sig okontrollerat och
vi får cancer.
Joniserad strålning

Vissa isotoper av olika
grundämnen kan när
som sända ut
joniseradstrålning.
 En isotop, av till exempel
radium kan när som
sönderfalla till en isotop
av grundämnet radon.
 Radiumkärnan sänder ut
en alfapartikel. Kvar blir
en atomkärna som har
två färre protoner än
radiumkärnan.
Grundämnet radon har
bildats.

Kol-14 är en isotop av kol
och har masstalet 14.
När den sönderfaller
utsänds betastrålning. En
neutron omvandlas till en
proton och en elektron.
 Elektronen lämnar
kärnan. Detta gör att
det nu återstår en
atomkärna med en mer
proton än den
ursprungliga kärnan. Den
nya kärnan som bildas är
en kvävekärna.

I samband med alfa- och betastrålning
sänds även gammastrålning ut.
 Gammastrålning påverkar varken
atomnummer eller masstalet och finns
därför inte med i formler.


Gör uppgift 6 till kapitel 12.2
I radioaktiva ämnen sönderfaller inte alla
atomkärnor sönder samtidigt utan när
och vilken som gör det är helt
slumpmässigt.
 Ett mått på hur fort sönderfallet går är
halveringstid.
 Halveringstid är hur lång tid det tar för
hälften av alla atomkärnor i ett
radioaktivt ämne att sönderfalla.







Ett exempel på att beräkna halveringstid är följande.
Radiums halveringstid till radon är ungefär 1620 år.
Om du har 1000 radiumkärnor kommer det efter 1620
år finnas 500 radiumkärnor och 500 radonkärnor.
Efter ytterligare 1620 år kommer du att ha 250
radiumkärnor o sv.
Halveringstiden kan vara mycket olika för radioaktiva
ämnen allt från bråkdelen av en sekund till flera
miljarder år.
Gör uppgift 10 till kap 12.2
Radioaktivstrålning når olika långt.
 Alfastrålning bromsas efter bara några centimeter i luften,
den har korträckvidd. Stoppas av papper eller hud.
 Betasstrålning har ne räckvidd på några meter i luft och
centimeter i levande vävnad. Stoppas av aluminiumplåt,
träskiva och ett lager kläder.
 Gammastrålning är utan partiklar och är energirik. Det
krävs ett tjockt lager med bly för att stoppa
gammastrålning.

Med hjälp av en geigermätare kan man se
hur radioaktivt något är. Apparaten
registrerar varje gång det sker ett sönderfall.
 Mängden strålning ett radioaktivt ämne
sänder ut kallas aktivitet. Aktiviteten
berättar hur många sönderfall som sker per
sekund. Aktivitet mäts i enheten becquerel
Bq.
 Högsta tillåtna aktivitet i Sverige är 1500
Bq/kg. Alltså max 1500 sönderfall per
sekund i tex 1 kg svamp eller bär.





För att veta om du blir utsatt för radioaktiva ämnen
måste du ha på dig en dosimeter då man inte
känner av strålningen. Dosimetern registrerar den
sammalagda mängden strålning som man utsätts för
under en viss tid.
Alla utsetts varje dag för bakgrundsstrålning från
mark, byggnadsmaterial och rymden.
Stråldosen mäts i millisivert mSv och vi utsätts i Sverige
för en genomsnittlig stråldos på 5 mSv per person.
3/5 av strålningen kommer från radon i våra hus men
även radioaktivt kalium som finns naturligt i kroppen,
kosmisk strålning och sjukvården.
Radioaktivstrålning är farligt för oss. T ex
Marie Curie dog av cancer hon fick pga
sin forskning om strålning. Idag måste
man använda skyddsutrustning när man
arbetar med strålning.
 I sjukvården använder vi dock strålning
för att behandla olika sjukdomar. T ex
behandla cancersjuka patienter då
cancerceller är mer känsliga för strålning
och dör utan att skada de friska cellerna.

Andra områden i sjukvården som
använder radioaktivstrålning är:
 Röntgen
 Scanning med magnetkamera MRT
 Scanning med positronkamera PET











Testa
1
2
3
4
5
6
7
8
dig själv 12.2
Vilka tre typer av strålning finns det?
Hur är en alfapartikel uppbyggd?
Vad är betastrålning?
Vilken strålning är svårast att stoppa?
Aktiviteten hos ett radioaktivt ämne mäts i becquerel (Bq). Vad menas med 1 Bq?
På vilket sätt skiljer sig gammastrålning från alfa- och betastrålning?
Vad menas med halveringstid?
a) Hur förändras sammansättningen hos en atomkärna som utsänder alfastrålning?
b) Hur förändras sammansättningen hos en atomkärna som utsänder betastrålning?
Diagrammet visar en så kallad sönderfallskurva för isotopen 214Bi. Hur lång är halveringstiden?

9

10
Med formler kan vi beskriva radioaktiva sönderfall. Fullborda formlerna här nedanför och ange
vilken typ av strålning som det är fråga om.
228AC
228Th + ?
a)
–>
228Th
b)
–>
? + 4He
224Ra
220Rn + ?
c)
–>
11
a) Beskriv hur betastrålning uppkommer.
b) Skriv en formel som visar hur betapartikeln kan uppstå.
12
Strålningen från ett radioaktivt ämne minskar till en fjärdedel på 40 min.
Vilken är halveringstiden?
•
Tänk dig att du har 40 g av ett radioaktivt ämne med halveringstiden 10 min och 10 g av ett
annat ämne med halveringstiden 20 min. Hur länge dröjer det innan det återstår lika mycket av de
båda radioaktiva ämnena?






