Radioaktivitet

Fra Wikipedia, den frie encyklopædi
Gå til: navigation, søg

Radioaktivitet er omdannelse af ustabile atomkerner under udsendelse af ioniserende stråling i form af partikler og/eller elektromagnetisk stråling. Radioaktivitet danner bl.a. grundlag for kernekraft og kernevåben. Ioniserende stråling er i visse former skadelig for levende organismer. Den ioniserende stråling kan bestå af alfastråling, betastråling, protonstråling, neutronstråling, røntgenstråling eller gammastråling.

Fysisk beskrivelse[redigér | redigér wikikode]

Radioaktive kerner er ustabile. Ustabiliteten kan groft sagt skyldes tre ting:

Store kerner, dvs. samtlige kerner med flere end 83 protoner, er altid ustabile. Kerner med mellem 1 og 83 protoner findes i stabile isotoper, undtagen grundstof 43 – technetium. Stabiliteten sikres af en passende balance mellem neutroner og protoner. En given kerne kan herudover befinde sig i forskellige bevægelsestilstande. I grundtilstanden er nukleonerne 'pakket' bedst muligt. I anslåede tilstande har kernen et højere impulsmoment, hvilket svarer til en højere energi.

Ved det radioaktive henfald afvikler en kerne sit nukleon-, neutron-, proton- eller energioverskud. Jo større overskuddet er, jo mere ustabil er kernen. Afviklingen sker under udsendelse af partikler eller elektromagnetisk stråling. Ved alfa- og betahenfald (se nedenstående) er det radioaktive henfald ledsaget af en grundstofomdannelse.

Matematisk beskrivelse[redigér | redigér wikikode]

Det radioaktive henfald er en stokastisk proces. Betragter man en tilfældig ustabil kerne på et tilfældigt tidspunkt kan man alene udtale sig om sandsynligheden for at den henfalder i løbet af et givet tidsrum. Henfaldssandsynligheden per tidsenhed betegnes henfaldskonstanten (k), og denne afhænger altså alene af hvilken kerne der er tale om. Datterkernen kan i lighed med moderkernen være ustabil, dog med en anden henfaldskonstant.

Betragter man et stort antal kerner, kan antallet af tilbageværende kerner ("N") beskrives ved en ekspontiel udvikling: N(t) = N_0 \left(\frac{1}{2}\right)^{t/T_{1/2}}, hvor N0 er antallet af kerner til at begynde med, t er tiden, og T_{1/2} er halveringstiden, dvs. den tid der går før at halvdelen af kernerne er henfaldet. Sammenhængen mellem henfaldskonstant og halveringstid er givet ved T_{1/2} = \frac{\ln(2)}{k}.

Halveringstiden afhænger ligesom henfaldskonstanten af hvilken isotop kernerne tilhører. Den spænder fra mindre end 10-9 sekunder for ekstremt ustabile kerner til mere end 109 år for næsten stabile kerner.

Aktiviteten er per definition antal henfald kerner per tid. Det følger heraf at A = kN, og at A afhænger på samme måde af tiden som N: A(t) = A_0 \left(\frac{1}{2}\right)^{t/T_{1/2}}. Enheden for aktivitet er becquerel (Bq).

Henfaldstyper, alfa, beta og gamma[redigér | redigér wikikode]

Spontan fission[redigér | redigér wikikode]

Meget store kerner, dvs. kerner med 92 protoner eller flere, er så ustabile at de med en rimelig sandsynlighed spontant falder fra hinanden. Resultatet er to datterkerner der hver har cirka halvt så mange nukleoner som moderkernen, og et par neutroner.

Alfa-henfald[redigér | redigér wikikode]

Uddybende Uddybende artikel: Alfahenfald

Store kerner afvikler almindeligvis deres nukleonoverskud ved et alfa-henfald. En alfapartikel er en helium-kerne der slynges ud af moderkernen med stor energi (op til 6 MeV). Herved mister moderkernen to protoner og to neutroner. Et eksempel er

{}^2{}^{38}_{92}\hbox{U}\;\to\;{}^2{}^{34}_{90}\hbox{Th}\;+\;{}^4_2\hbox{He}

Beta-henfald og K-indfangning[redigér | redigér wikikode]

Uddybende Uddybende artikel: Betahenfald

Kerner med neutron/proton-ubalance afvikler deres overskud af protoner eller neutroner ved et beta-henfald eller ved K-indfangning. I forlængelse af et alfa-henfald har en kerne almindeligvis for mange neutroner. Neutronoverskudet afvikles ved et beta-henfald. En betapartikel er en elektron som der slynges ud af moderkernen med stor energi (op til 3 MeV). Elektronen er dannet ved henfaldet af en neutron:

{}^1_0\hbox{n}\;\to\;{}^1_1\hbox{p}\;+\;_{-}{}^0_{1}\hbox{e}\;+\;\bar{\nu}_e

Neutronen omdannes altså til en proton og en elektron (og en antineutrino). Et eksempel er

{}^{14}_{\ 6}\mathrm{C} \rightarrow {}^{14}_{\ 7}\mathrm{N} + {}^{\ 0}_{-1}\mathrm{e} + \bar{\nu}_\mathrm{e}

Inde i kerner med for mange protoner forløber den omvendte proces

{}^1_1\hbox{p}\;\to\;{}^1_0\hbox{n}\;+\;_{+}{}^0_{1}\hbox{e}\;+\;\nu_e

En proton omdannes altså til en neutron og en positron (og en neutrino). Et eksempel er

{}^{22}_{11}\mathrm{Na} \rightarrow {}^{22}_{10}\mathrm{Ne} + {}^{\ 0}_{+1}\mathrm{e} + \nu_\mathrm{e}

Efter fortegnet på ladningen af de udslyngede beta-partikler, benævnes den ene type henfald \beta^{-} ("beta-minus"), og den anden type \beta^{+} ("beta-plus"). En variant af sidstnævnte bærer navnet K-indfangning. Herved forstås at en elektron fra atomets inderste skal forener sig med en proton i kernen og danner en neutron (og en neutrino):

{}^1_1\hbox{p}\;+\;_{-}{}^0_{1}\hbox{e}\to\;{}^1_0\hbox{n}\;+\;\nu_e

Gamma-henfald[redigér | redigér wikikode]

Uddybende Uddybende artikel: Gammahenfald

Exciterede (anslåede) kerner afvikler deres energioverskud ved et gamma-henfald. I forlængelse af et alfa- eller beta-henfald er nukleonerne typisk ikke pakket tættest muligt, og kernen kan overgå fra en tilstand med højere impulsmoment til en en tilstand med lavere impulsmoment under udsendelse af elektromagnetisk stråling med en bølgelængde som er kortere end for røntgenstråling. Strålingsudsendelsen er kvantiseret, dvs. energien udsendes i form af en energirig (op til 3 MeV) foton. Et eksempel er


{}^{137}\mathrm{Ba}^{*} \rightarrow {}^{137}\mathrm{Ba} + \gamma

Historisk udvikling[redigér | redigér wikikode]

Henri Becquerel regnes for radioaktivitetens opdager. Han observerede i 1896 at uranholdige mineraler udsender gennemtrængende stråling. Det blev hurtigt klart at thorium-holdige mineraler havde samme egenskab.

I 1898 lykkes det Marie Curie og Pierre Curie at isolere to radioaktive stoffer, som de kaldte polonium hhv. radium. Sidstenævnte har på den ene side en halveringstid der er så lang at man kan opbevare og undersøge stoffet, på den anden side en henfaldskonstant som er så stor at aktiviteten er enorm i forhold til aktiviteten fra et tilsvarende kvantum uran.

I 1911 påviste Ernest Rutherford atomkernens eksistens ved at beskyde et guldfolie med \alpha-partikler. En forsvindende lille, men dog signifikant del af \alpha-partiklerne blev spredt i vinkler tæt på 180 grader, hvilket bedst kan forklares ved at antage at hovedparten af atomets masse er koncentreret i et område af meget lille udstrækning – kernen – hvor også den positive ladning befinder sig. Herefter lå vejen åben for tolkningen af det radioaktive henfald som en kerneomdannelse.

Biologisk virkning[redigér | redigér wikikode]

Radioaktivitet i form af radioaktivt nedfald medfører typisk kræft – selv ved lave koncentrationer og lader til at gøre at børn bliver mindre intelligente. [1] [2] [3] [4]

Kilder/referencer[redigér | redigér wikikode]

  1. Swedish Research Council (2004, November 22). Chernobyl Disaster Caused Cancer Cases In Sweden. ScienceDaily Citat: "...There is a statistically established correlation between the degree of fallout and an observed rise in the number of cancer cases. The increase involves all types of cancer in the aggregate...It is remarkable that an increase in cancer morbidity could have occurred after such a relatively short time following the accident..."
  2. Linköping University (2007, May 30). Increase In Cancer In Sweden Can Be Traced To Chernobyl. ScienceDaily Citat: "...The cancer risk increased with rising fallout intensity: up to a 20-percent increase in the highest of six categories. This means that 3.8 percent of the cancer cases up to 1999 can be ascribed to the fallout...The increase in Tondel’s studies came a remarkably short time after the disaster, since it is usually assumed that it takes decades for cancer to develop...The conclusion is that there is scientific support for a connection between the radioactive fallout and the increase in the number of cancer cases...."
  3. Federation Of European Cancer Societies (2001, October 26). Cutting The Cost Of Fall-Out From Chernobyl 15 Years After The World's Worst Nuclear Accident. ScienceDaily Citat: "...Nearly 2000 cases of thyroid cancer have been linked to the world's worst nuclear accident which occurred in Ukrainian city 15 years ago – and the number is still rising...That increase has continued and new cases are still being seen in those who were children at the time of the accident"..."
  4. Aug. 17, 2007, upi.com: Chernobyl fallout hurt Swedish infants Citat: "...The report by researchers from Stockholm University and New York’s Columbia University found that children born in the eight municipalities experiencing the highest levels of radiation were 3.6 percent less likely than others to qualify for high school, The Local said Thursday. The researchers said it appears prenatal exposure to radiation levels previously considered safe was actually damaging to cognitive ability..."

Se også[redigér | redigér wikikode]

Eksterne henvisninger[redigér | redigér wikikode]

Commons-logo.svg
Wikimedia Commons har medier relateret til: