De små partikler og stråling

Baggrundsstråling

I Danmark er baggrundsstrålingen størst på Bornholm, fordi der er så mange klipper med større indhold af uran, thorium og datterprodukter end i den øvrige del af landet. Østjylland har også lidt højere baggrundsstråling end landsgennemsnittet.

»Men det er stadig så lidt, at det ikke gør nogen skade.

Næsten alle materialer omkring os indeholder radioaktive atomkerner i mere eller mindre grad. Man bruger ordet ’baggrundsstråling’ som en samlet betegnelse for den lille, konstante mængde radioaktive stråling, som udsendes fra disse materialer.

Men faktisk spiller din geografiske placering ind på, hvor meget af den såkaldte ’baggrundsstråling’ du får – den er nemlig forskellig fra landsdel til landsdel.

»Nogle steder i verden er der så højere niveauer end andre – det gælder eksempelvis Kvanefjeldet i Grønland, hvor man planlægger minedrift, og hvor uran for eksempel er i højere koncentrationer end i dansk havejord.«

De tre former for radioaktiv stråling og gennemtrængning

Alfa

Alfastråler er heliumkerner, der med megen stor energi udsendes fra især tunge radioisotoper.
Da der forsvinder 2 protoner fra kernen er datterkernen et nyt grundstof med et atomnummer, der er 2 lavere. Atomvægten er 4 lavere end moderkernens. Pga. relative store vægt (4 units) så har en alfapartikel stor ioniseringsevne- Alfastråler har meget kort rækkevidde - i luft kun ca. 4 cm

Beta

Betastråler består af negativt elektroner, der med stor energi udsendes fra atomkernen. Herved omdannes en af kernens neutroner til en proton, vi får et nyt grundstof med et atomnummer, der er l højere i rækken end moderkernen. (I enkelte tilfælde kan betastråling bestå af positivt ladede elektroner - positroner - det giver den modsatte effekt) .

Gamma

Gammastråling er elektromagnetisk stråling med meget kort bølgelængde og dermed en tilsvarende stor energi. Gammastråler er uhyre gennemtrængende. Der sker ingen grundstofomdannelse ved gammastråling.

Mere omkring alfapartikler

Alfastråling er en form for partikelstråling, der er kraftig ioniserende og med ringe indtrængningsevne. Alfastråling har en relativ lille fart på ca 19.000 km/s.

Alfastrålingen er en Heliumkerne (dvs. den består af to protoner og to neutroner), der udsendes under alfahenfald af oftes meget tunge radioaktive kerner som f.eks. uran og radium. Strålingen blev opdaget af Ernest Rutherford i 1899, og som beskrevet tidligere brugte han alfapartikler til at påvise atomkernen i 1911.

Alfapartiklen har en ledning på 2 positive elementarladninger, en relativ høj masse og relativ lav hastighed. Dette gør, at der er stor sandsynlighed for, at partiklen vekselvirker med andre atomer og på den måde mister sin energi. Blot et stykke papir, nogle centimeters luft eller de yderste lag af huden er nok til at stoppe dem.

På den anden side er det den farligste form for radioaktiv stråling hvis den kommer ind i kroppen, hvor den vil afsætte sin energi direkte i de indre organer.

99% af alt helium produceret på jorden dannes gennem alfahenfald af tunge atomkerner som uran og thorium i jordens undergrund. Helium er en ædelgas og samtidigt det næstletteste grundstof. Helium indgår dermed sjældent i kemiske reaktioner med andre gasser og vil med sin lave vægt have en tendens til at diffundere opad i atmosfæren og til sidst forsvinde ud i rummet. Alfahenfald spiller dermed en vigtig rolle for eksistensen af helium i jordens atmosfære.

Alfapartikler i din hverdag

De fleste røgalarmer indeholder en lille smule af alfa-kilden americium-241.

Alfastråling udsendes også af grundstoffet radon, som forekommer naturligt i jorden. Derfor anbefales at lufte ud hver dag, hvis man bor i en kælder netop for at få det radon, der er kommet fra jorden ud i kælderen væk, så man ikke får mere alfastråling end normalt.

Mere omkring betapartikler

Betastråling er en radioaktiv stråling, der fremkommer ved betahenfald af atomkerner. Betastrålingen er elektroner (β-) eller positroner (β+), der udsendes med høj energi fra atomkernen, hvorved den omdannes til et andet grundstof. (vi arbejder kun med β-)

Både tunge og relativt lette grundstoffer kan henfalde til et andet grundstof ved at udsende en β-partikel, hvilket kan ske på to måder. Atomer består af en kerne af protoner og neutroner med en sky af elektroner rundt om, som det er beskrevet i Bohrs atommodel tidligere. Første måde det kan ske på er, at en neutron bliver omdannet til en proton, ved udsendelse af en elektron. Den anden måde er ved, at en proton bliver omdannet til en neutron ved udsendelse af en positron (også kaldet antielektron).

Betastråling rækkevidde, er noget større end alfastråling, mens dens ioniseringsevne er meget mindre. Betastråler er relativ lette at nedbremse. Nogle få millimeter aluminium er nok. Betastråler bevæger sig ved hastigheder, som kan nærme sig lysets hastighed. Elektronens hastighed afhænger af, hvor meget energi den modtog ved henfaldet, der udsendte den. Da hastigheden kan variere, er rækkevidden i atmosfærisk luft også variabel.

β-stråling kan godt være farlig selv uden for kroppen, selvom strålingen normalt kun bevæger sig et par millimeter ind i kroppen.

Betapartikler i din hverdag

Betastråling bruges i hverdagen til processtyring i industrien, måske lavede du tandpastaforsøget i 9 klasse.

Det kunstigt fremstillet grundstof technetium (Tc) med atomnummeret 43, der bruges meget i lægeindustrien udsender betastråler.

Kulstof 14 som bruges til at aldersbestemme arkæologiske fund henfalder også med udsendelse af en beta-partikel

Fun Fact.

Betastråler kan nogle gange opnå større hastighed end lys, fx. i vand. Derved opstår fænomenet Cherenkov stråling og det ser blæret ud.

Her er et link til nogle billeder og en lille forklaring :-)

Mere omkring Gammastråling

Gammastråling er meget energirig elektromagnetisk stråling. Atomkernen har et overskud af energi, som bliver udsendt, idet atomkernen henfalder til en lavere energitilstand.

Gammastråling består af fotoner - lyspartikler, der udsendes af eksiterede atomkerner. Typisk er atomkernerne et produkt af et alfa- eller betahenfald fra et andet grundstof. Kernen kan være endt i en eksiteret tilstand, hvorfra den vil henfalde til den mindst mulige energitilstand, ved at udsende energi i form af en foton.

Strålingen kan ses både som en partikel i form af en foton, eller som bølger i form af lys, da disse ifølge kvantemekanikken er to sider af samme sag. Det er vigtigt at understrege, at det ikke drejer sig om en eksiteret elektron, der ryger ned til laveste energitilstand ved udsendelse af en foton, men at det er selve kernen, der er eksiteret og udsender energien.

Gammastråling udsendes med frekvenser på over 1019Hz svarende til bølgelængder på mindre end 10pm (picometer, 10-12m) og energier på typisk 0,1 til 10 MeV (megaelektronvolt). Det sker rent faktisk, at den udsendte foton kan blive absorberet af en af atomets elektroner og slå elektronen fri - et fænomen der kaldes for den fotoelektriske effekt.

Eksempel på radioaktivt henfald

Ba-137* → Ba137 + γ-stråling.

Barium-137 er i en høj energitilstand. Det markeres med en stjerne (*). Når energien frigøres som gammastråling, henfalder barium-137 til en lavere energitilstand. Men den ændrer sig ikke til en anden isotop, det er stadig barium-137.

Gammastråling i din hverdag

Når kræftpatienter behandles med stråling er det enten røntgenstråling eller gammastråling.. Gammastrålingen trænger dybere ind i patienten og har større energi end røntgen bliver bl.a. brugt til at behandle kræft.

Bl.a. krydderier, emballage, der bliver bestrålet med en dose på 10kGy. I danmark er krydderier de eneste madvarer, som tilladt at desinficere med stråling. Gammastråling bruges også til at steriliserer forskelligt medicinsk udstyr, der ikke kan autoklavering (dvs. at opvarmning under tryk). Medicinsk udstyr bliver bestrålet med en dose på 25kGy

Link til Måleenheder for radioaktivitet

Halveringstid

Den tid det tager for halvdelen af atomerne har udsendt sin stråling. Dvs. ved alfa- og betastråling er halvdelen af atomerne nu omdannet til datterkernen, ved Gammastråling er det når halvdelen af de exciterede atomer er blevet stabile og ikke længere er exciterede. Man kan stort set sige, at des kortere halveringstiden er for en given mængde atomer, des mere stråling og des farligere kan det være, så lange halveringstider kan være at foretrække.

Radioaktive stoffer er principielt altid farlige. Muligheden for at skaffe dem her i landet kontrolleres af statens Institut for Strålebeskyttelse (i Herlev), for at undgå at sundhedsfarlige stoffer er ude i samfundet ukontrolleret. Faren afhænger af mængden af radioaktivt stof, strålingstype, energien af strålingen (som bestemmes af hvilket stof der udsender den).

I hverdagen bruger vi bl.a. halveringstiden til at aldersbestemme døde ting. Alt levende indeholder kulstof og dermed også den radioaktive isotop kulstof - 14 som har en halveringstid på 5730 år, som også udsender β - og - γ stråling. Det er det stof, man kan bruge til aldersdatering, når man finder træ, mumier mm, ved at se hvor meget der er tilbage. Har en mumie fx. en stråleaktivitet på 1/8 eller 12,5% af, hvad levende organismer har, så har mumien været død i en periode svarende til tre halveringstider = 17190 år

Galleri 2.3 Halveringstiden for kulstof14 har været brugt til dateringen af bl.a. disse mumier