1. No category

Sammanfattning Kurs 8 – Kärnfysik, strålning
Atomer
Allting är uppbyggt av atomer. En atom består av tre elementarpartiklar. Dessa partiklar är
protoner, neutroner och elektroner. Protonen och neutronen finns i atomkärnan och utgör
nästan hela atomens massa men väldigt lite av atomens volym. Det mesta i atomen är således
tomrum.
Protonen är positivt laddad. Det är antalet protoner som avgör vilket ämne det rör sig om.
Man kan alltså skapa nya grundämnen genom att lägga till eller ta bort protoner.
Neutronen är neutral. Antalet neutroner kan variera. Ett ämne med ett konstigt antal neutroner
kallas för isotop. Således är en kolatom med 7 neutroner en kolisotop.
Elektronerna finns runt atomkärnan i skal eller i ett elektronmoln. Elektronerna är negativt
laddade. En atom har lika många elektroner som den har protoner. Detta gör att hela atomen
har en neutral laddning. Om en atom har fler eller färre antal elektroner än vad den har
protoner kallas det för en jon.
Fusion
Fusion handlar om att lägga till protoner. Vid fusion slår man ihop två grundämnen så att de
bildar ett nytt. Man kan också slå ihop lösa protoner och neutroner för att till exempel bilda
helium, detta sker i solen. När man utvinner energi ur fusion så väger det nya grundämnet
mindre än vad de två tidigare gjorde tillsammans. Den ”försvunna” massan har omvandlats
till energi enligt formeln E=mc2. Fusion fungerar bäst med små/lätta grundämnen.
Fission
Fission innebär att ett grundämne delas till två nya grundämnen. Vid fission kan man dela på
ett ämne genom att skjuta en neutron i ämnet så att det klyvs. Även i denna process kan energi
utvinnas. De två nya grundämnena väger mindre tillsammans än vad det ursprungliga
grundämnet vägde. Den ”försvunna” massan har omvandlats till energi enligt formeln E=mc2.
Vid fission är det bäst att använda ganska stora/tunga grundämnen. Oftast använder man en
isotop av Uran, U-235, vid fission.
Kedjereaktioner
I exempelvis en atombomb så utnyttjar man en kedjereaktion som bildas vid fission av U-235.
När U-235 klyvs så bildas det Krypton, Barium samt tre neutroner. De tre neutroner som
frisläpps klyver tre nya U-235-kärnor. Denna kedjereaktion gör att det på kort tid klyvs en
ansenlig mängd kärnor. Denna kedjereaktion sker helt okontrollerat och det blir en explosion
som följd.
Kärnkraftverk
I ett kärnkraftverk utnyttjar man den energi som frigörs vid fission. Energin som frigörs vid
fission används för att hetta upp vatten till ånga. Ångan driver en turbin som är kopplad till en
generator som alstrar elektrisk ström. När ångan har passerat turbinen kyls ångan ned och
kondenserar till vatten. Detta vatten kan sedan gå tillbaka till reaktorn och värmas upp på nytt.
Inne i reaktorn sker själva kärnklyvningen. Det finns bränslestavar som består av det ämne
vars atomkärnor skall klyvas, ofta Uran. För att reaktionen ej skall gå för snabbt har man
styrstavar som skall fånga upp neutroner. Detta leder till att man kan hålla kedjereaktionen
under kontroll. Det finns tillräckligt många styrstavar i en reaktor för att man helt skall kunna
stoppa klyvnigsprocessen.
Radioaktiv strålning
Radioaktiv strålning är strålning som kommer från atomkärnan. Strålningen uppkommer när
en atom sönderfaller och gör sig av med energi. Om en atomkärna är stabil sönderfaller den
ej. Isotoper med för många eller för få neutroner har ett överskott på energi vilket gör dem
instabila. Dessa isotoper kommer att sönderfalla. Det finns tre typer av radioaktiv strålning:
alfastrålning, betastrålning och gammastrålning.
Alfastrålning
Alfastrålning består av partiklar. Närmare bestämt en heliumkärna, alltså två protoner och två
neutroner. Alfapartiklarna är positivt laddade.
Alfapartiklar är på grund av sin storlek ganska lätta att stoppa, det räcker med ett pappersark,
kläder eller huden. Om alfastrålningen kommer in i kroppen är den farlig eftersom
alfastrålningen kan ”knuffa” loss elektroner från atomer inne i kroppen. Kroppens atomer som
blir av med elektroner blir till joner. Därför kallas alfastrålning även för joniserande strålning.
Betastrålning
Betastrålning består också av partiklar, negativt laddade elektroner. Vid betasönderfall
omvandlas en neutron till en proton och en elektron. Protonen stannar kvar i kärnan och blir
upphov till ett nytt grundämne medan elektronen skickas ut som strålning. Därför räknas
betastrålning som strålning från kärnan trots att det är en elektron som åker ut.
Även betastrålning består av partiklar och är därför ganska lätt att stoppa. Elektroner är
mindre än heliumkärnor, därför behövs det plåt eller dubbla glas för att stoppa strålningen.
Betastrålning är också joniserande strålning.
Gammastrålning
Gammastrålning är elektromagnetisk strålning. Det gör att den är svår att stoppa, därför är
gammastrålning den farligaste strålningen. Gammastrålningen har kort våglängd och hög
energi vilket också gör den farlig. Även gammastrålning är joniserande strålning. För att
stoppa gammastrålning krävs det ca 10 cm tjockt bly. Gammastrålning uppkommer av
betasönderfall. Vid betasönderfall bildas således två typer av strålning: betastrålning och
gammastrålning.
Halveringstid
Halveringstid är ett mått på hur lång tid det tar för hälften av atomkärnorna i en mängd av ett
radioaktivt ämne att sönderfalla.
Uran-235
700 miljoner år
Kol-14
5730 år
Cesium
30 år
Radon
3,8 dygn
Mäta strålning
Strålning kan mätas i enheten Bq. Det är ett mått på hur många kärnor som sönderfaller på en
sekund. Det är alltså inget bra mått på hur farlig strålningen är utan ett mått på aktiviteten på
strålningen.
Enheten Sv är bättre för att veta hur farlig strålningen är. Sv anger hur mycket strålning som
absorberas per kg kroppsvikt. Utöver hur mycket som absorberas finns det en
”farlighetsfaktor” som man kan multiplicera med antalet Sv. På så sätt får man en ännu bättre
uppfattning om hur farlig strålningen är. För beta- och gammastrålning är denna faktor = 1
och för alfastrålning är faktorn = 20. Detta säger oss att alfastrålning är 20 gånger farligare än
beta- och gammastrålning. För att detta mått skall kunna användas måste strålningen
absorberas av kroppen vilket är ovanligt när det gäller alfastrålning.
Sv * ”farlighetsfaktorn” = stråldos.
Hur påverkas kroppen?
När det rör sig om joniserande strålning så kan strålningen knuffa bort elektroner från atomer
inne i kroppen vilket gör att det bildas joner i kroppen. Joner med olika laddning attraherar
varandra vilket gör att det finns en risk för att atomer som ej skall sitta ihop kopplas ihop på
grund av strålningen. Detta är inte bra.
Om strålningen kommer utifrån kroppen är gammastrålning farligast eftersom den är svårast
att stoppa. OM strålningen finns inne i kroppen är alfastrålning farligast eftersom den har de
största partiklarna och kan skada fler celler.
Elektromagnetism
Elektromagnetism handlar om sambandet mellan elektricitet och magnetism. Vanligt ljus
består av elektromagnetiska vågor.
Det ljus som människan kan se ligger ungefär mellan 400-800 nanometer i våglängd.
Kortare våglängd har högre frekvens.
Energin i en våg är direkt kopplad till frekvensen enligt E = h*f. Där h står för Plancks
konstant och f står för frekvensen.