Fasit til kapittel 10 (2017)

 

 

10.1 Stråling fra radioaktive stoffer

10.1.1  Antoine Henri Becquerel var den første til å oppdage radioaktivitet. Han oppdaget radioaktivitet i 1896 i uransalt som det ble tilfeldigvis lagt noen fotografiske plater i. Ekteparet Marie og Pierre Curie fant deretter ut at det kom radioaktivitet fra forskjellige atomkjerner.

 

10.1.2 

a) uran-234 vil si at uran (grunnstoff 92) har 234 nukleoner (protoner og nøytroner) til sammen. Uran-isotopen har 92 protoner og 142 nøytroner i kjernen. Radon-222 sier at hvert atom av radonisotopen har 86 protoner og 136 nøytroner i kjernen.

b) Et radioaktivt stoff har en ustabil kjerne som sender ut forskjellige typer stråling. Strålingen fra slike stoffer fører til endring i oppbygning av kjernen, og stoffet kan bli spaltet til stoff med mindre tunge atomer.

 

10.1.3 

a) Uran (U-234) og Radium (Ra-226). Bly (Pb-214) er det stabile sluttproduktet til de to stoffene.

b) Et radioaktivt stoff brytes gradvis ned ved at det sender ut stråling i form av enten alfastråling, betastråling eller gammastråling. En alfapartikkel består av to protoner og to nøytroner. Når et stoff sender ut denne typen stråling reduseres antallet kjernepartikler, noe som forandrer atomnummeret med to. Denne spaltingen fortsetter helt fram til stoffet har blitt til en stabil isotop, i dette tilfellet bly-214.

 

10.1.4

a) α-stråling er heliumkjerner

b) β-stråling er elektroner

c) γ-stråling er elektromagnetisk stråling (fotoner) med svært kort bølgelengde

 

10.1.5  Uran-238 har 92 protoner og 146 nøytroner.

 

10.1.6 

a) Når Uran-238 sender ut alfastråling sender den ut to nøytroner og to protoner fra kjernen sin. Dette forandrer atomnummeret med to, og nukleontallet med fire.

b) Når thorium-234 sender ut betastråling blir det omdannet til protactinium, som har ett proton ekstra i kjernen. Betapartikler dannes når et nøytron omdannes til et proton og et elektron. Atomnummeret til atomet øker med en på grunn av et ekstra proton, og et elektron sendes ut fra kjernen. Nukleontallet til stoffet forandrer seg ikke, siden det blir ett mindre nøytron, men ett ekstra proton. Elektronet det sender ut kalles et hurtig elektron, og det er denne partikkelen som ses på som betastråling.

 

10.1.7  Når kjernen til et atom har mer energi enn den stabile grunntilstanden til atomet, er atomkjernen i en eksitert tilstand. Når en atomkjerne er i eksitert tilstand, vil den sende ut restenergien (energien den har for mye) i form av elektromagnetisk stråling. Strålingen den sender ut kalles gammastråling, og dette er den mest energirike strålingstypen. Utstrålingen endrer ikke grunnstoffet, men det gjør det mer stabilt. Se figur side 306.

 

10.1.8  Naturlig radioaktivitet er når kilden til radioaktiv stråling ikke er menneskeskapt. Kunstig radioaktivitet er derimot menneskeskapt, f.eks. at et stoff har gått gjennom kunstige prosesser for å gjøres mer (eller mindre) radioaktivt.

 

10.1.9  Naturlig uran er lite radioaktivt. For å kunne bruke det i kjernereaktorer må kjernen gjøres mer ustabil ved at den bombarderes med nøytroner.

 

10.1.10 a) og b) Figuren viser hvordan de forskjellige typene radioaktivitet kan stoppes av skjerminger som for eksempel papir, aluminiumsfolie eller bly. Alfastråling stoppes av et papirark fordi alfa-partiklene er relativt store og tunge. De vil kollidere med atomene i papiret og stoppes. Klær vil også skjerme mot α-stråling. Betastråling er lettere og mindre, og går derfor gjennom papiret, men stoppes av aluminiumsfolie som har atomene tettere plassert enn atomene i papir. Gammastrålingen er den mest energirike og beveger seg gjennom både papirarket og aluminiumsfolien, men blir i hovedsak stoppet av noen centimeter bly.

 

10.1.11 Alfastråling kan gjøre stor skade på kroppen dersom en kilde til alfastrålingen pustes inn. I lungene er det ikke et beskyttende hudlag, og lungevevet vil kunne bli påvirket av den ioniserende strålingen. I verste fall kan det utvikles lungekreft.

 

10.1.12 Fisjon – når en atomkjerne spaltes til to mindre atomkjerner. Det er fisjon f.eks. U-234 omdannes til andre stoffer.

Fusjon – når to mindre atomkjerner smeltes sammen til en tyngre atomkjerne. Fusjon foregår naturlig i stjerner, der f. eks hydrogen omdannes til helium.

 

10.2 Halveringstid og måling av radioaktivitet

10.2.1  Måleenheten for radioaktivitet er bequerel (Bq), oppkalt etter Antoine Henri Becquerel som var den første til å oppdage radioaktivitet.

 

10.2.2  Du kan f. eks lese her:

https://snl.no/Henri_Becquerel  

eller her:

https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1903/

for å finne ut mer.

 

10.2.3 Hvis radioaktiviteten i et kjøttstykke er 400 Bq/kg vil det si at kjøttstykket har 400 kjernenedbrytninger per sekund per kg kjøtt. Dette er normal radioaktivitet for et kjøttstykke. For å se hvilke grenser som er anbefalt kan du lese mer her: http://www.matportalen.no/matvaregrupper/tema/fjorfe_og_kjott/mat_forurenset_med_radioaktivitet

 

10.2.4  Halveringstiden til et radioaktivt stoff forteller hvor lang tid det tar før halvparten av kjernene i stoffet er omdannet til andre atomer, eller med andre ord: den tida det tar før en gitt mengde av stoffet er minket til det halve.

 

10.2.5  Etter 24 dager er det 5g igjen, etter 48 dager (2 halveringstider) 2.5 g, etter 96 dager (4 halveringstider) 0,625 g.

 

10.2.6  a) Det er 0.500g etter 1599 år. b) Det har gått 3 ∙ 1599 år = 4797 år.

 

oppgave 10.2.7

 

 

10.2.8 Grenseverdien er 600 Bq/kg

 

10.2.9 

a) Bakgrunnsstråling er naturlig radioaktiv stråling som kommer fra det vi har rundt oss og i oss.

b) Radon som dannes fra bergarter med uran er opphavet til mest stråling.

 

10.2.10

a) Radongass kommer fra naturlige forekomster av uranmalm. Porøse bergarter i grunnfjellet under boligområder er hovedkilden til radongass som siver inn i hus.

b) Når radon-222-konsentrasjonen er høyere enn 100 Bq/m3 gør det gjennomføres tiltak for å redusere konsentrasjonen. Skulle konsentrasjonen overstige 200 Bq/m3, er det nødvendig med mer omfattende mottiltak. Mottiltakene går i hovedsak ut på å bedre ventilasjonen og å bedre kjellergulv, evt bedre kjellervegger.

c) Rn-222 sender ut alfastråling.

d) Halveringstida til Rn-222 er 3.8 dager.

e) Lungevevet er spesielt utsatt for strålingen Rn-222 sender ut, siden det er ikke noe hud som beskytter lungene fra alfastrålingen.

 

10.3 Ioniserende stråling

10.3.1  Energirik stråling kan slå løs elektroner slik at atomer i organiske molekyler blir ioniske. Dette får molekylet til å oppføre seg annerledes, slik at det ikke greier å oppfylle sin normale funksjon.

10.3.2 Ionisering er dannelsen av ioner. Ioner dannes ved at energirik stråling slår løs elektroner fra atomer og molekyler, noe som gir stoffet ny ladning og annen funksjonsevne. Når elektroner slås vekk, får stoffet positiv ladning.

Det finner flere typer ioniserende stråling. Noen eksempler er røntgenstråling, gammastråling, alfastråling og betastråling.

10.3.3 

a) Ioniserende stråling er stråling som bærer nok energi til å forandre den atomiske eller molekylære strukturen til et stoff. Denne strålingen kan være både EM-stråling (røntgen- og gamma-stråling) og partikkelstråling (α- og β-partikler, nøytronstråling, protonstråling).

b) Ioniserende stråling er ikke det samme som radioaktiv stråling. Ioniserende stråling er energirik, men dette betyr ikke at det er radioaktivt.

c) Stråling kan virke ioniserende fordi strålingen bærer så mye energi at det påvirker atomene den treffer. Energien gjør slik at elektroner løsner fra atomet sitt.

 

10.4 Nytte av energirik stråling

10.4.1 

a) Energirik stråling kan brukes for å drepe mikroorganismer i pepper, uten å gjøre krydderet radioaktivt. Stråling av kjøtt er lov i USA, og dette er for å redusere sykdomsframkallende mikroorganismer i kjøttet. Strålingen kan brukes generelt på kjøtt for å drepe blant annet egg og larver fra insekter.

b) Røntgen og gammastråling kan brukes i kreftbehandling. Ved å bestråle det området som er utsatt for kreft (kreftsvulster), vil veksten av kreftcellene bremses og til slutt drepes. Kreftceller ødelegges lettere av den energirike strålingen enn det friske celler gjør.

c) Røntgenstråling brukes for å se om det er brudd eller andre skader på skjelettet. Bein, brusk og tenner stanser røntgenstrålingen mer effektivt enn bløtt fettvev og muskelvev. Vi kan da får et bilde som viser evt. skader på bein og tenner.

d) Siden store doser stråling fra radioaktive kilder kan drepe bakterier, sopp og insekter, kan man ta det i bruk til sterilisering av medisinsk utstyr. I dag brukes stråling for å sterilisere sprøyter, bandasjer, blodoverføringsutstyr osv. Slik sterilisering forhindrer mange infeksjoner og forbedrer renholdet i helsearbeidet drastisk.

e) Radioaktive isotoper brukes i flere områder av industri, blant annet for å ”se” inn i et stoff. Oljeindustrien kan bruke radioaktive kilder for å studere de forskjellige lagene av havbunnen, siden olje reflekterer stråling på en annen måte enn sand og stein.

f) Ultrafiolett stråling dreper bakterier i vann svært effektivt. Derfor brukes denne energirike strålingen i renseprosessen av drikkevann.

 

10.4.4  Alt levende inneholder karbon. Noe av karbonet vil være karbonisotopen 14C. Karbon-14 isotopen er radioaktiv med en halveringstid på 5730 år. Ved å sammenligne forholdet mellom de ulike karbonisotopene i det organiske materialet (dødt) og i levende organismer, kan en bestemme alderen på f.eks. gamle planterester fra ei myr.

 

10.4.7 a) 52,7% C-14 igjen i skjelettet. 

  1. b) 11460 år (to halveringstider)

 

10.4.6 Sjekk her:

https://snl.no/becquerel

og her:

https://snl.no/sievert