STRÅLING / RADIOAKTIVITET

TEMA BAKGRUNN ATOM / KJERNE STRÅLING RADIOAKTIVITET MÅLEMETODER / INSTRUMENTER HALVERINGSTIDER NESTE: STRÅLING I DAGLIGLIVET Ref. Figurer i denne presentasjonen er hentet fra : ” Particle Adventure” av : Particle Data Group of Lawrence Berkeley National Laboratory. ”Stråling og Helse”, T. Henriksen & al., UiO

Hva er verden laget av?

I dag vet vi at det finnes noe mer fundamentalt enn jord, luft, ild og vann... Men i virkeligheten finnes det bare atomer og tomrom.    -Demokrit (ca. 400 f.Kr.) Omkring år 1900 tenkte folk på atomer som gjennomtrengelige kuleskall med småbiter av elektrisk ladning i bevegelse innenfor. Er atomet fundamentalt?

Er kjernen fundamental? Først: Så ut til å være liten med stor tetthet, dvs. fundamental. Senere: oppdaget de at den var satt sammen av protoner (p+), som er positivt elektrisk ladet, og nøytroner (n), som ikke har elektrisk ladning.

Da blir spørsmålet: er protoner og nøytroner fundamentale? Fysikere har oppdaget at protoner og nøytroner består av enda mindre partikler som kalles kvarker. Så langt vi kjenner til er kvarker som geometriske punkter -- de synes ikke å være bygget opp av noe annet. Dvs. fundamentale.

Den moderne atom-modellen Elektronene er i konstant bevegelse rundt kjernen, protoner og nøytroner beveger seg inne i kjernen, og kvarker beveger seg inne i protonene og nøytronene. Skalering: Protoner og nøytroner en centimeter i diameter Elektronenes og kvarkenes størrelse være mindre enn diameteren til et hårstrå Atomets diameter ville være større enn lengden til tredve fotballbaner! 99.999999999999% av et atoms volum er bare tomt rom!

Størrelser i atomet

Ioniserende stråling Energirik stråling som slår løs elektroner i atomer eller molekyler strålingen treffer på Ulike typer ioniserende stråling: Radioaktiv stråling Kosmisk stråling Nøytronstråling Røntgenstråling Energirik UV-stråling Vanlig å definere elektromagnetisk stråling med energi > 10 eV, dvs bølgelengde < 124 nm, som ionoserende. der dE: energiforskjell, h = 6,63 . 10-34 Js (Plancks konstant), c: lysfart, l : bølgelengde.

Radioaktiv stråling Felles for radioaktiv stråling: Kommer fra ustabile atomkjerner. på Alfastråling Stor energi Energien til en alfa -partikkel er typisk av størrelse millioner elektronvolt (MeV) Kort rekkevidde Stoppes fullstendig i mindre enn 5 cm luft Stoppes også av hud Stoppes på grunn av kollisjoner. Sterkt ioniserende Alfa-partikler er forholdsvis store Dobbelt positiv ladning

Radioaktiv stråling II Betastråling Energirike elektroner Fra ustabile atomkjerner (kjernen desintegrerer ) Energi Energien betydelig mindre enn for alfa-partikler Relativt kort rekkevidde 1 MeV stoppes i mindre enn 5 mm vev Stoppes helt av tynne plagg

Radioaktiv stråling III Gamma-stråling Elektromagnetisk stråling Ledsager alfa- og beta-stråling - Nuklide emmiterer partikkel,  kan kjernen bli eksitert. Kjernen emmiterer gamma-foton når den går tilbake til grunntilstand. Høy gjennomtrengningsevne 1 MeV går rett igjennom et menneske 1 cm kobber stopper halvparten av strålingen Bly og tykk betong brukes til skjerming.

Bølgelengde til gamma-stråling Eksempel: Bølgelengden til gammastråling. Den radioaktive nukliden 137Cs sender ut gamma -fotoner med 662 keV. Hvilken bølgelengde har strålingen? Svar: Bruker Vi må regne om energien fra elektronvolt til joule. 1 eV = 1,60 × 10-19 J Denne gammastrålingen har en bølgelengde på 1,88 × 10-12 m.

Det elektromagnetiske spekteret

Måleenheter for radioaktiv stråling Becquerel - Aktivitet er et mål for antall atomkjerner som omdannes per tidsenhet. Når et stoff sender ut en alfapartikkel, en betapartikkel eller ett gammafoton per sekund er strålingen 1 becquerel (Bq). Angir ikke hvilken strålingstype Gray Mengden av absorbert energi per masseenhet kalles stråledose, måles i Gray (Gy). Når vi måler 1 Gy betyr det at 1 kg av det bestrålte stoffet har absorbert stråling med 1 J energi.

Måleenheter for radioaktiv stråling II Sievert Ulike strålingstyper gjør ulik skade når de treffer levende vev. Bruker størrelsen doseekvivalent med måleenheten sievert (Sv). Utgangspunkt: Absorberte strålingen målt i gray. Innfører en vektfaktor. For beta- og gammastråling gjelder at 1 Gy = 1 Sv. Alfastråling ansees som 20 ganger farligere. (Den virker sterkt ødeleggende på celler langs den korte strekningen som trenges for å stoppe den.) Man setter 1 Gy = 20 Sv for alfastråling. For nøytronstråling bruker man ofte 1 Gy = 10 Sv. Det betyr at man vurderer nøytroner som 10 ganger farligere enn beta- og gammastråling.

Måling av radioaktiv stråling Radioaktive strålingen er usynlig. For målinger utnytter man strålingens evne til å vekselvirke med stoff den treffer på. Geiger-Müller teller Kan ikke skille mellom stråletyper og stråleenergier.

Måling av radioaktiv stråling II Scintillasjonsteller Når en ustabil atomkjerne har sendt ut alfa - eller beta -stråling er datterkjernen ofte i en eksitert tilstand. Når kjernen går over til grunntilstand, sendes et gamma-foton ut. Energien til den utsendte gamma -stråling som et fingeravtrykk for nukliden. Strålingsintensiteten fra de ulike energinivåene er forskjellig, men forholdet mellom intensitetene er konstant. En scintillasjonsteller måler både energien og intensiteten i gamma -strålingen. På denne måten kan radionuklider identifiseres og deres mengde bestemmes.

Måling av radioaktiv stråling III Scintillasjonsteller med fotomultiplikator Gammafotoner utløser lysglimt i NaI-detektor Lyset slår løs elektron i en fotokatode. Elektronet treffer på en dynode i fotomultiplikatoren. Kan slå løs opptil 4 nye elektroner. En serie med dynoder sørger for ytterligere forsterkning. Pulshøyden i sluttpulsen er proporsjonal med energien i gammafotonet. -Forsterkningsfaktor opptil 106.

Måling av radioaktiv stråling IV Scintillasjonsteller med fotomultiplikator og flerkanalsanalysator I en flerkanalsanalysator sorteres pulsene etter energinivå. Sammenligner med kalibrerte data.

Halveringstid Radioaktive atomkjerner er ustabile. Idet de sender ut radioaktiv stråling omdannes de til en kjerne av et annet grunnstoff. Den tiden det tar før halvparten av det radioaktive stoffet omdannes, betegnes som halveringstid T½ . Halveringstiden varierer, fra brøkdel av sekunder for noen nuklider, til noen milliarder år for andre. - Halveringstiden påvirkes ikke av ytre faktorer som trykk og temperatur.

Halveringstid II

STRÅLING / RADIOAKTIVITET