27.07.2013 Views

Kapitel 1: Atomfysik

Kapitel 1: Atomfysik

Kapitel 1: Atomfysik

SHOW MORE
SHOW LESS

Create successful ePaper yourself

Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.

KAPITEL 1


<strong>Atomfysik</strong><br />

ATOMER OG ANDRE SMÅTING<br />

RADIOAKTIVITET<br />

RADIOAKTIVITET I BRUG<br />

ENERGI FRA KERNEN<br />

CAFE KOSMOS: RADIOAKTIVITET OG DIN KROP<br />

To vandrere fandt i 1991 et lig, der var dukket op under en<br />

smeltet gletsjer i Alperne. Ismanden, eller Ötzi som liget kaldes<br />

efter findestedet i Ötztal, var født for 5300 år siden nær byen<br />

Velturno i Italien. Som voksen levede Ötzi 50 km længere mod<br />

nord. Ötzi blev dræbt. Ramt af en pil i skulderen. Kort tid efter<br />

dækkede sneen hans krop, indtil han i 1991 blev fundet.<br />

Ötzi er verdens ældste mumie.<br />

Ötzis levesteder, alder og dødsårsag kendes fra undersøgelser<br />

af atomerne i hans tænder, af radioaktiviteten i hans krop og fra<br />

røntgenscanninger. <strong>Atomfysik</strong> kan også bruges i arkæologien.<br />

Hvor stort er et atom?<br />

Hvad er neutroner og protoner?<br />

Hvad har lys med atomer at gøre?<br />

Hvad er radioaktivitet?<br />

Hvorfor er stråling fra radioaktive stoffer farlig?<br />

7


KAPITEL 1 · ATOMFYSIK<br />

Tier-potenser<br />

Præfiks Størrelse Tier-potens Forkortelse<br />

giga 1000000000 10 9<br />

mega 1000000 10 6<br />

kilo 1000 10 3<br />

hekto 100 10 2<br />

deci 10 –1<br />

centi 10 –2<br />

milli 10 –3<br />

mikro 10 –6<br />

nano 10 –9<br />

1<br />

10<br />

1<br />

100<br />

1<br />

1000<br />

1<br />

1000000<br />

1<br />

1000000000<br />

G<br />

M<br />

k<br />

h<br />

d<br />

c<br />

m<br />

µ (my)<br />

n<br />

Atomer og andre småting<br />

For mere end 2400 år siden påstod den græske tænker<br />

Demokrit, at når man blev ved med at halvere et stof, måtte<br />

man til sidst komme til en så lille mængde, at den ikke kunne<br />

deles yderligere. Demokrit kaldte denne lille mængde for et<br />

atom. Det græske ord a-tomos kan oversættes som ikke-delelig.<br />

Halverer man rumfanget af en 1 cm 3 stor terning, og halverer<br />

man den derpå to gange mere, får man en terning med siden<br />

5 mm. Bliver man ved med at halvere ca. 70 gange, ville der kun<br />

være et enkelt atom tilbage. Nu kan terningen ikke halveres<br />

mere, for et atom er den mindste del af alle grundstoffer.<br />

Atomer er meget små. De har en diameter, der er mellem<br />

0,000 000 0001 m og 0,000 000 0004 m, dvs. lidt over 10 –10 m,<br />

eller få milliontedele af en millimeter. Atomer har en størrelse<br />

mellem 1 og 4 nanometer, se side 114.<br />

Elektronen opdages<br />

I 1897 opdagede englænderen Joseph Thomson, at atomer<br />

alligevel kunne deles, dvs. at atomerne indeholdt endnu mindre<br />

dele. Joseph Thomson udførte eksperimenter med en<br />

elektrisk strøm, som blev sendt gennem luft med et meget lavt<br />

tryk. Ved eksperimenterne så han en lysende stråle, en såkaldt<br />

katodestråle, der viste, hvor den elektriske strøm løb. Mange<br />

fysikere arbejdede med disse stråler, men Thomson var den<br />

første, der kunne afbøje strålerne både med magneter og med<br />

elektriske ladninger.<br />

Thomson opdagede, at katodestrålerne blev afbøjet over<br />

1000 gange kraftigere end stråler af hydrogen-ioner. Han<br />

kunne ved disse eksperimenter vise, at atomer består af noget<br />

tungt, der er positivt ladet, og noget let, der er negativt ladet.<br />

De negative partikler i atomet blev senere kaldt elektroner.<br />

Thomson mente, at de negativt ladede elektroner og den positivt<br />

ladede del af atomet var blandet sammen. Elektronerne lå<br />

som rosinerne i en rosinbolle. Det skulle snart efter vise sig at<br />

være en forkert model.<br />

Atomkernens størrelse<br />

Englænderen Ernest Rutherford opdagede i 1911, at atomet<br />

havde en meget lille kerne. Rutherford og hans medarbejdere<br />

8


sendte nogle meget små og hurtige partikler ind mod et tyndt<br />

folie af guld. Langt de fleste af disse ”projektiler” gik lige gennem<br />

foliet. De ramte ikke noget på vejen. Men til forskernes<br />

store overraskelse blev enkelte partikler sendt tilbage. Det svarede<br />

til, at man skød en granat mod et stykke papir og derpå<br />

fik granaten sendt tilbage i hovedet.<br />

Partiklerne havde i atomet ramt noget, der var meget småt<br />

og tungt. Ud fra denne opdagelse kunne Rutherford beregne,<br />

at atomet havde en kerne, der var ca. 1000 gange mindre end<br />

selve atomet.<br />

Et atom består altså af en lille kerne omgivet af en sky af<br />

elektroner. Elektronerne har en negativ elektrisk ladning,<br />

mens atomkernen er positivt ladet. Atomet holdes sammen af<br />

den elektriske tiltrækning. Elektronernes samlede ladning er<br />

lige så stor som atomkernens ladning, så hele atomet er uden<br />

elektrisk ladning.<br />

Næsten hele atomets masse, mere end 99,9 %, findes i kernen.<br />

At atomets størrelse er lidt over 10 –10 m eller 0,1 nanometer,<br />

vidste forskerne allerede i 1900. Men det kom som en<br />

stor overraskelse, at der inde midt i atomet er en langt mindre<br />

kerne.<br />

Kopiark 1.1<br />

Rosinbollemodellen<br />

Negativ elektron<br />

Positiv kerne<br />

Negative elektroner fordelt<br />

over hele atomet<br />

Rutherfordmodellen<br />

0,000 07 nanometer<br />

0,2 nanometer<br />

9<br />

KAPITEL 1 · ATOMFYSIK<br />

Thomson og elektronen<br />

Joseph John Thomson, engelsk fysiker (1856-1940).<br />

Thomson er elektronens opdager. I 1897<br />

viste han, at der i atomet er en negativt ladet<br />

partikel med en masse, der er mindre end en<br />

tusindedel af hele atomets masse.<br />

Rutherford og atomkernen<br />

Ernest Rutherford, engelsk fysiker (1871-1937).<br />

Rutherford fik i 1908 Nobelprisen i kemi.<br />

I 1911 opdagede han, at atomkernen er<br />

langt mindre end atomet.


KAPITEL 1 · ATOMFYSIK<br />

Bohr og elektronerne<br />

Niels Bohr, dansk fysiker (1885-1962).<br />

Niels Bohr indså i 1913, at elektronerne<br />

befinder sig i skaller omkring atomkernen.<br />

Når en elektron bevæger sig fra en skal til<br />

en anden, der er nærmere ved kernen,<br />

udsendes lys. Dette lys har en farve, som<br />

afhænger af hvilke skaller, elektronerne<br />

springer mellem.<br />

Bohrmodellen<br />

0,2 nanometer<br />

Negativ<br />

elektron<br />

Positiv kerne<br />

0,000 07 nanometer<br />

Thomson mente, at elektronerne var fordelt<br />

over hele atomet. Bohr påstod, at elektronerne<br />

kun kunne være i bestemte afstande<br />

fra kernen.<br />

Elektronspring laver lys<br />

Kemi handler om grundstoffer, kemiske forbindelser og stoffers<br />

reaktioner med hinanden. Når fx et fyrfadslys brænder,<br />

sker der en kemisk proces, hvor atomerne bindes sammen på en<br />

ny måde. Kemiske processer ændrer ikke de grundstoffer, der<br />

findes ved starten af processen. Grundstofferne kobles “bare”<br />

sammen på en ny måde ved hjælp af elektronerne. Kemiske processer<br />

foregår så at sige uden på atomerne.<br />

Elektronerne har ikke kun betydning for de kemiske bindinger.<br />

Elektronerne er også skyld i, at der opstår lys. Den<br />

opdagelse blev gjort af danskeren Niels Bohr i 1913.<br />

I 1911 var atomkernens størrelse kendt. Ingen kunne forstå,<br />

at den elektriske tiltrækning mellem den positivt ladede<br />

atomkerne og de negative elektroner ikke fik elektronerne til<br />

bevæge sig i en spiralbane ind mod kernen. Niels Bohr fik så<br />

en genial ide: Elektronerne kan kun bevæge sig i kugleskaller<br />

rundt om kernen. Når en elektron bevæger sig fra en skal til<br />

en anden, der ligger tættere på kernen, udsendes der lys.<br />

Lysets farve hænger sammen med forskellen i energi mellem<br />

de forskellige baner.<br />

Når en elektron falder ned i en bane tættere på kernen,<br />

udsendes en lille “lyspakke”. Den kaldes en foton. Det er den<br />

mindste mængde lys, der eksisterer.<br />

Lys som fingeraftryk<br />

Alle atomer i et bestemt grundstof har elektronskallerne liggende<br />

i samme afstande fra kernen. Derfor kan elektronerne<br />

kun foretage nogle bestemte spring, så farverne af lyset vil være<br />

de samme fra alle atomerne. Farven af det udsendte lys er derfor<br />

en slags fingeraftryk af det pågældende grundstof. Hvert<br />

grundstof udsender bestemte farver, når det bliver varmet op.<br />

Det vidste man inden Bohrs opdagelse, men Bohr var den første,<br />

der kunne forklare fænomenet.<br />

Grundstof nr. to i det periodiske system, helium, blev opdaget<br />

ved hjælp af farven af det udsendte lys. I 1868 fandt man en<br />

bestemt gul farve i lyset fra Solen. Ingen af de grundstoffer,<br />

man på det tidspunkt kendte, lyste med netop denne farve. Der<br />

måtte altså være et grundstof på Solen, som ikke fandtes på<br />

Jorden. Først 16 år senere fandt man helium på Jorden.<br />

Kopiark 1.2<br />

10


EKSPERIMENT<br />

Kvantefysik<br />

Elektronspring laver farver<br />

Elektroner er ikke altid små partikler. Elektroner kan også være<br />

bølger. Elektroner og andre atomare partikler har flere underlige<br />

egenskaber. De kan være mange steder på samme tid. Det er<br />

noget, der ikke kan fattes ud fra normale erfaringer.<br />

Atomernes verden beskrives i den såkaldte kvantefysik. Et<br />

kvant betyder i fysik en lille størrelse. I atomernes verden kan<br />

alle partikler også opfattes som små bølgepakker, men man ved<br />

ikke sikkert, hvor denne pakke er. Man kan kun finde en sandsynlighed<br />

for, at den er et bestemt sted.<br />

<strong>Atomfysik</strong>kens partikler kan heller ikke spærres inde. For os<br />

kan en høj mur være umulig at komme over. Men atomare partikler<br />

har en bestemt sandsynlighed for at komme over på den<br />

side af muren, der skulle være umulig at nå. På tilsvarende måde<br />

kan en partikel samtidig gå gennem to huller i en skærm. I atomernes<br />

miniverden gælder mærkelige love, der er svære at forstå.<br />

Niels Bohr har sagt: “Hvis man kan sætte sig ind i kvantemekanik<br />

uden at blive svimmel, har man ikke forstået noget af det.”<br />

11<br />

KAPITEL 1 · ATOMFYSIK<br />

Hvert grundstof udsender ganske bestemte<br />

farver, når det bliver varmet op. Det er derfor<br />

muligt af farverne at bestemme de grundstoffer,<br />

der er til stede.<br />

Et optisk gitter spreder lyset på samme måde<br />

som et glasprisme. Se på en almindelig elpære,<br />

et lysstofrør og en lysdiode gennem gitret.<br />

Fugt en vatrondel med sprit. Læg vattet på en<br />

mursten på en bakke. Sæt bakken i stinkskabet.<br />

Drys lidt køkkensalt, NaCl, på vattet. Sæt ild til<br />

vattet. Se på farven af flammen både direkte og<br />

gennem et optisk gitter. Der kommer en tydelig<br />

gul farve fra natrium, når køkkensalt opvarmes.<br />

Gentag eksperimentet med CaCO3, KCl, CuCl2, LiCl og SrCl2. I 2009 er verdensrekorden i stangspring 6,14 m.<br />

Den rekord er ikke forbedret i 15 år. Men i<br />

kvantemekanikkens verden ville en dygtig<br />

stangspringer ikke vide, om han kom over fire<br />

eller otte meter, når han havde sat af fra jorden.<br />

Alt ville være muligt. For en atomar partikel er<br />

der en lille sandsynlighed for, at den kommer<br />

over otte meter, også selv om den ikke har<br />

energi nok.


KAPITEL 1 · ATOMFYSIK<br />

Antal neutroner og protoner<br />

i atomkernen<br />

14<br />

C<br />

6<br />

Grundstofsymbol<br />

Antal protoner i atomkernen<br />

Atomkernen i carbon-14 har seks protoner<br />

og otte neutroner. Der er altså i alt<br />

14 partikler i atomkernen.<br />

Nyttige oplysninger<br />

Et atom består af en atomkerne omgivet af<br />

elektroner.<br />

Når en elektron springer fra en skal til en<br />

anden, der er nærmere kernen, udsendes lys<br />

med en bestemt farve.<br />

Atomkernen indeholder positivt ladede<br />

protoner og neutrale neutroner.<br />

Antallet af protoner i et atom er det samme<br />

som grundstoffets nummer i det periodiske<br />

system.<br />

Atomerne i grundstofs isotoper har<br />

samme antal protoner, men forskelligt antal<br />

neutroner i atomkernen.<br />

Protoner og neutroner<br />

I atomkernen er der er to slags partikler, protoner og neutroner.<br />

Neutronen har ingen ladning. Protonen har en positiv<br />

ladning, der er lige så stor som elektronens negative ladning.<br />

Antallet af protoner i et bestemt grundstofs atomkerne er det<br />

samme som stoffets nummer i det periodiske system. Der er<br />

altså én proton i en hydrogenkerne, to protoner i en heliumkerne<br />

og 92 protoner i en urankerne.<br />

Protoner og neutroner har næsten samme masse. Massen<br />

er meget lille, kun 1,7 · 10 –27 kg. Det kan skrives som 0,0…017 kg,<br />

hvor prikkerne skal erstattes af 24 nuller. Da det er ubekvemt<br />

at arbejde med så små tal, benytter atomfysikere en anden<br />

masseenhed end kilogram. De benytter en atomar masseenhed,<br />

der forkortet skrives u. Både protoner og neutroner<br />

har en masse tæt ved 1 u. Elektronens masse er meget mindre,<br />

bare 0,0005 u. Det er 1/2000 af protonens masse.<br />

Isotoper<br />

I et bestemt grundstofs kerne kan der være et forskelligt antal<br />

neutroner. Atomer med samme antal protoner, men med et<br />

forskelligt antal neutroner, kaldes grundstoffets isotoper.<br />

Isotoperne af et bestemt grundstof har forskellige masser.<br />

Grundstof nr. 1, hydrogen, har altid en enkelt proton i<br />

atomkernen. Atomer af hydrogen kan findes både uden neutroner,<br />

med en og med to neutroner i atomkernen. Der findes<br />

altså tre forskellige hydrogen-isotoper. Hydrogen har grundstofsymbolet<br />

H. Det mest almindelige hydrogen betegnes 1 1H.<br />

Det nederste 1-tal er antallet af protoner i kernen. Det øverste<br />

1-tal er det samlede antal partikler i kernen. Hydrogen-isotopen<br />

2 1H, der kaldes deuterium, har altså to partikler i kernen, en<br />

neutron og en proton.<br />

I kemiske processer er der ingen forskel på de to isotoper.<br />

Når de reagerer med oxygen, dannes vand, H2O. I almindeligt<br />

vand indeholder 99,985 % af molekylerne den lette hydrogenisotop.<br />

Men vand indeholder ganske lidt, 0,015 %, tungt vand,<br />

med isotopen deuterium.<br />

Massen af 1 mL almindeligt vand er præcis 1 gram, men<br />

samme mængde tungt vand med to deuterium-isotoper i molekylet<br />

har massen 1,11 g.<br />

Kopiark 1.3 og 1.4<br />

12


Radioaktivitet<br />

I 1895 havde Wilhelm Röntgen opdaget røntgenstrålerne. I de<br />

næste tyve år fik forskerne en ny forståelse af atomernes småtingsverden.<br />

Den ny forståelse er fx årsag til, at vi i dag kan<br />

sende rumsonder ud i verdensrummet, kan bruge mobiltelefon<br />

og udefra “se”, om en kuffert i lufthavnskontrollen indeholder<br />

sprængstoffer eller narkotika. En af denne periodes<br />

store opdagelser var de radioaktive stoffer.<br />

Stråler fra uran<br />

Den franske fysiker Henri Becquerel undersøgte i 1896 om et<br />

uransalt udsendte røntgenstråler, når det blev belyst af Solen.<br />

For at undersøge strålingen blev stoffet anbragt nogle timer i<br />

sollys. Uransaltet lå oven på en fotografisk film, der var pakket<br />

ind, så sollyset ikke kunne ramme den. Det viste sig, at den<br />

indpakkede film blev sværtet af stråler fra saltet. Det så altså<br />

ud, som om saltet udsendte røntgenstråling.<br />

Det var overskyet 26. og 27. februar 1896, så film og uransalt<br />

havde kun ligget i sollys i meget kort tid. Resten af tiden<br />

lå saltet oven på filmen i en skuffe. Becquerel havde forventet<br />

en ganske svag påvirkning af filmen, men da den blev fremkaldt,<br />

var den kraftigt sværtet. Becquerel gentog forsøget med<br />

film og uransalt i skuffen. Samme resultat. Efter mange<br />

målinger kunne han konkludere, at der kom en ny og ukendt<br />

stråling fra uran.<br />

Marie Curie og radium<br />

I 1897, kort efter at Becquerel havde opdaget den mystiske<br />

stråling fra grundstoffet uran, begyndte Marie Curie i Paris at<br />

undersøge strålingen. Hun kaldte den radioaktivitet. Ordet<br />

radio stammer fra latin og betyder stråle. Hun opdagede, at<br />

nogle mineraler udsendte langt mere stråling end det, der<br />

kom fra uran.<br />

Marie Curie indså, at hun havde fundet et mineral, der<br />

indeholdt små mængder af et nyt og ukendt grundstof.<br />

Sammen med sin mand begyndte hun arbejdet for at finde det<br />

ny grundstof. Men Curie fandt to nye grundstoffer, radium<br />

og polonium.<br />

Ud fra 1 ton af uranmineralet begblende var Curie i stand<br />

13<br />

KAPITEL 1 · ATOMFYSIK<br />

Radioaktiviteten opdages<br />

Henri Becquerel, fransk fysiker (1852-1908).<br />

Becquerel opdagede i 1896, at uran udsendte<br />

en ny type stråling. Han kunne ikke forklare,<br />

hvad strålingen var, men i dag ved vi, at det<br />

er stråling fra radioaktive stoffer.<br />

Nye grundstoffer<br />

Marie Curie, polsk/fransk fysiker/kemiker<br />

(1867-1934).<br />

Sammen med sin mand, Pierre Curie, fandt<br />

hun i 1901 to nye radioaktive stoffer, radium<br />

og polonium. Hun indførte navnet radioaktivitet.<br />

Marie Curie er den eneste, der har<br />

fået nobelpriser både i fysik og kemi.


KAPITEL 1 · ATOMFYSIK<br />

α<br />

Magnet<br />

Radium<br />

Alfastråling<br />

γ<br />

Hul<br />

Bly<br />

Alfastråling, der består af positive heliumkerner<br />

afbøjes af et magnetfelt. De negativt<br />

ladede betapartikler afbøjes i den modsatte<br />

retning. Gammastråling påvirkes ikke af<br />

magnetfelter.<br />

241 237 4<br />

Am → Np + He<br />

95 93 2<br />

Americium-241 henfalder til neptunium-237 ved<br />

udsendelse af en alfapartikel. Halveringstiden<br />

er 458 år.<br />

Betastråling<br />

90 90 0<br />

Sr → Y + e<br />

38 39 -1<br />

β<br />

Alfapartikel<br />

Betapartikel<br />

Strontium-90 henfalder til yttrium-90 ved<br />

udsendelse af en betapartikel. Halveringstiden<br />

er 29 år.<br />

Gammastråling<br />

137 137<br />

Cs* → Cs + γ<br />

55 55<br />

Gammastråling<br />

Caesium henfalder fra en energirig<br />

tilstand ved udsendelse af gammastråling.<br />

Halveringstiden er 30 år.<br />

til at udvinde 1/10 gram af det nye grundstof, radium. Stoffet<br />

udsendte en meget stærk stråling. Det var selvlysende og blev<br />

opvarmet af sig selv pga. den kraftige energiomdannelse.<br />

Det var helt uforståeligt for datidens fysikere. Energien<br />

kunne ikke bare komme af sig selv. Løsningen på dette problem<br />

var overraskende. Strålingen kom fra de radioaktive atomers<br />

kerner. Energien opstod, når de radioaktive grundstoffer<br />

ændredes til nye grundstoffer. Denne grundstofændring var<br />

helt uforståelig, da alle kendte kemiske processer hidtil havde<br />

vist, at grundstoffer ikke kunne omdannes.<br />

Tre slags stråling<br />

Der findes tre typer stråling fra radioaktive stoffer, alfa-, betaog<br />

gammastråling. Alfa, beta og gamma er de tre første bogstaver,<br />

α, β og γ, i det græske alfabet.<br />

Alfastråling har en kort rækkevidde. Strålingen stoppes af<br />

fem centimeter luft eller et stykke papir. Alfastråling er partikler<br />

med to protoner og to neutroner. Partiklerne er altså<br />

atomkerner af grundstoffet helium. Når den radioaktive<br />

atomkerne mister to protoner, bliver den omdannet til et nyt<br />

grundstof med et atomnummer, der er to mindre.<br />

Betastråling har en længere rækkevidde end alfastråling.<br />

Strålingen kan bevæge sig mange centimeter i luft og trænge<br />

gennem metalfolier med en tykkelse på en halv millimeter.<br />

Betastråling består af elektroner, der kommer fra kernen.<br />

Kernen indeholder ikke elektroner, men de opstår, når en neutron<br />

omdannes til en proton og en elektron. Når kernen får en<br />

proton mere, bliver atomet omdannet til et nyt grundstof<br />

med et atomnummer, der er én større.<br />

Gammastråling har den største rækkevidde. Strålingen<br />

kan trænge gennem metalplader og bevæge sig langt i luft. Lys<br />

opstår, når elektroner falder fra en skal ned til en anden.<br />

Gammastråling opstår på tilsvarende måde, når der sker en<br />

energiændring i atomkernen. Gammastråling er elektromagnetisk<br />

stråling ligesom lys, radiobølger og røntgenstråling.<br />

Kopiark 1.5<br />

Halveringstid<br />

Når et stof er radioaktivt, bliver atomerne omdannet. Der vil<br />

derfor være færre og færre af de radioaktive atomer tilbage.<br />

14


Halveringstiden er den tid, der går, indtil halvdelen af atomerne<br />

i stoffet er omdannet. Når der er gået to halveringstider,<br />

er der kun en fjerdedel af atomerne tilbage. Efter tre halveringstider<br />

er en ottendedel tilbage.<br />

Halveringstider kan være meget forskellige. Der findes atomer,<br />

hvor halveringstiden er mindre end en tusindedel sekund.<br />

Andre stoffer har meget lang halveringstid. Der findes stoffer<br />

med en halveringstid, der er længere end den tid, Jorden har<br />

eksisteret. Stoffer med så lang halveringstid udsender kun<br />

ganske lidt stråling, mens de kortlivede udsender meget.<br />

Kopiark 1.6 og 1.7<br />

Hvorfor er nogle isotoper radioaktive?<br />

I et bestemt grundstofs atomer er der altid samme antal protoner<br />

i atomkernerne. Men i de forskellige isotoper kan der<br />

være stor forskel på antallet af neutroner. Hvis der er mange<br />

neutroner i en kerne, kan den blive ustabil. Den udsender så<br />

en betapartikel, hvorved en neutron omdannes til en proton.<br />

Der bliver på den måde dannet en mere stabil kerne.<br />

Hvis der omvendt er få neutroner i kernen, vil frastødningskræfterne<br />

mellem de positive protoner bevirke, at kernen<br />

kan blive mere stabil ved udsendelse af en alfapartikel.<br />

Når der er udsendt en alfa- eller en betapartikel, vil kernen<br />

tit være gamma-aktiv. Efter yderligere henfald dannes til sidst<br />

en stabil kerne.<br />

Ioniserende stråling<br />

Strålingen fra radioaktive stoffer ioniserer de stoffer, der bliver<br />

ramt. At strålingen ioniserer, betyder, at der bliver ”slået”<br />

elektroner ud af de ramte atomer, der herved bliver til positive<br />

ioner. Bindingerne mellem atomerne i et molekyle kan også<br />

blive ødelagt. Denne ioniserende effekt har både gode og dårlige<br />

konsekvenser.<br />

Allerede tidligt efter opdagelsen af de radioaktive stoffer<br />

blev man klar over, at strålingen kunne dræbe kræftceller. At<br />

strålingen også kan skade sunde celler, opdagede man først<br />

senere. Marie Curie fik ødelagt sine hænder efter i mange år at<br />

have rørt ved radioaktive stoffer. Hun døde af en blodsygdom,<br />

der med stor sandsynlighed opstod på grund af den kraftige<br />

stråling, som hun havde været udsat for.<br />

15<br />

Antal atomer<br />

KAPITEL 1 · ATOMFYSIK<br />

0 T ½ 2 T ½ 3 T ½<br />

Antallet af radioaktive atomer er halveret,<br />

når der er gået en halveringstid.<br />

Efter to halveringstider er antallet faldet<br />

til en fjerdedel.<br />

Radioaktive stoffer<br />

skal markeres<br />

med et gult<br />

fareskilt.<br />

Tid


KAPITEL 1 · ATOMFYSIK<br />

Halveringstid og terninger<br />

Kaster man en terning, er sandsynligheden en sjettedel<br />

for at få en sekser. På samme måde har de enkelte<br />

atomer i et radioaktivt stof en bestemt sandsynlighed for<br />

at udsende stråling og derved henfalde til et andet stof.<br />

Hver gang der udsendes stråling, bliver der mindre af<br />

det radioaktive stof.<br />

Kast 100 terninger. Fjern alle seksere. De stables til<br />

en søjle. Skriv på tavlen, hvor mange terninger der er<br />

tilbage. Kast så de resterende terninger. Fjern igen sekserne,<br />

der stables til en ny søjle. Skriv igen, hvor mange<br />

terninger der er tilbage. Bliv ved, indtil der er mindre<br />

end 25 terninger tilbage.<br />

Undersøg, hvor mange omgange der skal slås, før<br />

halvdelen og før tre fjerdedele af terningerne er fjernet.<br />

Hvad er ”halveringstiden for terningerne”? Gentag<br />

eksperimentet nogle gange. Er ”halveringstiden” den<br />

samme hver gang?<br />

Gentag eksperimentet, men denne gang fjernes de<br />

terninger, der viser 1 eller 2. Find igen ”halveringstiden”.<br />

Elektroner<br />

Let gennemtrængeligt vindue<br />

α-partikel<br />

– – –<br />

+ + +<br />

– – – –<br />

Geigertæller<br />

Metalcylinder<br />

Metalstang<br />

Når en alfa- eller betapartikel kommer ind<br />

i geigertælleren, ioniseres luften.<br />

De negative elektroner trækkes over mod<br />

den positive stang i midten af røret.<br />

Geigertælleren<br />

Den ioniserende virkning af stråling udnyttes i de instrumenter,<br />

der bruges til at måle størrelsen af strålingen. En geigertæller<br />

er et lille rør, hvor lufttrykket er lavt, ca. en tiendedel<br />

atmosfære. I enden af røret er et tyndt folie, som strålingen<br />

kan passere. I røret findes en metalcylinder med en tynd stang<br />

i midten. Der er en spændingsforskel mellem stang og cylinder.<br />

Når strålingen kommer ind i røret, ioniseres luften. Der dannes<br />

elektroner. Spændingsforskellen mellem tråd og cylinder<br />

giver disse elektroner ekstra fart, så de kan ionisere flere luftmolekyler.<br />

Med en følsom impulstæller kan man måle den lille<br />

ændring i spændingsforskellen, der kommer, når elektronerne<br />

rammer tråden. Det kan høres som tilfældige klik, når en<br />

højttaler er tilsluttet. Tælleren kaldes en geigertæller efter<br />

opfinderen Hans Geiger, der lavede de første tællere i 1908.<br />

Kopiark 1.8, 1.9 og 1.10<br />

16<br />

EKSPERIMENT


Baggrundsstråling<br />

En geigertæller viser, at der er ioniserende stråling, også selv<br />

om skolens radioaktive kilder er langt væk. Der er nemlig<br />

radioaktive stoffer overalt. Der kommer stråling fra radioaktive<br />

stoffer i jorden. Der er således normalt flere kilogram uran<br />

i den øverste meter af jorden i en almindelig parcelhusgrund.<br />

Radon, en radioaktiv gas, strømmer op fra undergrunden de<br />

fleste steder i Danmark. Fra verdensrummet bliver Jorden til<br />

stadighed bombarderet af atomare partikler, der kan få geigertællere<br />

til at reagere.<br />

Denne stråling kaldes baggrundsstrålingen, fordi den hele<br />

tiden er til stede. Vi kan ikke undgå baggrundsstrålingen. I<br />

Danmark er baggrundsstrålingen højest på Bornholm, fordi<br />

klipperne i undergrunden indeholder mere radioaktivt materiale<br />

end muldjorden andre steder i Danmark. I mange huse<br />

er strålingsniveauet ret højt pga. små opstrømmende mængder<br />

af radon.<br />

Kopiark 1.11 og 1.12<br />

E=mc 2 , fysikkens mest kendte formel<br />

Kernefysikere bruger store, meget energikrævende apparater<br />

til at undersøge, om der er andre partikler inde i kernens protoner<br />

og neutroner. Ved at få partikler til at støde sammen<br />

med en fart lige under lysets fart, kan kernefysikere smadre<br />

kernepartiklerne. På den måde har man opdaget, at der er<br />

mange mindre partikler i kernepartiklerne.<br />

En af de spændende partikler er positronen. Det er en partikel<br />

med samme masse som elektronen, men med en positiv<br />

ladning, altså en positiv elektron. Når en positiv positron støder<br />

ind i en negativ elektron, forsvinder de begge. Selv om de<br />

begge har en masse, er der ingen masse tilbage efter deres<br />

sammenstød. Stoffet er forsvundet. Der er blevet til energi i<br />

form af gammastråling.<br />

Denne forsvinden er en følge af Albert Einsteins relativitetsteori.<br />

Et af relativitetsteoriens resultater er den berømte<br />

formel E = mc2 . Her er E energien, m massen og c lysets fart.<br />

Ved hjælp af denne formel kan man bestemme, hvor meget<br />

energi der dannes, når en masse forsvinder. Det er den formel,<br />

der forklarer, hvordan energien i kernekraftværker og atombomber<br />

opstår.<br />

17<br />

Nyttige oplysninger<br />

KAPITEL 1 · ATOMFYSIK<br />

Der findes tre typer stråling fra radioaktive<br />

stoffer, alfa-, beta- og gammastråling.<br />

Alfastråling er positivt ladede heliumkerner.<br />

Betastråling er negativt ladede elektroner.<br />

Gammastråling er elektromagnetisk stråling<br />

udsendt fra atomkernen.<br />

Efter et alfa- eller betahenfald omdannes<br />

atomkernen til et nyt grundstof.<br />

Når der er gået en halveringstid, er der kun<br />

den halve mængde af det radioaktive stof<br />

tilbage.<br />

Albert Einstein, tysk/amerikansk fysiker<br />

(1879-1955).<br />

Einstein er 1900-tallets mest berømte fysiker.<br />

Hans største opdagelse er relativitetsteorien,<br />

der fx forklarer, hvorfor lysets fart er den største<br />

fart, noget legeme kan få. Hans teori beskriver<br />

også, at tiden går langsommere, når man<br />

bevæger sig meget hurtigt.


KAPITEL 1 · ATOMFYSIK<br />

234 230<br />

92U 90Th<br />

+ He<br />

4<br />

2<br />

226<br />

88Ra<br />

222<br />

86Rn<br />

218<br />

84Po<br />

+ He<br />

4<br />

2<br />

+ 4<br />

2<br />

214<br />

82Pb<br />

He<br />

+ He<br />

4<br />

2<br />

+ He<br />

4<br />

2<br />

Radon<br />

Uran-238 henfalder til bly-214 i fem trin ved<br />

i hvert trin at udsende en alfapartikel. Et af<br />

disse henfaldsprodukter er grundstoffet<br />

radon, Rn, der er en luftart. Da der overalt<br />

er uran i undergrunden, kan radon sive op<br />

gennem jorden. Hvis denne luftart trænger<br />

ind i kældre, der ikke er tilstrækkeligt<br />

udluftet, kan koncentrationen af radon og<br />

radons henfaldsprodukter blive så høj, at<br />

det kan være sundhedsfarligt.<br />

Radioaktivitet i brug<br />

Stråling fra radioaktive stoffer er farlig i store mængder, men<br />

ganske små mængder skader næppe. Radioaktive stoffer kan<br />

derfor uden større risiko bruges til mange praktiske formål,<br />

bl.a. ved undersøgelser på sygehuse.<br />

Virker nyrerne?<br />

Indtil 1937 var der et hul på plads nummer 43 i det periodiske<br />

system. Ingen kunne finde grundstof nr. 43. Årsagen til<br />

den tomme plads viste sig at være, at det manglende stof var<br />

radioaktivt, så alle de atomer af stoffet, der fandtes, da<br />

Solsystemet blev dannet, nu var forsvundet. I dag kan man<br />

kunstigt fremstille en isotop af dette grundstof, technetium,<br />

men stoffet forsvinder hurtigt. Halveringstiden er på seks<br />

timer.<br />

Technetium bruges meget ved medicinske undersøgelser.<br />

Skal man finde ud af, hvor hurtigt nyrerne udskiller et<br />

bestemt stof, kan man kemisk binde lidt technetium til stoffet.<br />

Patienten får en indsprøjtning eller drikker en opløsning<br />

af det radioaktive stof. Med en tæller måler man, hvor hurtigt<br />

stoffet forsvinder fra nyrerne.<br />

Skal man foretage en undersøgelse af knoglesvulster, kan<br />

technetium bindes til et andet stof, der efter indsprøjtning<br />

samler sig i knoglevævet. I svulsterne dannes nyt væv, og her<br />

samles store mængder af det indsprøjtede stof. Ved nu at måle<br />

mængden af stråling i de forskellige dele af kroppen, kan man<br />

finde de steder, hvor der er en kræftsvulst i knoglerne.<br />

Hvor gammel er ismanden? Kulstof-14-metoden<br />

14 Carbon-isotopen, 6 C, der normalt kaldes carbon-14 eller kulstof-14,<br />

har en halveringstid på 5730 år. Carbon-14-atomerne<br />

dannes højt oppe i atmosfæren, når stråling fra Solen rammer<br />

luften. De dannede carbon-14-atomer fordeler sig på få år i<br />

hele atmosfæren. Ved fotosyntesen optages denne carbon-isotop<br />

i planterne. Når dyr æder planterne, optages isotopen i<br />

dyrenes celler. På den måde ender carbon-14 i alle celler i planter<br />

og dyr. Selv om der kun dannes omkring 5 kg af denne isotop<br />

hvert år, er det nok til, at den kan bruges ved bestemmelse<br />

af arkæologiske genstandes alder.<br />

18


EKSPERIMENT<br />

Radioaktivt radon i kælderen<br />

Når et træ eller dyr dør, vil der ikke blive optaget mere carbon-14.<br />

Mængden af carbon-14 i den døde organisme vil nu<br />

mindskes, når de radioaktive carbon-14-atomer omdannes. Ved<br />

at måle indholdet af carbon-14 i en genstand er det derfor<br />

muligt at foretage aldersbestemmelser op til omkring 50 000 år.<br />

Selv om et menneske kun indeholder ca. 10 milliardtedele<br />

gram af carbon-14, er målemetoderne så følsomme, at man<br />

med en ganske lille prøve er i stand til at foretage en præcis<br />

aldersbestemmelse. Det er med denne metode, kulstof-14metoden,<br />

at ismandens alder er blevet bestemt til 5300 år.<br />

Solsystemets alder<br />

Solsystemet blev antagelig dannet for 4,567 milliarder år siden.<br />

Det ved man, fordi der ikke er fundet noget materiale, der har<br />

en højere alder. Der er fundet mineraler, der er 4,4 milliarder år<br />

gamle, og der er fundet meteoritter, der er endnu ældre. Men de<br />

ældste meteoritter er 4,567 milliarder år gamle. Heller ikke sten<br />

fra Månen er ældre. Derfor mener man i dag, at Solen, Jorden<br />

og planeterne har en alder på 4,567 milliarder år.<br />

Ved denne aldersbestemmelse er der ikke brugt carbon-14,<br />

men andre isotoper med en meget lang halveringstid.<br />

19<br />

KAPITEL 1 · ATOMFYSIK<br />

Hvis der siver radon fra undergrunden ind i skolens<br />

kælder, vil støvet i lokalet indeholde små<br />

mængder af de stoffer, radon henfalder til.<br />

Anbringes et par lag gaze på mundstykket af en<br />

støvsuger, er det muligt at opsamle noget af<br />

dette støv.<br />

Vælg et af skolens kælderrum, hvor der sjældent<br />

luftes ud. Luften fra dette rum suges gennem<br />

et stykke gaze i ca. en halv time. Sug også<br />

luften i et klasselokale gennem gaze i en halv<br />

time. Med en geigertæller undersøges tælletallene<br />

fra de to stykker gaze.<br />

Radon fra undergrunden er den største kilde til<br />

radioaktiv forurening i huse i Danmark. Det er<br />

vigtigt, at fundamenterne forsegles, så radon<br />

ikke kan trænge ind i boligen.<br />

Nyttige oplysninger<br />

Alderen af arkæologiske genstande kan<br />

bestemmes ud fra indholdet af carbon-14.<br />

Radioaktive stoffer benyttes på hospitaler<br />

til undersøgelse og behandling af mange<br />

sygdomme.


KAPITEL 1 · ATOMFYSIK<br />

Neutron<br />

Uran<br />

Krypton Barium<br />

Atombomben<br />

Tre neutroner<br />

Når en urankerne rammes af en neutron,<br />

kan den fx deles i en barium- og en kryptonkerne.<br />

Ved processen dannes også tre<br />

neutroner, der kan starte en ny fission i en<br />

anden urankerne.<br />

Efter opdagelsen af fissionen indså fysikerne,<br />

at denne proces kunne bruges til en<br />

bombe af uhørt styrke. Der startede nu et<br />

kapløb mellem fysikere fra 2. verdenskrigs<br />

to modstandere. USA var hurtigst. I 1945<br />

kastede USA den første atombombe over<br />

den japanske by Hiroshima, hvor ca. 140 000<br />

omkom pga. eksplosionen. Bomben havde<br />

en styrke, som om 15 000 ton almindeligt<br />

sprængstof var blevet benyttet. Billedet<br />

viser Hiroshima efter eksplosionen.<br />

Energi fra kernen<br />

Ved en kemisk proces, som fx en forbrænding, frigives energi.<br />

Den opstår, når de enkelte grundstoffer forbindes med hinanden<br />

til nye kemiske forbindelser. Ved kerneprocesser dannes<br />

derimod nye grundstoffer. Hvis de nye grundstoffer har<br />

en lavere masse end de oprindelige, frigives meget store energimængder.<br />

Denne metode til frembringelse af energi blev<br />

brugt i de atombomber, der blev kastet over Japan i 1945. Og<br />

metoden benyttes i mange af vore nabolande til elproduktion<br />

i kernekraftværker, der også kaldes atomkraftværker.<br />

I atombomber og kernekraftværker frigives energi, når en<br />

stor atomkerne går i to stykker. Stykkerne bliver til to nye<br />

grundstoffer, der udsendes med stor fart. Ved denne proces<br />

forsvinder der masse, som omdannes til energi.<br />

Fission<br />

I 1938 undersøgte fysikere, hvad der sker, når en neutron rammer<br />

kernen af et grundstof. I næsten alle tilfælde blev der dannet<br />

en anden isotop af grundstoffet. Da turen kom til uran,<br />

opdagede de tyske kemikere Hahn og Strassmann, at der blev<br />

dannet et helt andet stof, nemlig barium. Det kunne ikke<br />

passe, så den kemiske analyse af det bestrålede stof blev gentaget<br />

flere gange. Til sidst måtte de give op: “Der dannes barium<br />

- men vi forstår det ikke!”<br />

To fysikere, Lise Meitner og Otto Frisch, der var gæster ved<br />

Niels Bohr Institutet i København, fandt ud af, hvorfor der<br />

dannedes barium. Kernen med den ekstra neutron spaltes i to<br />

dele. De foreslog at kalde processen fission (spaltning). Hurtigt<br />

blev denne fission kendt blandt flere landes fysikere.<br />

Det viste sig, at der samtidig med spaltningen af urankernen<br />

blev udsendt to eller tre neutroner. Hvis disse neutroner<br />

rammer andre urankerner lige efter den første fission, vil der<br />

udsendes mange flere neutroner. De kan starte en kædeproces,<br />

der hurtigt får flere og flere urankerner til at spaltes.<br />

Processen kan i løbet kort tid udvikle en ufattelig stor energi.<br />

Kernekraft<br />

I mange lande, bl.a. Frankrig, Belgien, Sverige og Tyskland,<br />

produceres en stor del af el-energien på kernekraftværker. I<br />

20


Opbygning af et kernekraftværk<br />

2009 er der i hele verden omkring 450 kernekraftværker. Her<br />

kommer energien ikke fra en forbrænding, men fra fissionsprocessen.<br />

Det er samme proces som i atombomberne, blot<br />

sker spaltningen af uran-atomerne på kernekraftværkerne<br />

langsomt og på en kontrolleret måde.<br />

Når atomkernen spaltes, frigøres en stor energimængde.<br />

Spaltning af 1 kg uran frigør en energi, der er mere end to millioner<br />

gange større end energien ved forbrænding af 1 kg carbon.<br />

Energien kommer, fordi lidt af massen forsvinder ved processen.<br />

Einsteins berømte formel, E = mc 2 , viser, at der er en<br />

sammenhæng mellem energien, E, og den forsvundne masse, m.<br />

Kernekraftværker<br />

Kontrolstang<br />

Dampgenerator<br />

Reflektor<br />

Brændselsstang<br />

Reaktortank<br />

Reaktorkerne<br />

Pumpe<br />

I reaktoren i kernekraftværket på billedet findes omkring<br />

40000 lange, tynde metalrør, der indeholder urandioxid, UO 2.<br />

Rørene er lavet af en stærk zirconiumlegering, så brændslet<br />

ikke kan komme ud til omgivelserne. Omkring 50 rør er samlet<br />

i et brændselselement. Brændselselementerne befinder sig<br />

i en tryktank, hvor vand under højt tryk strømmer forbi.<br />

Afstanden mellem brændselselementerne er så lille, at der<br />

kan foregå en kædereaktion. Det betyder, at der netop dannes<br />

så mange neutroner ved uran-atomernes spaltning, at de<br />

næste urankerner kan spaltes.<br />

21<br />

Damp<br />

Strålingsafskærmning<br />

af beton<br />

Fødevandspumpe<br />

Dampturbine Elgenerator<br />

Fødevand<br />

Kernekraftværk<br />

KAPITEL 1 · ATOMFYSIK<br />

Kondensator<br />

Kølevand<br />

100 km syd for grænsen mellem Danmark og<br />

Tyskland, ligger kernekraftværket Brokdorf.<br />

Det producerer en elektrisk effekt på næsten<br />

1500 megawatt. Til sammenligning bruger<br />

hele Danmark en effekt omkring 5000 MW.<br />

Energien fra kraftværket dannes i en reaktor,<br />

der indeholder ca. 100 ton uranholdigt<br />

brændsel.


KAPITEL 1 · ATOMFYSIK<br />

Energi fra uran<br />

I en reaktor kan 1 kilogram uran som<br />

brændsel give en energimængde på<br />

81 · 1012 joule, hvor 1 kg carbon ved forbrænding<br />

giver 2 millioner gange mindre<br />

energi. Energien fra de 1000 gram uran<br />

opstår, fordi uran-atomerne omdannes til<br />

andre grundstoffer, som samlet har en<br />

masse tæt på 999 gram. Der forsvinder en<br />

masse på kun 0,9 gram. Under normal<br />

drift omdannes ca. 2 gram uran hver dag<br />

i en stor reaktor.<br />

Einsteins formel E=mc2 , viser, at der<br />

opstår energi, E, når der forsvinder masse,<br />

m. Symbolet c er lysets fart, 3 · 108 m/s.<br />

Med 0,9 g forsvundet stof findes E = mc 2 =<br />

(0,0009 kg) · (3 · 108 m/s) 2 = 81 · 1012 joule.<br />

Nyttige oplysninger<br />

En fission sker, når en urankerne rammes<br />

af en neutron og derpå spaltes til to mindre<br />

atomkerner.<br />

Ved en fission dannes meget store mængder<br />

energi.<br />

Kernekraftværker udnytter fission.<br />

Mellem brændselselementerne er der kontrolstænger. Når<br />

en neutron rammer en kontrolstang, fanges neutronen, så<br />

den ikke kan deltage i kædeprocessen. Ved at trække kontrolstængerne<br />

ud eller ind kan mængden af frie neutroner reguleres.<br />

På denne måde styres kædeprocessen.<br />

Den dannede energi ved fissionen opvarmer vandet, som<br />

bruges til at producere damp i et andet kredsløb med lavere<br />

tryk. Dampen driver nogle turbiner og generatorer, der producerer<br />

elektricitet. Denne del af kernekraftværket virker som<br />

et helt almindeligt kraftværk.<br />

Der er gjort meget for at undgå udslip i tilfælde af uheld.<br />

Reaktorens tryktank er lavet af stål med en tykkelse på 25 cm.<br />

Bygningen omkring reaktoren har tykke betonvægge beklædt<br />

med stål på indersiden. Desuden findes en række filtre, som<br />

kan tilbageholde radioaktive stoffer, hvis der ved en fejl skulle<br />

slippe noget ud af selve reaktortanken.<br />

Kopiark 1.13 og 1.14<br />

Affald fra kernekraftværker<br />

Der er en række problemer ved udnyttelse af kernereaktorer.<br />

De grundstoffer, der dannes ved fissionen, er stærkt radioaktive.<br />

Desuden skaber neutronbestrålingen af uran nogle stoffer<br />

med en meget lang halveringstid. Derfor skal det brugte<br />

kernebrændsel isoleres fra omgivelserne i mange år. Affaldet<br />

er farligt, men til gengæld er mængden ikke stor. Et års drift<br />

af et kernekraftværk medfører nogle få kubikmeter radioaktivt<br />

materiale.<br />

Når et brændselselement har været brugt i omkring fire år,<br />

er uranindholdet blevet for lavt til, at processen kan fortsætte.<br />

Elementet skal udskiftes. De brugte brændselselementer indeholder<br />

stærkt radioaktive stoffer. Det meste, 95 %, kan bruges<br />

som brændsel i særlige reaktorer.<br />

I nogle lande, bl.a. Frankrig og England, bliver affaldet<br />

behandlet kemisk, så de farligste stoffer fjernes. Disse stoffer<br />

skal deponeres i flere hundrede år. I andre lande, bl.a. Sverige,<br />

Finland og USA, deponeres alt affaldet et sted, hvor stoffet<br />

ikke forventes at komme op til overfladen i mange hundrede<br />

år. De radioaktive stoffer smeltes ind i glas. I Sverige anbringes<br />

affaldet 500 m under overfladen i et område med grundfjeld.<br />

22


EKSPERIMENT<br />

Kædereaktion<br />

Er kernekraft farlig?<br />

Ja, kernekraft er farlig. Men det er alle andre former for energiproduktion<br />

også. Skal man tage stilling til brug af kernekraft<br />

må fordele og ulemper vejes op mod hinanden. Hvad er<br />

værst for samfundet: Risikoen for et udslip af radioaktivt<br />

materiale, der vil forårsage mange kræftdødsfald, eller en fortsat<br />

brug af fossile brændstoffer med udledning af carbondioxid<br />

til atmosfæren og brug af naturresurser, der bedre<br />

kunne bruges til andre formål? Det er et svært spørgsmål, for<br />

der skal sammenlignes forhold, som ikke umiddelbart er<br />

nemme at sammenligne.<br />

Et radioaktivt udslip har en meget lille sandsynlighed for<br />

at ske, men konsekvenserne kan blive store. Den fortsatte<br />

brug af fossile brændstoffer vil ændre atmosfærens egenskaber<br />

og bidrage til risikoen for krige, når oliefelter og kulminer<br />

er ved at være tomme. Det bliver et vanskeligt problem at tage<br />

stilling til.<br />

23<br />

KAPITEL 1 · ATOMFYSIK<br />

Kædereaktionsapparatet med tændstikker giver<br />

et indtryk af processen i en reaktor. En brændende<br />

tændstik et sted i apparatet vil sætte ild<br />

til sine to nabotændstikker. Med nogle metalstifter<br />

er det muligt, som med kontrolstænger i<br />

en reaktor, at bremse kædeprocessen.<br />

Kædereaktionsapparatet anbringes i et forsøgsstativ<br />

og fyldes med tændstikker. Anbring seks<br />

stifter i apparatet. Tænd en af tændstikkerne.<br />

Hvor længe varer det, inden den sidste tændstik<br />

tændes? Gentag eksperimentet med 12 stifter.


Når stråling fra radioaktive stoffer<br />

rammer kroppens atomer, dannes<br />

der ioner. De kemiske bindinger i<br />

molekylerne rives over. Disse<br />

ændringer i kroppens celler kan<br />

være skadelige. Hvis strålingen<br />

rammer og ødelægger cellernes<br />

DNA, kan den beskadigede DNAstreng<br />

ikke længere fungere efter<br />

hensigten. Det kan få alvorlige<br />

konsekvenser. Hvis strålingen er<br />

meget kraftig, vil den være dræbende.<br />

Hvis strålingen er kraftig,<br />

CAFE KOSMOS<br />

RADIOAKTIVITET<br />

OG DIN KROP<br />

Radioaktive stoffer skal opbevares sikkert. Affald fra<br />

kernekraftværker skal gemmes i mere end tusind år.<br />

Hvorfor er stråling fra radioaktive stoffer farlig? Hvad<br />

sker i din krop, når du udsættes for ioniserende stråling?<br />

I en strålekanon kan<br />

en farlig svulst dræbes med<br />

ioniserende stråling.<br />

men uden at være dræbende, er<br />

risikoen for senere at få en alvorlig<br />

kræftsygdom blevet forøget. Men<br />

hvor farlig er strålingen sammenlignet<br />

med andre af de farer, vi<br />

ellers er udsat for?<br />

STRÅLINGENS STYRKE<br />

Skadevirkningen fra den ioniserende<br />

stråling afhænger især af<br />

den energi, der afsættes i kroppen,<br />

når strålingen bremses. Men ska-<br />

24<br />

den afhænger også af bestrålingstypen,<br />

og hvor kroppen bestråles.<br />

Bestråling af kønsorganerne er<br />

meget farligere end bestråling af<br />

fx fødderne.<br />

Man måler en strålings skadevirkning<br />

i enheden sievert, der er opkaldt<br />

efter den svenske fysiker Rolf<br />

Sievert. Enheden forkortes Sv. En<br />

sievert er en stor enhed, derfor<br />

bruger man ofte enheden millisievert.<br />

En millisievert, der forkortes<br />

mSv, er en tusindedel sievert.<br />

Vi udsættes alle for stråling. En<br />

dansker får i gennemsnit ca. 3 mSv<br />

pr. år. For en vestjyde er dosis<br />

lavere, men bor man på Bornholm<br />

kan dosis være højere. Bor man i et<br />

hus, hvor der siver radon ind i<br />

kælderen, kan dosis blive en del<br />

højere. Ved flyvning udsættes man<br />

for meget stråling. I den højde,<br />

hvor passagerfly bevæger sig, er<br />

strålingen næsten 100 gange<br />

højere end ved jordoverfladen.<br />

Disse ca. 3 mSv pr. år er ikke en farlig<br />

dosis. Personer, der arbejder<br />

steder, hvor der er risiko for stråling,<br />

fx hospitalspersonale ved røntgenanlæg,<br />

må ikke få en dosis, der<br />

er over 20 mSv/år. Den dødelige<br />

dosis ved kortvarig bestråling er<br />

omkring 4 Sv, dvs. 4000 mSv.<br />

BESTRÅLING AF KROPPEN<br />

Vi har alle kalium i kroppen. En af<br />

kaliums isotoper er radioaktiv. Vi<br />

får derfor alle en årlig strålingsdosis<br />

på omkring 0,4 mSv fra de<br />

radioaktive stoffer i kroppen. Jorden<br />

under os og himlen over os<br />

giver også en bestråling. Når der i<br />

en periode er kraftig aktivitet på<br />

Solen, modtager vi en øget stråling.


I rumstationen udsættes astronauterne for stor bestråling.<br />

De største bidrag til bestrålingen af<br />

kroppen kommer fra røntgenundersøgelser<br />

og fra udstrømmende<br />

radon fra jorden. Et røntgenbillede<br />

hos tandlægen giver en dosis på<br />

omkring 0,03 mSv, men en større<br />

røntgenundersøgelse kan give en<br />

dosis, der er lige så stor som den<br />

samlede årlige dosis fra alle andre<br />

strålekilder.<br />

Store doser gives til kræftsyge<br />

patienter. Med strålekanoner kan<br />

man sigte på en kræftsvulst og give<br />

den en så stor dosis, at kræftcellerne<br />

dør. Desværre vil det omliggende<br />

væv også blive beskadiget.<br />

I 1986 skete en alvorlig ulykke på et<br />

kernekraftværk i Tjernobyl i Rusland.<br />

Der skete en fejlbetjening, så<br />

reaktoren blev kraftigt opvarmet<br />

og sprang i luften. 32 personer<br />

døde. De fleste pga. den bestråling<br />

CAFE KOSMOS<br />

de fik under brandslukningen og<br />

det følgende redningsarbejde. Det<br />

radioaktive stof, der slap ud ved<br />

eksplosionen, bevirker, at mange<br />

senere vil dø af kræftsygdomme.<br />

Der er ikke meget viden om konsekvenserne<br />

af små strålingsdoser.<br />

Det er et område, hvor der ikke kan<br />

udføres eksperimenter. Selv om<br />

man kender de doser, en række<br />

personer har modtaget, er det ikke<br />

muligt at finde ud af, om strålingen<br />

giver en øget kræftrisiko. Da<br />

ca. 25 000 danskere hvert år rammes<br />

af en kræftform, er det ikke<br />

muligt at se, om det er 1, 10 eller<br />

100 tilfælde, der skyldes en tidligere<br />

bestråling.<br />

RISIKO OG SANDSYNLIGHED<br />

Der er stor nervøsitet for konsekvenserne<br />

af bestråling fra radio-<br />

25<br />

aktive stoffer. En årsag kan være<br />

angsten for en gentagelse af de<br />

frygtelige situationer ved de to<br />

atombombeeksplosioner i Japan i<br />

1945. Skal man vurdere risikoen for<br />

en bestemt hændelse, må man<br />

både se på sandsynligheden for, at<br />

den sker, og på konsekvenserne af<br />

hændelsen. Ved bestråling i<br />

forbindelse med kernekraftulykker<br />

kan konsekvenserne blive meget<br />

store, men sandsynligheden for at<br />

en ulykke sker er meget lille.<br />

Skal man undgå skader på sin krop,<br />

er det vigtigere at undgå tobak,<br />

alkohol, stoffer og fed mad. Her<br />

findes en veldokumenteret viden<br />

om de skadelige konsekvenser. Der<br />

er således bred enighed om, at<br />

tobaksrygning er årsag til omkring<br />

12000 kræfttilfælde hvert år. Men<br />

om kroppen har modtaget 3 eller<br />

5 mSv hvert år kan ikke opdages i<br />

sygestatistikkerne.<br />

Personer, der i deres arbejde har<br />

en risiko for at blive påvirket af<br />

ioniserende stråling, skal bære et<br />

dosimeter på kroppen. Filmen i<br />

dosimetret vil efter fremkaldelse vise<br />

størrelsen af den stråling, personen<br />

har modtaget.


Der findes tre typer stråling<br />

fra radioaktive stoffer, alfa-,<br />

beta- og gammastråling.<br />

Alfastråling er positivt ladede<br />

heliumkerner.<br />

Betastråling er negativt ladede<br />

elektroner.<br />

Gammastråling er elektromagnetisk<br />

stråling udsendt fra<br />

kernen.<br />

Efter et alfa- eller betahenfald<br />

omdannes atomet til et nyt<br />

grundstof.<br />

Når der er gået en halveringstid,<br />

er der kun den halve<br />

mængde af det radioaktive<br />

stof tilbage.<br />

DET VED DU NU OM ATOMFYSIK<br />

ATOMER OG ANDRE SMÅTING<br />

Et atom består af en atomkerne<br />

omgivet af elektroner.<br />

Når en elektron springer fra en<br />

skal til en anden, der er<br />

nærmere kernen, udsendes lys<br />

med en bestemt farve.<br />

Atomkernen indeholder positivt<br />

ladede protoner og neutrale<br />

neutroner.<br />

RADIOAKTIVITET RADIOAKTIVITET I BRUG<br />

Alderen af arkæologiske genstande<br />

kan bestemmes ud fra<br />

indholdet af carbon-14.<br />

Radioaktive stoffer benyttes på<br />

hospitaler til undersøgelse og<br />

behandling af mange sygdomme.<br />

26<br />

Antallet af protoner i et atom<br />

er det samme som grundstoffets<br />

nummer i det periodiske<br />

system.<br />

Atomerne i et grundstofs<br />

isotoper har samme antal<br />

protoner, men forskelligt antal<br />

neutroner i atomkernen.<br />

ENERGI FRA KERNEN<br />

En fission sker, når en<br />

urankerne rammes af en<br />

neutron og derpå spaltes til<br />

to mindre atomkerner.<br />

Ved en fission dannes meget<br />

store mængder energi.<br />

Kernekraftværker udnytter<br />

fission.


KAN DU HUSKE?<br />

Hvad er forskellen på protoner<br />

og neutroner?<br />

Hvad hedder de tre former for<br />

radioaktivitet?<br />

Hvad sker der, når en elektron<br />

falder ind i en bane, der er<br />

tættere på atomkernen?<br />

Hvad er tungest, en neutron<br />

eller en elektron?<br />

Hvad er tungt vand?<br />

Hvad er et radioaktivt stofs<br />

halveringstid?<br />

PRØV DIG SELV<br />

Hvad er forskellen på<br />

isotoperne af et grundstof?<br />

14<br />

Hvad betyder tallet 14 i 6 C?<br />

Hvad er carbon-14-metoden?<br />

Hvor mange protoner er<br />

der i et aluminium-atom?<br />

UDFORDRING<br />

Beskriv, hvad der sker i en<br />

kernereaktor.<br />

Hvor mange neutroner er<br />

19 der i 9 F?<br />

27<br />

FORSTÅR DU?<br />

Hvad er forskellen på<br />

processerne i en atombombe og<br />

i en kernereaktor?<br />

Hvorfor dannes der ikke et nyt<br />

grundstof, når der udsendes<br />

gammastråling?

Hooray! Your file is uploaded and ready to be published.

Saved successfully!

Ooh no, something went wrong!