Loading presentation...

Present Remotely

Send the link below via email or IM

Copy

Present to your audience

Start remote presentation

  • Invited audience members will follow you as you navigate and present
  • People invited to a presentation do not need a Prezi account
  • This link expires 10 minutes after you close the presentation
  • A maximum of 30 users can follow your presentation
  • Learn more about this feature in our knowledge base article

Do you really want to delete this prezi?

Neither you, nor the coeditors you shared it with will be able to recover it again.

DeleteCancel

Make your likes visible on Facebook?

Connect your Facebook account to Prezi and let your likes appear on your timeline.
You can change this under Settings & Account at any time.

No, thanks

Fysik - Stråling og kernekraft

Disposition
by

Karoline Kokholm

on 30 January 2014

Comments (0)

Please log in to add your comment.

Report abuse

Transcript of Fysik - Stråling og kernekraft

Fysik - Disposition
Stråling og kernekraft
Generel info
Der findes tre forskellige former for stråling alfa-, beta- og gammastråling. De forskellige strålinger har fået deres navne (alfa, beta og gamma) efter de tre første bogstaver i det græske alfabet.
Alfastråling er heliumkerner, (to-fire-helium) der bliver skudt af sted fra atomkernen.
Betastrålingen er en elektron der bliver sendt ud af atomkernen med stor fart, samtidig med at en neutron inde i kernen bliver omdannet til en proton.
Udybning af emnet
Perspektivering
Gammastråling er elektromagnetisk stråling med meget kort bølgelængde, der bliver skudt ud fra atomkernen.
Alfastrålingen er den stråling, der gør mest skade hvis den kommer ind i kroppen, da den er meget stærkt ioniseret. Den går ind og forstyrre eller ødelægger den vækst og formering, der foregår i det inderste af cellekernen.
Betastråling gør ikke så meget skade på mennesker, som alfastrålingen gør, hvis den kommer ind i kroppen. Dog kan den stadig gøre skade selvom den er udenfor kroppen, da den også er ioniseret.
Da gammastrålingen er så utrolig lille som den er, bevæger den sig også meget hurtigt. Den bliver ikke stoppet eller bremset spor af luften, da den er så lille, den fortsætter fremad med samme høje fart og det er derfor der skal rigtig meget til at stoppe den. I teorien skal der faktisk bruges beton for at stoppe den, så hvis man ikke vil rammes af gammestrålingen i hjemmet, skal huset altså være bygget, af et meget tykt lag beton.
Da alfastråligen består af heliumkerner der bliver skudt af sted fra atomkernen, bevæger den sig ikke ret hurtigt, da en heliumkerne er ret stor. Det er også derfor alfastråling i teorien kan stoppes af et stykke papir eller blot af afstand, både fordi den er så stor, men også fordi, den bliver stoppet af luftmolekylerne på sin vej frem.
Betastrålingen der består af en elektron der suser ud fra atomkernen er lille og hurtig, ikke så lille og hurtig som gammastrålingen, men heller ikke lige så tung og langsom som alfastrålingen. Betastrålingen kan derfor i teorien bremses af et stykke aluminium.
Da gammastrålingen er elektromagnetisk stråling er den sådan set samme type stråling, som lys og radiobølger, men gammastråling har alligevel nok energi til at være ioniserende. Den har dog så stor fart på at den ender med bare at gå lige igennem os.
Disse teorier kan påvises med et forsøg.
Forsøg: Alfa-, beta-, og gammastrålings gennemtrængningsevne
Opstilling:
Til forsøget skal bruges:
- En geigermüllertæller
- En alfa-, beta- og gammakilde
- Et stativ til at holde geigermüllertælleren og de radioaktive kilder
- Papir og aluminiumplader
Meningen med forsøget er at vise hvor meget de tre forskellige slags strålinger kan trænge igennem. Efter hensigten skulle alfastrålingen blive stoppet af papir eller simpelthen bare af afstand, betastrålingen skulle kunne stoppes af en aluminiumplade og gamma skulle ikke rigtig kunne stoppes.
Forsøg: Afbøjning af alfa-, beta- og gammastråling
Opstilling:
Til forsøget skal bruges:
- En geigermüllertæller
- En alfa-, beta-, og gammakilde
- En hesteskoformet magnet
- Et stativ til at holde geigermüllertælleren og de radioaktive kilder
- Træplader, en kasse eller andet til at løfte magneten
Meningen med forsøget er at vise hvordan stålingerne bliver afbøjet når de kommer i nærkontakt med en magnet. Ved at lave dette forsøg kan man også finde ud af om strålingen er positivt eller negativt ladet.
Nogenlunde sådan vil de tre forskellige former for strålinger afbøjes.
Stråling
Skadelighed
Det er det at strålingen er ioniserende, der gør skaden.
Skaderne man kan få af at have været udsat for meget af de ioniserende strålinger, er kræft, leukemi og andre genetiske skader.
Hvad er alfa-, beta- og gammastråling?
Gennemtrængningsevne
Atomkernernes opbygning
Atomets Grundelementer
Alle atomer er opbygget af protoner, neutroner og elektroner.
En proton er en lille positv elektrisk ladet partikel, den er meget let og vejer kun 1u. En Neutron er en partikel med samme masse som en proton, men en neutron har ingen elektrisk ladning. En elektron er også en elektrisk ladet partikel, den er negativ ladet og den er lillebitte. Den vejer 1/1836 u, så der skal være 1836 elektroner før de har samme vægt som en proton.
Protonerne og neutronerne, der danner atomets kerne, kaldes også kernepartikler eller nukleoner. Nukleonerne ligger ikke stille, men bevæger sig rundt imellem hinanden, mens elektronerne kredser rundt omkring kernen i stor afstand.
Hydrogen (H)
Et normalt hydrogenatom består af en proton og en elektron. De to partikler, med lige store modsatte ladninger, får atomet til at være elektrisk neutralt.
Da kernen i et hydrogenatom indeholder en proton, har den fået plads nr. 1 i det periodiske system. Det er også fordi kernen indeholder en proton, at nukleon tallet er en og den har en vægt på ca. 1 u.
Helium (He)
Et normalt heliumatom består af to protoner, to neutroner og to elektroner. Da der er to protoner og to elektroner, er atomet elektrisk neutralt, og fordi heliumkernen indeholder to protoner har den fået plads nr. 2 i det periodiske system. Da der er to protoner og to neutroner i heliumkernen er der fire nukleoner i alt og atomets masse er så ca. 4 u.
Hvis man tager et atom fra det periodiske system vil stå opstillet ca. Sådan.
Det vil vise hvor mange protoner og elektroner der er, hvad atomet hedder, hvilket nummer det har i systemet (det samme som antallet af protoner) og hvad dets vægt er. På dette billede står der ikke hvor mange neutroner der er men det kan man finde ud af ved at trække antallet af protoner fra nukleontallet/vægten.
Nukleontal/vægt
Atomets navn
Atomets symbol
Antal elektroner
Antal protoner/ atomets nummer
Isotoper
Ikke alle atomerne i et grundstof er lige tunge. Fx. Hvis man afbøjer en stråle af magnesium-ioner i et kraftigt magnetfelt, vil den dele sig i tre dele, der ikke bliver afbøjet lige meget fordi strålen indeholder magnesium-ioner med en smule foreskel i massen. Det magnesium der er lettest vil naturligvis afbøjes mest og det tungeste mindst.
Magnesium har en blanding af tre forskellige atomer med masser på 24, 25 og 26 unit. De har selvfølgelig alle tre 12 protoner i deres kerner, det er antallet af neutroner der er forskelligt.
Fordi alle et grundstofs atomkerner, har den samme positive ladning og det samme antal elektroner svævende rundt om sig, har alle atomerne de samme kemiske egenskaber og derfor skal de sættes ind på samme plads i det periodiske system. Man kalder derfor disse atomer isotoper, fordi det græske ord "isotopos" betyder "samme plads".
Tungt vand og hydrogens isotoper
Det letteste grundstof, der forekommer på jorden, er hydrogen. Det består af to isotoper 1-1 H og 1-2 H. Det er den første af de to, der er den mest almindelig, men den anden forekommer sjældent, men det forhindre selvfølgelig ikke at begge isotoperne kan gå sammen med oxygen og danne vand.
Udover at have en proton i kernen, har det tunge hydrogenatom også en neutron. Det bliver kaldt tungt hydrogen eller deterium og bliver ofte skrevet med et D i stedet for et H.
Udover det, kan der også dannes et tungt vandmolekyle ved, at to tunge hydrogenatomer går sammen med et oxygenatom. Formlen for det tunge vand vil så D2O.
Urans isotoper
Det tungeste grundstof, der fremkommer i naturen, er uran (grundstof nr. 92). Uran har også flere isotoper. I Uran fra naturen, vil 99,3% af atomerne indeholde 146 neutroner i kernen og 0,7% af atomerne vil indeholde 143, derfor vil de have massen 235.
Isotoper og nuklider
I naturen her på Jorden findes der 92 grundstoffer, men fordi de fleste grundstoffer består af flere forskellige isotoper, er der altså mange flere end 92 forskellige atomkerner, i alt er der ca. 340.
Som en international betegnelse for en hvilken som helst atomkerne bruges ordet nuklid.
Foruden de ca. 340 forskellige nuklider der fremkommer i naturen, er der blevet fremstillet yderligere ca. 2000 nuklider ad kunstig vej, De fleste af dem går dog hurtigt i stykker, kort tid efter de er blevet fremstillet.
Der er dog også grænser for, hvor mange neutroner, der kan anbringes i kernen, uden at den går i stykker, det er også derfor der er grænser for, hvor mange isotoper grundstofferne kan bestå af.
Isotopkortet
Isotopkortet er en stor oversigt over alle grundstofferne i det periodiske system og deres isotoper.
Alle isotoperne har en farve. Hvis de er blå henfalder de ved betastråling, hvis de er grønne henfalder de ved alfastråling og hvis de er grå er det fordi isotopen er stabil.
For at finde ud af hvad en isotop henfalder og bliver omdannet til, kan man følge et simpelt mønster. Hvis isotopen er blå og henfalder ved betastråling, går man et felt op og et felt til venstre. Hvis isotopens farve er grøn og den hanfalder ved betastråling, går man to felter ned og to felter til venstre, man stopper når man rammer et gråt felt, for så er det en stabil isotop, og så har man fundet ud af hvad den isotop man startede med at have er blevet omdannet til. Man kan dog også komme til at støde på et felt hvor det er halvt grønt og halvt blåt. Så starter man bare med fx at tage den grønne først (2 ned, 2 til venstre) og så den blå (1 op, 1 til venstre).
Et eksempel på dette kan være at starte på urans isotop 92-238 U og fortsætte til man når det stabile grundstof Bly (82-206 Pb).
Halveringstid
Der vil altid være en vis sandsynlighed for at en radioaktiv (ustabil) atomkerne bliver omdannet inden for et bestemt tidsrum. Derfor afhænger et radioaktivt stofs halverings tid af, hvor stor sandsynlighed der er for at dets atomer henfalder.
Når atomkerner bliver omdannet ved at udsende alfa- eller betapartikler, betyder det at kernen henfalder, når kernen henfalder, bliver der udsendt en større eller mindre portion gammastråling.
Når de radioaktive stoffer udsender alfa- eller betastråling, bliver stoffets atomer efterhånden nedbrudt og omdannet til at andet grundstof. Nogle radioaktive stoffer nedbrydes hurtigt og nogle langsomt, hvert radioaktivt stof, har sin egen halveringstid. Man kan illustrere halveringstid med et forsøg.
Forsøg: Terningkast og halveringstid
Til forsøget skal bruges:
- Et bæger
- 200 terninger
For hver gang der bliver slået, skal alle sekserne fjernes og ligges i en bunke for sig. Bliv ved med at slå med terningerne til der ikke er flere tilbage. Tæl så terningerne i bunkerne og find ud af hvor mange gange der er blevet slået før halvdelen af terningerne var væk.
Strålingen vi ikke kan undgå
Baggrundsstrålingen
Vi er hele tiden udsat for en svag stråling fra verdensrummet og de radioaktive stoffer, der er i vores omgivelser. Denne form for stråling bliver kaldt baggrundsstråling. Det er en meget svag form for stråling. Baggrundsstrålingen er ikke helt regelmæssig. Ved hjælp af et forsøg med en geigermüllertæller, kan man se at impulserne ikke er helt regelmæssige, men kommer tilfældigt nogle gange hurtigt og nogle gange langsomt, men i gennemsnit holder den sig meget jævn.
Radioaktivitet i boligen
En stor del af den baggrundsstråling der rammer os, skyldes at der både i jorden og i de byggematerialer vi bruger når vi bygger huse findes små mængder af radioaktivt stof. Det handler egentlig mest om grundstofferne uran og thorium, der bliver nedbrudt til bly efterhånden. Et af de stoffer der er i kæden af omdannelser er den radioaktive luftart radon, der kan sive ud i luften og samle sig i husene især hvis der ikke bliver luftet ud. Der er dog ikke selve strålingen fra radonatomerne der er farlig, det er de faste radioaktive stoffer der bliver dannet når radonen henfalder.
Den kosmiske stråling
Når partiklerne i den kosmiske stråling rammer atmosfæren, bliver der dannet mange nye forskellige partikler og radioaktive atomer. De tager del i den stråling der rammer os. Der bliver bl.a. dannet radioaktive kulstof-14 atomer 6-14 C. De bliver blandet op i atmosfæren og går sammen med de normale kulstofatomer 6-12 C, om at danne den kuldioxid (CO2) som platerne på jorden optager ved fotosyntesen. Derfor vil der være en meget lille del af det kulstof der cirkulere i naturens kredsløb, være rdioaktive kulstof-14 atomer. Men jo længere vi kommer op over jordens overflade, jo kraftigere bliver den kosmiske stråling også.
Strålingen fra jorden
Den del af baggrundsstrålingen, vi får direkte stråling fra jorden, er forskellig afhængig af hvor i landet man befinder sig. Fx på Bornholm er strålingen større end i resten af landet, da Bornholms undergrund er af granit og indeholder en hel del uran og thorium. Det er i Vestjylland, hvor undergrunden er sandet, der er mindst stråling. Det har stor betydning for Jorden, at der foregår radioaktive processer i dens indre, for hver gang der sker et henfald med et radioaktivt stof, bliver der frigjort en lille smule energi, som er med til at opvarme jorden omkring den.
Strålingen i os selv
Vi vil aldrig kunne afskærme os imod den stråling, der kommer fra de radioaktive stoffer, inde i os selv. De kommer ind med luften vi indånder , maden vi spiser og vandet vi drikker. Det største bidrag til strålingen i os selv, er dog fra det radioaktive kalium-40. Det dukker op alle vegne og vi er nødt til at have det, for at kunne fungere ordentligt. Selv om det kun er ca. 0,001% at det kalium vi har inde i os, der er radioaktivt vil der alligevel i en person på 50 kg hvert sekund omdannes ca. 3000 klium-40 atomer.
Kulstof-14
En meget lille del af det kulstof, der delager i kredsløbet i naturen, består af den radioaktive kulstof-14 isotop. Derfor indeholder både planter, dyr og mennesker radioaktivt kulstof-14. Så længe vi lever, vil der i en voksen person hvert sekund blive omdannet ca. 1500 kulstof-14 atomer. Når vi dør, stopper tilførelsen af kulstof fra luften i atmosfæren, derfor vil vores indhold af kulstof-14 forsvinde med tiden. Fordi kulstof-14 har en halveringstid på 5730 år, har videnskaben fået et praktisk værktøj i hænderne så de kan datere arkæologernes fund.
Kerneenergi
Inde i en atomkerne findes der oplagret energi. Den er der, fordi protonerne frastøder hinanden, men da de alligevel holder sammen , så er det fordi der er en stærk tiltrækkende kræft imellem nukleonerne.
Der er nogle af de store atomkerner fx urans isotop 92-235 U, der er opbygget så de meget let kan gå fra hinanden, så der skal ikke meget til, kun fx en lille smule energi fra en neutron der rammer den, før den spaltes i to dele, og frigiver to eller tre nye neutroner.
De to nydannede kerner vil så fare fra hinanden pga. Den elektriske frastødning. De frigjorte neutroner vil også spaltningsstedet med høj fart.
Kædereaktioner
Hvis de frigjorte neutroner får muligheden for at ramme andre 235- urankerner og fremkalde nye og endnu flere spaltninger, kan det starte en kædereaktion, der gør at mange atomer bliver spaltet og der bliver frigjort meget store mængder energi.
Hvis sådan en reaktion sker hurtigt og uden problemer, kan det frembringe en meget kraftig eksplotion i form af en atombombe. Men hvis man derimod styre processen, så det går langsommere og man har den under kontrol kan energien bruges i en kernereaktor. Dette kan illustreres i et forsøg.
Forsøget med kontrolleret og ukontrolleret kædereaktion
En uran-235 kerne kan spaltes, men hvis man tager en portion af den uran der er i naturen, er det kun 0,7% af atomerne der vil være uran-235 og resten af det vil mest være uran-238.
De neutroner, der bliver frigjort ved en spaltning, har derfor en større chance for at ramme en uran-238 kerne end en 235-uran kerne.
Atomkraftværket; Sådan fungere det
Radioaktivitet i hverdagen
Radioaktivite stoffer bliver brugt mere og mere, både i industrien og rundt omkring os i hverdagen.
Fx bliver der brugt radioaktive stoffer i selvlysende exitskilte.
Røgalarmen
Røgalarmer indeholder den kunstigt fremstillede radioaktive americium isotop 96-241 Am , der udsender alfapartikler og har en halveringstid på 460 år. Der er meget lidt af det radioaktive stof i røgalarmen, men den udsender alligevel ca. 40.000 alfapartikler i sekundet.
Hvordan virker den?
Den radioaktive americium isotop er placeret i en metalkasse, med huller i så luften kan komme derind. Det batteri, der sidder i røgalarmen sender en strøm igennem det luftrum der er imellem den positivt ladede matalkasse og den negativt ladede metalplade i bunden. De udsendte alfapartikler ionisere luften imellem kassen og bunden. De positive ioner tiltrækkes af den negative metalplade og de negative ioner trækkes ud imod den positive metalkasse. Det giver en svag strøm i alarmens styrekredsløb. Når der så kommer røg ind i alarmen abosorbere røgen alfapartiklerne, det medføre at ioniseringen af luften bliver mindre, og strømstyrken falder. Det er faldet i strømstyrken, der starter alarmen ved hjælp af en styre-anordning.
Påfyldning af dåser
Når man fylder sodavand på dåse, kan man måle om der er kommet den rigtig mængde væske i dåsen ved hjælp af gammastråling. En maskine sender gammastrålingen igennem dåsen. Hvis tælletallet ikke falder er der ikke nok i dåsen og den vil blive kasséret. Man kan også selv lave et forsøg for at vise dette.
Forsøg: Påfyldning
Til opstillingen skal bruges:
- En geigermüllertæller
- En kande med vand
- Et glas
- En gammakilde
- Et bind at have for øjnene
Forsøget viser hvordan vi kan høre og finde ud af hvornår der er kommet nok vand i glasset. Det er på samme måde de gør på fabrikkerne.
Brugen af radioaktivitet imod kræft
Kræft viser sig ofte i form af celler der af en eller anden grund begynder at formere sig, så der bliver dannet svulster, der vokser sig større og større. Kræften vil også ofte brede sig til det omgivende væv og livsvigtige organer.
En kræftsvulst kan fjernes ved en operation, men den kan også slås ihjel ved kraftig bestråling af et radioaktivt stof. Hvis kræften skal slås ihjel ved hjælp af radioaktivitet, er det som regel den radioaktive cobalt isotop 27-60 Co, der bruges til formålet. Cobalten placeres i en afskærmet beholder, så der kun kommer en tynd stråle ud. Denne "cobaltkanon" kan dreje rundt om patienten, så den kan ramme kræftknuden fra forskellige vinkler uden at det omgivende væv får ret meget stråling.
Bestråling af fødevarer
Med gammastråling kan man slå de bakterier, svampe og insekter ihjel der lever i vores madvarer. For at gøre det, pakker man madvarerne ind i deres salgsemballage og så bestråler man dem med kraftig gammastråling for at slå alle de levende organismer ihjel og få maden til at holde længere.
Bestråling af fødevarer i Danmark
I Danmark er det ikke tilladt at bastråle fødevarer, da mange mennesker føler sig utrygge ved det. Det eneste der er tilladt at være bestrålet er krydderier og tørrede krydderurter. Grunden til at man har tilladt bestråling at krydderier er fordi, at de ofte indeholder mange smådyr og mikroorganismer der kan være sundhedsskadelige og man kan ikke rense krydderierne ved at opvarme dem, for så mister de smagen og duften.
Min mening
Jeg synes det er lidt svært at komme med en mening omkring alt det med atomkræft og bestråling, men jeg er ikke så meget til det med bestråling af fødevarer. Selvfølgelig kan jeg godt se det smarte i det, det med at maden kan holde sig længere osv., men jeg synes måske ikke, at det er den fedeste følelse i verden, at vide at den mad jeg spiser kan have været bestrålet. Jeg har dog ikke noget imod at man bestråler krydderier, for uden smagen og duften, ville der jo ikke være nogen mening med at bruge dem. Når det kommer til atomkræft, så er det jo faktisk en skide smart måde at udvinde energi, men tanken om hvad der kunne gå galt huer mig ikke, man kan jo se hvad der skete med fukushima kraftværket i Japan, sådan noget ville jeg helst ikke udsættes for.
Full transcript