Indledning: Der har altid eksisteret radioaktivitet. De radioaktive stoffer og den radioaktive stråling har altid været der, men det er noget forholdsvis nyt, at mennesker kan finde ud af at bruge radioaktiv stråling til noget. Stråling kan både være godt, men kan også være farligt, ja, livsfarligt. Typer af stråling: Der er tre typer af stråling Alfa, Beta og Gammastråling. En alfa-partikel er i bund og grund en heliumkerne der opstår når to protoner og to neutroner isoleres i yderkanten af kernen hos et radioaktivt stof. Når dette sker, kan de kortrækkende kernekræfter ikke længere holde sammen på kernen, og de elektroniske frastødningskræfter skyder den nye heliumkerne ud fra den oprindelige kerne. Nu er der dannet en alfa-partikel, som vejer 4 Unit, har en fart på omkring 199 000 km/sek. og en ioniseringsevne på 40 000 ioner pr. celle. Hver gang alfa-partiklen støder ind i en elektron mister den en smule af sin energi, og den kan kun bevæge sig ca. 10 cm i luft før den har mistet al sin energi. Der er to slags beta-partikler: beta minus og beta plus. Beta minus er på en måde en elektron, der er ”stukket af” fra en neutron. En neutron består af en plus og en minus del, og når de deles bliver plus delen til en proton og minus delen til en elektron (en beta minus partikel). Beta plus opstår når en proton deler sig. Protoner består af to plus dele og en minus del, og når den ene plus del ”stikker af” opstår en neutron og en positron (en beta plus partikel). Begge beta-partikler har en vægt på 1/1836 Unit, en hastighed højere end lysets og en ioniseringsevne på 400 ioner pr. celle. Gamma-partikler er fotoner, der er rige på energi, man kan også kalde dem elektromagnetiske bølger, som er en slags røntgen-stråler. De er mere farlige end røntgen-fotoner. Alle 3 slags partikler ligner hinanden, fordi de sætter elektronerne i bevægelse, så der bliver skabt ioner. Strålings kilder: Det er umuligt at leve et liv helt uden at blive udsat for stråling, der er en konstant baggrundsstråling som stammer fra jorden, rummet og os selv. Disse tre er alle af naturlig oprindelse og så er der en lille smule baggrundsstråling der er menneske skabt denne stammer fra hospitalsbehandlinger, prøvesprængninger af atomvåben og uheld på kernekraftværker. Strålingen fra jorden kommer fordi undergrunden indeholder en smule radioaktivt uran og thorium. Undergrundsstråling varier alt efter hvor man er. I Danmark er den størst på Bornholm, fordi her består undergrunden af granit som indeholder forholdsvis meget uran og thorium. Beton, gipsplader og andre byggematerialer bidrager også til stråling fordi de er lavet af materialer der indeholder uran og thorium. Strålingen ude fra rummet kaldes også for kosmisk stråling. Jorden bliver beskyttet af dens magnetfelt og af atmosfærer, hvis du bevæger dig opad bliver atmosfæren tyndere og strålingen større. Den kosmiske stråling er faktisk det, der skaber syd- og nordlys. Brint- partikler støder sammen i solen, som så udsender protoner der bøjer af/bliver frastødt af Jordens magnetfelt. Meget få af disse slipper igennem, og skaber så syd- og nordlyset. Stråling fra kroppen kommer fordi der i kroppen er to helt naturlige radioaktive nuklider: kulstof-14, og kalium-40. Omkring 20 % af baggrundsstrålingen stammer fra kroppen. Strålingstypernes farlighed: Når celler rammes af ioniserende stråler dannes der ioner i cellerne, disse kan påvirke cellernes styring, og cellerne bliver til kræftceller. Hvis strålerne påvirker en kønscelle, kan der opstå skader i arvemassen, hvilket kan føre til misdannede børn. Udefra er beta- og gamma-stråler farligst, fordi de kan trænge igennem huden, hvorimod alfa-stråler kun kan komme ind i kroppen gennem hornhinden. Gamma-stråler er både farlige i og udenfor kroppen, men de er ikke så ionserende som alfa og beta. Selvom alfastråler har svært ved at komme ind i kroppen, kan de gøre stor skade, når de først er kommet ind. Alfa-strålerne er nemlig så ioniserende, at de ødelægger de celler der rammes. Beta-stråler er også farlige inden i kroppen, men ikke nær så farlige som alfastråler. Alfa-partiklerne er dem, der er lettest at stoppe, der skal kun et stykke papir til. Betapartiklerne bliver ikke stoppet af papir, men af f.eks. en bog eller en tynd metalplade. Gamma-partikler kan trænge igennem det meste. Der skal en tyk plade af bly til at stoppe dem. Halveringstid: Alle radioaktive stoffer har en halveringstid. Halveringstiden er den tid der går før halvdelen af stoffet er omdannet til et nyt stof/henfaldet. Har man f.eks. 100 gram Barium137 vil der kun være 50 gram efter 2,6 minutter, og efter endnu 2,6 minutter er der kun 25 gram Barium-137. Stofferne har meget forskellige halveringstider og Barium-137’s er rimelig kort, Uran-238 har f.eks. en halveringstid på 4.500.000.000 år. En ustabil atomkerne vil altid henfalde (”forsvinde”) på et eller andet tidspunkt, men man kan ikke forudsige hvornår. Radioaktive stoffer med kort halveringstid har større sandsynlighed for at henfalde end den er hos et stof med lang halveringstid. Man sammenligner sandsynligheden for at ustabile atomkerner henfalder med sandsynligheden for at slå en sekser med en terning. Sandsynligheden er 1/6, men vi kan aldrig vide hvor mange gange vi vil slå en sekser, hvis vi kaster terningen hundrede gange. Ligesom hvis man måler aktiviteten fra en radioaktivkilde gentagende gange i 10 sekunder, vil der være stort udsving i tallet. Anvendelse som energikilde: Der er flere måder at anvende radioaktiv stråling som energikilde på bl.a. via fission, også kaldet kernespaltning, dette foregår i fissons-reaktorer. Det er forskellige slags fissionreaktorer, fælles for dem er at de kan kontrollere en kædereaktion, så kun en vis energimængde frigøres pr. sekund. Forsøgsbeskrivelse: Forsøget undersøger gamma-partiklers evne til at trænge igennem forskellige materialer. Til forsøget skal du bruge: et Geiger-Müller rør, en gamma-kilde, et stykke papir, et hæfte, en bog, aluminiumsplader, blyplader og et stativ til pladerne. For opstilling se bilag 1. Forsøgsresultater: For hvert materiale og hver tykkelse målte vi 5 gange i 10 sekunder, og noterede resultaterne (se bilag 2+3). Bagefter tegnede vi et diagram over målingerne, og ud fra det skulle det være muligt at se gamma-strålernes halveringstid (se bilag 4). Men det er ikke 100 % sikkert en evt. fejlkilde kan være baggrundsstråling. Det relevante ved at undersøge gamma-partiklernes gennemtræningskraft er at vi ud fra målingerne kan se hvordan det er bedst at opbevarer gamma-partiklerne, så der kommer så lidt stråling så muligt. Det er også med til at fortælle hvordan vi kan lave bedre sikkerhedsdragter og andre beskyttelses ting til dem der arbejder med radioaktive stoffer. Kort sagt viser forsøget at jo mere bly du putter mellem gamma-kilden og geiger-müller røret (eller dig selv) jo mindre stråling vil det få, altså bly standser gamma-partikler. Fission: Fission er kernespaltning af tunge atomkerner til lettere atomkerner og neutroner. Fission kan forekomme i naturen med tunge og ustabile kerner og ellers som kontrolleret fission i reaktorer. Fissions-reaktionen sættes i gang ved at neutroner påvirker urankernen. Der findes forskellige slags fissions-reaktorer, som har til formål at holde en kontrolleret kædereaktion i gang, som skal sørge for, at det kun er en bestemt energimængde der bliver frigjort pr. sekund. En trykvands-reaktor er den ene type. Vand bliver via en pumpe sendt ind i en kondensator og videre via en pumpe ind i en dampgenerator og igen via en pumpe ind i reaktoren, i det primære kredsløb, hvor det tunge vand udsættes for tryk. Vandet opvarmes ved kernespaltningen i reaktorens tank og afgiver energi til at sende vandet tilbage i det sekundære kredsløb, hvor det begynder at koge. Trykket fra dampen driver en turbine rundt og den generator der er koblet til turbinen producerer energi i form af el. Dampen køles ned af vand fra havet eller fra en flod, via en kondensator. Inde i selve reaktortanken er der brændselselementer. Brændselselementerne består af uran. Der er både hurtige og langsomme neutroner i reaktor-tanken, derfor er der også brug for en moderator, som kan bremse de hurtige neutroner, så de bliver langsomme. Der skal også være kontrolstænger i vandet, som skal sørge for, at der ikke kommer for mange neutroner, de kan være lavet af f.eks. cadmium. Man kan bruge både almindeligt vand og tungt vand i en reaktor. Derfor hedder det også en letvandsreaktor og en tungtvandsreaktor alt efter hvad for noget vand man bruger. I en tungtvandsreaktor kan der bruges uran, hvor der ikke må være mere end 0,7% uran235, mens der må være 3-4% i en letvandsreaktor. Fission anvendes i kernekraftværker og i militæret til våben. Konklusion: Man kan godt sige, at radioaktivitet for det meste er godt, for det er mennesker der bruger radioaktivitet, så det misbruges. Når man bygger atomkraftværker og ubåde og andre ting der drives af atomkraft, så bruger man jo radioaktiviteten positivt. Men det der er farligt er jo, at der altid er mennesker der har med alting at gøre. Det vil sige, at der let kan ske uheld, lige meget hvor meget man prøver at gøre noget sikkert. Hvis al energi i hele verden kom fra atomkraft, så ville der ikke være så meget forurening. Men radioaktivitet kan misbruges, så der kan laves bomber, som i Hiroshima og Nagasaki i 1945. I mange, mange år efter bomberne har der været store skader og meget forurening i Japan. Der skete også et uheld på et russisk atomkraftværk i Tjernobyl den 26. april 1986, hvor en af reaktorerne nedsmeltede. 56 døde af ulykken, men der er rigtig mange, som er blevet ramt af kræft efter ulykken og der er stadig, her 22 år efter en zone på 30 kilometer, hvor man helst ikke skal være mere end en dag ad gangen og hvor der ikke må bo nogen. Men det gør der nu alligevel. Radioaktivitet brugt på den rigtige måde kan også være med til at bekæmpe kræftsygdomme, for kemoterapier en slags behandling med radioaktive stoffer, der slår kræftcellerne i kroppen ihjel. Det er den ioniserende stråling der virker, sådan at de raske celler ikke dør. Det er Cobolt-60 der bruges til kræftbehandling og det er beta- og gammastråler, det udsender. Det er dog ikke alle slags kræft, man har fundet ud af at behandle endnu. Man kan også bruge ioniserende stråler i mad, og derved slå alle bakterier ihjel. Når astronauterne er i rummet, så spiser de mad der er blevet bestrålet, men det betyder ikke at de spiser mad som er blevet radioaktiv. Det betyder bare, at maden bedre kan holde sig, det er jo meget nyttigt i rummet, hvor man ikke lige kan smutte ud og købe ind. Det er forbudt i Danmark at bestråle maden og det synes jeg er en god ide, for så spiser vi mere naturlige ting og vi kan se når tingene er ved at blive for gamle. Nogle gange kan man købe noget frugt eller sådan noget, der kan blive liggende al for længe og så kan man ikke lade være med at tænke på om det er blevet bestrålet. Jeg mener, at det er godt, at vi har lært at bruge radioaktiviteten positivt og at vi skal være glade for, at det kan hjælpe med f.eks. at bekæmpe sygdomme, men jeg ved ikke, hvad vi skal gøre for at der ikke sker uheld. Hvis vi kunne sørge for at der ikke skete uheld, så kunne verden måske godt bruge mere radioaktiv energi. Men der bliver dog også noget affald som det er svært at vide, hvad der sker med, når der er gået rigtig mange år. Men alt i alt er radioaktivitet godt for mange ting. Kildeliste Ny Prisma Fysik og Kemi 9 af Bo Damgaard, Hans Lütken, Anette Sønderup og Peter Anker Thorsen, 2002. Wikipedia om Tjernobyl, http://da.wikipedia.org/wiki/Tjernobyl, 02.10.08. Wikipedia om Fission, http://da.wikipedia.org/wiki/Fission, 02.10.08. Egne notater fra timer med Steen Haahr