Da skal det dreie seg om radioaktivitet og ioniserende stråling. Start med å se på radioaktiv nedbrytning, eller henfall, et ord som jeg kommer til å bruke her også. Det er særlig lett å tenke på når man tenker på radioaktivitet, og det er at noen tunge atomkjerner er ustabile og kan bryte seg selv ned, eller henfalle, til de blir et lettere grunnstoff, og da blir stabile.
Husk den periodiske tabellen at de lettere... Rettere grunnstoffene ligger mer på toppen, og så blir de tyngre jo lenger ned og fra venstre til høyre som man går. Husk at et grunnstoff har et unikt antall protoner, som i denne tegningen kan forestille seg de røde partiklene her, så det er protonene.
Hvis det er tre stykker her, så vet vi at det er litium, som er grunnstoffet med tre protoner, og atomtall tre. Men disse protonene blir egentlig holdt i sjakk. av nøytroner.
Protonene er ladde, de har positiv plussladning. Nøytronene har ingen ladning, men de er til for å prøve å holde disse protonene i sjakk, slik at de blir mer rolige og stabile. Så dette er det som er i kjernen i atomene. Men for å forklare hva et isotop er, som jeg tror henger med her, når vi snakker om radioaktivitet, det er at grunnstoff kan ha ulike antall nøytroner også.
For eksempel, når vi ser tilbake på denne her, at dette var litium, den har ikke nødvendigvis tre nøytroner, selv om den har tre protoner, den kan ha et forskjellig antall nøytroner. Og da snakker vi om isotoper. Her i dette eksempelet med hydrogen, at hydrogen vanligvis har ikke noen nøytroner engang, det er bare ett proton og ingen nøytroner.
Men hvis det har ett nøytron, så blir jo kjernen dobbelt så tung, fordi nøytroner og protoner veier det samme. Og det kan ha tre partikler i kjernen hvis det har to neutroner. Og da snakker vi om at det er tre ulike isotoper av hydrogen, som har faktisk fått noen unike navn, altså protium, det er den vanlige, og så deuterium, den som er dobbelt så tung, og tritium, den som er tre ganger så tung som vanlig hydrogen. Du har garantert hørt om tungtvann. Hva er tungtvann egentlig?
Jo, det er H2O, det samme molekylet som vanlig vann. Men hydrogenatomene er deuterium, de er dobbelt så tunge som hydrogen vanligvis er, fordi det er et bestemt isotop av hydrogen. Dette ser vi også når man leser navnet på grunnstoff, så kan det hende at det er et tall som kommer etter navnet, og det er nukleontallet som sier hvor mange nukleoner eller partikler det er i kjernen, om det er en, to eller tre her, som kommer etter hydrogen. Dette er en plansje som viser et kart over alle isotopene, og der ser vi at antallet protoner går fra venstre mot høyre, antallet nøytroner går nedfra, altså opp. Her ser du at antallet nøytroner øker enda mer enn antallet protoner, så disse tyngste atomene med flest protoner har gjerne mange flere nøytroner.
enn protoner, så det er vanlig å ha flere nøytroner enn færre. For eksempel, når vi snakker om radioaktiv nedbrytning nå, så vil uran 238, altså uran med 238 partikler i kjernen, altså nukleoner, vil henfalle til lettere radioaktive grunnstoff, i første omgang thorium, som vil etter hvert brytes ned, eller henfalle til radium, og så til radon, og så polonium. og så helt frem til det ender opp med det stabile bly 206. Dette ser litt rart ut, for hvis du ser nøye på denne så går de også oppover faktisk. Rart at det går an å brytes opp til et tyngre atom, men det skal vi forklare straks. Og så over til radioaktiv stråling, eller det som er rettere å kalle det ioniserende stråling.
Så når radioaktive atomkjerner brytes ned, så frier de energi. som ioniserende stråling, som har mye energi ved seg. Det er forskjellige typer, og vi snakker først om alfastråling.
Dette er veldig rart, for dette virker ikke som stråling i det hele tatt. Det er en partikkel som blir spyttet ut, en heliumkjerne faktisk, med to protoner og to nøytroner. Det er det samme som er i kjernen til et vanlig heliumatom, som blir skutt ut av en radioaktiv atomkjerne.
Dette er alfastråling. Og så beta-stråling selvfølgelig, dette er greske bokstaver for øvrig, dette er liksom A, B, C på gresk, det er alfa og beta først og fremst, og dette er også en partikel. Dette skjer når et nøytron i kjernen omdanner seg til et proton, og da spytter den ut det vi kaller et hurtig elektron ut fra kjernen, det er et elektron med mye energi som blir skutt ut fra denne kjernen, og nå skjønner vi med denne beta. av strålingen, så blir jo dette grunnstoffet faktisk et grunnstoff tyngre da, når den har nå et flere protoner enn det pleide å ha, så derfor kan det gå oss oppover i systemet da, og bli til et tyngre atom, men så vil den antageligvis gå ned igjen i neste omgang med alfastråling.
Tredje bokstav i det gamle greske alfabetet er jo gamma, dette er liksom ABC på gresk, ABG, og gamma, det er den tredje bokstaven, så gammastråling. er den sterkeste her, og det er faktisk nå den tradisjonelle strålingen, elektromagnetisk stråling, som vi er kjent med, i stedet for en partikkel som blir skutt ut. Dette er når en eksitert kjerne avgir energi i form av den kraftigste elektromagnetiske strålen som finnes, og det er gamma-stråling. Så dette kan også skje underveis i nedbrytningen, men dette alene gjør ikke at det blir til et lettere grunnstoff.
men det bare gir fra seg noe mer energi, fordi den er litt sånn spent og excited, som man ville sagt på engelsk. Og ja, jeg husker igjen da at gammastråler er den sterkeste strålen på det elektromagnetiske spektrum. Unnskyld at jeg sirkler rundt dette. Dette har bare å si med hvor stor bølgelengden er.
Det er på størrelse med en atomkjerne. Og det også tilsier at disse Gamma-strålene kan nå frem til atomkjerne, det er det de skal forestille. I hvert fall at det er mye sterkere enn rønkenstråler, som er sterkere enn ultraviolett, og så er det sterkere enn synlig lys.
Det er gamma-strålene. Partikkelstrålingen, som vi nevnte, det er alfa og beta, når det er partikler som blir skutt ut av en radioaktiv atomkjerne, de er lettest å stoppe, så dette her skal forestille et ark med papir, som er nok til å stoppe en heliumkjerne. Dette skal være aluminiumsfolie eller noe sånt som kan stoppe et hurtig elektron, mens dette skal være en tjukk blokk med bly som er nok til å stoppe en del av gamma-strålene, men ikke alle.
Igjen disse bokstavene, dette er på det greske alfabetet for A, alfa, beta, og dette som ser ut som en Y er faktisk G på gresk, så dette er gamma. Men det som skal nevnes da, at alfa og beta er så lett å stoppe. Det vil ikke stemme hvis du får det inn i kroppen ved å ha pustet det inn, sånn som i denne plansjen her. Hvis man puster det inn, eller spiser det, får det inn i kroppen på den måten, så kan det lettere nå gjennom til DNA og ødelegge det, mens gamastroller går rett gjennom kroppen. E er lik MC i A-en, det er jo den berømte ligningen.
Dette er Albert Einsteins masse-energi-lov, så energi er lik masse ganger lysets hastighet. i annen. Og dette viser hvor mye energi radioaktivitet kan skape, fordi noe av massen i disse atomkjernene blir konvertert til energi som det skyter ut, altså. Og så noe om halveringstid og bakgrunnstråling.
Halveringstid er fascinerende saker, fordi det er umulig å si når ett eneste ustabilt atom skal henfalle og brytes ned. Men i en større mengde med disse atomene så vet man faktisk tiden det tar for halvparten av atomene i denne mengden å henfalle. Og det er halveringstid, så uansett hvor mange atomer det er der, så vet vi at etter så så lang tid så vil halvparten ha brutt ned, ha henfallt.
Og uran-238 har en halveringstid på 4,5 milliarder år. Mens radon... kan henfalle til polonium på kun 3,8 dager.
Jeg har dette som to eksempler som viser hvor stort spennet det er. At noen isotoper har en utrolig lang halveringstid, mens andre har en utrolig kort enn. Der finnes noen som har en halveringstid på mikrosekunder også sikkert. En geigerteller er et instrument som brukes for å måle radioaktiv stråling.
Det kan være litt forskjellige målenheter, men en som jeg vet om er Becquerel, oppgatt etter mannen som oppdaget radioaktivitet selvfølgelig, og regner eller måler antall henfall per sekund avhengig av hva slags stråling som kommer inn og hvor mye stråling som kommer inn i måleren. Men selv om du vil bruke en geigerteller, så vil du faktisk måle noe stråling hele tiden, fordi det er det vi kaller bakgrunnsstråling. Og det er den ufarlige dosen radioaktiv stråling som man alltid, eller i hvert fall nesten alltid, er utsatt for. Men det finnes noe som er farlig, og Norge er mer utsatt for radongass. Radon er et grunnstoff som er en av edelgassene, så det er en gassform i romtemperatur.
Den kan sive inn i kjelleren fra fjellbergjorda som huset er bygd på, og det kan avgi alfastråling inn i kjelleren, og man kan puste denne strålingen inn i lungene, for det er jo heliumkjerner egentlig. Og så kan man få lungkreft av den grunn. Noen områder i Norge er mer utsatt for dette enn mange andre land. Bruksområder for energirik eller ioniserende stråling, man kan nevne at alfastråling, det brukes eller utnyttes i røykvarslere. Det er en liten klump med grunnstoffet americium, som vi ser her borte, americium-241, som er et radioaktivt grunnstoff som avgir, gir fra seg alfastråling, alfapartikler, heliumkjerner, som hele tiden...
blir friet fra den, og det er en mekanisme i røykvarslere som utnytter det. Beta-stråler, hurtige elektroner altså, kan faktisk skape rønkenstråler, og rønkenstråler er i seg selv også ioniserende stråling, telles om det, fordi det er mye energi i det, uten at det kommer fra en radioaktiv kilde nødvendigvis. Men det skal sies da at i hele legeindustrien og... I sykehus og slikt er det andre måter å skape rønkenstråler på, men en måte er å sende disse hurtige elektronene mot et materiale som da vil konvertere energien til rønkenstråler.
Og gamma-stråler har blitt brukt på mat og drikke for å drepe mikroorganismer, også på medisinske utstyr for å sterilisere det, og drepe mikroorganismer som kanskje befinner seg der. Det høres kanskje litt rart ut eller skummelt ut, men det er ikke sånn at et materiale som blir utsatt for stråling blir derfor radioaktivt. Disse gamle strålene vil ødelegge levende organismer, men det vil ikke gjøre noe til materialet i det hele tatt.
Hvis ikke det blir utsatt veldig lenge for stråling, da vil det begynne å bryte ned atomene sikkert. Men det er jo ikke det farlige av den grønn. Strålebehandling.
Bruker jo også gammastråler sikkert for å drepe kreftceller. Dette høres jo så rart ut, fordi stråling kan jo også skape kreftceller. Det kan ødelegge DNA, ikke sant, og så skape kreftceller, men det kan samtidig drepe celler, fullstendig. Og hvis man fokuserer en gammastråle på dette bestemte området, så denne personen, denne pasienten, har kanskje nå en kreftsvulst rett over øyet eller i tinningen, og så skal gammastrålene håndtere det. Et annet bruksområde for kunnskap om radioaktivitet er ved radiometrisk datering. Ved å vite halveringstid til isotopene kan man datere historisk og geologisk materiale.
En veldig berømt metode er den som kalles C14, karbon etter karbon 14 isotope. fordi man vet en prosess der levende organismer får karbon-14 i seg, og denne mengden blir opprettholdt gjennom hele livet så lenge man lever, men når man dør så slutter man å ta opp karbon-14, og så ser vi på hvor mye karbon-14 som mangler i forhold til det det skulle ha vært, så vet vi hvor lenge siden denne organismen døde. Så det er en interessant måte vi bruker det på.
Karbon-14 har en halveringstid på 5-6 tusen år, så det passer veldig bra for veldig mye historisk materiale. Og så har man andre metoder for å datere mye eldre materialer også. Uran, bly og sånne grunnstoff har en utrolig lang halveringstid, så da kan man datere hvor gammel jorda er.
Og så over til kjernekraft og kjernefysiske våpen, atomvåpen altså. Dette er andre bruk. av radioaktivitet.
Og dette er litt annerledes igjen, så følg med at en kunstig radioaktiv reaksjon kan bli skapt ved å skyte et nøytron inn i en kjerne for å gjøre den enda mer ustabil, slik som vi ser på tegningen her. Med uran-2,3,5 som får et nøytron skutt inn i seg, og så kan den ikke alltid håndtere det når den blir til uran-2,3,6, og så sprekker den inn i to deler, og så faktisk kaster fra seg enda flere nøytroner. Og hvis du tenker deg om da, så betyr det at kjernen blir spaltet, og vi kaller det fysjon, og hvis den da slenger ut nye nøytroner, så kan de også treffe.
mer uran-2,3,5 i neste omgang, som også kan spaltes, og da får man en kjedereaksjon med spalting eller fisjon. Og dette vil skape varme i et kjernekraftverk. Et kjernekraftverk skal bruke dette, bruke radioaktivitet på den måten, en kjedereaksjon, skape varme som skal drive en turbin for å skape elektrisk kraft. Eventuelt, eller alternativt, i et atomvåpen, så skal det være en...
voldsomt ukontrollert kjedereaksjon som skal skape en eksplosjon. Og de første atomvåpnene var fysjonbomber, men på begynnelsen av 50-tallet så ble en fysjonsbombe, eller egentlig fysjon-fysjonbombe oppfunnet, som vi kaller hydrogenbomber noen ganger. De fleste atomvåpnene er sånne, fordi inni denne så er det en hoveddel som er fysjonbomber.
Fra eksplosjonen blir det skapt nok energi til å drive ikke fysjon som spalter kjerner, men fusjon som smelter sammen kjerner av hydrogen i en sekundær del i bomba, som gir mye mer energi til eksplosjonen i neste omgang. Veldig tunge isotoper med et oddetall nøytroner kan brukes som fissilt eller spaltbart materiale i kjernekraft og kjernefysiske våpen. Det er slik at uran-2,3,5 er det eneste naturlige isotope av denne typen som kan brukes.
Når jeg sier naturlige, det går an å lage unaturlige grunnstoffer. Hvis du tar en titt på den periodiske tabellen igjen, så ser du at uran er nummer 92. Det er mange grunnstoffer som ligger over uran, inkludert det som finnes i røykvarslere, amerikium. Men alle de som er over uran. de blir ikke skapt naturlig, de er menneskeskapt, eller skapt ved beta-stråling, som har gjort grunnstoff enda tyngre. Kort oppsummert om radioaktivitet nå, at radioaktive grunnstoff henfaller til de blir lettere og mer stabile.
Hvis du bruker dette som et eksempel, her har du uran-238 som vil henfalle, så kan det egentlig gå oppover igjen med beta-stråling. Alfa-stråling er det da, da mister det to protoner, så det blir hele tiden to grunnstoffer lettere. og det kan gå opp og ned inntil det lander på det stabile.
Så for uran-238 er det bly-206 som er det stabile, og så er det litt forskjellig for alle de andre tunge grunnstoffene. Da, når dette skjer, når de bryter seg ned, når de henfaller, så avgir de ioniserende stråling. Jeg har dessverre ikke forklart hva ioniserende betyr, det er det vi gjør nå. Vi kaller det ioniserende fordi denne strålingen er så kraftig at det kan ødelegge.
Atomer. Den kan slå løse partikler fra atomer, og så gjøre atomer om til ladde atomer, og det er det vi kaller ioner, når de har en pluss-eller en minusladning. Hvis de har mistet noen av sine laddepartikler, så blir det jo mer av den ene enn den andre, og da blir det ioner. Så ioniserende stråling er noe som er farlig av den grunnen, at det kan begynne å ødelegge og kødde med atomene, for eksempel i DNA i kroppen din.
Og alfa-og betapartikler er partikkelstråling, det telles som ioniserende stråling, selv om det ikke er vanlig elektromagnetisk stråling. Og så har du gammastråling og rønkenstråling, som er elektromagnetisk ekte stråling, som også er ioniserende og farlig. Jeg vil bare nevne at rønkenstråler er farlige i store mengder, men det man blir utsatt for når man blir tatt rønkenbild av, det tåler man altså. Slik stråling har flere bruksområder, særlig i medisinsk bruk som strålbehandling, foruten som bruker rønkenbilder, taberønkenbilder selvfølgelig. Hennfall skjer etter halveringstid, som kan brukes til å datere materialet, som er veldig interessant.
Og kjernekraft baserer seg på fysjon, som er evnen til ustabile urankjerner å dele seg i to og opprettholde en kjedereaksjon for å skape varme, eventuelt en enorm eksplosjon i atomvåpen. Det var det. Tusen takk for at du fulgte med.