10.1 Radioaktive stoffer

Grundstoffer kan være radioaktive, hvilket kan gøre dem farlige for mennesker, fordi radioaktive stoffer udsender ioniserende stråling. Det skal du lære om i dette kapitel.

10.1.1 Atomkernen og stærke kernekræfter

Et atom er opbygget med en kerne, der indeholder positive protoner og neutrale neutroner. Udenom kredser de negative elektroner. Når vi lærer om atomfysik, handler det om de reaktioner, der sker med atomkerner.

Atomkernen

Atomkernen


Helium atom med to protoner (røde) og to neutroner (blå) i kernen, og to gule elektroner kredsende udenom.

Helium atom med to protoner (røde) og to neutroner (blå) i kernen, og to elektroner (gule) kredsende udenom.

Atomkernen holdes sammen af stærke kernekræfter. Det er de stærkeste kræfter, vi kender. De er så stærke, at atomkernen er stabil, selv om de positive ladninger i protonerne frastøder hinanden. De stærke kernekræfter virker kun på meget korte afstande.

10.1.2 Atomkerner udsender stråling

Et radioaktivt stof udsender stråling fra atomkernen. I den proces omdannes det radioaktive stof til andre stoffer, og man siger at stoffet henfalder.

Man skelner mellem forskellige slags radioaktiv stråling, nemlig alfa-, beta- og gamma stråling. I det græske alfabet heder a,b,c alfa, beta og gamma og skrives α,β,γ.

Alfa, beta og gamma stråling

Alfa-, beta- og gamma stråling

Alfa- stråling 

Alfa stråling er heliumkerner, der udsendes med stor fart fra en ustabil atomkerne. Strålingen består således af heliumkernen, og den er farlig, fordi den har fart på.

Beta plus og beta minus   

Beta stråling er en elektron med fart på, der udsendes fra kernen, og man skelner mellem β+ og β‾ , efter hvorvidt det er en positiv elektron eller en negativ elektron, der udsendes fra kernen.

Gamma stråling   

Gamma stråling er er foton eller “en lysenergipakke” (elektromagnetisk stråling), der har meget energi.

Uran er et eksempel på et radioaktivt grundstof. Uran findes som uranmalm og er et at de radioaktive stoffer, man kan finde i naturen. Uran kan bruges som brændsel i atomkraftværker og til atombomber.

Uranmalm

Uranmalm

10.1.3 Isotoper

Det er antallet af protoner i kernen, der afgør, hvilket grundstof der er tale om. Et bestemt grundstof kan imidlertid findes som forskellige isotoper, hvilket betyder, at det samme grundstof har forskelligt antal neutroner i kernen.

Isotop definition

Isotop definition

Et eksempel er Uran.

Uran har nummer 92 i det periodiske system, hvilket betyder, at den har 92 protoner i kernen. 99,28% af den naturligt forekommende uran består af isotopen U-238. Det vil sige, at den vejer 238 unit. Antallet af neutroner i U-238 kernen er altså (238-92) 146 neutroner.

Der findes også andre isotoper for eksempel U-235, som har 143 neutroner, og som kun udgør 0,71% af det naturligt forekommende uran.

I kernekortet kan man finde alle isotope versioner af grundstofferne. Nogen isotoper er ustabile, og er derfor radioaktive. I kernekortet kan se, hvilken radioaktiv stråling de vil udsende.

Kernekortet, isotopkortet

Kernekortet


Aktivitet: Isotoper

På et kernekort kan man finde alle isotoper af et grundstof.
Åbn kernekortet: Link til interaktivt kernekort


Find et grundstof, og find alle de isotoper, der findes af grundstoffet. Det gør I ved at bevæge musen vandret.

Når I fører musen hen over de enkelte isotoper, er der to tal, I skal lægge mærke til. Det ene er n, som angiver antallet af neutroner i kernen. Det andet er z, som angiver antallet af protoner i kernen.

Find det først grundstof i det periodiske system, hydrogen. Det er det nederste grundstof i kernekortet. (Læg mærke til, at det nederste i kernekortet ikke er et grundstof, men en neutron.)
Skriv alle isotoperne af hydrogen. Der er 6. Du skal skrive antal protoner og neutroner.


10.1.4 Fusion og fission

Fusion er, når atomkerner smeltes sammen til større atomer, og fission er, når store atomkerner spaltes til mindre atomkerner.

Fusion og fission


Amerikanske hangar skibe er er drevet ved atomkraft.

Amerikanske hangar skibe er er drevet ved en atomreaktor.


10.1.5 Fusion i Solen

Solen virker som et kæmpe kernekraftværk. Solen stråler fordi den er ca. 5700 grader celsius varm, og den er varm, fordi hydrogenatomer sammensmeltes til helium i Solens indre. Den proces kaldes fusion.

Solen og fussion

Solen og fussion

Vi vil meget gerne kunne bruge fusion i et kernekraftværk på Jorden. Vi har lavet fusion, men det kræver et højt tryk og meget høje temperature, så det ville koste os mere energi at lave fusionen, end den energi vi ville få ud af processen. Inde i Solen hvor kernereaktionerne foregår, er der cirka 15.000.000 grader varmt.

I Solen foregår fussion

Når vi laver fusion på Jorden, foregår fusionen mellem en isotop af Hydrogen, som har to neutroner, og en isotop af Hydrogen, som har én neutron. Under højt tryk og ved høj temperatur dannes Helium og energi.

Fusion på jorden

Fusion på Jorden


10.1.6 Fission, når atomer spaltes

Fission, spaltning af uran

Fission, spaltning af uran

Fission er, når man spalter store atomkerner til mindre.

Når vi på jorden taler om kernekraft, taler vi om spaltning af atomer. Vi bruger uran som brændsel i atomkraftværker, og problemet med atomkraft er, at fission af uran giver radioaktive restprodukter. I Danmark har man besluttet ikke at have atomkraft.

Fission - spaltning.

Fission – spaltning.


Atom kraftværk.

Atomkraftværk.


10.1.7 Anvendelse af radioaktive stoffer

Radioaktive stoffer bruges i mange sammenhænge.

Anvendelse af radioaktive stoffer

Anvendelse af radioaktive stoffer

I mange røgalarmer sidder der en radioaktiv kilde, der hjælper med at spore røgpartikler. Læger bruger svagt radioaktive stoffer som sporstoffer, når de undersøger patienter. Og man bruger radioaktive stoffer til at finde lækager i rør.



Aktivitet: Formidlingsprojekt.

I skal i grupper forberede en fremlæggelse af emnerne:

  1. Stråling og radioaktivitet.
  2. Fusion og fission.
  3. Isotoper og kernekortet
  4. Bør vi have a-kraft i Danmark (Brug følgende links til info: for og imod)

Fremlæg for hinanden på klassen eller i matrixgrupper.


Hvad ved du om atomet og radioaktivitet?


Læringsmål


Færdighedsmål

  • Eleven kan med kernekort beskrive ustabile atomkerners henfald, herunder med interaktive modeller.
  • Eleven kan diskutere udvikling i samfundets energiforsyning.
  • Eleven kan forklare udviklingen og perspektiver i udnyttelsen af kernekraft.

Vidensmål

  • Eleven har viden om repræsentationer for atomkerner og stråling.
  • Eleven har viden om fissionsprocesser.
  • Eleven har viden om stråling.
  • Eleven har viden om atomkernen og elektronsystemet.