Radioaktivitet — α, β, γ-stråling

Fysik A · STX · A-niveau · Moderne fysik

⚛️ Radioaktivitet — α, β, γ-stråling

Radioaktivitet (opdaget af Becquerel 1896, navngivet af Marie Curie) er ustabile atomkerneers spontane omdannelse.

Alfa-stråling (α): He-4 kerne (2 protoner + 2 neutroner) udsendes. Atomnummer Z falder med 2, masse-nummer A falder med 4. Eks.: ²³⁸U → ²³⁴Th + α. Stoppes af papir eller hud — farlig kun ved indtagelse/indånding (radon i kælder).

Beta-stråling (β⁻): neutron → proton + elektron + antineutrino. Z stiger med 1, A uændret. Eks.: ¹⁴C → ¹⁴N + β⁻ + ν̄. Stoppes af aluminiumsplade få mm.

Beta-plus (β⁺): positron-emission (proton → neutron + positron + neutrino).

Gamma-stråling (γ): høj-energi fotoner. Z og A uændret — sker ofte sekundært efter α/β-henfald. Stoppes kun af tyk bly eller beton. Mest gennemtrængende.

Halveringstid: T½ = ln2/λ, hvor λ = henfaldskonstant. ¹⁴C: 5730 år. ¹³¹I: 8 dage. ¹³⁷Cs: 30 år. ²³⁸U: 4,5 mia år.

Henfaldsligning: N(t) = N₀·e^(-λt) = N₀·(½)^(t/T½). Aktivitet A = λ·N (Bq = Bequerel = 1 henfald/s).

Anvendelser

¹⁴C-datering (arkæologi op til ~50.000 år), medicin (PET-scanning med ¹⁸F, kræftbehandling med ⁶⁰Co), kraftværker (²³⁵U-fission), industri (røntgentest), forsker (sporings-isotoper).

Strålingsdosis: målt i sievert (Sv). Naturlig baggrundsstråling: ~3 mSv/år. Røntgenbillede: 0,1 mSv.

Beskyttelse: 4 principper — afstand (intensitet ∝ 1/r²), tid (mindre er bedre), afskærmning, forhindre indtag.

Vidste du at...

🏆 Marie Curie vandt 2 Nobelpriser — fysik 1903 (med Pierre Curie + Becquerel) for radioaktivitet, kemi 1911 for opdagelsen af polonium + radium. Hun er den eneste person der har vundet Nobelpris i 2 forskellige videnskaber.

☢️ Tjernobyl (1986) frigav ca. 400× mere stråling end Hiroshima-bomben. Stadig kontamineret zone på 30 km radius. Måltid med radioaktivt cæsium fra Tjernobyl-svampe måles stadig i Sverige + Norge i 2024 — 38 år senere!

📜 Kulstof-14-datering (Willard Libby, Nobelpris 1960) revolutionerede arkæologi. Bruges på alt fra Egyptens pyramider til Turin-ligklædet (afslørede det som middelalderligt, ikke Jesu tid).

Læringsmål

• Anvende foton-energi E = hf
• Bohrs frekvensbetingelse ΔE = hf
• Beregne radioaktivt henfald N(t) = N₀·e^(−λt)
• Beregne halveringstid og aktivitet
• Anvende E = mc² og masse-defekt
• Skelne kerne-fission og kerne-fusion

Sådan kan du arbejde med emnet

• Forklar forskellen mellem α-, β- og γ-stråling med hensyn til ladning, masse og gennemtrængningsevne
• Giv et eksempel på et henfald af hver type og skriv den tilhørende kerneligning
• Diskutér, hvilken type stråling der er mest farlig ved indtagelse, og hvorfor

Eksperiment-forslag

• Simulér radioaktivt henfald med 100 terninger: kast alle, fjern dem der viser en 6, gentag og plot antal tilbageværende terninger som funktion af kast — sammenlign med en eksponentiel henfaldskurve.
• Beregn aktiviteten af en kendt mængde ¹³⁷Cs efter 10, 30 og 90 år, og diskutér hvorfor Tjernobyl-zonen stadig er kontamineret i dag.
• Brug en Geiger-tæller (eller simuleret data) til at måle baggrundsstråling forskellige steder, og diskutér de 4 strålingsbeskyttelsesprincipper i praksis.

Brobygning

Nu hvor strålingstyperne er kendt, kan vi se nærmere på selve MATEMATIKKEN bag henfaldsloven og hvordan den anvendes kvantitativt. Næste emne er 'Henfaldslov N(t) = N₀·e^(-λt)'.