Hvad er Radioaktivitet?

Hej Spørg om Fysik
Vil du gerne fortælle mig hvad Radioaktivitet er?

Med venlig hilsen
B.G.

Radioaktivitet er en egenskab visse grundstofkerner har. De er ustabile, og udsender derfor stråling, og når så efterhånden ofte ved kerneomdannelser et stabilt energiniveau.

De væsentligste former for stråling fra naturlige grundstoffer er: α-stråling, som er Heliumkerner som skydes ud fra atomkernen (2 protoner bundet til 2 neutroner), β-stråling som er en elektron udskudt fra atomkernen og γ-stråling, som er elektromagnetisk stråling. Afhængigt af grundstoffet sker disse processer med bestemte energier specifikt for hver type grundstofkerne.

α-stråling, β-stråling og γ-stråling

α-stråling er stærkt ioniserende og rækker få cm. i luft. At det er ioniserende, vil sige, at der dannes mange luft-ioner, hvor luftmolekylerne bliver ioniseret langs partiklens bane, af størrelsesorden 20 000 til 60 000 ion-par pr. cm luft. I det store og hele stoppes α-strålingen af den døde overhud, den går fra 15 – 100 µm ind i hudlaget. Energierne er generelt fra 1 – 10 MeV (1 MeV mega-elektronvolt er 1,6*10^-13 J).

Strålingen fra en given kerne har en bestemt energi, så hver α-partikel, fra et bestemt grundstof, når strålingen lige langt i luft. Da He-kernen der skydes ud har 2 positive ladninger, får atomet et atomnummer, der er to lavere, altså et lettere stof, og der sker altså en grundstofforvandling.

β-stråling. Som beskrevet før, er det en elektron, der udsendes fra kernen (altså ikke fra elektronskallerne omkring kernen). Energien der bruges, er den samme fra samme kerne, men β-strålingen har et kontinuert spektrum, idet der udsendes en anden partikel samtidigt, og de to deler energien på forskellige måder. Betastråling når altså ikke lige langt væk fra kernen, men har en bestemt maksimal rækkevidde. Partiklen, der udskydes samtidigt, kaldes en antineutrino  og vekselvirker næsten ikke med noget, så den ses ikke.

β-paretiklen ioniserer luften, og de meste energirige har rækkevidder på mere end 10 m. De danner imellem 40 og 200 ion-par pr. cm luft. De kan trænge imellem 0,1 og 50 mm ind i væv, dvs. mange vil nå levende væv igennem huden. Da der fjernes 1 negativ ladning fra atomkernen, bliver den et trin højere altså en grundstofomdannelse til et tungere grundstof.  

γ-stråling er elektromagnetisk stråling, dvs. stråling af samme karakter som radar, røntgen og lys, bare meget kortbølget. Mange stoffers gammastråling ligger i et område med høj energi, dvs. fra røntgenstråling og opefter. Bølgelængderne er fra omkring 10^-9 m til 10^-15 meter (synligt lys ca. 700 nm til 400 nm = 4*10^-7 m).

Gammastråling

Der er ingen ladningsændring, så stoffet i kernen er det samme, det har blot udsendt overskudsenergi. Gammastråling kommer ofte efter et α eller β henfald. Man taler normalt (for gammastråling) om halveringstykkelse, dvs., hvor langt bevæger strålingen sig, før den er halvt så intens. Det viser sig at være uafhængigt af intensiteten af strålingen. I luft er halveringstykkelsen imellem næsten igen ting og mange hundrede meter. Energierne er karakteristisk imellem 10^-2 og 30 MeV.

I menneskeligt væv trænger γ-stråling imellem 1 mm og 30 cm. γ-stråling kan altså gå lige igennem os. Gammastråling findes også med samme energistørrelse, som røntgen fra et røntgenrør, men i røntgenrøret er det ikke stråling fra kernen, men fra elektronerne udenom kernen, der er ansvarlig for strålingen.

Andre typer af stråling

Grundstofkernerne kan udsende andre typer af stråling f.eks. positioner (positive elektroner), neutroner, protoner, og der kan ske spontan fission (reaktioner som i en atomreaktor), hvor der udskydes meget tunge masser, men det er mere specielle forhold.

Ser man generelt på grundstofferne, udsender de lette grundstofatomer i hovedsagen β og γ, de tunge i hovedsagen α og γ. De tunge går altså ned i atommasse, de lette op i masse (der er undtagelser).

Radioaktive stoffer har en halveringstid

Radioaktivitet er et statistisk fænomen, dvs. uanset hvilken portion af en bestemt radioaktiv kerne, man tager, vil det i gennemsnit tage en bestemt tid, halveringstiden T_½, før halvdelen af kernerne er henfaldet. Altså har man kl. 00; 1000 kerner og halveringstiden er 200 har man kl. 200; 500 kerner, kl. 400; 250 kerner, kl. 600; 125 kerner osv. Man bliver med det antal kerner, der en i en klump stof, næsten aldrig færdig.

Halveringstiderne ligger imellem mindre end milliontedele sekunder og for f.eks. Selen ⁸²Se 10²⁰ år (vores kalium 40 henfalder på 1,26*10⁹ år). Bare for sammenligningens skyld er der gået 13,7*10⁹ år siden Big Bang, så der er radioaktive stoffer, som endnu ikke har været igennem 1 halveringstid, det gælder også visse Uran og Thorium isotoper.

Vi kommer alle i kontakt med radioaktive stoffer og stråling. Det mest almindelige er nok ⁴⁰K, som findes i naturligt kalium, og som vi alle har i os, men der er også en del andre både naturligt fra naturen (f.eks. Uran og Thorium), og stoffer som er resultat af atombombe prøvesprængninger. Desuden får vi stråling lokalt, når vi bliver vi bliver røntgenfotograferet på hospital og tandlæge, det giver også bidrag.

Ioniserende stråling

Noget som ioniserer luft kaldes ioniserende stråling. Det gælder også stråling fra radioaktive stoffer,  men også røntgen på hospitaler og flere andre ting. Der gøres meget for at undgå, at vi udsættes for radioaktive stoffer og ioniserende stråling, bl.a. mærkes apparater med radioaktive stoffer med radioaktivitetstegn. Når man skal smide en røgalarm væk, skal man se på bagsiden, er der radioaktivitetstegn (se smagsprøven foran denne side), skal i spørge på genbrugspladsen, hvor den skal lægges.

Den mest almindelige årsag til, at vi får nogen stråling, ud over den daglige fra rummet og Jorden, er vel i dag nok ferie. Det er fordi vi flyver, og flyver så højt, som vi gør (10 km eller mere), hvor strålingen fra solen og galaksen er en del stærkere. Til dagligt beskyttes vi af luften, som stopper stråling, og Jordens magnetfelt som afbøjer den.

Maksimal strålingsdosis

Man måler den dosis, man får af stråling, i en enhed som hedder Sv, (Siverts). Børn og unge må ved omgang med radioaktive stoffer højst få 0,5 mSv/år ekstra (½ millisiverts). I gennemsnit får vi alle i Danmark ca. 1 mSv pr. år fra naturlig stråling både fra rummet, uran i jorden osv. Bor man i betonbyggeri, kommer der radon (gas) ud fra betonelementerne, det kan give 3 mSv pr, år (det kommer også op igennem jorden, derfor skal klaplaget under et hus være tæt). Stedet med højst naturlig stråling ligger i Brasilien, der får man 200 mSv/år. Får man på en gang en dosis på 250 mSv på hele kroppen, får man strålingssyge, startende med kvalme, opkastninger og diarre. Ved 4000 mSv på en gang over hele kroppen, dør halvdelen af de personer, der er ramt, hvis de ikke behandles intensivt på hospitaler, 7000 mSv er dødeligt. Lokalt anvendes ved kræftsygdomme op til 10 000 mSv, men altså ikke over hele kroppen, kun på det syge sted.

Den farligste rolle for os radioaktive kerner kan deltage i er, hvis vi optager dem (spiser, indånder, drikker osv.), så de indbygges i kroppens væv. Det gælder f.eks. radioaktivt Jod, som kommer til at sidde i skjoldbruskkirtlen, det radioaktive Kalium som indbygges mange steder, radioaktivt Strontium (bl.a. cigaretter), som indbygges i knoglerne osv. Radioaktive stoffer bruges også til bestråling på hospitaler, og især meget kortlivede stoffer kan bruges til diagnose (f.eks. jod for at se skjoldbruskkirtlen). Niels Bohr Instituttet har tidligere produceret en del kortlivede radioaktive stoffer, som er brugt på Københavnske hospitaler til sådanne formål.    

Radioaktive stoffers stråling bruges mange steder med omhyggeligt indkapslet (ud over hospitaler) eller under anden kontrol til f.eks. Røgalarmer, læk søgning, kontrol af svejsninger, sterilisering af engangs kirurgiske instrumenter og sprøjter og i specielle tilfælde til at gøre madvare langtidsholdbare (bakteriefrie, til ekspeditioner f.eks.) f.eks. krydderier, tykkelsesmåling ved produktion af folier osv. De steder almindelige mennesker kommer i kontakt med produkterne er de ikke radioaktive, man har bare brugt strålingen til at måle eller til at ødelægge bakterier. Om madvarers smag skades af denne type konservering er diskuteret, men der er ikke nogen strålingsfare i alle tilfælde.

Sundhedsstyrelsens Strålehygiejnisk Laboratorium har kontrol med al indhold, brug, opbevaring og anskaffelse af radioaktive stoffer her i landet.

Med venlig hilsen
Malte Olsen