Välkommen till Resurscentrums frågelåda!

 

Vill du ha ett snabbt svar - sök i databasen: Anpassad Google-sökning
(tips för sökningen).
Använd diskussionsforum om du vill diskutera något.
Senaste frågorna. Veckans fråga.

6 frågor/svar hittade

Materiens innersta-Atomer-Kärnor [18285]

Fråga:
Jag vill veta lite mer om strålningar och funderar främst på alfa- och betastrålningarnas egenskaper.

Vi har på skolan läst att betapartikeln har högre energi än alfapartikeln. Vad beror det på? Vi är medvetna om att energinivån kan variera för både beta och alfa men vet vi exakt vad som orsakar denna skillnad i energi?

Energin från både Beta och Alfa absorberas sedan av sin omgivning och de stannar upp. Är det alfapartikelns storlek eller dess laddning som har störst betydelse för att alfapartikeln inte kommer så långt i luft och ännu kortare i fasta material?

Jag har försökt söka svar på dessa frågor men har bara hittat konstaterandena att alfa har kortast räckvidd och beta lite längre. Inte så mycket förklarande på detaljnivå om varför räckvidden är som den är.
/Petri M, Mariefreds skola, Mariefred

Svar:
Nej, det är tvärtom så att alfa-partikeln har typiskt högre energi är beta-partikeln. Som du säger varierar energin beroende på Q-värde. Sen är det en annan sak att beta-partiklarna på grund av sin lilla massa (och därmed höga hastighet) är mer genomträngande är alfa-partiklar, se fråga 12842 . Det är alltså framför allt partikelns hastighet som bestämmer hur mycket den stoppas upp i materia. Se länk 1 för ett Windows-program (SRIM) som beräknar laddade partiklars uppbromsning i materia.

I praktiken har alfa-partiklar en energi på 4-8 MeV och beta-partiklar typiskt 0-2 MeV medelenergi. Det finns flera skäl till detta:

1 Eftersom alfa-partikeln har mycket hög bindningsenergi och eftersom bindningsenergin för tunga kärnor ökar med minskande masstal (se figuren i fråga 1433 ), så har alfasönderfall ofta ganska höga Q-värden.

2 Betasönderfallet är en trekropparsprocess som förutom atokmärnan och elektronen involverar en neutrino. Beta-partikeln får då bara en del av sönderfallsenergin. Alfa-partikeln får å andra sidan hela den tillgängliga energin förutom en lite rekylenergi hos dotterkärnan.

3 Vid alfasönderfall måste alfa-partikeln ta sig genom en potentialbarriär. Om alfa-energin är lägre än c:a 4 MeV så är barriären så hög att penetrationssannolikheten är mycket liten. Vi ser alltså knappast några alfasönderfall med energier mindre än 4 MeV, se figuren i fråga 16296 .
/Peter E

Nyckelord: betasönderfall [14]; alfasönderfall [6]; radioaktivt sönderfall [33];

1 http://www.srim.org/

*

Materiens innersta-Atomer-Kärnor [16296]

Fråga:
Varför är halveringstiden för curium-245 är 8500 år medan den bara är 160 DAGAR för cm-242?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Hej! Hur kan det komma sig att halveringstiden för curium-245 är 8500 år medan det bara 160 DAGAR för cm-242? En viss skillnad... Se svenska Wikipedia. Eller står det fel på Wikipedia?
/caroline j

Svar:
Hej Carro! Nej, det är korrekt, se länk 1 som är en lite mer pålitlig källa än Curium . Här är halveringstiderna och energin för alfa-partiklarna (de med högst intensitet):

242Cm: T1/2 = 162.8 dagar, Ea = 6113 keV
245Cm: T1/2 = 8500 år, Ea = 5362 keV

Vi ser att Ea är ganska olika. Detta beror dels på Q-värdet i reaktionen (som i sin tur bestäms av atommassorna) och dels på att det starkaste sönderfallet i 245Cm inte går till grundtillståndet. (Sedan beror halveringstiden även på vågfunktionerna för begynnelse- och sluttillstånden.)

Det finns ett sedan länge etablerat experimentellt samband, Geiger-Nuttalls regel, mellan halveringstiden för a-sönderfall och a-partikelns energi: Hög a-energi ger en hög sönderfallskonstant och alltså en kort halveringstid. Sambandet är logaritmiskt (se Geiger-Nuttall_law , länk 2 och nedanstående figur), så en liten differens i Ea ger en stor ändring i halveringstiden.

Geiger-Nuttalls regel förklaras mycket bra med bilden att a-sönderfall är en a-partikel som "tunnlar" sig igenom en potentialbarriär, se fråga 14370 . Man kan se att

en högre a-energi
ger en mindre barriär att tunnla igenom
vilket gör tunnlingen mer sannolik
och alltså halveringstiden kortare.



/Peter E

Nyckelord: radioaktivt sönderfall [33]; alfasönderfall [6]; halveringstid/sönderfallskonstant [4];

1 http://nucleardata.nuclear.lu.se/nucleardata/toi/listnuc.asp?sql=&Z=96
2 http://labspace.open.ac.uk/mod/resource/view.php?id=431668

*

Materiens innersta-Atomer-Kärnor [15065]

Fråga:
Varför kan naturlig radioaktivitet innebära utsändning av alfapartiklar men aldrig vätekärnor?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Hejsan! Varför kan naturlig radioaktivitet innebära utsändning av alfapartiklar men aldrig vätekärnor?

Har det något med laddningsbevarandet att göra?
/Nicole P, Kärrtorps gymnasium, Kärrtorp

Svar:
Hejsan Nocole! Proton-sönderfall förekommer inte naturligt precis som du säger, medan alfa-sönderfall förekommer. Man har observerat andra exotiska sönderfall också, t.ex. 14C-sönderfall.

Anledningen har inte direkt med laddningsbevarandet att göra, även om sönderfallet måste bevara laddningen. Det har att göra med bindningsenergin. Bindningsenergin per nukleon för en alfa-partikel är 7 MeV (se fråga 14847 ) och för en typisk tung kärna 7.5 MeV. Det kostar alltså 4*0.5=2 MeV att ta loss en alfa-partikel. Det är en energi som lätt kan kompenseras av variationen i bindningsenergi hos olika kärnor eftersom bindningsenergin per nukleon ökar med minskande A (masstal) för tunga kärnor.

Protonen däremot har ingen bindningsenergi, så det skulle kosta c:a 7 MeV att ta loss en proton. Detta kan inte kompenseras av den lilla vinsten i bindningsenergi man får med minskande A.

För mycket protonrika kärnor har man faktiskt i laboratoriet observerat s.k. b-fördröjt proton-sönderfall. Det förekommer i sällsynta fall när b-sönderfallet går till så högt liggande tillstånd att den sista protonen är obunden.
/Peter E

Nyckelord: radioaktivt sönderfall [33]; alfasönderfall [6];

*

Materiens innersta-Atomer-Kärnor [14370]

Fråga:
Hur gör man för att räkna ut sannolikheten för att en partikel tunnlar igenom en energibarriär?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Hur gör man för att räkna ut sannolikheten för att en partikel tunnlar igenom en energibarriär?

Det räcker med att ni förklarar hur man gör för endimensionella partiklar, men ni får gärna förklara hur man gör med fler dimensioner också.
/Björn L, Katedralskolan, Linköping

Svar:
I princip är detta lätt, men matematiken är rätt besvärlig. Figuren nedan visar en fyrkantig potentialbarriär. Det finns tre områden längs z-axeln: till vänster om barriären, på barriären och till höger om barriären. Partikels totala energi E är i allmänhet mindre är barriärens höjd.

Man börjar med att ställa upp schrödingerekvationen för de tre områdena. Man får då tre olika vågfunktioner. Lösningen i t.ex. det vänstra området är en våg som rör sig från vänster till höger (de infallande partiklarna) och en våg som rör sig från höger till vänster (de partiklar som reflekteras av barriären). I det högra området är lösningen en våg som rör sig från vänster till höger (transmitterade partiklar). I barriärområdet är lösningen en exponentialfunktion.

Genom att tvinga vågfunktionerna att vara kontinuerliga med kontinuerliga derivator kan man bestämma samband mellan de i vågfunktionerna ingående konstanterna. Transmissionen räknas sedan ut som

|amplituden hos den högra vågfunktionen|2/
|amplituden hos den högergående vänstra vågfunktionen|2.

Beräkning av barriärpenetration för en endimensionell lådpotential finns här: Quantum_tunneling . Alpha Halflife vs Kinetic Energy är ett mer realistiskt exempel där man kan räkna på olika alfa-sönderfall.

Quantum Mechanics with MATLAB är ett mycket bra MATLAB-paket för kvantmekaniska beräkningar.



/Peter E

Nyckelord: kvantmekanik [26]; tunneleffekt [3]; schrödingerekvationen [4]; alfasönderfall [6];

*

Materiens innersta-Atomer-Kärnor [4600]

Fråga:
När uran238 sönderfaller bildas en toriumkärna. Vad händer vid alfasönderfall med de två "överblivna" elektronerna?
/William H, Väggaskolan, Karlshamn

Svar:
Uran har 92 elektroner och torium 90. Två elektroner måste alltså avges till omgivningen för att atomen skall vara neutral. Alfapartikeln är ju i själva verket en heliumkärna, och när den stannar behöver den två elektroner, som den tar upp från omgivningen. Så elektronerna är i balans, den elektriska laddningen bevaras.

Fundera: Hur är det vid beta-sönderfall?
/KS/lpe

Nyckelord: alfasönderfall [6];

*

Materiens innersta-Atomer-Kärnor [967]

Fråga:
Hej! När radium sönderfaller och sänder ut en beta-partikel och gammastrålning, då bildas Ac som har atomnummer 89. Nu undrar vi hur det kan komma sig att protonantalet ökar och var kommer de extra elektronerna ifrån som behövs för att ämnet ska vara neutralt?
/Morgan A, Kristinehamns Folkhögskola, Kristinehamn

Svar:
Protonantalet ökar för att en neutron skickar ut en elektron (negativt laddad, elektronsönderfall) och förvandlas till en proton (positiv). Anledningen till att detta sker är att för de tyngre radiumisotoperna finns det för många neutroner för att vara optimalt energimässigt, dvs kärnan vinner bindningsenergi genom att skicka ut en elektron.

Efter sönderfallet har vi en positivt laddad Ac-jon, som snart tar åt sig en elektron från omgivningen (i princip kunde detta vara den utsända elektronen) för att bli neutral.

För övriga sönderfallstyper gäller följande för bevarandet av laddningen:

Postitronsönderfall: kärnans laddning minskar med en enhet och vi får en negativ jon. Denna förlorar snart sin extra elektron och positronen annihilerar med en elektron. Slutresultatet blir alltså elektromagnetisk strålning (energi).

Elektroninfångning: kärnans laddning minskar med en enhet genom att en elektron från atomens elektronskal fångas in. Detta skapar en vakans i elektronskalet som snabbt fylls av andra elektroner under utsändning av röntgenstrålning. Eftersom elektronen fångas in från atomens egna elektronuppsättning är det inget problem med bevarandet av den totala laddningen.

Alfasönderfall: kärnladdningen minskar med två enheter. Dotterkärnan har alltså två elektroner för mycket. Dessa frigörs till omgivningen för att göra atomen neutral. Heliumkärnan kommer när den bromsats upp att ta till sig två elektroner. Slutresultatet blir alltså en neutral dotterkärna och en neutral helium-atom.
/Peter Ekström

Nyckelord: radioaktivt sönderfall [33]; alfasönderfall [6]; betasönderfall [14];

*

Ämnesområde
Sök efter
Grundskolan eller gymnasiet?
Nyckelord: (Enda villkor)
Definition: (Enda villkor)
 
 

Om du inte hittar svaret i databasen eller i

Sök i svenska Wikipedia:

- fråga gärna här.

 

 

Frågelådan innehåller 7203 frågor med svar.
Senaste ändringen i databasen gjordes 2017-11-19 11:33:22.


sök | söktips | Veckans fråga | alla 'Veckans fråga' | ämnen | dokumentation | ställ en fråga
till diskussionsfora

 

Creative Commons License

Denna sida från NRCF är licensierad under Creative Commons:
Erkännande-Ickekommersiell-Inga bearbetningar
.