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.

33 frågor/svar hittade

Partiklar [20331]

Fråga:
Geoneutriner
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Hej! I en artikel nämns "geoneutriner", och jag antar att det innebär neutriner producerade i jorden i st f i solen, samt att dessa skulle kollidera med antipartiklar, vilket väl är antiprotoner, positroner m fl. Är det överhuvudtaget möjligt att registrera sådana kollisioner, med tanke på hur "ointresserade" neutriner alls är att reagera? Vad kan skilja en korrekt signal från en falsk?
/Thomas Å, Knivsta

Svar:
Ja, geoneutriner är neutriner som bildas vid betasönderfall av radioaktiva ämnen (främst isotoper av uran, thorium och kalium) i jordens inre.

Det är dåligt känt hur stor effekt utvecklas genom radioaktivt sönderfall inne i jorden eftersom det är svårt att bestämma förekomsten av olika grundämnen. Man vet ganska väl vilken effekt som transporteras bort genom jordytan, men en del av denna effekt kan vara en långsam avsvalning av jordens inre. Att detektera geoneutriner skulle vara av mycket stort intresse eftersom det skulle ge information hur mycket sönderfall som förekommer.

Tekniken att detektera geoneutriner håller på att utvecklas, se en fyllig artikel i Wikipedia, Geoneutrino .

Se vidare fråga 13938 och länk 1.
/Peter E

Nyckelord: jordens inre [11]; neutrino [16]; radioaktivt sönderfall [33];

1 http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2012RG000400/full

*

Materiens innersta-Atomer-Kärnor [20163]

Fråga:
Hej! Jag undrar hur bindningsenergi och halveringstid hör ihop. Det känns som att ett ämne med högre bindningsenergi borde ha ett längre halveringstid (mer stabilt). Men detta verkar ju inte stämma... T.ex när uran-235 sönderfaller med alfa så bildas ju Th-231 som har betydligt kortare halveringstid, trots att energi frigörs i sönderfallet och Th-231 då borde ha högre bindningsenergi och vara mer stabilt. Eller? Var tänker jag fel? Tacksam för svar :)
/Stina S, Hulebäcksgymansiet, Mölnlycke

Svar:
Hej Stina! Nej, bindningsenergi är inget bra mått på halveringstid. En mycket viktig storhet är däremot utvecklad energi (Q-värde) dvs skillnaden i totala bindningsenergin för alla partiklar i begynnelse- och sluttillståndet. En annan parameter som bestämmer halveringstiden är ändring i spinn mellan begynnelse- och sluttillstånd. Om spinnskillnaden inte är noll måste den tas om hand av utsända partiklar. Halveringstiden beror även på de ingående vågfunktionerna.

Halveringstiden har alltså ett komplext beroende av ett antal parametrar:

  • Typ av sönderfall (a, b, g)
  • Q-värde, halveringstiden minskar med ökande frigjord energi
  • Halveringstiden ökar med ökande spinnskillnad
  • Likheten (överlapp) i vågfunktion för begynnelse-/sluttillstånd

  • /Peter E

    Nyckelord: radioaktivt sönderfall [33];

    *

    Materiens innersta-Atomer-Kärnor [20019]

    Fråga:
    Radioaktivt sönderfall och tärningskast
    /Veckans fråga

    Ursprunglig fråga:
    Jag gjorde ett experiment där jag använde tärningar för att simulera atomkärnor som sönderfaller, jag hade 60st tärningar till att börja med och efter ett kast räknades alla tärningar som visat siffran 6, vilket skulle symbolisera att en atomkärna sönderfallit och dessa togs sedan bort, sen kastades resterande tärningar och 6:orna plockades bort osv. Min fråga är nu, vad är det för skillnad på atomkärnor och tärningar? Ger det en bra bild av hur atomkärnor beter sig genom att testa med tärningar?
    /Sofie L

    Svar:
    Sofie! Ja, din analogi är mycket bra. Den visar tydligt "att Gud spelar tärning", se EPR-paradoxen .

    Sönderfallskonstanten l för radioaktivt sönderfall (se fråga 13073 ) är sannolikheten för att en kärna skall sönderfalla under en tidsenhet.

    Det gäller då att totala aktiviteten (sönderfall/sekund) hos N radioaktiva kärnor ges av

    aktivitet = -dN/dt = N l (1)

    (minustecknet för att dN är negativt, dvs N minskar med ökande t)

    Sannolikheten för att tärningen skall ha värdet 6 är 1/6. Vid N tärningskast förväntar man sig då

    N (1/6)

    sexor (lyckade utfall).

    Antalet sexor när du kastar N tärningar ges alltså av samma uttryck som det radioaktiva sönderfallet om vi identifierar sönderfallskonstanten l med sannolikheten för en sexa 1/6.

    Genom att integrera ekvation (1) ovan kan vi få fram ett uttryck för antalet kvarvarande kärnor som funktion av tiden

    N(t) = N0 e-lt

    där N0 är antalet kärnor från början (t=0).

    Se även föreläsningen från Linköpings universitet, länk 1 nedan.

    Antalet sönderfall per tidsenhet och antalet sexor vid tärningskast är alltså slumpmässigt fördelade kring förväntningsvärdet (medelvärdet av oändligt många försök) som ges ovan. Fördelningen kallas poissonfördelning, se vidare fråga 16653 .
    /Peter E

    Nyckelord: radioaktivt sönderfall [33];

    1 https://www.ifm.liu.se/edu/coursescms/BFL120/fysik-b2/kursplanering/Forelasning-13-Karnfysik-2.pdf

    *

    Materiens innersta-Atomer-Kärnor [19871]

    Fråga:
    Fråga nr:1 Hur löser man om man ska uppskatta vilket år 90% av Cs137 som släpptes ut vid Tjernobylolyckan år 1986 har sönderfallit? Om halveringstiden för Cs137 är 30 år?

    Samt fråga nr:2 Vilken situation ger dig högst stråldos a) 10 m från en strålkälla under 1 minut b) 1 m från samma strålkälla under 60 minuter

    Om man anar att man blir bestrålad av fotoner, att strålkällan är helt fri samt att halveringstiden är 30 år?

    Tack i förhand Med vänlig hälsning Hanna


    /Hanna B, Jensen, Malmö

    Svar:
    1 Använd formeln N = N0*2-t/T1/2

    1/10 = 2-t/30

    Logaritmera båda sidor

    -1 = (-t/30)*log(2)

    t = 30/log(2) = 30/0.3010 = 99.7 år efter 1986.

    Eftersom radioaktiviteten sprids över större volymer av väder och vind är den effektiva halveringstiden kortare än den fysikaliska.

    2 För en punktkälla avtar intensiteten som kvadraten på avståndet. 10 m ger alltså 1/100 av strålningen på 1 m.
    /Peter E

    Nyckelord: radioaktivt sönderfall [33]; Tjernobyl [10];

    *

    Materiens innersta-Atomer-Kärnor [19662]

    Fråga:
    Produktion av radioisotoper
    /Veckans fråga

    Ursprunglig fråga:
    Jag läser en kurs i strålfysik och hoppas på att jag kan få hjälp med en instuderingsfråga.

    "I ett kärnkraftverk produceras radioaktivt Co-60 (halveringstid 5 år) genom neutronaktivering av stabilt Co-59, som finns i olika konstruktionsdetaljer. Då en viss ventil bestrålas av neutroner produceras 10 000 kärnor av 60Co per sekund. Vad blir aktiviteten av 60Co i ventilen om bestrålningen pågår i 30 år?
    /David J, Göteborgs universitet

    Svar:
    Aktiviteten för de radioaktiva 60Co-kärnorna vid tiden t ges av

    A(t) = R(1 - e-lt)

    där R är antalet som produceras per sekund. Vi ser att aktiviteten ökar mot ett gränsvärde som är lika med R. Eftersom bestrålningstiden är mycket längre än halveringstiden (30/5=6) ges den efterfrågade aktiviteten approximativt av R = 10000.

    Man ser av ovanstående att det inte är mycket idé att bestråla mer är 2-3 halveringstider. Vill man öka slutaktiviteten måste man öka R s-1.

    Tillägg 7/2/15:

    Exakta resultatet med de givna värdena blir
    10000*(1-exp(-log(2)*30/5)) = 9844 s-1.
    /Peter E

    Nyckelord: radioaktivt sönderfall [33];

    *

    [19557]

    Fråga:
    Vad är skillnaden mellan en start och en slutnuklid?
    /Sebastian A, Kulturama, Sundbyberg

    Svar:
    Engelska Wikipedia (Radioactive_decay ):

    There are many types of radioactive decay. A decay, or loss of energy, results when an atom with one type of nucleus, called the parent radionuclide (or parent radioisotope), transforms into an atom with a nucleus in a different state, or with a nucleus containing a different number of protons and neutrons. The product is called the daughter nuclide. In some decays, the parent and the daughter nuclides are different chemical elements, and thus the decay process results in the creation of an atom of a different element. This is known as a nuclear transmutation.

    Man kan använda beteckningarna start- och slutnuklid men modernuklid och dotternuklid är bättre definierade. Modernuklid är alltså en kärna som sönderfaller och dotternuklid är sönderfallsprodukten.

    Se fråga 17148 för en definition av nuklid.
    /Peter E

    Nyckelord: radioaktivt sönderfall [33];

    *

    Materiens innersta-Atomer-Kärnor [19448]

    Fråga:
    Hur kan jag lista ut typen av sönderfall hos vissa instabila atomer?
    /Veckans fråga

    Ursprunglig fråga:
    Hey! Hur kan jag lista ut typen av sönderfall hos vissa instabila atomer? Ex: Zn-73, N-12 m.m
    /mayu m

    Svar:
    Det enklaste är att titta på en nuklidkarta, där anges ofta sönderfallstyp, se nedanstående bild och fråga 3480 .

    Det finns även böcker och webbsajter för nukliddata, se t.ex. länk 1.

    Man kan även använda massformeln och stabilitetslinjen, se fråga 19206 . För t.ex. 73Zn räknar man först ut den stabila nukliden

    (73*(1+0.0075*73^(-1/3)))/(1.983+0.01517*73^(2/3)) = 32.5

    Den stabila nukliden för A=73 är alltså Z=32 (Ge) eller Z=33 (As). Zn har Z=30, vilket är färre protoner än den stabila. 73Zn bör alltså sönderfalla med b-.



    /Peter E

    Nyckelord: radioaktivt sönderfall [33];

    1 http://nucleardata.nuclear.lu.se/toi/nucSearch.asp
    2 http://nucleardata.nuclear.lu.se/toi/listnuc.asp?sql=&A1=73&A2=73&Z=30

    *

    Materiens innersta-Atomer-Kärnor [19154]

    Fråga:
    Hej, håller på med lite fysik här, detta leder till att jag måste fråga; Hur kan man vet vilken joniserande strålning (alfa, beta, gamma)en atom sänder ut vid sönderfall. Är det lätt att räkna ut eller finns det bara en tabell någonstans?

    Tillexempel utsänder (Masstal:228, Atomnummer: 88)Ra, alltså en Radiumisotop, betastrålning. Kan man veta det på något sätt, eller måste man slå upp på internet för att få veta?

    Jag kanske borde kunna detta men nu gör jag i alla fall inte det.
    /Samuel L

    Svar:
    Nej, det är inte lätt att beräkna hur en viss nuklid (se fråga 17148 ) sönderfaller. Både typ av sönderfall, halveringstid och sönderfallsenergier får man slå upp i tabeller.

    Sönderfallsdata kan du hitta i böcker (t.ex. Table of Isotopes) eller på webben, se länk 1.

    228Ra hittar du genom att söka efter nuklid på länk 1. Resultatet visas under länk 2. Som du ser är det b- sönderfall (halveringstid 5.75 år) med några g av låg energi.

    Det var inget fel på frågan !
    /Peter E

    Nyckelord: kärndata [3]; radioaktivt sönderfall [33];

    1 http://nucleardata.nuclear.lu.se/toi/
    2 http://nucleardata.nuclear.lu.se/toi/nuclide.asp?iZA=880228

    *

    Materiens innersta-Atomer-Kärnor [19054]

    Fråga:
    Vad är skillnaden mellan att ett radioaktivt preparat sönderfaller av sig självt (Ex med halveringstid på 4.5 miljarder år) och att den klyvs med fission? Är inte det också en typ av sönderfall fast i detta fall framkallad eller påsnabbad av att neutroner träffar atomen?
    /Tim E

    Svar:
    Tim! Med sönderfall menar man normalt spontant radioaktivt sönderfall, dvs sönderfall utan någon påverkan utifrån: Radioaktivitet är ett fysikaliskt fenomen när atomkärnor spontant omvandlas till andra typer av kärnor, samtidigt som de avger joniserande strålning. se Radioaktivitet . Radioaktivitet är alltså fenomenet medan sönderfall är processen.

    Fission kan vara spontan, men vanligen är den inducerad av neutroner. Processer där en partikel/kärna reagerar med en atomkärna, bildar ett mellantillstånd som sedan sönderfaller kallas kärnreaktion om mellantillståndet är kortlivat, se fråga 1433 . Eftersom den inkommande partikeln kan tillföra mycket energi är resultatet av en kärnreaktion mycket mindre begränsat än vid spontant sönderfall.

    Men du har rätt i att även en kärnreaktion ofta involverar ett sönderfall utom när det gäller s.k. direkta reaktioner.

    Se fråga 13758 för olika sortes sönderfall.
    /Peter E

    Nyckelord: radioaktivt sönderfall [33]; kärnreaktion [5];

    *

    Materiens innersta-Atomer-Kärnor [18912]

    Fråga:
    Hej, jag håller på med en fysikuppgift och undrar om det verkligen stämmer att isotop (82) av selen har halveringstiden 1,08*10^20 år? Vilket ämne och isotop har längst halveringstid som man har hittat?
    /Martin J, Rotunda, Västerås

    Svar:
    Martin! Ja, det är korrekt. De längsta kända halveringstiderna enligt länk 1 är:

    82Se 1.08 1020 y
    128Te 2.2 1024 y
    130Te 7.9 1020 y

    Alla tre sönderfallen är dubbelt betasönderfall. Data från länk 1 är emellertid ganska gamla. I Double_beta_decay finns ett antal nyupptäckta mycket långlivade isotoper.

    Se vidare fråga 14703 .


    /Peter E

    Nyckelord: radioaktivt sönderfall [33];

    1 http://nucleardata.nuclear.lu.se/toi/nucSearch.asp

    *

    Materiens innersta-Atomer-Kärnor [18792]

    Fråga:
    Hur mycket energi frigörs när nukliden Ac med masstalet 226 sonderfaller genom (beta-minus) sönderfall, respektive alfa ?
    /Jenny J, Berzeliusskolan, Linköping

    Svar:
    Jenny! Totala utvecklade energin ges av Q-värdet för sönderfallet. Det hittar du t.ex. under länk 1 (Table of Radioactive Isotopes).

    Om du vill beräkna absorberad dos måste du ta hänsyn att en del energi i betasönderfallet försvinner i form av neutriner. Då måste du använda MIRD-data där alla sönderfallssätt vägts in med sina respektive intensiteter, se länk 2. Observera att 226Ac även sönderfaller med elektroninfångning. Nukliden 226Ac sönderfaller alltså på alla sätt ett grundtillstånd kan sönderfalla.
    /Peter E

    Nyckelord: radioaktivt sönderfall [33];

    1 http://nucleardata.nuclear.lu.se/toi/nuclide.asp?iZA=890226
    2 http://www.nndc.bnl.gov/cgi-bin/mirdtab.cgi?nuclide=226Ac&output=HTML

    *

    Materiens innersta-Atomer-Kärnor [18781]

    Fråga:
    Hej. Frågan rör kärnfysik. Jag har läst i frågelådan att gammastrålning sänds ut i samband med alfa/beta-strålning endast om atomen är i exciterat tillstånd. Det jag undrar över är hur den blir exciterad. Vad är det som får elektronerna i elektronmolnet utanför kärnan att påverkas av aktiviteten inuti kärnan? Det är ju bara vissa sönderfall som leder till att atomen blir exciterad.
    /Bengt W, Vallaskolan, Sollefteå

    Svar:
    Bengt! Vi har en begreppsförvirring här. Vi måste skilja på atomen, där elektronskalet är det väsentliga, och atomkärnan.

    Gammastrålning är elektromagnetisk strålning som härrör från atomkärnan, se Gamma_ray .

    Strålning från elektronerna i atomen kallas, beroende på energi, ljus eller röntgenstrålning.

    För att man skall få gammastrålning behöver alltså kärnan exciteras, se fråga 4760 . Strålningen uppstår genom att nukleonerna i kärnan omorganiseras från det högre liggande till det lägre tillståndet.

    Beroende på olika omständigheter kan ett kvantum av gammastrålning uppföra sig som en våg eller en partikel. Men en gammastråle är varken en våg eller en partikel utan ett paket som innehåller energi, rör sig med ljushastigheten och växelverkar elektromagnetiskt med omgivningen.

    Med två undantag finns det ingen koppling mellan kärnans sönderfall och atomskalet:

    Inre konversion är en process där en exciterad kärna i stället för att sända ut ett gamma överlämnar excitationsenergin till en elektron i atomens elektronskal, se Internal_conversion . Elektronen kastas alltså ut från atomen.

    Sannolikheten för inre konversion jämfört med gamma-sönderfall ökar för ökande multipolaritet (se Multipolarity_of_gamma_radiation ) och för minskande energi hos övergången.

    Elektroninfångning är en alternativ process till b+-sönderfall där kärnan i stället för att skicka ut en positron fångar in en elektron från atomskalet, se Electron_capture .

    Båda processerna ger upphov till vakanser i elektronskalet. Dessa vakanser fylls genom övergångar som ger röntgenstrålning.
    /Peter E

    Nyckelord: radioaktivt sönderfall [33];

    *

    Materiens innersta-Atomer-Kärnor [18774]

    Fråga:
    Hej, Jag har fastnat med följande fråga: Tacksam för hjälp med detta.

    Naturligt uran består av 99,3 % 238U och 0,7 235U, som har halveringstiderna 4,6* 10^9 år och 7,1* 10^8 år resp.

    Jorden är ungefär 4,6 * 10^9 år gammal. I vilka proportioner förekom 238U och 235U när jorden Bildades?

    Vänligen/Kaj
    /Kaj M

    Svar:
    Eftersom du ger halveringstider är den lämpligaste varianten på sönderfallslagen:

    N = N0*2-(t /T1/2)

    Med ovanstående värden får vi för 238U:

    99.3 = N0238*2-(4.6/4.6) = N0238*0.5

    N0238 = 99.3/0.5 = 198.6

    och för 235U:

    0.7 = N0235*2-(4.6/0.71) = N0235*0.0112

    N0235 = 0.7/0.0112 = 62.5

    I procent blir detta

    N0238 = 100*198.6/261.1 = 76%

    N0235 = 100*62.5/261.1 = 24%

    Halten 235U när jorden bildades var alltså mycket högre än vad man har i kärnbränsle för reaktorer (3-5%).
    /Peter E

    Nyckelord: radioaktivt sönderfall [33];

    *

    Materiens innersta-Atomer-Kärnor [18336]

    Fråga:
    Hej! I min fysikbok står det: "Strålningen från ett radioaktivt ämne minskar till en fjärdedel på 40 min. Vilken är halveringstiden?"

    Liknande fråga har ni besvarat, men svaret var inte bra förklarat, utan komplicerat med en massa tecken, utan förklaring alls. Jag går bara i högstadiet, så finns det ett lättare sätt att räkna ut detta? Jag tänkte att man först kan räkna ut själva tiden, och sedan halveringstiden, men inte ens det lyckas jag med. Meningen är att jag vill veta hur man kommer till själva svaret, inte bara svaret.
    /Safira L, vårbergskolan, stockholm

    Svar:
    Hej Safira! Man har olika mått på radioaktivt sönderfall - halveringstid, medellivslängd och sönderfallskonstant - och det finns matematiska samband mellan dessa, se fråga 14703 och Halveringstid .

    Det vanligaste måttet är halveringstid, som är den tid efter vilken hälften av en given mängd av ett radioaktivt grundämne har sönderfallit.

    I ditt exempel återstår efter 40 minuter en fjärdedel. En fjärdedel är hälften av hälften så det motsvarar alltså två halveringstider. Halveringstiden är alltså 40/2=20 minuter.
    /Peter E

    Nyckelord: radioaktivt sönderfall [33];

    *

    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/

    *

    Partiklar [17749]

    Fråga:
    Hej! Stark kärnkraft håller ihop protoner och neutroner, svaga kraften står för betasönderfallet. Vad är det som får mesoner m fl partiklar att sönderfalla? Finns ytterligare krafter i dessa sammanhang?
    /Thomas Å, Knivsta

    Svar:
    Neutrala p-mesonen sönderfaller med elektromagnetisk växelverkan medan laddade p-mesoner sönderfaller med svag växelverkan. Nej, de enda kraftverkningarna som direkt är involverade i sönderfall är elektromagnetisk växelverkan och den svaga växelverkan.

    Se vidare fråga 12985 och Pion . Den neutrala p-mesonens sönderfall är i princip en annihilation av en kvark/antikvark. De laddade p-mesonerna måste för att laddningen skall bevaras sönderfalla med en laddad lepton i sluttillståndet. Detta sker med den svaga växelverkan som är c:a 9 tiopotenser långsammare.
    /Peter E

    Nyckelord: radioaktivt sönderfall [33];

    *

    Materiens innersta-Atomer-Kärnor [17148]

    Fråga:
    Hejsan,

    Jag läser fysik b på gymnasiet och jag undrar hur man räknar ut dotterkärnan till en nuklid. Både när det är en alfa-strålare och beta-strålare. Exempelvis: Nukliden 226-88Ra är en alfa-strålare. Vilken blir dotterkärnan?

    Tacksam för svar! :)
    /Astrid B, Martin Kock Gymnasiumet, hedemora

    Svar:
    Hej Astrid! Låt oss först definiera några användbara begrepp.

    Antalet protoner i en kärna, Z, kallas atomnummer och bestämmer vilket grundämne vi har att göra med. Vilket grundämne vi har ges ju egentligen av antalet elektroner, men eftersom atomer är neutrala innehåller atomen även Z elektroner. Vi har alltså ett entydigt samband mellan atomnumret och ämnet. Detta samband hittar man enklast i ett periodiskt system, t.ex. WebElements . För ditt exempel Ra (radium) ser vi att Z är 88.

    Kärnan innehåller även N stycken neutroner. Summan av antalet protoner och antalet neutroner Z+N (antal nukleoner) betecknas vanligen A och kallas masstal.

    För att entydigt identifiera en nuklid, dvs en kärna med en viss uppsättning protoner och neutroner behöver man alltså A och Z. En nuklid skrivs vanligen som AX där X är symbolen för ämnet (bestäms av Z) och A är masstalet. För att underlätta räkningarna i reaktioner och sönderfall lägger man ofta till även Z och N: AZXN. Sedan gäller det att skriva sönderfallet (reaktionen) så att laddningar och antal nukleoner A bevaras (är lika på båda sidor).

    För sönderfall är det ganska enkelt eftersom det inte finns så många. För moderkärna A,Z blir dotterkärnan

    a-sönderfall: A-4,Z-2
    b+/elektroninfångning-sönderfall: A,Z-1
    b--sönderfall: A,Z+1

    För ditt exempel får vi för a-sönderfall A-4,Z-2 = 222,86, dvs 222Rn. Den fullständiga uttrycket för sönderfallet blir:

    22688Ra138 -> 22286Rn136 + 42He2.

    I fråga 13758 diskuteras olika typer av sönderfall.

    Se fråga 967 för vad som händer med elektronerna (atomer skall ju normalt vara oladdade).
    /Peter E

    Nyckelord: radioaktivt sönderfall [33];

    *

    Materiens innersta-Atomer-Kärnor [16653]

    Fråga:
    Radioaktivt sönderfall
    /Veckans fråga

    Ursprunglig fråga:
    Hej! Jag har nyligen gjort en laboration i Fysik B där vi skulle mäta antalet sönderfall per 20:e sekund med hjälp av ett geiger-muller-rör. Det sönderfallande ämnet var Barium-137. Nu undrar jag:

    1. Hur kan geiger-muller-röret mäta antalet sönderfall? (Vet redan grundprinciperna om gammastrålning som träffar, men gärna på en mer anvancerad nivå)

    2. Vi skulle sedan räkna ut ämnets halveringstid: finns det några fler felkällor som kan påverka till en annan och felaktig halveringstid förutom räknandet?

    3. En graf över antalet sönderfall per 20:e sekund uppritades på en dator. Grafen minskade generellt, men vissa värden på antal sönderfall var större än det förra. Vad gör att det ena 20:e sekunden mäts ett visst antal sönderfall, och att antalet blir större vid den andra 20:e sekunden? Borde inte sönderfallen minska?
    /Hanna P, Kunskapsgymnasiet, Göteborg

    Svar:
    Hej Hanna! Experimentet du beskriver finns väl beskrivet i länk 1. För de första kan det inte vara Ba-137 (som är stabilt) utan ett metastabilt (ovanligt långlivat) tillstånd Ba-137* som produceras vid sönderfallet av det långlivade Cs-137.

    1 Om du ställer upp ett G-M rör nära ett preparat så mäter du inte den absoluta aktiviteten av preparatet. Du mäter emellertid (så länge du inte rör preparat eller detektor) något som är proportionellt mot aktiviteten. För det första går strålningen från preparatet ut i alla riktningar och bara en lite andel träffar detektorn. För det andra är en detektor inte 100% effektiv - en del träffar registreras inte.

    I de flesta fall - t.ex. om man vill bestämma halveringstiden - är detta att man inte mäter absoluta aktiviteten inget problem. Om man emellertid vill bestämma preparatets aktivitet måste man mäta effektiviteten hos detektorsystemet - man måste effektivitetskalibrera detektorsystemet.

    Om man studerar alfasönderfall med en halvledardetektor är effektivitetskalibreringen relativt enkel eftersom i stort sett alla alfapartiklar som träffar detektorn ger en signal, dvs den inre effektiviteten av detektorn är 100%. Den verkliga effektiviteten ges då av rymdvinkeln, dvs hur stor del av de utsända alfapartiklarna som träffar detektorn. Om detektorns yta är A mm2 och avståndet till preparatet r mm så är korrektionsfaktorn för rymdvinkeln

    A/(4p r2)

    Se även Gamma_spectroscopy#Detector_efficiency .

    2 Det är viktigt att man inte rör detektorn eller preparatet. Sedan bör naturligtvis tidmätningen vara korrekt.

    För ett enkelt sönderfall får man en avtagande exponentialfunktion, se Exponential_decay . Ofta har man en log-skala på den vertikala axeln, så resultatet blir en rät linje, se figuren nedan. För att bestämma halveringstiden anpassar man en rät linje till punkterna och lutningen ger halveringstiden.

    En sak man måste se upp med är bakgrund. Den mäter man antingen utan preparat eller när den sönderfallande nukliden har försvunnit, alltså ungefär där linjen nedan slutar. Om man inte tar hänsyn till bakgrunden kommer linjens lutning att bli för liten och därmed halveringstiden för lång.

    3 Jo, i medeltal minskar antalet sönderfall med tiden, men radioaktivt sönderfall är en slumpmässig process. Det kan du studera genom att mäta på något som har mycket lång halveringstid, t.ex. Cs-137. Om du mäter ett antal 20 s intervall kommer du att finna att resultatet varierar upp och ner. Fördelningen är en s.k. poissonfördelning, se Poisson_distribution . Denna har egenskapen att den typiska spridningen (standardavvikelsen) ges av

    s = sqrt(Nförv)

    där Nförv är förväntningsvärdet (medelvärdet av många mätningar).

    Detta blir mest märkbart för ett litet antal pulser i ett intervall. Antag att Nförv=9. s blir då 3. I så fall är utfallen 9+3=12 och 9-3=6 rimligt sannolika. Det är sådan slumpmässighet som ger upphov till ökningen du talar om. Du kan se i nedanstående figur att tredje punkten från slutet ligger lågt i förhållande till den andra från slutet. Om man emellertid utför dataanalysen på ett korrekt sätt så får man ändå ett tillförlitligt resultat.



    /Peter E

    Nyckelord: radioaktivt sönderfall [33]; felberäkning [5];

    1 http://www.physics.rutgers.edu/ugrad/labs/manuals/radio.pdf

    *

    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 [16113]

    Fråga:
    Kan en ström av betapartiklar t.ex få en lampa att lysa
    /Veckans fråga

    Ursprunglig fråga:
    Betapartiklar är ju elektroner, kan en ström av betapartiklar t.ex få en lampa att lysa?
    /charlie , matteus, stockholm

    Svar:
    Charlie! Nej, som ström betraktat är det alldeles för litet. Låt oss göra en uppskattning för ett betastrålande preparat:

    1 curie är 3.7 1010 sönderfall per sekund. Det är som aktivitet betraktat ett mycket stort värde. De preparat man normalt använder i ett labb är på mCi dvs miljondels curie. Om vi kan koncentrera hela aktiviteten (elektronerna går ut slumpmässigt i alla riktningar) till en ström så är laddningen per sekund (vilket är strömmen):

    3.7 1010 * e (C)

    där e är elementarladdningen 1.6 10-19 C (se Elementary_charge ). Strömmen blir alltså

    3.7 1010 * 1.6 10-19 = 6 10-9 A (C/s), dvs 6nA.

    Detta är en väldigt liten ström.

    Elektronerna innehåller emellertid en hel del energi som man kan använda för att producera elektricitet, se Radioisotope_thermoelectric_generator . Om man väljer en betastrålare som 90Sr kan 90g (en mol) producera c:a 100W termisk energi. Effektiviteten att producera elektricitet (med termoelement) är emellertid låg - c:a 5%. Bättre är då att använda 238Pu som utvecklar mycket mer energi per sönderfall. Dessa radioisotopgeneratorer används framför allt i rymdsonder som skall gå långt ut i solsystemet där solpaneler inte fungerar bra.

    Det finns även ett system med tritium där elektronernas energi direkt förvandlas till en elektrisk ström med hjälp av en halvledare, se Betavoltaics .
    /Peter E

    Nyckelord: radioaktivt sönderfall [33];

    *

    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 [15046]

    Fråga:
    Polonium-210
    /Veckans fråga

    Ursprunglig fråga:
    Den ryske f d KGB-agenten Alexander Litvinenko dog den 23 november 2006 efter att ha blivit förgiftad av polonium-210 i London. Nu hittar man spår av Po-210 på platser han har besökt, hur kan det komma sig? Hur har det lämnat hans kropp och hur kan det finnas kvar i lokalen efter så lång tid?
    /Lars T, Bokenskolan, Jokkmokk

    Svar:
    Hej Lars! Din fråga ger mig tillfälle att kommentera några, speciellt kärnfysikaliska, aspekter på denna förfärliga händelse.

    Vad som händer med ett ämne som man fått i sig i mat eller dryck är ganska komplicerat - och inte en fysikers specialitet. Man kan emellertid säga så mycket att en större eller mindre del kommer att tas upp i tarmen och transporteras till olika organ. Hur mycket som tas upp och vart det transporteras beror på kemiska egenskaper hos ämnet, dvs vilket grundämne eller kemisk förening det är frågan om.

    Sedan utsöndras ämnet på olika sätt, dels naturligtvis med avföring men också genom svettning, saliv, utandning mm. Det är säkert på något av de senare sätten som det Po-210 man detekterat har kommit ut. Eftersom halveringstiden är 138 dygn (länk 1), så blir aktiviteten kvar ett bra tag.

    De aktiviteter man hittat på olika platser där Litvinenko varit är mycket små - man kan detektera mycket små mängder av en alfa-strålande nuklid om man bara kan komma åt att mäta med t.ex. en halvledardetektor utan att ha något absorberande material mellan preparatet och detektorn.

    Låt oss se hur mycket polonium-210 vi skulle behöva om vi har preparatet mycket nära detektorn. Vi kan i så fall lätt mäta en aktivitet på 1 Bq (sönderfall/sekund). Aktiviteten från N stycken radioaktiva kärnor med sönderfallskonskanten l ges av

    aktivitet = N*l

    Sönderfallskonstanten ges av

    l = ln(2)/T1/2 = ln(2)/138 d-1 = ln(2)/(138*24*60*60) s-1 = 5.8 10-8 s-1

    Antal kärnor blir då

    N = aktivitet/l = 1/5.8 10-8 = 17 106

    En mol av ett ämne innehåller 6.022 1023 atomer (Avogadros tal). Vi har alltså

    17 106/6.022 1023 = 2.8 10-17

    mol av ämnet. Med atomvikten 210 blir detta

    2.8 10-17*210 = 6 10-15 g.

    Detta är nästan ofattbart lite. Tänk dig ett saltkorn av storleken 0.1 mm. Volymen är 10-3 mm3 = 10-6 cm3. Med densiteten 2 g/cm3 väger saltkornet 2 10-6 g, vilket är 9 tiopotenser mer än den behövliga mängden polonium-210. Det är alltså inte så konstigt att man kan detektera aktiviteten varhelst Litvinenko varit!

    Några egenskaper hos polonium-210 som gör det till ett så effektivt vapen om man vill använda det för lönnmord:

    • Halveringstiden är "lagom lång": tillräckligt lång för man skall hinna administrera aktiviteten och tillräckligt kort för att den skall ha tillräcklig aktivitet för att osaka skada.
    • Det är en alfa-strålare. Alfa-partiklarna har kort räckvidd och avlämnar därmed hela sin energi i det organ poloniumet befinner sig i. De gör därför stor skada.
    • Eftersom alfa-partiklarna inte kan ta sig ut ur kroppen (de stoppas av ett pappersark), kan man inte mäta mycket av aktiviteten utifrån.
    • Gamma-aktiviteten utanför kroppen är också ganska låg eftersom det enda gammat som utsänds (803 keV) har intensiteten 10-5 per sönderfall.
    • Om man har tillgång till en reaktor är det lätt att producera 210Bi genom neutroninfångning i 209Bi. 210Bi sönderfaller sedan med en halveringstid på 5 dygn till 210Po.

    Som kuriosa kan vi tillägga att polonium-210 är den sista radioaktiva nukliden i den naturliga sönderfallskedjan som börjar med uran-238 och innehåller det välkända radon-222, se fråga 13744 .

    Se Alexander_Litvinenko_poisoning för mycket bakgrundsinformation om mordet på Alexander Litvinenko.
    /Peter E

    Nyckelord: radioaktivt sönderfall [33];

    1 http://nucleardata.nuclear.lu.se/toi/nuclide.asp?iZA=840210
    2 http://www.svt.se/nyheter/utrikes/nya-avslojanden-om-spektakulara-lonnmordet-pa-aleksandr-litvinenko

    *

    Materiens innersta-Atomer-Kärnor [14703]

    Fråga:
    I en Physics handbook (Nordling;österman) finns angivet under under radioaktiva nuklider bl a Half life för Ge-76 och Se-82 tider i Za-området, dvs 10^21 år. Finns sådana sönderfall observerade eller är de endast av teoretiskt värde? Sm-148 och Sm-149 anges i Pa, dvs 10^15-årshäradet. Kan det verkligen beläggas? Eller är det teoretiskt framräknade värden? Osäkerheten när det gäller värden i Teraårs- och Gigaårsområdena borde ju också vara stora. Vad kan man lita på? (Frågorna 14457 och 13758 har noterats.)
    /Thomas Å, Arlandagymnasiet, Märsta

    Svar:
    Ja, dubbelt betasönderfall har observerats med livstider av storleksordningen 1020 år, se länk 1 (nedanstående bild är från denna) och Double_beta_decay .

    Man kan naturligtvis inte bestämma halveringstiden på vanligt sätt genom att observera hur aktiviteten A hos ett prov avtar med tiden:

    A = A0*e-lt

    där l är sönderfallskonstanten.

    I stället använder man sig av

    aktiviteten (antal sönderfall/s) = l*N

    där N antal nuklider av den aktuella typen. Problemet är att aktiviteten är mycket låg om livstiden är lång, så man måste åstadkomma mycket låg bakgrund. N kan oftast bestämmas ganska lätt, och sedan får man halveringstiden T1/2 från

    T1/2 = ln(2)/l



    /Peter E

    Se även fråga 14457 och fråga 13758

    Nyckelord: betasönderfall [14]; radioaktivt sönderfall [33]; halveringstid/sönderfallskonstant [4];

    1 http://nemo.in2p3.fr/physics/dbd.php

    *

    Universum-Solen-Planeterna [13938]

    Fråga:
    Hur mycket värms jorden upp av radioaktivt sönderfall i dess inre?
    /Veckans fråga

    Ursprunglig fråga:
    Eftersom jordens inre är varmt borde jordskorpan värmas "innifrån". Hur stor är denna effekt, dvs vilken temperatur skulle jordytan ha om vi bortser uppvärmningen från solen?
    /Henrik P, Katedralskolan, Lund

    Svar:
    Den av radioaktivt sönderfall i jordens inre utvecklade effekten är c:a 1013 kalorier/s. Jordytan är

    4p r2 = 4p*(6.37*106)2 = 5*1014 m2 = 5*1018 cm2

    Effekten per cm2 som i ett jämviktstillstånd måste transporteras genom jordytan blir

    1013/5*1018 = 2*10-6 kal/cm2/s

    Nu är jorden ganska inhomogen, speciellt är det stor skillnad mellan land och hav. Detta beror dels på jordskorpans varierande tjocklek och dels på variationer i sammansättningen. Den uppmätta energitransporten är i havsområden 2.4*10-6 kal/cm2/s och i landområden 1.4*10-6 kal/cm2/s. Ovanstående medelvärde är i god överensstämmelse med dessa värden.

    Hur stor är uppvärmningseffekten från jordens inre jämfört med solstrålningen? Låt oss börja med att göra om till SI-enheter

    2*10-6 kal/cm2/s = 2*10-2 kal/m2/s = 0.08 W/m2

    eftersom 1 kalori är c:a 4 joule.

    Solarkonstanten, dvs den från solen instrålande effekten är 1370 W/m2, se fråga 13917. Värmen från jordens inre ger alltså ett mycket litet bidrag även med hänsyn taget att solstrålningen fördelas på ytan p r2 (cirkelyta) medan jordvärmen fördelas på ytan 4p r2 (klotyta).

    Om vi, som frågan sade, bortser från solstrålningen, vilken temperatur skulle jordytan ha? Transporten av energi ut från jorden kan bara ske med elektromagnetisk strålning, s.k. temperaturstrålning. Den utstrålade effekten per m2 ges av Stefan-Boltzmanns lag:

    P = sT4

    där konstanten s=5.67*10-8 W/m2/K4 och T är den absoluta temperaturen i kelvin. Tillämpning av denna på energiflödet från jordens innandöme ger

    0.08 = 5.67*10-8 T4

    dvs

    T4 = 1400000

    och

    T = 34 K eller -239oC (brrrr...)

    Detta gäller om jorden kan betraktas som en absolut svart kropp, dvs om den absorberar all inkommande strålning.

    Observera att vad vi räknat ut är temperaturen vid jordytan. Temperaturen i jordens inre är ju mycket högre (jordens inre är ju flytande). Man har en temperaturgradient (ökande temperatur med ökat djup) som bestäms av värmeledningsförmågan, se figuren i fråga 19301 .

    Tack Per-Gunnar Andreasson, Geologi, Lund för uppgifter om jordens inre!

    Tillägg 12/11/08:
    Enligt länk 1 är den utvecklade effekten 44 TW, vilket motsvarar 44/4=1.1 1013 cal/s, vilket stämmer bra med ovanstående värde. Länk 1 nämner även en referens som ger effektutvecklingen till 31 TW. Dessa värden är alltså ganska osäkra. Man har gjort uppskattningarna genom att mäta temperaturgradienten i borrhål på olika ställen av jordytan.

    De isotoper som bidrar mest till uppvärmningen är 40K, 232Th och 238U (halveringstider 1.3 Ga, 14 Ga och 4.5 Ga [Ga=miljarder år]). Om man visste hur mycket av dessa isotoper som finns i jordens inre, skulle man lätt kunna räkna ut effektutvecklingen. Men man kan inte komma åt att analysera vilka halter dessa spårämnen har. Seismologiska data ger bra information om huvudsammansättningen, men spårämnena måste man uppskatta från halterna i meteoriter och solatmosfären.

    I länk 1 föreslår man att man skall mäta ovanstående sönderfall genom att detektera neutriner. Dessa tar sig lätt genom jordens inre och kan detekteras på ytan. Genom att mäta neutrinernas antal, energi och vilken riktning de kommer ifrån, kan man räkna ut hur mycket av ovanstående isotoper som finns i jordens inre, och därmed få en direkt mätning av effektutvecklingen. Mätningen är emellertid ganska svår och kräver stora och dyra detektorer.
    /Peter E

    Se även fråga 13917

    Nyckelord: jordens inre [11]; temperaturstrålning [21]; radioaktivt sönderfall [33]; solarkonstanten [6]; *geologi [16];

    1 http://arxiv.org/abs/physics/0607230

    *

    Materiens innersta-Atomer-Kärnor [13758]

    Fråga:
    Stabila atomkärnor
    /Veckans fråga

    Ursprunglig fråga:
    På en nuklidkarta markeras vissa atomkärnor som stabila. Är de stabila i absolut mening eller har man valt att betrakta de kärnor vars halveringstid överskrider ett visst belopp som stabila?
    /Jöns-Erik E, Sundsta/Älvkullegymnasiet, Karlstad

    Svar:
    De flesta kärnor som markeras som stabila i en nuklidkarta (se bilden i fråga 3480 ) är verkligen det. De har helt enkelt ingenstans att sönderfalla med kända sönderfallssätt - energin är så låg som möjligt.

    Om man plottar bindningsenergin för kärnor med ett visst masstal A=Z+N (Z är antal protoner och N antal neutroner) så får man en (för udda masstal) eller två (för jämna masstal) parabler. Nedanstående figurer (genererade från uppmätta massdata med programmet i länk 1) för A = 113 och 114 är typiska exempel.

    Från den översta plotten kan man dra slutsatsen att 113In är stabilt (har högst bindningsenergi), 113Mo - 113Cd sönderfaller med b--sönderfall och 113Sn - 113Cs sönderfaller med b+-sönderfall.

    För det jämna masstalet 114 kan man resonera på motsvarande sätt med skillnaden att man här har två parabler: en jämn-jämna kärnor (röda streck) en en udda-udda kärnor (svarta steck). Det paraboliska sambandet mellan bindningsenergier för ett visst masstal kan man förstå från vätskedroppsmodellen (fråga 14847 ) eftersom uttrycket för bindningsenergin är kvadratiskt i Z, se Semi-empirical_mass_formula#The_formula .

    Några stabila kärnor (typiskt kärnor med jämnt antal protoner och jämnt antal neutroner) skulle teoretiskt kunna sönderfalla med s.k. dubbelt b-sönderfall (t.ex. 114Cd i figuren). Dessa kärnor har emellertid en halveringstid överstigande 1020 år, vilket jämfört med universums ålder 13.7*109 år kan ansers vara stabilt!

    För varje masstal finns alltså en eller möjligen två kärnor som är stabila med ovanstående definition.

    Till detta kommer för tunga kärnor (A>200) alfasönderfall och spontan fission (fråga 16986 ).

    Det är, tycker jag, intressant att man kan förstå såpass detaljerade egenskaper som den relativa bindningsenergin och därmed vilka kärnor som är stabila och hur de instabila kärnorna söderfaller med en såpass enkel modell som vätskedroppsmodellen. För att beräkna exakta sönderfallsenergier och exciterade tillstånd i atomkärnor behöver man emellertid tillämpa mer sofistikerade kvantmekaniska modeller, se Shell_model .



    /Peter E

    Nyckelord: radioaktivt sönderfall [33]; betasönderfall [14]; vätskedroppsmodellen [5]; halveringstid/sönderfallskonstant [4];

    1 http://nucleardata.nuclear.lu.se/database/masses/

    *

    Materiens innersta-Atomer-Kärnor [13557]

    Fråga:
    Jag har en fråga som jag undrar över, och om ni inte vet svaret på den kanske ni vet var jag kan leta efter det?

    Frågan handlar om B- (Beta minus) partikelns rörelseenergi. Varför förväntade man sig från i början av 1900-talet att man skulle få vissa bestämda diskreta nivåer när man mätte upp B minus-partikelns rörelseenergi och hur förklarade man senare att man fick kontinuerliga nivåer (energikontinuum)?
    /Marie W, Thorildsplans gymnasium, Bandhagen

    Svar:
    Marie! Man visste att atomkärnorna hade diskreta nivåer. Detta såg man bland annat genom att observera alfapartiklar från sönderfall. Alfapartiklarna kom ut i grupper med bestämda energier, som svarade mot övergångar mellan nivåer med väl definierad energi. Med detta och accepterande av energiprincipen (energi kan varken skapas eller förstöras), borde betapartiklarna också komma ut med diskreta energier om sönderfallet bara involverade en kärna och en elektron.

    Ett annat problem var spinnet hos de involverade partiklarna. Titta på den fundamentala processen i betasönderfallet:

    n -> p + e

    Alla partiklarna har spinn 1/2, men 1/2 och 1/2 kan bara kopplas till 0 eller 1. Det var igen något som inte stämde!

    Man hade även problem att förklara rörelsemängden i betasönderfallet - resultanten av rekylkärnans och elektronens rörelsemängd var inte exakt noll.

    Till sist förklarade Wolfgang Pauli problemet genom att föreslå att ännu en partikel med spinn 1/2 var involverad i sönderfallet:

    n -> p + e + vanti

    Neutrinon är oladdad och har mycket liten vilomassa. Med hjälp av denna kunde Enrico Fermi på ett mycket elegant sätt beskriva betasönderfallet och även exakt förklara formen hos betaspektrum som helt enkelt en reflektion av hur många sluttillstånd det fanns för elektronen och neutrinon att ockupera.

    Se även artikeln neutrino .
    /Peter E

    Nyckelord: radioaktivt sönderfall [33]; betasönderfall [14]; neutrino [16];

    *

    Materiens innersta-Atomer-Kärnor [13471]

    Fråga:
    När betastrålning utstrålas delas en neutron i två elektroner. En sänds ut i luften och en fastnar i elektronhöljet. Det ska alltid finnas lika många elektroner som protoner i en atom men i detta fall blir det en elektron mer? Eller? Det kan väl inte finnas fler elektroner i alla fall inte vad jag vet.
    /Mattias L, Kumlaby, Kumla

    Svar:
    Mattias! Du har nog missuppfattat lite vad gäller betasönderfallet.

    Betasönderfall är (tillsammans med alfasönderfall) en av två huvudtyper av sönderfall hos atomkärnor. Betasönderfall sker genom svag växelverkan. Vid betasönderfall förblir antalet nukleoner (protoner och neutroner) konstant, medan däremot fördelningen mellan protonerna och neutronerna ändras. Med andra ord är masstalet (A) konstant medan atomnumret (Z) ändras.

    Så här hänger det ihop med betasönderfall och antalet elektroner i atomen:

    β+ sönderfall: En proton förvandlas till en neutron och en positron sänds ut (OK, en neutrino också, men den bortser vi ifrån). Kärnladdningen minskar alltså med en enhet, så atomen kommer från början ha en elektron för mycket. Denna kommer snart att ramla av atomen, och den frigjorda elektronen eller en annan elektron kommer att annihilera positronen (hela elektronernas energi övergår e elektromagnetisk strålning). Detta är anledningen till att man alltid ser strålning med energin 511 keV vid beta+ sönderfall.

    β- sönderfall: En neutron förvandlas till en proton och en elektron sänds ut. Kärnladdningen ökar alltså med en enhet, så atomen kommer att ha en elektron för lite för att vara oladdad. Atomen kommer därför ganska snabbt ta åt sig den utsända elektronen eller en annan elektron för att bli neutral.

    Vad bestämmer om det blir b- eller b+ sönderfall?

    Sönderfall kan endast ske till tillstånd som ligger lägre i energi. Figuren nedan visar några kärnor med A (masstal) = 123. Läget längs den vertikala axeln är tillståndets totala energi. Det lägsta tillståndet är grundtillståndet av 123Sb. Eftersom det inte har något lägre tillstånd att sönderfalla till så är det stabilt.

    Kärnorna till vänster, t.ex. 123Sn, sönderfaller åt höger med b- sönderfall. Kärnorna till höger, t.ex. 123Te, sönderfaller åt vänster med b+ sönderfall eller elektroninfångning (EC, electron capture).

    γ-sönderfall

    Ibland hamnar ett b-sönderfall i en nivå ovanför det lägsta tillståndet (grundtillståndet). I figuren nedan är 11/2- tillståndet i 123Te ett exempel. Detta exciterade tillstånd (ett tillstånd ovanför grundtillståndet i en kärna) sönderfaller oftast med g-sönderfall. Det är mycket vanligt att b-sönderfall följs av ett eller flera g-sönderfall.



    /Peter E

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

    *

    Materiens innersta-Atomer-Kärnor [13073]

    Fråga:
    Hej! Sönderfallskonstanten lambda är lika med ln2/halveringstiden. Lambda är också sannolikheten att en atom sönderfaller under en sek. Om tex T=0,1s blir lambda 6,9 vilket inte är en rimlig sannolikhet! Antalet sönderfall kan ju dessutom inte vara större än N, enligt deltaN=lambda*N. Hur hänger detta ihop?
    /Lars J

    Svar:
    Problemet är att du handskas lite slarvigt med differentialer! Sönderfallskonstanten l, som är sannolikheten för att en kärna skall sönderfalla under en tidsenhet, ges av

    dN = -lN(t)dt (1)

    där antalet atomer N(t) är en funktion av tiden. Lösningen är

    N(t) = N0 e-lt (2)

    När det gäller att räkna ut hur många atomer som är kvar så måste du använda (2) och inte (1). Under en halveringstid (och ännu värre under 10 halveringstider som i ditt exempel) ändras N(t) mycket, varför du inte kan tillämpa (1).

    Om du däremot mäter under en tid som är mycket kort i förhållande till halveringstiden, så är (1) tillämplig - då kan man betrakta N som konstant. I själva verket är det så man bestämmer halveringstiden på nuklider som har mycket lång halveringstid (miljontals år): bestäm DN per Dt och N så kan du räkna ut l och därmed halveringstiden.

    Sönderfallskonstanten beror endast på vilken kärna man har, dvs vilken uppsättning protoner/neutroner (Z,N) kärnan har. För en typ av sönderfall (elektroninfångning) ändras sönderfallskonstanten lite med kemisk miljö, men det är en mycket liten effekt.

    Observera också att sannolikheten för att en kärna skall sönderfalla i ett tidsintervall är oberoende om kärnan är nybildad eller gammal. En atomkärna "åldras" alltså inte!

    Se Exponential_decay .
    /Peter E

    Nyckelord: sönderfallskonstant [3]; radioaktivt sönderfall [33];

    *

    Materiens innersta-Atomer-Kärnor [12842]

    Fråga:
    Hejsan! Jag har några frågor om radioaktivitet till er här på fysiken, som jag inte har fått bukt med än och hoppas att ni kan hjälpa mig med...

    1) Hur kan radioaktiviteten påverka oss människor på både positiva och negativa sätt?

    2) Vilken strålning är farligast? (alfa, beta eller gamma?)
    /Mattias E, Samskolan, Göteborg

    Svar:
    Mattias!

    Joniserande strålning (Joniserande_strålning ) är ett samlingsbegrepp på strålning som har förmågan att slå ut elektroner ur atomer som den kolliderar med, vilket förvandlar atomerna till joner. Joniserande strålning kan antingen vara elektromagnetisk strålning (ultraviolett, röntgen-, och gammastrålning) eller partikelstrålning (energirika elektroner, protoner med mera som har en energi på några elektronvolt).

    Din första fråga är inte så lätt att svara kort på... Först och främst måste man skilja mellan naturligt förekommande radioaktivitet och den som är skapad av oss människor. Man måste också noga skilja på radioaktiviteten i sig, som ju har med atomkärnors sönderfall att göra, och på verkan av den joniserande strålning (alfa, beta och gamma) som sänds ut i samband med sönderfallen.

    Det finns många sätt att utnyttja radioaktivitet och strålning - t.ex. inom geologi, arkeologi och klimatforskning (kol-14-datering, spårämnesstudier), medicin (cancerbehandling, PET-kamera) och industrin (tjockleks- och nivåmätning, förslitningsstudier). Gemensamt för dessa är att det är relativt lätt att detektera även mycket små mängder av radioaktiva ämnen, och att man därför kan få mycket information på ett (oftast) icke-förstörande sätt.

    Negativt är dock att den joniserande strålningen kan skada materia av alla slag, även människokroppen. Därför är t.ex. radioaktivt nedfall från kärnvapentest och kärnkraftverksolyckor, men även radon (som ju förekommer helt naturligt) så farliga.

    Din andra fråga är inte heller lätt att svara på. Av de tre alternativen du nämner gör alfastrålningen mest skada när den tränger in i vävnad - den åstadkommer helt enkelt mer jonisation per längdenhet än de andra. Det är dock den strålart som det är enklast att skydda sig i från, eftersom den kan stoppas mycket effektivt även i tunna materieskikt, se bilden nedan (från Nationalencyklopedin ). Det bästa strålskyddet är emellertid alltid att vara på stort avstånd från strålkällor.

    Läs vidare: Slå upp "joniserande strålning" och "radioaktivitet" i Nationalencyklopedin och länk 1 och 2!



    /Margareta H/lpe

    Nyckelord: joniserande strålning [4]; radon [4]; naturlig radioaktivitet [3]; strålning, faror med [23]; radioaktivt sönderfall [33];

    1 http://www.stralsakerhetsmyndigheten.se/Allmanhet/Radon/Radonkallor/
    2 http://science.howstuffworks.com/radon.htm/printable

    *

    Materiens innersta-Atomer-Kärnor [4760]

    Fråga:
    Jag har en fråga som gäller radioaktivitet. Avges det alltid gammastrålning i samband med alfa- eller betasönderfall? Om inte hur kan man då veta om det kommer att avges gammastrålning?
    /Christer N, Borlänge

    Svar:
    Om sönderfallet sker till grundtillståndet blir det ingen gammastrålning. Om sönderfallet sker till ett exciterat tillstånd utsänds normalt gammastrålning.

    Exempel 1:
    Strontium-90 sönderfaller med beta till grundtillståndet av Yttrium-90. Ingen gamma. I sin tur sönderfaller Yttrium-90 med beta till grundtillståndet av Zikonium-90 (stabil). Ingen gamma.

    Exempel 2:
    Kobolt-60 sönderfaller med beta till en exciterad nivå i Nickel-60, se nedanstående figur. Efter ungefär 0.3 ps (1 ps = 10-12 s) skickas en gamma-foton ut (energi 1.17 MeV), och Nickel-60 övergår till en lägre exciterad nivå. Efter ungefär 0.7 ps skickas en ny foton ut (energi 1.33 MeV), och Nickel-60 övergår till grundtillståndet.



    /KS/lpe

    Se även fråga 3293 och fråga 3480

    Nyckelord: radioaktivt sönderfall [33];

    *

    Materiens innersta-Atomer-Kärnor [2623]

    Fråga:
    Kyler man ned ett ämne som Uran eller Plutonium till absoluta nollpunkten, försvinner radioaktiviteten då, eftersom jag har hört att allting står still vid den temperaturen?
    /Nils L, Arbråskolan, Arbrå

    Svar:
    Det är molekylerna och atomerna som inte rör sig vid absoluta nollpunkten. Förhållanena inne i atomkärnan påverkas inte alls. Uran, plutonium och alla andra radioaktiva ämnen sönderfaller som vanligt.

    Fundera: Vad händer med radioaktiviteten när ett ämne ingår i en kemisk förening?
    /KS/lpe

    Nyckelord: radioaktivt sönderfall [33]; absoluta nollpunkten [9];

    *

    Materiens innersta-Atomer-Kärnor [3480]

    Fråga:
    Vad är det som avgör om en instabil kärna "avger" alfa-, beta- eller gamma-strålning?
    /Håkan N, Kvarnbyskolan, Mölndal

    Svar:
    Det här är en omfattande fråga, som skulle kräva en hel bok som svar. Sådana böcker finns.

    Låt oss böja med gammastrålningen. Den beror på att ett tidigare alfa eller betasönderfall lämnat kärnan i exciterat (hög energi) tillstånd. Kärnan gör sig av med energin genom att skicka ut gammastrålning (fotoner).

    Alfastrålningen består av heliumkärnor, som kastas ut från den sönderfallande kärnan. Det är framför allt tunga kärnor som sönderfaller med alfastrålning. Heliumkärnan är en särdeles stabil kärna, och det finns hela tiden en viss chans att två protoner och två neutroner för en kort tid slår ihop sig, och bildar en heliumkärna (alfapartikel) inuti en tung kärna. Det finns en viss sannolikhet att alfapartikeln kan läcka ut, trots att den är omgiven av en hög barriär. Det sker genom ett kvantfysikaliskt fenomen, som kallas "tunneleffekt".

    Betasönderfall finns det flera olika sorter av, men gemensamt är att en sorts kvark omvandlas till en kvark av en annan sort. Uttryckt på partikelnivå innebär det att en neutron omvandlas till en proton, eller tvärt om. Kärnans laddning ändras, masstalet (antal nukleoner) ändras inte.

    Slutligen det egentliga svaret på din fråga. Det helt avgörade är om den tillgängliga energin räcker.

    Exempel: Cesium-137 sönderfaller till barium-137 genom att en neutron omvandlas till en proton. Ut skickas en elektron och en antineutrino. Antalet neutroner minskar från 82 till 81, och antalet protoner ökar från 55 till 56. Barium-137 lämnas i exciterat tillstånd och den "lugnar ner sig" genom att skicka ut en foton (gammastrålning).

    En nuklidkarta är en grafisk representation där olika nuklider ordnats på så vis att x-axeln anger antal neutroner medan y-axeln anger antal protoner. Antalet protoner definierar vilket grundämne det rör sig om och kombinationen av antal neutroner och protoner definierar vilken isotop det rör sig om.

    Nedanstående nuklidkarta visar hur kärnor med med Z protoner och N neutroner sönderfaller. Stabila kärnor är markerade med svart. Figuren är från länk 1 (figuren är i public domain). Under länk 1 finns en interaktiv version av nuklidkartan - man kan zooma och klicka fram egenskaper för varje nuklid. Länk 2 visar samma nuklidkarta färgkodad efter halveringstid.



    /KS/lpe

    Nyckelord: radioaktivt sönderfall [33];

    1 http://www.nndc.bnl.gov/nudat2/reColor.jsp?newColor=dm
    2 http://www.nndc.bnl.gov/nudat2/reColor.jsp?newColor=t12

    *

    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 7168 frågor med svar.
    Senaste ändringen i databasen gjordes 2017-07-06 14:08:20.


    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
    .