Svar:
1 Eftersom fissionsfragmenten har ett överskott an neutroner, se fråga [13690], så sönderfaller ett fissionsfragment genom att minska neutronöverskottet med beta-minussönderfall.

2 Se fråga [15065].

3 Sekulär jämvikt i radioaktivt sönderfall är en situation där mängden av en radioaktiv isotop förblir konstant eftersom produktionstakten (t.ex. på grund av sönderfallet av en långlivad moderisotop) är lika med dess avklingningshastighet.

Sekulär jämvikt kan bara ske i en sönderfallskedja om halveringstiden för dotternukliden B är mycket kortare än halveringstiden för modernukliden A. Mängden radionuklid B byggs upp tills antalet B-atomer som sönderfaller per tidsenhet blir lika med antalet som produceras per tidsenhet. Mängden radionuklid B når sedan en konstant jämviktsvärde, se nedanstående figur.

Se även fråga [12858] och [12335].

/Peter E 2015-11-15

Svar:
²³⁹Pu med halveringstiden 24000 år (länk 1) bildas i reaktorn genom neutroninfångning i ²³⁸U. Det är aktiviteten (sönderfall/sekund) av ²³⁹Pu som halveras. Avfallet innehåller emellertid även andra långlivade nuklider.

Figuren nedan från fråga [17804] visar den totala aktiviteten från kärnavfall (röd kurva) och den uppskattade aktiviteten hos uranet om det varit kvar i marken. Man kan se att efter 100000 år är aktiviteten hos kärnavfallet lika med det obrutna uranet. Detta är alltså en mycket konservativ gräns för hur länge man måste skydda sig från kärnavfallet.

Mer realistiskt kan man läsa av från kurvan att aktiviteten sjunker från 310¹⁹ till 310¹⁵ dvs en faktor 10000 på 1000 år. Slutsatsen är alltså att en mycket stor del av den totala aktiviteten kommer från mer korttlivade nuklider, mestadels fissionsprodukter.

/Peter E 2015-11-16

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].

Se även Radioactive_decayUniversal_law_of_radioactive_decay.
/Peter E 2015-12-12

Svar:
De vanligaste spåren är av a-partiklar (korta, raka, tjocka) och elektroner (långa, krokiga, tunna).

Nedanstående bild från Cloud_chamber visar flera olika spår av partiklar, se bildtexten.

I länk 1 finns en intressant bild som innehåller dubbla V-formade a-spår. Det är ²²⁰Rn (från sönderfallskedjan ²³²Th, se fråga [13744]) som sönderfaller till ²¹⁶Po. ²¹⁶Po är mycket kortlivat (0.14 s), så dotterkärnan sönderfaller innan den hunnit flytta på sig. Om man tittar noga kan man se att det är en liten fördröjning mellan spåren.

This rare picture show the four types of charged particles that we can detect in a cloud chamber : alpha, proton, electron and muon (probably). Picture taken at the Pic duMidi at 2877 m in a Phywe PJ45 diffusion cloud chamber. Size of the interaction surface if 45x45 cm.

/Peter E 2016-02-11

Svar:
En ädelgas har fulla yttre elektronskal (valensskal). Valenselektroner (se fråga [16629]) är de yttersta elektronerna i en atom och är normalt sett de enda som är delaktiga i kemiska bindningar. Atomer med fulla valensskal är extremt stabila och bildar därför sällan kemiska föreningar, har låg kokpunkt och de har även svårt att ta till sig eller förlora elektroner.

Tendensen att fulla elektronskal är speciellt stabila finns även hos molekyler. Metan, CH₄, är ett enkelt exempel. C har 4 elektroner i sitt valensskal och H har 1. Genom att låta C-atomen "låna" en elektron från vardera H-atomen, får C-atomen en ädelgasstruktur (8 valenselektroner, dvs Ne). Samtidigt kan alla fyra H-atomerna känna sig nöjda med sin ädelgasstruktur (2 valenselektroner, dvs He). Metan har alltså hög bindningsenergi, vilket betyder att det är en stabil molekyl med ganska låg kokpunkt.
/Peter E 2016-02-15

Svar:
²²²Rn (radon-222) sönderfaller genom att sända ut en alfa-partikel, se länk 1. Det är också en ädelgas, så om det bildas i ett preparat så smiter det lätt iväg. Radon detekteras med plastdetektorer som etsas och ger spår man kan räkna. Detektionen är indirekt genom att dotternukliderna fastnar och sönderfaller på detektorn.

Annars används oftast tunna kiseldetektorer för att detektera alfapartiklar.

Se vidare radon och Radon.
/Peter E 2016-05-19

Svar:
Kol har fyra bindningar. Eftersom kol har sex elektroner och två är i ett slutet K-skal blir det fyra elektroner kvar i L-skalet. För maximal kemisk bindning vill man fylla ett skal. För detta krävs alltså fyra bindningar.

Dessa kan t.ex. komma från väte, som har en elektron i lägsta K-skalet. Man har då metan CH₄. Metan har av symmetriskäl fyra väteatomer i hörnen av en tetraeder med kolatomen i mitten, se figuren nedan.

Syre har två bindningar eftersom det saknar två elektroner i L-skalet. Syre bildar därför dubbelbindningar med kol t.ex. koldioxid CO₂.

Se vidare Tetravalence.

Annars är det speciella med kol att den bildar stabila bindningar med sig själv, t.ex. långa kedjor av kol utökat med andra molekyler (egentligen radikaler). Kol finns i flera olika former med olika kol-kol bindningar: grafit, grafen, diamant, fullerener och amorft kol.

Se vidare Kol.

/Peter E 2016-05-27

Svar:
För små värden på dopningen är mobiliteten i stort sett konstant, men för större dopning avtar mobiliteten.

I Wikipedia-artikeln om mobilitet finns det ett empiriskt uttryck för mobiliteten som funktion av dopningsgrad, se
Electron_mobilityDoping_concentration_dependence_in_heavily-doped_silicon.

Anledningen till den avtagande mobiliteten är helt enkelt att dopatomerna "är i vägen" för laddningsbärarna. Dessa sprids av dopatomerna så att hastigheten i fältets rikning minskar. Länk 1 uttrycker det så här:

For low doping concentrations, the mobility is almost constant and is primarily limited by phonon scattering. At higher doping concentrations, the mobility decreases due to ionized impurity scattering with the ionized doping atoms. The actual mobility also depends on the type of dopant. Figure 2.7.3 is for phosphorous and boron doped silicon.

Figuren från länk 1 visas nedan.

/Peter E 2016-12-12

Svar:
Det förklaras utmärkt av vätskedroppsmodellen, se fråga [19103]. Det som gör att bindningsenergin per nukleon inte ökar för tyngre kärnor (se nedanstående figur) är att kärnkraften som håller ihop nukleonerna har mycket kort räckvidd. Detta medför att antalet växelverkande par av nukleoner är proportionellt mot masstalet A (antalet nukleoner) och inte mot A(A-1). Bindningsenergin per nukleon blir då i första approximationen konstant och inte proportionell mot A.

Anledningen till att lätta kärnor har mindre bindningsenergi är att dessa har relativt mer "yta", dvs nukleoner på ytan har färre grannar att växelverka med.

Anledningen till att bindningsenergin per nukleon minskar med ökande A är att coulomb-repulsionen ger negativ bindning. Till skillnad från kärnkraften har coulomb-kraften lång räckvidd, så antalet växelverkningar är proportionellt mot Z(Z-1) där Z är antalet protoner.

/Peter E 2017-05-07

Svar:
En molekyl definieras som en grupp av två eller fler atomer ordnade i ett precist arrangemang med hjälp av kovalenta bindningar. En molekyl kan variera i storlek från två atomer, till exempel H₂ (vätgas), till tusentals atomer i makromolekyler... När man talar om små molekyler antas de normalt vara oladdade. (Molekyl)

En kemisk bindning är en attraktion mellan atomer, som möjliggör bildandet av kemiska substanser. Attraktionen beror på att det energimässigt är fördelaktigare för de flesta atomer och joner att vara bundna till lämpliga bindningspartners än att förekomma som obundna partiklar. (Kemisk_bindning)

Ja, ädelgasstruktur är det mest stabila tillståndet, men i många fall kan det inte bildas eftersom det för en oladdad molekyl fattas elektroner för att fylla det högsta icke tomma skalet. Även om detta inte är fullt har ofta det bundna systemet lägre energi än det obundna där atomerna är helt separerade. Molekyler bildas eftersom naturen strävar mot det lägsta möjliga energitillståndet.

Bindningsenergin för en liten molekyl är några eV, se Bond-dissociation_energy. Bindningsenergin frigöres när molekylen bildas genom en kemisk reaktion.

Se även fråga [15130].
/Peter E 2018-03-03