Stråling - kap 9 & 10

Alfastråling

Alfastråling er partikkelstråling. Alfapartiklene består av en heliumkjerne med 2 protoner og 2 nøytroner. Når atomet sender ut alfastråling, blir grunnstoffet omdannet til et grunnstoff med 2 færre protoner i kjernen. Derfor blir atomnummeret to mindre. Eksempel: Uran (atomnummer 92) blir omdannet til thorium (atomnummer 90). Alfastråling kan for eksempel brukes i røykvarslere.

Atmosfæren

Atmosfæren er et "tynt" lag med luft rundt jorda. Atmosfæren strekker seg ca 120 km ut fra jorda. Værfenomener forekommer i de nederste 10 - 12 km av atmosfæren. Nærmest jordoverflaten består luften av 78% nitrogen, 21 % oksygen, 0.04% karbondioksid og små mengder andre gasser. Noen gasser i atmosfæren gir naturlig drivhuseffekten. Disse kaller vi for drivhusgasser eller klimagasser. Sola sender ut flere typer EM-stråling: varmestråling, synlig lys og UV-stråling. Atmosfæren bidrar til to fenomener i forbindelse med denne type strålingen: Drivhuseffekten og Ozonlaget.

Amplitude

Avstanden fra linja opp til bølgetoppen

Betastråling

Betastråling er partikkelstråling og består av elektroner som sendes ut av kjernen i et radioaktivt stoff. Elektronene har stor fart og mye bevegelsesenergi, disse kalles hurtige elektroner. Betapartiklene dannes ved at et nøytron blir omdannet til et proton. Da blir atomet omdannet til det grunnstoffet som har et proton mer i kjernen. Eksempel: Thorium (atomnummer 90) blir til protactinium (atomnummer 91). Betastråling brukes blant annet innen medisinske områder til å behandle ulike krefttyper.

Kosmisk bakgrunnsstråling

Big Bang sendte ut store mengder elektromagnetisk stråling som fortsatt eksisterer. Dette kalles den kosmiske bakgrunnsstrålingen. Bakgrunnsstrålingen har en bølgelengde som ble bestemt av temperaturen da eksplosjonen skjedde. Derfor kan kosmisk bakgrunnsstråling bevise Big Bang teorien fordi ut ifra teorien burde universet være fullt av EM-stråling med bølgelengde som tilsvarer mikrobølger. Strålingen som stammer fra the Big Bang får lengere bølgelengde jo mer universet utvider seg.

C14-metoden

C14-metoden, som har en halveringstid på 5730 år, brukes til å aldersbestemme plante -og dyrerester. For eksempel ved å sammenlikne mengden karbon-14 beinrester til et dødt menneske med tilsvarende beinrester i ett levende menneske kan man se hvor gamle beinrestene er til det døde menneske og finne ut alderen. C-14 metoden dannes kontinuerlig i atmosfæren. Det inngår i jordas kretsløp og tas opp av alle levende organismer . Karbonatomene reagerer med oksygen og spres i atmosfæren som CO2. Deretter tas det opp organisk materiale gjennom fotosyntesen og slik spres det videre i næringskjeden. C-14 metoden inneholder betastråling som sendes ut fra atomkjernen med en voldsom kraft, som betyr at karbon-14 er radioaktivt, og sender derfor ut radioaktiv stråling.

Hva vil det si at et atom har blitt eksitert

Da får atomet tilført energi ved at det varmes opp eller kolliderer med andre partikler, atomer eller molekyler. Det fører til at et elektronet i atomet blir sparket opp i et høyere elektronskall. Da har elektronet eksitert, og det fører til at atomet blir ustabilt, og derfor hopper elektronet fort tilbake til et lavere elektronskall igjen for å få atomet stabilt igjen. Når elektronene går til et lavere elektronskall igjen, gir de fra seg energi i form av EM-stråling (fotoner). Denne forandringen i elektronskall (energinivå) kalles energisprang. For hvert energisprang blir det sendt ut stråling med en bestemt bølgelengde.

Big Bang-teorien

De fleste fysikere er enige om at universet oppsto for rundt 13,8 milliarder år siden. Dannelsen av universet kalles for "The Big Bang". Tre observasjoner som støtter the big ban-teorien er: rødforskyvning, grunnstoffene universet består av, og kosmisk bakgrunnsstråling.

Det elektromagnetiske spekteret

Det elektromagnetiske spekteret deles inn i forskjellige typer av bølger etter bølgelengdene. Det synlige lyset er en liten del av det elektromagnetiske spekteret. Det synlige lyset har bølgelengder fra 400 - 800 nm. Det danner et sammenhengende spekter med fargene rød, oransje, gul grønn, blå, indigo og fiolett. Energien til EM-stråling øker med frekvensen til den elektromagnetiske strålingen. En dobling av frekvens gir en dobling av energien til fotonet. Frekvensen - og dermed energien i strålingen - bestemmer hvilken type EM-stråling vi har. I spekteret i det synlige lyset har det fiolette lyset de høyeste frekvensene og rødt lys de laveste. Og hvert foton i det fiolette lyset frakter derfor mer energi enn hvert foton i det røde lyset.

Dopplereffekten (rød -og blå forskyvning)

Dopplereffekten er et fenomen hvor bølgelengden er kort og frekvensen er høy når et objektet beveger seg mot deg, dette kalles blåforskyvning. Når et objekt beveger seg fra deg, blir frekvensen lavere og bølgelengden større, og dette kalles rødforskyvning. Derfor vil strålingens frekvens bli påvirket, og avgjør hvordan vi oppfatter strålingen. Et eksempel på dopplereffekten er en ambulanse som kjører forbi deg. Når den kommer i mot deg høres det ut som som siren har en lys tone, mens når den kjører forbi oss er lyden mørkere. Det er fordi når den kommer i mot deg har den enn høyere frekvens fordi bølgelengden er kortere, enn når den kjører forbi deg.

Hva er elektromagnetisk stråling?

Elektromagnetisk stråling kan beskrives som energi i bevegelse i form av bølger, altså at den har bølgeegenskaper.

Hvor stammer elektromagnetiske bølger fra?

Elektromagnetiske bølger (EM) stammer fra elektroner som svinger i atomer og molekyler. En svingning er en regelmessig bevegelse mellom to ytterpunkter, altså mellom en bølgetopp og bølgebunn.

bølge

En bølge er en forplantning av en svingebevegelse, altså en forplantning av energi. En bølge kan være mekanisk eller elektromagnetisk. Mekaniske bølger er trenger et stoff til å bevege seg i og kunne frakte energi, f.eks vannbølger. Elektromagnetiske bølger krever ikke noe stoff for å kunne klare å bevege seg. Eksempler på elektromagnetiske bølger er lysbølger eller radiobølger.

Svingebevegelse

En svingebevegelse er en regelmessig bevegelse

En svingning

En svingning er en regelmessig bevegelse mellom to ytterpunkter, altså mellom en bølgetopp og bølgebunn.

Behandling av kreftsykdommer

Energirik elektromagnetisk stråling og radioaktiv stråling brukes til kreftbehandling. Ved gjentatte behandlinger av stråling kan kreftcellene drepes. Moderne teknologi gjør det mulig å sende stråling med høy energi til kreftsvulster langt inne i kroppen uten at det friske vevet skades i stor grad.

Frekvensen

Frekvens er antall bølgetopper som passerer per sekund, og måles i Hz (hertz). Raske svingebevegelser gir høy frekvens og mer energi, sakte svingninger gir lav frekvens og lite energi. Formel: antall bølgetopper/tid.

Gammastråling

Gammastråling er elektromagnetisk stråling, og den har kort bølgelengde og høy energi. Gammastråling er "rest energi" fra alfa -og betastråling. Kjernen kan fremdeles være ustabil etter at den har sendt ut alfa -eller betastråling, da er den i en eksitert tilstand. Derfor eksiterer kjernen slik at atomet kommer i en stabil tilstand. Ved gammastråling blir ikke grunnstoffet endret, men kjernen får mindre energi og blir mer stabil. Gammastråling kan blant annet brukes til å bestråle mat ved at holdbarheten i maten øker, så selve produktet blir ikke bestrålt.

Halveringstid

Halveringstid er den tiden det tar før halvparten av en gitt mengde av et radioaktivt grunnstoff er omdannet til et annet stoff ved stråling fra atomkjernene. For noen radioaktive stoffer er halveringstiden kun noen få sekunder, mens for andre stoffer kan halveringstiden være flere tusen år. Et eksempel er karbon-14 som har en halveringstid på 5730 år. Jo kortere halveringstiden til en isotop er, desto mer radioaktivt er den.

Grunnstoffene universet består av

I de første minuttene etter big bang hadde universet rukket å utvide seg. Selv om temperaturen sank, var den likevel høy og det førte til at noen grunnstoffet ble dannet - i hovedsak hydrogen og helium som var lette grunnstoffer. I dag består universet utelukkende av hydrogen og helium. Ca 73% av atomene i universet er hydrogen, mens helium utgjør 25 %. Siden hydrogen bare har ett proton i kjernen, er dette det enkleste atomet å danne. Helium har derimot to protoner og ett/to nøytroner i kjernen. Derfor finnes det mest hydrogen i universet fordi det er enklere å danne. Og derfor kan man bruke dette som et bevis på at Big-Bang skjedde fordi universet besto omtrent av den samme mengden hydrogen og helium som den gjør i dag.

Bakgrunnsstråling

I og rundt er det radioaktive kjerner som sender ut stråling, dette kalles bakgrunnsstråling. Denne strålingen omringer oss hele tiden, og kommer fra stoffene uran, thorium og radioaktivt kalium. Bakgrunnsstråling er vanligvis lite farlig for helsa. Et unntak er områder med mye stråling fra radongass. Radon avgir alfastråling, og kan blant annet forårsake lungekreft eller andre krefttyper. Tiltak iverksettes ved målinger på over 200 Bq. Og siden radongass er usynlig og luktfri kan man kun påvise den ved hjelp av sievert.

Ioniserende stråling

Ioniserende stråling er stråling med høy energi som kan slå løs elektroner slik at det dannes ioner. Det vil si den har evnen til å fjerne elektroner fra et atom eller molekyl og danne ioner. Eksempler på ioniserende stråling er radioaktiv stråling og noen former for EM-stråling. UVA, UVB og UVC (som kommer fra sola) er også ioniserende.

Bestråling av mat

Man kan bruke energirik gammastråling til å bestråle matprodukter. Selve matvaren blir ikke radioaktiv, men holdbarheten øker. Matvarer som blir bestrålt er blant annet grønnsaker, og frukt. I Norge er det kun lov til å bestråle krydderurter.

Drivhuseffekten

Menneskeskapt drivhuseffekt forsterker den naturlige drivhuseffekten og gir fører derfor til økt global oppvarming. Uten drivhuseffekten ville gjennomsnittstemperaturen på jorda vært ca 18 minusgrader. De viktigste klimagassene er vanndamp, karbondioksid, metan og lystgass. De danner et varmeskjold rundt jorda som bremser utstrålingen av varme fra jorda. Resultatet er at jordoverflaten og luftlaget blir oppvarmet. Klimagassene fører til en varmebalanse (energibalanse) på et høyere temperaturnivå. Denne varmebalansen forskyves på grunn av økt mengde drivhusgasser i atmosfære.

Ozonlaget

Ozonlaget stopper alt UV-C stråling og deler av UV-B strålingen slik at skadelig stråling ikke kommer ned til jordoverflaten. I senere tid har det mediene omtaler som hull i ozonlaget blitt mer vanlig. Slike "hull" oppstår særlig i polområdene. Hull i ozonlaget er egentlig ikke noe hull, men en kraftig fortynning av ozonlaget. Det fører til at mengden ozon blir mindre, slik at mer UV-stråling slipper gjennom atmosfæren og ozonlaget, og ned til jordoverflaten. Dette kan skade livet på jorda. For eksempel kan DNA-et skades, man kan få kreft og et svekket immunforsvar osv. KFK gasser er med på å bryte ned ozon. Siden KFK-gasser har blitt forbudt, har fortynningen av ozonlaget stoppet opp slik at ozonlaget er på bedringens vei, men det vil ta mange tiår før det er gjenoppbygd.

Radioaktiv stråling

Radioaktive stoffer som uran og radium har ustabile atomkjerner. Det vil si at det er en ubalanse mellom antall protoner og nøytroner i kjernen, og dette kalles isotoper. Kjernen ønsker å bli stabil. Strålingen fra slike stoffer fører til endring i oppbygningen av kjernene, og stoffene kan bli spaltet til stoffer med lettere atomer. De nye atomene kan også ha ustabile kjerner og kan derfor spaltes videre til enda lettere atomer, og da får vi en serie av spaltninger. De radioaktive kjernene frigjør energien i form av elektromagnetisk stråling eller i form av partikkelstråling, og det er dette som kalles radioaktiv stråling.

Røngtenstråling

Røngtenstråling er ioniserende stråling med en bølgelengde på omtrent 10 nanometer - 100 nanometer. Røntgenstråler med korteste bølgelengdene kalles harde stråler, og benyttes blant annet til å undersøke metaller. Røntgenstråler med lange bølgelengder kalles bløte stråler, og kan brukes til å ta røntgen-bilder av skjelettet for å se etter beinbrudd eller andre skader ved hjelp av CT eller MR.

Hva er stråling?

Stråling er energi som brer seg fra en strålekilde. Energien i stråling brer seg i form av små energipakker. Disse pakkene er to typer: fotoner (den har ingen masse) og partikler (har en masse). Fotoner finnes for eksempel i lys, mens partikler finnes blant annet i radioaktiv stråling.

Hvordan påvirker UV-stråling oss mennesker?

UVC stråling blir stoppet av ozonlaget, og kan derfor ikke skade oss mennesker fordi denne type strålingen ikke når jorda. Rundt 50% av UVB strålene trenger igjennom ozonlaget og kan derfor påvirke det ytterste hudlaget vårt, og fører til at vi blir solbrente og kan utvikle hudkreft om vi blir eksponert med for mye UVB. All UVA-stråling trenger igjennom ozonlaget og kan føre til skade på DNA-et.

Ultrafiolett stråling (UV-stråling)

Ultrafiolett stråling er energirik stråling som har litt høyere frekvens og kortere bølgelengde enn det synlige lyset, og kalles også for UV-stråling. UV-stråling deles inn i UV-A, UV-B og UV-C etter hvor stor energi den har. Nesten all UV-A stråling og 50% av UV-B stråling slipper igjennom ozonlaget. UV-C stråling blir stoppet av ozonlaget og oksygengass i atmosfæren.

Hvordan kan dopplereffekten brukes til å forklare Big Bang-smellet?

Ved hjelp av dopplereffekten vet man at universet utvider seg fordi de aller fleste stjernene og galaksene er rødforskjøvet som vil si at de beveger seg fra oss. Og siden stjernene beveger seg bort fra oss, er det ett av de viktigste bevisene på Big-bang teorien siden man kan observere at alle stjernene sprer seg fra et samlet punkt, som betyr at universet utvides og det beviser derfor at Big-Bang har skjedd.

Måling av radioaktivitet

Vi kan registrere radioaktiv stråling med en geigerteller. Bequerel måler aktiviteten: antall kjernespaltninger per sekund. 1 Bq = 1 kjernespalting per sekund. Sievert måler "hvor mye stråling vi får i oss", brukes til å måle den biologiske påvirkningen stråling har (skadeeffekt fra ioniserende stråling.)

Bølgelengde

avstanden mellom to bølgetopper. Kort bølgelengde = høy frekvens. Lang bølgelengde = lav frekvens.

Eksempler på elektromagnetisk stråling

røngtenstråling, gammastråling, radiobølger, infrarødstråling og mikrobølger