Anteckningar atomfysik

(1)

(2)

Atomens uppbyggnad

• Atomen består av tre elementarpartiklar: Protoner (+)

Elektroner (-)

Neutroner (neutral)

• Elektronerna rör sig runt kärnan i bestämda banor med så stor hastighet att de bildar ett skal.

• Protoner och neutroner finns i atomkärnan.

• Atomens massa är nästan helt samlad i kärnan och en proton och neutron väger ungefär lika mycket.

• Elektronen väger ca 1800 gånger mindre än en proton.

• Det mesta av en atom är tomrum. Liknelse – Om en atom vore lika stor som globen skulle atomkärnan var stor som ett

(3)

Några begrepp

• Masstal - anger antal protoner och neutroner i atomkärnan. • Atomnummer - anger hur många protoner det är i

atomkärnan.

• Isotop - Det kan finnas olika varianter av ett grundämne och de kallas isotoper. Antalet protoner är desamma men antalet neutroner kan variera.

• Exempel på isotoper av väte. Den vanlig isotopen har ingen neutron, deuterium har en neutron och tritium har två

neutroner i kärnan.

• Atommassa - är medelatommassan för blandningen av de förekommande isotoperna av ett grundämne. Atommassa anges i atommassaenheten, u.

He

4 2 H 1 1 H 2 1 H 3 1

(4)

Elektronbanor

Elektroner cirkulerar runt atomkärnan i skal. Om

man tillför energi till en atom kan en elektron

hoppa mellan olika skal. Atomen blir instabil.

När elektronen har möjlighet hoppar den

tillbaka till sitt ursprungsskal. Då frigörs det

energi i form av strålning. Ljusblixten kallas

foton. Det blir olika ljus beroende på vilka skal

elektronen hoppar emellan (se bild s. 207).

(5)

Elektromagnetiska vågor

• Ljus består av elektromagnetiska vågor. Olika

våglängder ger olika ljus. Det är bara vissa

våglängder vi kan se.

• Infraröd strålning är värmestrålning och har

längre våglängd än synligt ljus och ultraviolett

strålning har kortare våglängd (se bild s. 210).

• Infraröd strålning ger oss värme och

(6)

Röntgenstrålning

• Röntgenstrålning upptäcktes av Willhelm Röntgen

1895.

• En röntgenapparat är en sorts kamera som både

sänder ut och fångar upp röntgenstrålning.

• På sin väg tränger strålningen igenom allt i

kroppen. Olika delar av kroppen fångar dock upp

strålningen olika mycket. Skelettet fångar upp

mest strålning och blir därför ljus på

röntgenbilden.

• Röntgen används till att undersöka benbrott och

sprickor i balkar och svetsfogar.

(7)

Radioaktivitet

• Av en slump upptäckte Henri Bequerel radioaktivitet år 1896. • Strålning kan uppkomma när elektroner hoppar mellan skal

men den kan också uppkomma i atomens kärna.

• Strålningen uppkommer hos isotoper av grundämnen där kärnan innehåller för mycket energi. Då blir den instabil och vill göra sig av med sin energi för att komma i balans. Strålning sänds då ut från kärnan, man säger att kärnan sönderfaller. • Det finns tre olika typer av strålning:

Alfastrålning Betastrålning Gammastrålning

(8)

Alfastrålning

• Alfastrålning består av positiva alfapartiklar,

𝐻𝑒

2

4

_{, α}

• När ett ämne sönderfaller skjuts då en

alfapartikel ut och ett nytt ämne bildas.

• Ex.

238₉₂

𝑈

->

234₉₀

𝑇ℎ

+ 𝐻𝑒

₂4

(9)

Betastrålning

• Betastrålning, β består av negativt laddade

elektroner.

• I kärnan finns inga elektroner men då omvandlas

en neutron i kärnan till en proton och elektron.

• Då kan elektronen lämna kärnan och sänder då ut

betastrålning.

• Vi får ett nytt ämne med ökat antal protoner i

kärnan.

• Alfa- och Betasönderfallen fortgår så länge det

finns icke stabila kärnor kvar. Efter en serie

sönderfall får man kvar en blyatom från den

ursprungliga uranatomen.

(10)

Gammastrålning

• Vid en del sönderfall bildas det en annan typ

av strålning och den kallas för

gammastrålning, γ

• Denna strålning är inte partiklar utan en

elektromagnetiskstrålning.

• Efter vissa alfa- och betasönderfall finns det så

mycket energi kvar i kärnan. Den är så

(11)

Hur långt når strålningen?

• Den strålning som uppkommer i samband med olika

sönderfall har olika förmåga att tränga igenom olika ämnen. • Alfastrålning – 5 cm i luft kan stoppas med ett papper.

Alfastrålning har en kort räckvidd.

• Betastrålning – Kan stoppas av en 1 cm tjock plexiglasskiva. • Gammastrålarna är svåra att stoppa men det som stoppar

(12)

Joniserande strålning

• Strålning kan slå bort elektroner från atomer

inne i våra celler så att de förvandlas till joner.

• Då säger man att strålningen är joniserande.

• Jonerna i cellerna kan börja fungera

annorlunda än de vanliga atomerna.

• Det blir allvarligt om det är i generna. Då kan

det leda till cancer och andra sjukdomar.

• Joniserande strålning kan också användas för

att medvetet skada celler, tex cancerceller.

(13)

Halveringstid

• Alla radioaktiva ämnen är instabila.

• Det betyder att de sönderfaller efter hand.

• Det går inte att säga när ett visst ämne sönderfaller för

det sker slumpvis men man kan beräkna när hälften av

alla atomer har sönderfallit.

• Detta kallas för halveringstid.

Ex.

Po – 210

138 dygn

Pb

22 år

U - 238

4,5 miljarder år

• Varje radioaktivt ämne har sin egen halveringstid. Ju

längre halveringstiden är desto mindre aktivitet har

ämnet dvs. strålningen från ämnet blir lägre.

• Aktiviteten mäts i becquerel (Bq).

(14)

Kol-14 metoden

• Grundämnet kol har en isotop som heter kol-14.

• Det är ett radioaktivt ämne. Så länge en organism är levande tar den hela tiden upp kol från luften och då är halten av kol-14 konstant.

• Dör organismen börjar halten kol-14 att minska i takt med att dessa atomer sönderfaller.

• Halveringstiden för kol-14 är 5600år.

• Om man vill datera gamla föremål av organiska ämnen använder man sig av kol-14 metoden.

• Ska man t.ex. datera ett träföremål undersöker man först aktiviteten hos färskt trä och jämför med aktiviteten i det gamla föremålet. Då får man reda på hur mycket kol-14 det är kvar i det gamla föremålet. Om 80% av kol-14 finns kvar så är det gamla föremålet ca 2000år.