Vi består alla av atomer

Storlek: px
Starta visningen från sidan:

Download "Vi består alla av atomer"

Transkript

1 0 Radioaktivitet Vad är en nukleon? Är det farligt att bli röntgad? Vad är joniserande strålning? ur fungerar en brandvarnare? Varifrån kommer energin i en kärnreaktor?

2 Vi består alla av atomer undratals tonåringar på koncert, ett fång prästkragar i lantlig miljö, en gammal segelbåt på havet och en lång, ödslig korridor verkar inte ha mycket gemensamt. Men det har de faktiskt de består alla av atomer. I naturen förekommer högst olika slags atomer, varav en del är utomordentligt sällsynta. Det är fantastiskt att det av så få olika byggstenar kan bildas fenomen som tar sig så olika skepnader. Väteatomen har en proton i atomkärnan, medan heliumatomen har två protoner och två neutroner. Atomkärnan Eftersom grundämnenas kemiska egenskaper i stort sett beror av elektronskalen, är atomkärnan i stort sett ointressant för kemisten. För fysikern är kärnan mer intressant nästan hela atomens massa (och därmed energi) finns samlad i kärnan. Atomkärnan består av protoner (laddning +e), och neutroner (laddning 0). Runt atomkärnan finns elektronerna (laddning -e). Radioaktivitet Författarna och Zenit AB

3 Atomens beståndsdelar Partikel Massa Diameter Proton,00 u 0 - m Neutron,00 u 0 - m Elektron, 0 - u < 0 - m u d u d d d Neutronen, till vänster, är uppbyggd av en upp- och två nerkvarkar (u resp. d), medan protonen är uppbyggd av en neroch två uppkvarkar. Den universella massenheten, u, används ofta i atomernas värld. Definitionen av u är att det är / av massan hos en - atom, dvs. en kol atom med sex protoner, sex neutroner och sex elektroner: u,.0 - kg Författarna och Zenit AB u u u d u d Elementarladdningen, e=,0.0 -, är den minsta laddning som kan existera fritt. Protonernas och neutronernas egenskaper kan förklaras genom att anta att de är uppbyggda av kvarkar. Kvarkar har laddningar som är mindre än elementarladdningen. Eftersom en kvark aldrig kan förekomma ensam är e den minsta möjliga fria laddningen. Kvarkar förekommer alltid minst parvis och de är inte möjliga att separera. Detta kan låta orimligt, men du kan tänka dig att kvarkarna är som två kulor fastsatta i var sin ände på ett gummiband. Ska du försöka isolera någon av kvarkarna måste du dra dem från varandra så att gummibandet brister. För att göra detta krävs en viss energi, vilken lagras i gummibandet. Om det är tillräckligt svårt att spränga bandet, blir energin mycket stor. I fallet med kvarkarna blir energin så stor att det bildas nya kvarkar då bandet mellan två kvarkar brister. Så vitt vi vet är vår omgivning, dvs. all vanlig materia, uppbyggd av endast två kvarkar, upp-kvarken och ner-kvarken. I experiment har man dock påvisat alla de sex kvarkar som teoretiska fysiker förutspått. harm-, topp-, sär- och bottenkvarkarna existerar bara vid de extrema förhållanden som en gång rådde vid universums skapelse och som i dag skapas i stora partikelacceleratorer. Grundämnen och isotoper Atomkärnan byggs upp av positivt laddade protoner och neutrala neutroner. Om två atomkärnor har samma antal protoner sägs de tillhöra samma grundämne. Antalet neutroner i kärnan kan däremot vara olika. Atomkärnor av samma grundämne, men med olika antal neutroner kallas isotoper (av grekiskans isos = samma och topos = plats) eftersom de finns på samma plats i det periodiska systemet. Ofta anges atomkärnan för ett godtyckligt ämne X som: A Z X där Z är grundämnets atomnummer, antalet protoner i kärnan, och A är summan av antalet protoner och neutroner, det s.k. masstalet. En gemensam beteckning för protoner och neutroner är nukleoner eftersom dessa partiklar förekommer i kärnan (av latinets nucleus = kärna). A kallas därför också nukleontal. Ordet masstal kommer av att neutronens och protonens massa är väldigt nära u. Därför är massan av t.ex. en kärna med nukleoner väldigt nära u. Radioaktivitet 0 S

4 Tre isotoper av samma grundämne, väte. kallas också för tungt väte eller deuterium, medan kallas supertungt väte eller tritium. Antalet neutroner i kärnan betecknas med N. För en given atomkärna gäller alltså att: A = Z + N I ett kärnkraftverk används vanligen U som bränsle. U betecknar uran, är urans atomnummer och är antalet nukleoner. Antalet neutroner i kärnan är då: N = A Z = = Isotopen består alltså av nukleoner ( protoner och neutroner.) Ett visst grundämnes atomer har alltid samma antal protoner, men inte nödvändigtvis samma antal neutroner i kärnan. Därför kan man utelämna Z, men inte A när man anger en atomkärna. Du skulle lika gärna kunna beteckna kärnan med U, U- eller uran. För att sedan få reda på antalet protoner måste du dock leta upp uran i ett periodiskt system. I naturen finns det ungefär 0 olika stabila kärnor och några få instabila. Ett par tusen instabila kärnor har framställts på konstgjord väg. EXEMPEL ur många protoner och neutroner innehåller kärnan hos isotopen O? Symbolen O betecknar syre. Om du tittar i periodiska systemet har syre atomnumret, vilket innebär att syreatomen innehåller protoner. Masstalet är, vilket innebär att atomkärnan innehåller nukleoner. Antalet neutroner är då: N = A Z = = Svar: Atomkärnan består av protoner och neutroner. EXEMPEL Klor förekommer naturligt huvudsakligen som l och l. a) Vilken atomvikt skulle det ungefär ge för klor om du antar att båda isotoperna är lika vanliga? b) Slå upp atomvikten för klor i formelsamlingen. Vilken slutsats kan du dra av detta? a) Massan för klor- bör ligga nära u och för klor- bör den vara nära u. Om båda isotoperna är lika vanliga bör klors atomvikt vara ungefär u. b) Ur formelsamlingen får vi att atomvikten för klor är, u, vilket innebär att klor- måste vara vanligare än klor-. Svar: a) Atomvikten borde vara ungefär u. b) Klor- är vanligare i naturen än klor-. Lös uppgifterna på sidan Radioaktivitet Författarna och Zenit AB

5 Repulsionskraften mellan två protoner som funktion av avståndet mellan dem. Atomkärnans uppbyggnad Det är överraskande att en atomkärna kan hålla samman. Protonerna är ju positivt laddade partiklar, vilka repellerar varandra på grund av den elektriska laddningen. Enligt oulombs lag minskar denna kraft när avståndet mellan laddningarna ökar. F N avstånd fm Varje proton i kärnan känner därför av den repellerande kraften från alla andra protoner i kärnan. Om inga andra krafter verkade mellan nukleonerna skulle detta innebära att atomkärnan skulle brytas sönder. Därför förstod man tidigt att det även måste finnas en attraherande kraft mellan nukleonerna, en kraft av en helt annan karaktär än den repellerande elektriska kraften. Denna kraft kallas för den starka kraften eller kärnkraften (en sällan använd beteckning eftersom den i vardagsspråket har en helt annan betydelse). Den starka kraften har mycket kort räckvidd och verkar mellan nukleoner som ligger intill varandra i atomkärnan, alltså mellan proton proton, neutron neutron eller proton neutron. Om avståndet mellan två nukleoner är mindre än ca.0 - m ( fm) blir den starka kraften mycket större än den repellerande elektriska kraften. I mycket små atomkärnor befinner i stort sett varje nukleon sig så nära alla de andra nukleonerna i kärnan att alla nukleoner påverkar varandra med den starka kraften. Är atomkärnan större påverkas bara näraliggande nukleoner av den starka kraften, eftersom dess räckvidd är liten. Alla protoner märker dock av den repellerande elektrostatiska kraften från alla andra protoner i kärnan. 0 S Författarna och Zenit AB Radioaktivitet

6 Det är här neutronerna har en viktig roll. Genom att kärnan innehåller neutroner ökas medelavståndet mellan protonerna, vilket innebär att de elektrostatiska krafterna minskar och blir mindre än den starka kraften som verkar mellan intilliggande nukleoner. I mindre atomkärnor räcker det med ungefär lika många neutroner som protoner för att kärnan ska vara stabil. Ju större kärnan blir, desto större andel neutroner krävs för att stabilisera kärnan. När kärnan når en viss storlek kan stabilitet inte uppnås, vilket gör kärnorna naturligt instabila. Dessa kärnor sönderfaller och ger upphov till radioaktivitet. Alla grundämnen har instabila isotoper, men det finns många grundämnen som har flera stabila isotoper. Atomkärnornas uppbyggnad är mycket komplicerad. För att få en fullständig förståelse behövs en särskild, mycket matematisk, mekanik, den så kallade kvantmekaniken. Gravitation och atomkärnan Alla kroppar attraherar varandra genom gravitation, vilken orsakar tyngdkraften. Även protonerna i atomkärnan attraherar varandra på detta sätt. Gravitationen är en av de fyra fundamentala krafterna, vilket innebär att den inte kan återföras på någon annan naturkraft. F 0 - N Gravitationskraften mellan två protoner som funktion av avståndet. Jämför skalan på y-axeln med diagrammet på föregående sida. avstånd fm Radioaktivitet Författarna och Zenit AB

7 EXEMPEL Undersök hur förhållandet mellan neutroner och protoner ändras då atomkärnorna blir större. Man kan spekulera över om gravitationen skulle kunna hålla samman atomkärnan. Grafen på förra sidan visar hur gravitationskraften mellan två protoner beror på avståndet mellan dem. Du ser att på ett avstånd på fm är gravitationskraften mindre än 0 - N. Jämför du detta med coulumbkraften ur diagrammet på sidan ser du att motsvarande coulumbkraft är ca 0 N. Gravitationen är således helt försumbar när man betraktar atomkärnan. Nuklidkartan Inom kemin är det periodiska systemet ett viktigt instrument för att få en snabb överblick över viktiga kemiska egenskaper hos grundämnena. På samma sätt kan man använda en nuklidkarta för att se viktiga egenskaper hos atomkärnorna. På nästa uppslag finns en nuklidkarta. En nuklidkarta är ett diagram där atomnumret ritas som funktion av antalet neutroner i kärnan. Varje atomkärna ritas som en liten kvadrat. Kvadrater i samma vågräta rad har samma antal protoner och är isotoper av samma grundämne. En stabil kärna markeras med en svart kvadrat. Instabila kärnor sönderfaller på ett eller annat sätt och utsänder olika slags strålning. Genom att låta isotoperna få olika färg beroende på vilken sorts strålning de sänder ut kan man snabbt få en överblick över kärnornas egenskaper genom att titta i nuklidkartan. De olika sorternas strålning beskrivs mer detaljerat senare i kapitlet. Ur formelsamlingen ser du att den vanligaste väteisotopen är. Denna innehåller alltså endast en proton. Tittar du på tyngre kärnor innehåller dessa en allt större andel neutroner. Nuklid O Fe u 0 Pb Pu Z N 0 0 N/Z 0,0,0,,,, Svar: Andelen neutroner blir större med växande atomnummer. 0 S Lös uppgifterna på sidan Författarna och Zenit AB Radioaktivitet

8 Ununnilium 0 Mt Meitnerium 0 s assium 0 Ns Nielsbohrium 0 Unnilhexium 0 a ahnium 0 Ku Kurchatorium 0 Lr Lawrencium 0 No Nobelium 0 Md Mendelevium 00 Fm Fermium Es Einsteinium f alifornium Bk Berkelium m urium Am Americium Pu Plutonium Np Neptunium U Uran Pa Protactinium 0 Th Torium Ac Actinium Ra Radium Fr Francium Rn Radon At Astat Po Polonium Bi Vismut Pb Bly Tl Tallium 0 g Kvicksilver Au Guld Pt Platina Ir Iridium Os Osmium Re Rhenium W Volfram Ta Tantal f afnium Lu Lutetium 0 Yb Ytterbium Tm Tulium Er Erbium o olmium Dy Dysprosium Tb Terbium Gd Gadolinium Eu Europium Sm Samarium Pm Promethium 0 Nd Neodym Stabil nuklid a b +,E.. b Spontan fission N Z Radioaktivitet Författarna och Zenit AB

9 0 S Författarna och Zenit AB Radioaktivitet

10 Joniserande strålning Du har sett att många atomkärnor är instabila. Man kallar dessa kärnor för radioaktiva, vilket innebär att de sänder ut någon sorts strålning. Denna strålning kan antingen bestå av partiklar eller av elektromagnetisk strålning. Ofta sänds bådadera ut vid sönderfallen. Strålningen från radioaktiva kärnor kan delas in i tre olika typer, vilka av historiska skäl kallas för α-strålning, β-strålning och γ-strålning. α- och β- strålning består av partiklar, medan γ-strålningen är elektromagnetisk. Dessa tre sorters strålning är alla mycket energirika och kan slå ut elektroner från atomer och molekyler så att det bildas joner. Därför kallas ofta α-, β- och γ-strålning för joniserande strålning. + Joniserande strålning träffar en vattenmolekyl. Det bildas en O + -jon och en fri elektron. e - Att detektera joniserande strålning Ordet detektera betyder att påvisa. En detektor är ett instrument som kan påvisa existensen av något. Det är nödvändigt att konstruera speciella apparater för att detektera joniserande strålning, eftersom vi inte kan upptäcka den med våra sinnen. Det mest kända instrumentet för att detektera joniserande strålning är GM-röret, Geiger Müller-röret. Detta består av ett slutet metallrör som innehåller en gas under lågt tryck. I ena änden är röret förslutet med material som joniserande strålning lätt kan tränga igenom, t.ex. ett fönster av glimmer, ett mineral som finns i granit. Längs rörets axel ligger en metalltråd som är elektriskt isolerad från rörets väggar. En hög spänning läggs över röret mellan tråden och väggarna (ca 00 V). Om det kommer in en partikel eller en γ-foton kommer några av gasens molekyler att joniseras och det bildas laddade partiklar. Om tråden är positivt laddad kommer negativt laddade partiklar att dras till tråden, medan positivt laddade partiklar dras mot rörets väggar. 0 Radioaktivitet Författarna och Zenit AB

11 GM-rör Förstärkare Ett GM-rör är mycket känsligt för - och -strålning, men reagerar även för -strålar. När en foton träffar insidan frigörs en sekundär elektron som dras mot den positiva metalltråden. Experiment Mätning av bakgrundsstrålningen Anslut ett GM-rör till en pulsräknare. Låt den stå på några minuter och låt räkneverket registrera antalet pulser under t.ex. 0 s. Blir resultatet detsamma om mätningen upprepas? Placera mätaren någon annanstans, t.ex. utomhus, och upprepa försöket. Vad händer? Testa också med att sätta röret nära en brandvarnare eller att placera en gammal klocka med självlysande visare framför röret. Glimmerfönster 00 V Under sin väg mot tråden eller väggen stöter dessa partiklar till och joniserar ytterligare partiklar ur gasen. Resultatet blir en lavin av laddade partiklar i röret. Det kommer därför att bli en kortvarig strömpuls i kretsen, en ström som orsakar en spänningspuls över resistorn R i figuren ovan. Denna elektriska signal kan sedan förstärkas och antingen höras som ett bip i en högtalare eller registreras av en räknare, eller bådadera. ela uppställningen kallas vanligtvis för en Geigerräknare. GM-röret är mycket känsligt för a- och b-strålning, som är partikelstrålning. Vid γ-strålning växelverkar fotonerna inte speciellt bra med gasen, utan deras joniserande förmåga beror framför allt på att de kan frigöra elektroner från metallrörets innerväggar. De frigjorda sekundärelektronerna far sedan in mot tråden. Processen med att frigöra sekundärelektroner är inte särskilt effektiv och man räknar med att GM-röret bara registrerar ca en procent av de γ-fotoner som far in genom GM-rörets fönster. + R S Författarna och Zenit AB Radioaktivitet

12 Bakgrundsstrålning Strålning finns, helt naturligt, överallt omkring oss. Denna strålning kallas för bakgrundsstrålning och kommer bl.a. från marken, atmosfären och kosmisk strålning, från byggnadsmaterial och från maten du äter. Kosmisk strålning är partiklar som kommer in i jordens atmosfär från universum (framför allt från solen). Bakgrundsstrålningen kan detekteras med ett GM-rör. Radioaktiva sönderfall sker helt slumpmässigt och därför ger två mätningar inte samma resultat. För att mäta bakgrundsstrålningen gör man en mätning under lång tid och beräknar ett medelvärde på hur många sönderfall som registreras. Energier vid radioaktiva sönderfall Vad är det då som gör att vissa kärnor sönderfaller, medan andra är stabila? För att förstå detta ska vi titta på vad som händer när den fasta metallen radium, Ra, sönderfaller till två ädelgaser. Den mest stabila isotopen av radium består av protoner och neutroner. Denna är dock inte stabil utan sönderfaller genom att bilda en heliumkärna, e, och en radonkärna, Rn. Eftersom heliumkärnan består av två protoner och två neutroner blir det kvar protoner och neutroner. Sönderfallet kan skrivas på följande sätt: Ra Rn + e Ur formeln framgår att det finns lika många partiklar i höger- och vänsterledet. Om du tittar på partiklarnas massor i nuklidtabellen på sidan ser du att: Ra m Ra =,00 u Rn m Rn =,00 u e m e =,000 u m Rn + m e =,00 u +,000 u =,00 u Den sönderfallande kärnan, här Ra-, kallas för moderkärna och sönderfallsprodukten, Rn-, för dotterkärna. Observera att nuklidmassorna anger massan för kärnan och samtliga elektroner. I exemplet spelar detta ingen roll, eftersom båda leden innehåller elektroner. Radioaktivitet Författarna och Zenit AB

13 Experiment Massdefekt Välj ett eller flera atomnummer mellan och. Ta reda på massan för en stabil isotop (om det finns någon) med detta atomnummer. Dessa nuklidmassor hittar du i tabellen på sidan. Jämför du massan efter sönderfallet med massan hos den kärna du började med, Ra, ser du att resultatet är att det försvunnit massa. Relativitetsteorin säger att massa och energi är ekvivalenta. Vad som hänt är alltså att en del massa omvandlats till energi. Denna energi blir rörelseenergi hos de bildade kärnorna. Som alla andra spontana processer i naturen är radioaktivt sönderfall en följd av en strävan efter att uppnå ett så energimässigt gynnsamt tillstånd som möjligt. I reaktionen ovan sönderfaller radiumkärnan eftersom en radonkärna och en heliumkärna är energimässigt gynnsammare. Vi ska nu titta på storleken på den frigjorda energin. Först beräknas den massa som frigjorts. Ur tabell får du att u =,0.0 - kg. Vid sönderfallet frigörs alltså:,00 u,00 u = 0,00 u =,.0-0 kg Det motsvarar en energi som är: W = m. c =,.0-0 kg. (,. 0 m/s) =,0.0 - J Denna energi frigörs vid sönderfallet och blir rörelseenergi hos radonkärnan och hos heliumkärnan. Dividera kärnans massa med antalet nukleoner. Rita ett gemensamt diagram för hela gruppen över den erhållna massan per nukleon som funktion av atomnumret. Vilken slutsats kan du dra av diagrammet? Atomkärnornas massor är förklaringen till att kärnorna inte spontant delas i sina beståndsdelar. Om du t.ex. betraktar Ra, vars sönderfall vi tidigare studerade, kan du jämföra nuklidmassan,,00 u, med massan hos dess beståndsdelar. Vid denna jämförelse måste du komma ihåg att nuklidmassan är atomens massa, dvs. att även elektronerna måste tas med. Eftersom Ra- innehåller protoner och elektroner och neutroner, blir den sammanlagda massan av beståndsdelarna:.,00 u +. 0,000 u +.,00 u = =, u 0 S Författarna och Zenit AB Radioaktivitet

14 Skillnaden mellan beståndsdelarnas massor och atommassan är: (,,00) u =, u Relativitetsteorin ger då:, u., kg/u. (,. 0 m/s) =,. 0-0 J Detta är den energi som frigörs om en radiumkärna skulle bildas av sina beståndsdelar eller den energi som krävs för att slå sönder en radiumkärna i sina beståndsdelar. Detta kallas för kärnans bindningsenergi. Massdifferensen, här, u, kallas massdefekt. För att ta reda på vilka kärnor som är mest stabila kan man titta på kärnornas massdefekt. Du såg tidigare att även om Ra- inte spontant kan sönderdelas i sina beståndsdelar, finns det en möjlighet för den att sönderfalla till Rn- och e-. För att få en uppfattning om kärnans stabilitet kan man därför titta på dess massa per nukleon. Gör man detta för ett antal olika kärnor och ritar massan per nukleon som funktion av atomnumret får man följande graf: Ritas massan per nukleon som funktion av atomnumret ser vi ett minimum ungefär Z= (järn). Denna kärna har minst massa per nukleon och således störst bindningsenergi per nukleon. massa per nukleon/u,00,00,00,00,00,00,00,00,00,000 0, 0, Atomnummer Tänk på att det finns flera olika isotoper för varje grundämne. I diagrammet ovan har den stabilaste isotopen valts. Radioaktivitet Författarna och Zenit AB

15 EXEMPEL ur mycket energi frigörs då tre e slås samman till? Du ser att massan per nukleon sjunker då man går från de riktigt lätta grundämnena till ca atomnummer (järn). Därefter stiger det igen. Det innebär att produkten, efter att två lätta atomkärnor smält samman kommer att ha lägre massa per nukleon. Eftersom antalet nukleoner är olika stora har den totala massan minskat och energi har frigjorts. Denna process kallas fusion. I solen slås vätekärnor samman till helium och den frigjorda energin strålar ut från solen. Du ser ur diagrammet att detta kan fortsätta, dvs. heliumkärnor kan slås samman och bilda tyngre kärnor. Detta sker inte i vår sol, men i vissa andra stjärnor. Nettoprocessen är att tre e-kärnor slås samman till. Sammanslagningen av e till kan skrivas som : e Båda leden innehåller protoner och neutroner. Du kan räkna direkt med nuklidmassorna utan att subtrahera elektronerna, eftersom det finns elektroner i båda leden. Ur tabell får du: m e =,000 u m =, u. m e m = (.,000,000000) u = 0,000 u Vid kärnreaktionen omvandlas en del av heliumatomernas massor till rörelseenergi hos den bildade kolkärnan. Energins storlek kan beräknas som: 0,000 u = 0,000., kg/u =,. 0 - kg W = m. c =,. 0 - kg. (,. 0 m/s) =,. 0 - J Svar: Det frigörs, pj. Anmärkning: Detta kan tyckas vara en försumbar energi, men eftersom g helium innehåller.0 heliumatomer skulle man teoretiskt kunna få ut:. 0.,. 0 - J =. 0 J Fusion av g helium motsvarar förbränningen av 00 kg olja. 0 S Författarna och Zenit AB Radioaktivitet

16 u motsvarar MeV De energimängder som omsätts i atomernas värld är mycket små. Det är därför praktiskt att använda sig av enheten elektronvolt, ev. Som du minns är: ev =, J Vid kärnreaktioner räknas partiklarnas massor i den universella massenheten, u: u =, kg Med Einsteins formel kan man beräkna energin som motsvarar massan u som: W = m. c =, kg.. (,. 0 m/s) =,. 0-0 J =,. 0 ev = MeV Vid radioaktiva sönderfall är alltså den omsatta energin ofta av storleksordningen miljoner elektronvolt, MeV. Problemet är att få vätekärnorna att komma tillräckligt nära varandra för att kunna reagera. För att detta ska inträffa krävs mycket höga hastigheter hos kärnorna och därmed hög temperatur. För att vätekärnor ska kunna reagera krävs en temperatur högre än en miljon grader (0 K). Eftersom e-kärnor både är tyngre och har större laddning krävs det ännu högre temperatur för denna process, över hundra miljoner grader (0 K). Den höga temperatur som krävs är orsaken till att denna process inte sker i solen i dag. I diagrammet ser du att sammanslagningen av atomkärnor kan fortsätta fram till dess att järn har bildats. För varje steg uppåt krävs allt högre temperaturer, eftersom kärnor med allt större massa och laddning ska bringas nära varandra. Detta sker kontinuerligt i stjärnor som har högre temperatur än solen. Eftersom endast grundämnena väte och helium bildades vid Big Bang har alla tyngre grundämnen bildats på annat sätt. ur kan då ämnen tyngre än järn bildas sammanslagningen frigör ju inte, utan kräver i stället energi. För att förstå detta måste vi titta på stora stjärnors kaotiska slutskede. Syntes av grundämnen tyngre än järn sker nämligen då en stor stjärna exploderar som en supernova. Då frigörs enorma mängder energi. En del av denna energi används för syntes av tunga grundämnen. Alla atomer i din kropp och i din omgivning som är tyngre än helium har alltså bildats i en stjärna och alla atomer tyngre än järn har bildats i en supernova! Lös uppgifterna på sidan Kärnkraftverk Du har nu sett hur energi frigörs genom att lätta kärnor slås samman till tyngre och konstaterat att detta fungerar så länge massan per nukleon minskar (nedåt i diagrammet på sidan 0). Det finns ytterligare en möjlighet att frigöra energi. Om man startar med en tung kärna och delar denna i två mindre frigörs energi, eftersom massan per nukleon blir lägre när man går åt vänster från tunga kärnor. Denna process kallas fission och utgör energikällan i ett kärnkraftverk. För att utnyttja detta i stor skala är uranisotopen U- särskilt lämplig Radioaktivitet Författarna och Zenit AB

17 Om en U--kärna träffas av en neutron som rör sig långsamt är sannolikheten att den ska fångas in av U--kärnan stor, och en U--kärna bildas. Så snart denna uranisotop bildats, börjar kärnan att vibrera häftigt. Vibrationerna blir så kraftiga att kärnan delas i två delar. Vad som bildas kan inte förutsägas, men oftast bildas två ungefär lika stora kärnor. Dessutom frigörs ett antal neutroner med hög energi. Ett exempel på en vanlig klyvning är: U + n U Kr + Ba + n men det finns en mångfald andra, t.ex: U- U- U- U- U- 0 U + n U Sr + Xe + n Vid dessa båda reaktioner har det bildas två nya kärnor, fissionsfragment, och ett antal neutroner. U- Vid varje kärnklyvning frigörs två till tre neutroner. Om mängden uran är tillräckligt stor kan dessa neutroner fångas in och ge upphov till nya fissioner. Om mängden uran är alltför stor sker istället reaktionen exponentiellt och kan på kort tid få ett explosivt förlopp. Den mängd uran som behövs för ett sådant kritiskt förlopp är fem kg. I en reaktor är det därför viktigt att man har full kontroll över kedjereaktionen, så att antalet fissioner hålls konstant. Att det utvecklas energi vid fission beror på att den samlade massan hos alla fissionsfragmenten (inklusive neutronerna) är mindre än massan hos den U--kärna vi startade med. Mängden frigjord energi kan beräknas med Einsteins ekvation: W = m c 0 Energin som frigöres vid fission av en U--kärna är ungefär 00 MeV. Energienheten ev är praktisk i atomära sammanhang. ev är detsamma som den energi som en elektron får då den accelereras av en spänning på V. Eftersom energin kan beräknas ur W = q U, blir resultatet: W = e U =,0 0 - J =,0 0 - J S där e är elektronens laddning. Alltså gäller att: ev =,0 0 - J Författarna och Zenit AB Radioaktivitet

18 Reaktorn I reaktorn ser man till att på olika sätt hålla antalet kärnklyvningar konstant. Kylvattnet spelar en stor roll, men även kärnbränslets placering, styrstavarna och proportionen av de olika uranisotoperna har betydelse. Vanligen används anrikat uran där halten U- har höjts till ca % (naturligt förekommande uran har en halt av ca 0, % U-). Resterande del består av U-. Det är endast U- som ger upphov till fission med långsamma neutroner. Isotopen U- kan också fånga in neutroner men U- är inte klyvbar, utan sönderfaller på annat sätt. kondensor kontrollstavar uranstänger Kärnkraftverket i Forsmark. Reaktor Principskiss över reaktor ånggenerator kylvatten turbin Merparten av den energi som frigörs vid fissionsprocessen blir rörelseenergi hos neutronerna, som får hög fart. Uranstavarna omges därför av vatten, som fungerar som moderator, dvs. bromsar in neutronerna. Vattnet värms upp av neutronerna vid inbromsningen och bildar den vattenånga som krävs för att driva turbinerna. Att neutronerna saktar in är nödvändigt för att de ska kunna fångas in av en ny U--kärna. För att kontrollera processen måste man ha något som kan fånga in överskottsneutronerna. Det frigörs ju två till tre neutroner i snitt vid varje fission och endast en ska träffa en ny U- kärna. Därför har man kontrollstavar mellan uranstavarna som består av material som kan fånga in långsamma neutroner. Om kontrollstavarna sänks ned djupare mellan uranstavarna, fångas fler neutroner upp och kärnreaktionernas hastighet minskar. EXEMPEL Beräkna hur stor energi som frigörs vid reaktionen: 0 U + n U Sr + Xe + n De sammanlagda massorna före reaktionen är: Före:, u +,00 u =,00 u Efter:, u +,0 u +,00 u =,0 u Massförlusten och den frigjorda energin är alltså: (,00-,0) u = 0,u = 0,, MeV MeV Svar: Det frigörs MeV. Lös uppgifterna på sidan Radioaktivitet Författarna och Zenit AB

19 Partikelkonst. Bilden visar färglagda partikelbanor i en bubbelkammare. Experiment Olika sönderfallstyper För att undersöka de olika radioaktiva sönderfallstyperna kan du låta strålningen passera genom ett starkt magnetfält. Placera två pol-skor med spetsar på en elektromagnet så att ett starkt magnetfält kan bildas mellan spetsarna. Stäng av strömmen så att magnetfältet blir försumbart. Placera ett -preparat på ena sidan gapet och ett GM-rör på den andra, med ett mycket litet avstånd Radioaktiva sönderfall mellan GM-röret och preparatet. Mät antalet pulser. Slå därefter på strömmen så att strålningen måste passera genom magnetfältet. Flytta GM-röret för att försöka detektera hur strålningen har böjts av. Vad säger detta om -strålningen? Upprepa försöket med - och -preparatet. Vad händer? Om du undersöker de olika strålningstyperna ser du att de uppträder helt olika om de får passera genom ett magnetiskt fält. a-strålning och b-strålning avböjs åt olika håll, medan γ-strålning inte påverkas av magnetfältet. Av detta kan man dra slutsatsen att a- och b-strålning består av laddade partiklar, medan γ-strålningen är neutral. Genom att titta på hur a- och b-strålningen avböjs ser du att a-strålning består av positiva partiklar och b-strålning av negativa. 0 S Författarna och Zenit AB Radioaktivitet

20 Z Ra- a Rn- När en Ra-kärna sönderfaller, sänder den ut en -partikel och övergår till en Rn-kärna. Rn Ra N -sönderfall innebär att kärnan förlorar två protoner och två neutroner. Alfasönderfall Efter upptäckten av radioaktivitet dröjde det till 0 innan fysikern Ernest Rutherford kunde visa att den typ av strålar som kallats a-strålar avböjs i magnetfält och att de har positiv laddning. 0 genomförde Rutherford, tillsammans med Geiger, en serie experiment som visade att a-partiklarnas laddning är +e. Eftersom han också kunde beräkna deras massa, blev han allt mer övertygad om att a-partiklar var detsamma som helium. Detta bevisades slutligen 0, när ett experiment visade att det bildas helium i en sluten behållare när a-strålning skickas in i den. Vid a-sönderfall gör sig alltså kärnan av med två protoner och två neutroner, vilka sänds ut som en a-partikel, dvs. en heliumkärna. Man skriver därför ofta a-partikeln som e. Du har tidigare sett detta sönderfall beskrivet i samband med energiberäkningen. Vi kan nu skriva sönderfallet: Ra Rn + a Ädelgasen radon, Rn-, är också instabil och sönderfaller i sin tur vidare. För alla radioaktiva sönderfall gäller två enkla bevaranderegler: Antalet nukleoner efter en kärnreaktion är alltid lika stort som före reaktionen. Den samlade laddningen efter en kärnreaktion är alltid samma som före reaktionen. Vid ett a-sönderfall minskar alltid moderkärnans atomnummer med två. Eftersom antalet neutroner också minskas med två innebär det att moderkärnans masstal minskar med fyra. I nuklidkartan kan du alltså hitta dotterkärnan genom att flytta två steg nedåt och två steg åt vänster från moderkärnan. I nuklidkartan visas a-sönderfall med en gul kvadrat. Som du ser förekommer detta i stort sett endast för atomkärnor med Z 0. 0 Radioaktivitet Författarna och Zenit AB

21 EXEMPEL Polonium är radioaktiv och sönderfaller med -sönderfall. Den då bildade kärnan är också radioaktiv och sönderfaller i huvudsak med -sönderfall, men även -sönderfall förekommer. a) Skriv formler för de båda -sönderfallen. b) ur mycket energi frigörs vid det senare -sönderfallet? c) ur stor del av denna energi blir rörelseenergi hos -partikeln? a) Ur tabell får du att polonium har atomnummer. Vid α-sönderfall avges två protoner och två neutroner. Atomnumret sjunker två steg (de två protonerna) och masstalet sjunker fyra steg (både protoner och neutroner är nukleoner). Den bildade isotopen har alltså atomnummer och masstalet 0. Ur tabell ser du att det är bly som bildats: Po Pb + e 0 När blyisotopen sönderfaller bildas kvicksilver: 0 Pb g + e 0 0 b) Ur en nuklidtabell får du följande massor: 0 Pb: 0, u 0 g: 0, u e:,000 u Skillnaden i massa före och efter sönderfallet är: 0, u (0, +,000) u = 0,000 u vilket motsvarar energin: W = 0,000 u. MeV/u =, MeV Anta att moderkärnan befinner sig i vila när den sönderfaller. Lagen om rörelsemängdens bevarande gör då att fragmentens rörelsemängder blir lika stora, men riktade åt motsatta håll. Eftersom kvicksilverkärnans massa är, gånger större än α-partikelns, blir α-partikelns fart, gånger större än kvicksilverkärnans. Eftersom rörelseenergin kan skrivas som: mv mv p = v = v och de båda kärnorna har samma rörelsemängd kommer α-partikelns rörelseenergi att vara, gånger större än kvicksilverkärnans. Det innebär att % (, /,) av den frigjorda energin blir rörelseenergi hos α-partikeln Svar: a) Po Pb + e och Pb 0g + e b) Energin blir, MeV. c) % av den frigjorda energin blir rörelseenergi hos a-partikeln. 0 S Författarna och Zenit AB Radioaktivitet

22 Dimkammare För att se spåren av α-partiklar kan en dimkammare användas. En dimkammare är en kammare som fylls med vattenånga som är på gränsen att kondensera. När α-partiklar passerar genom kammaren joniseras luftens molekyler. Dessa joner drar sedan till sig vattenmolekyler så att små vattendroppar bildas. På så sätt lämnar α-partikeln ett spår av kondenserad vattenånga efter sig i kammaren (jämför med de vita spår som bildas efter ett flygplan). När α-partikeln kolliderar med luftens molekyler förlorar de mycket energi, vilket innebär att de får ganska kort räckvidd. Räckvidder på några få centimeter är normala. I den dimkammare som visas i bilden används en spalt för att α-partiklarna ska komma in i dimkammaren i ungefär samma riktning. En dimkammare kan också användas för att visa andra sorters joniserande strålning. Dimkammaren har spelat mycket stor roll för förståelsen av joniserande strålning. I dag har den endast historiskt intresse, eftersom det har utvecklats mer avancerad mätutrustning. Ett dimkammarfotografi från ca 0 i vilket man för första gången observerade sönderfall av atomer. Linjerna är spår efter -partiklar som passerar genom kvävgas. Det tvärsgående strecket är spåret efter en proton som har stötts ut från en kväve atom. Partikelbanorna mäts elektroniskt i stora acceleratorer. I bilden ses en dator-rekonstruktion av en kollision mellan en elektron och en positron. Positronen är elektronens antipartikel. Vid kollisionen försvinner positronen och elektronen och det uppstår nya partiklar. ela förloppet sker i ett kraftigt magnetfält. Detta innebär att laddade partiklar kommer att påverkas så att deras banor blir böjda. I bilden ser vi att endast några av de bildade partiklarna är laddade. Radioaktivitet Författarna och Zenit AB

23 När strålningen från ett -preparat joniserar luften i brandvarnaren flyter det en ström i kretsen. Om rök kommer in i brandvarnaren, fastnar joniserade molekyler på rökpartiklarna. Strömmen minskar och larmet utlöses. Experiment Räckvidd och avskärmning av -strålning Placera ett GM-rör kopplat till en pulsräknare ett par mm från en strålkälla. ur förändras antalet sönderfall när GM-röret dras från strålkällan? Vad säger det om -strålningens räckvidd? Undersök också vad som händer om en bit papper placeras mellan strålkällan och GM-röret. Brandvarnare I dag är det lag på att ha brandvarnare i samtliga bostäder i Sverige. En brandvarnare reagerar på rök, inte på eld, och när den registrerar rökutveckling ger den ifrån sig en varningssignal. I vissa fall kan den även starta ett sprinklersystem, stänga branddörrar eller larma brandkåren. De flesta brandvarnare utnyttjar joniserande strålning med kort räckvidd. Vanligtvis är det en strålkälla som sänder ut α-strålning. Strålningen skickas in i en detektorkammare där den joniserar luftens molekyler. Luften blir därmed ledande och det flyter en ström i den yttre kretsen. När det kommer in rök i kammaren fastnar rökpartiklarna på de joniserade molekylerna. Detta gör att dessa blir tyngre och rör sig långsammare. Därmed minskar strömmen i den yttre kretsen och larmet utlöses. 0 S Lös uppgifterna 0 0 på sidan Författarna och Zenit AB Radioaktivitet

24 s- Z Ba s 0 e Ba- När en s-kärna sönderfaller, sänder den ut en elektron och en neutrino och övergår till en Ba-kärna. Vid -sönderfall sönderfaller en neutron i kärnan till en proton och en elektron. Eftersom elektronen sänds ut, blir nettoresultatet att kärnan får en proton mer, samtidigt som den förlorar en neutron. N Betasönderfall Till skillnad från α-partikeln identifierades b-partikeln tämligen snart efter det att Becquerel upptäckt radioaktiviteten. Redan kunde han konstatera att b-partikeln var identisk med den partikel, elektronen, som upptäckts bara tre år tidigare. Som du sett i föregående avsnitt sönderfaller atomkärnor för att bilda stabilare isotoper. Vid α-sönderfall är det isotoper med förhållandevis många protoner som sönderfaller och på så sätt skapar en stabilare kärna. Om den instabila kärnan innehåller för många neutroner sker i stället b -sönderfall. b -sönderfall sker ofta som en följd av ett eller flera α-sönderfall. Det beror på att om en tung kärna innehåller förhållandevis många neutroner, gör α-sönderfallet att den nya kärnan får ett större neutronöverskott, eftersom den ursprungliga kärnan blir av med två neutroner och två protoner. Överskottet av neutroner regleras genom att en neutron sönderfaller till en elektron och en proton. Protonen stannar kvar i kärnan, men elektronen sänds ut som b-strålning. Effekten i atomkärnan blir att en neutron byts ut mot en proton. Vid b -sönderfall ökar alltså atomnumret med ett steg, medan masstalet förblir oförändrat. I nuklidkartan ges b-sönderfallet genom att man går ett steg åt vänster och ett steg uppåt. Ett exempel på b -sönderfall är när s sönderfaller. Vid sönderfallet ökar atomnumret med en enhet, medan masstalet är oförändrat. Den bildade isotopen är alltså Ba. Dessutom bildas en elektron som sänds ut som b-strålning. Om du tittar på den energi som frigörs vid sönderfallet, får du ur nuklidtabellen att: m s =,00 u m Ba =,0 u Tittar du på sönderfallsformeln: s Ba e 0 + ser du att atomerna innehåller olika antal elektroner. Nuklidmassorna anger massan för hela atomen inklusive elektronerna. Radioaktivitet Författarna och Zenit AB

25 Antal elektroner med en viss energi 0,,0 W/MeV Fördelning av energi hos -partiklarna när s sönderfaller. Neutriner växelverkar nästan inte alls med materia och är mycket svåra att detektera. I Japan finns Super-kamiokande en jättelik neutrinodetektor. På bilden syns ca 000 ögon som kan detektera det svaga ljus som uppkommer när neutriner växelverkar med vatten. Jämför du atomkärnornas massor har du i vänsterledet: m s - m e och i högerledet (eftersom det bildas en elektron vid sönderfallet): m Ba - m e +m e Detta innebär att lika många elektroner ska subtraheras i de båda leden. Följden blir att vi lika gärna kan räkna med nuklidmassorna direkt. Den frigjorda energin blir alltså: MeV/u. (,00 u,0 u) =, MeV Med tanke på att elektronens massa är oerhört mycket mindre än den bildade bariumkärnans massa, borde all frigjord energi bli rörelseenergi hos elektronen. Tittar man på en upptagning av elektronernas energier, ett s.k. betaspektrum, för ett stort antal sönderfall, upptäcker man att elektronerna har olika energi och att endast ett fåtal når upp till den teoretiskt beräknade energin. Detta strider mot lagen om energins bevarande. Förklaringen är att det vid sönderfallet även bildas en tredje partikel, en s.k. neutrino. Neutrinon är en liten partikel utan laddning och nästan utan massa. I just detta sönderfall bildas en antineutrino, vilken betecknas n e. Strecket markerar att det är en antipartikel och e att neutrinon bildats tillsammans med en elektron. Partikeln kallas därför för en antielektronneutrino. Sönderfallet i kärnan kan alltså skrivas som: 0 n p+ e + n 0 Sönderfallet av cesium blir: s n Ba p+ e + n 0 + e Den dotterkärna som bildas vid β-sönderfall kan själv vara radioaktiv: La e + e ne e Pr + e + n Om du enbart tittar på sönderfallet i kärnan: n p+ e + n e e e ser du att energi frigörs då neutronen sönderfaller. Detta sönderfall sker även för fria neutroner. Fria neutroner är alltså inte stabila. 0 S Författarna och Zenit AB Radioaktivitet

26 EXEMPEL När 0 K sönderfaller sänds det ut -strålning. a) ur ser sönderfallsformeln ut? b) Vilken blir den största rörelseenergi -partikeln kan få? a) Vid β-sönderfall ökar atomnumret med ett, medan masstalet är oförändrat. Dessutom bildas en elektron och en antielektronneutrino: K a+ e+ n 0 b) Ur tabell får du: m K =, u m a =, u Den frigjorda energin blir: e W = MeV/u. (, u, u) =, MeV Den frigjorda energin är den maximala rörelseenergin hos β- partikeln Svar: a) K 0a+ e+ n b) Den största energin blir, MeV. e Anmärkning: Observera att det finns lika många elektroner på vardera sidan, vilket innebär att man inte behöver ta hänsyn till dessa vid beräkningen! Elementarpartiklar och -sönderfall Vid β-sönderfall omvandlas alltså en neutron i kärnan till en proton. En neutron består av en uppkvark och två nerkvarkar (udd) och en proton av två uppkvarkar och en nerkvark (uud). Uppkvarken har laddningen /e medan en nerkvark har laddningen /e. β-sönderfallet kan alltså tolkas som att en nerkvark omvandlas till en uppkvark. När detta sker sänds en W-boson ut, en mycket instabil partikel som nästan omedelbart sönderfaller till en elektron och en antielektronneutrino. Bilden visar resultatet av en partikelkollision där en W-boson sänts ut. Den rosa pilen visar spåret efter den energirika elektron som bildats när W-bosonen sönderfaller. Den energi som frigörs vid β-sönderfallet fördelas olika på elektronen och neutrinon vid varje sönderfall. Det innebär, som du tidigare sett, att elektroner från ett visst sönderfall kan ha olika energier, där den maximala energin i stort sett svarar mot den energi som frigörs vid sönderfallet. ur energierna fördelas går inte att förutse för ett visst sönderfall, däremot kan sannolikheten för att energin hamnar i ett visst intervall beräknas. Radioaktivitet Författarna och Zenit AB

27 Positronstrålning Det finns ytterligare en sorts beta-sönderfall, nämligen β + -sönderfall. I detta sönderfaller en proton till en neutron och en positron som sänds ut från kärnan. Positronen är elektronens antipartikel. Det innebär att den har samma massa som en elektron, men är positivt i stället för negativt laddad. Antimateria kan sägas vara en spegelbild av vanlig materia. Vid β + -sönderfall sönderfaller alltså en proton till en neutron, en positron och en neutrino. p n+ e n Lägg märke till att det bildas en neutrino istället för en antineutrino, eftersom den bildats tillsammans med en positron. Lägg också märke till att reaktionen inte kan ske spontant, eftersom massan i högerledet är större än massan i vänsterledet. Fria protoner är alltså stabila. Detta betasönderfall (β + ) kan bara ske för kärnor med stort protonöverskott och som är energirika. Protonen som sönderfaller måste låna energi för att sönderfallet ska vara möjligt. Även vid β + -sönderfall sker en grundämnesomvandling. Masstalet är oförändrat medan atomnumret minskar med en enhet. I nuklidkartan ges β + -sönderfallet genom att man går ett steg åt höger och ett steg nedåt. När du räknar på energier vid β + -sönderfall, måste du ta hänsyn till att nuklidmassorna innehåller kärnans massa plus massan för alla elektronerna. Detta är viktigt eftersom antalet elektroner i vänster- och högerledet inte tar ut varandra. Om du tittar på sönderfallet: Na Ne + e ne ser du att det finns elektroner i vänsterledet och bara 0 i högerledet. Dessutom måste vi ta hänsyn till den positron som bildats. Det enklaste är att subtrahera alla elektronernas massa och bara räkna på kärnornas massa (se exempel ). När man pratar om β-sönderfall menas vanligen β -sönderfall. 0 S Författarna och Zenit AB Radioaktivitet

28 EXEMPEL Na sönderfaller med -sönderfall. a) Teckna sönderfallsreaktionen. b) Beräkna positronens maximala energi. Vid β + -sönderfall omvandlas en proton i kärnan till en neutron. En positron och en neutrino sänds ut. Eftersom en proton sönderfaller, minskar atomnumret med ett, medan masstalet förblir oförändrat. Formeln för sönderfallet blir: Na Ne + e ne För att beräkna den frigjorda energin tittar vi på kärnornas massor eftersom antalet elektroner i vänster- och högerleden inte tar ut varandra. För att få kärnmassorna subtraheras elektronernas massa från nuklidmassan. Ur tabell får du att: m Na =, u. 0,000 u =,00 u m Ne =, u 0. 0,000 u =, u Masskillnaden blir alltså: m Na (m Ne + e + ) = =,00 u (, + 0,000) u = 0,00 u vilket motsvarar energin: W = MeV/u. 0,00 u =, MeV Svar: a) Sönderfallsformeln blir Na 0Ne + e + + n e b) Positronens maximala rörelseenergi blir, MeV. Lös uppgifterna 0 0 på sidan Upptäck Räckvidd och avskärmning av -strålning Placera ett GM-rör, kopplat till en pulsräknare, ett par cm från en strålkälla. ur förändras antalet sönderfall då GM-röret dras från strålkällan? Vad säger det om -strålningens räckvidd? Undersök vad som händer om en bit papper placeras mellan strålkällan och GM-röret. Vad händer om du om byter ut pappret mot en aluminium- eller blyskiva? Radioaktivitet Författarna och Zenit AB

29 a) I vissa atomkärnor med protonöverskott kan en av elektronerna i K-skalet fångas in av en proton i kärnan. b) I kärnan bildas en ny neutron av protonen och elektronen, samtidigt som det sänds ut en neutrino. c) För att fylla det inre skalet hoppar en elektron in från något av skalen utanför. När detta sker, sänds energi ut i form av röntgenstrålning. Elektroninfångning En helt annan process än de hittills beskrivna kan också leda till att elektromagnetisk strålning sänds ut. I vissa instabila kärnor med för många protoner kan det inträffa att en elektron i det innersta skalet fångas av en proton i kärnan. Protonen omvandlas då till en neutron och en neutrino sänds ut: p+ e n + n 0 Processen kallas elektroninfångning eller K-infångning och betecknas ofta E.. (Electron apture). Vid processen uppstår en vakans i det innersta skalet, K-skalet. Skalet fylls genom att en elektron från ett av de yttre skalen hoppar in. Atomen avger då energi som sänds ut som energirik elektromagnetisk strålning. Eftersom det rör sig om övergångar i de inre elektronskalen karakteriseras strålningen som röntgenstrålning. Exempelvis sönderfaller en del av 0 K- kärnorna genom elektroninfångning: 0 K+ e Ar + n 0 Eftersom en proton i kärnan omvandlats till en neutron blir effekten densamma som vid β + -sönderfall atomnumret minskar med en enhet och masstalet blir oförändrat. I nuklidkartan går du ett steg åt höger och ett steg nedåt för att finna dotterkärnan. K-infångning är ett alternativ till β + -sönderfall för kärnor med protonöverskott där kärnan inte är energirik nog för β + -sönderfall. a b c n e 0 S Författarna och Zenit AB Radioaktivitet

30 Gammasönderfall Du har redan tidigare tittat på β-sönderfallet: s Ba + e + n När du räknade på sönderfallet var den frigjorda energin, MeV. Det visar sig dock att endast en liten del,, %, av alla sönderfall i denna reaktion sker direkt till grundtillståndet. I de flesta fall sänds endast en del av energin ut med elektronen och en energirik dotterkärna bildas. Kärnan sönderfaller sedan till grundtillståndet genom att sända ut g-strålning, elektromagnetisk strålning. g-strålning uppstår för att dotterkärnans energiinnehåll är för stort för att den ska vara stabil. En sådan kärna kallas exciterad. Ofta betecknas det exciterade tillståndet med en asterisk: Ba *. Energi s-, %, % När s sönderfaller bildas oftast en exciterad Ba-kärna. Denna gör sig av med sin överskottsenergi genom att sända ut en foton, -strålning. Ba*- Ba- Kärnan kan sedan göra sig av med överskottsenergin genom att sända ut en foton. Processen kan beskrivs av energinivådiagrammet ovan eller av följande formel: Z Ba * Ba +g Vi återkommer till hur energin hos gammakvantat kan kopplas till egenskaper hos fotonen i Orbit. Vid g-sönderfall sker ingen grundämnesomvandling vid själva g-sönderfallet dotterkärnan är samma isotop som moderkärnan. 00 Radioaktivitet Författarna och Zenit AB

31 EXEMPEL När kobolt-0 sönderfaller sänds -strålning ut. I de flesta fallen (, %) blir den maximala energin hos -partikeln 0, MeV, men i ett fåtal fall (0, %) blir den, MeV. I båda fallen bildas exciterade dotterkärnor, där övergångar sker från det övre tillståndet via det lägre till grundtillståndet. Beräkna de möjliga energinivåerna för den -strålning som bildas. Rita ett energinivådiagram. Börja med att beräkna den energi som frigörs vid sönderfallet. Vid β-sönderfall ökar atomnumret med ett, medan masstalet blir oförändrat. Dessutom bildas en elektron och en antielektronneutrino: 0 o Ni + e + n 0 Ur tabell får du: 0 m o =, u och m Ni =,0 u. Den frigjorda energin blir: e W = MeV/u. (,,0) u =, MeV. Av detta avgår 0, MeV respektive, MeV med β-partikeln. Det innebär att de bägge exciterade tillstånden ligger:, MeV 0, MeV =,0 MeV, MeV, MeV =, MeV över grundtillståndet, vilket ger energinivådiagrammet:, MeV (0, %) Svar: De möjliga energinivåerna för g-strålningen är, MeV och, MeV (se energinivådiagrammet ovan). Lös uppgifterna 0 0 på sidan, MeV, MeV 0 S Författarna och Zenit AB Radioaktivitet 0

32 Kärnreaktioner När Rutherford höll på med spridningsförsök med alfa-partiklar från radium fick han ett, för honom, förbluffande resultat. Det uppkom en ny sorts joniserande strålning när kvävekärnor träffades av alfapartiklarna. an kunde visa att strålningen bestod av kända partiklar protoner. Anledningen till att protoner kan sändas ut är att det har inträffat en kärnreaktion som kan beskrivas av följande reaktionsformel: N+ a O+ p vilken ibland skrivs i kortform som: ( ) N a, p O Observera att laddningen är densamma före och efter reaktionen, nio positiva laddningar, och att även antalet nukleoner före och efter reaktionen är lika, stycken. Det bildas alltså inga nukleoner vid reaktionen, de omfördelas bara. Som vid alla andra reaktioner måste givetvis också energin bevaras. EXEMPEL 0 s- Beräkna den minsta möjliga rörelseenergi en alfapartikel måste ha för att reaktionen: a ( ) N, p O ska vara möjlig. Ur tabell över nuklidmassor finner man: m före = (,000 +,000) u =,00 u m efter = (, +,00) u =,00 u Den energimängd som måste tillföras blir: W = (m efter m före ). c = (,00 -,00) u. c = = 0,00., MeV =, MeV Svar: Det behövs minst, MeV för att reaktionen ska vara möjlig. Observera att massan för - och e- används istället för protonens resp. alfapartikelns massa. På så sätt tas hänsyn till att nuklidmassan inkluderar massan hos elektronerna. Antalet elektroner blir följdaktligen lika många i de båda leden. Beräkningen i exemplet ovan är, av två skäl, inte realistisk. Först och främst är det egentliga reaktionsförloppet annorlunda än det som beskrivits ovan. Det bildas nämligen en mycket kortlivad compoundkärna, vid reaktionen. Denna, F, sönderfaller inom några picosekunder till en syrekärna och en proton, de slutliga reaktionsprodukterna. 0 Radioaktivitet Författarna och Zenit AB

Atomens historia. Slutet av 1800-talet trodde man att man hade en fullständig bild av alla fysikaliska fenomen.

Atomens historia. Slutet av 1800-talet trodde man att man hade en fullständig bild av alla fysikaliska fenomen. Atomfysik ht 2015 Atomens historia Atom = grekiskans a tomos som betyder odelbar Filosofen Demokritos, atomer. Stort motstånd, främst från Aristoteles Trodde på läran om de fyra elementen Alla ämnen bildas

Läs mer

Atom- och Kärnfysik. Namn: Mentor: Datum:

Atom- och Kärnfysik. Namn: Mentor: Datum: Atom- och Kärnfysik Namn: Mentor: Datum: Atomkärnan Väteatomens kärna (hos den vanligaste väteisotopen) består endast av en proton. Kring kärnan kretsar en elektron som hålls kvar i sin bana p g a den

Läs mer

Instuderingsfrågor Atomfysik

Instuderingsfrågor Atomfysik Instuderingsfrågor Atomfysik 1. a) Skriv namn och laddning på tre elementarpartiklar. b) Vilka elementarpartiklar finns i atomkärnan? 2. a) Hur många elektroner kan en atom högst ha i skalet närmast kärnan?

Läs mer

BFL122/BFL111 Fysik för Tekniskt/ Naturvetenskapligt Basår/ Bastermin 12. Kärnfysik 1 2014. Kärnfysik 1

BFL122/BFL111 Fysik för Tekniskt/ Naturvetenskapligt Basår/ Bastermin 12. Kärnfysik 1 2014. Kärnfysik 1 Kärnfysik 1 Atomens och atomkärnans uppbyggnad Tidigare har atomen beskrivits som bestående av en positiv kärna kring vilken det i den neutrala atomen befinner sig lika många elektroner som det finns positiva

Läs mer

ATOM OCH KÄRNFYSIK. Masstal - anger antal protoner och neutroner i atomkärnan. Atomnummer - anger hur många protoner det är i atomkärnan.

ATOM OCH KÄRNFYSIK. Masstal - anger antal protoner och neutroner i atomkärnan. Atomnummer - anger hur många protoner det är i atomkärnan. Atomens uppbyggnad Atomen består av tre elementarpartiklar: Protoner (p + ) Elektroner (e - ) Neutroner (n) Elektronerna rör sig runt kärnan i bestämda banor med så stor hastighet att de bildar ett skal.

Läs mer

2. Hur många elektroner får det plats i K, L och M skal?

2. Hur många elektroner får det plats i K, L och M skal? Testa dig själv 12.1 Atom och kärnfysik sidan 229 1. En atom består av tre olika partiklar. Vad heter partiklarna och vilken laddning har de? En atom kan ha tre olika elementära partiklar, neutron med

Läs mer

Från atomkärnor till neutronstjärnor Christoph Bargholtz

Från atomkärnor till neutronstjärnor Christoph Bargholtz Z N Från atomkärnor till neutronstjärnor Christoph Bargholtz 2006-06-29 1 C + O 2 CO 2 + värme? E = mc 2 (mc 2 ) före > (mc 2 ) efter m = m efter -m före Exempel: förbränning av kol m m = 10 10 (-0.0000000001

Läs mer

Kärnenergi. Kärnkraft

Kärnenergi. Kärnkraft Kärnenergi Kärnkraft Isotoper Alla grundämnen finns i olika varianter som kallas för isotoper. Ofta finns en variant som är absolut vanligast. Isotoper av ett ämne har samma antal protoner och elektroner,

Läs mer

Marie Curie, kärnfysiker, 1867 1934. Atomfysik. Heliumatom. Partikelacceleratorn i Cern, Schweiz.

Marie Curie, kärnfysiker, 1867 1934. Atomfysik. Heliumatom. Partikelacceleratorn i Cern, Schweiz. Marie Curie, kärnfysiker, 1867 1934. Atomfysik Heliumatom Partikelacceleratorn i Cern, Schweiz. Atom (grek. odelbar) Ordet atom användes för att beskriva materians minsta beståndsdel. Nu vet vi att atomen

Läs mer

Kärnenergi. Kärnkraft

Kärnenergi. Kärnkraft Kärnenergi Kärnkraft Isotoper Alla grundämnen finns i olika varianter som kallas för isotoper. Ofta finns en variant som är absolut vanligast. Isotoper av ett ämne har samma antal protoner och elektroner,

Läs mer

Atomens uppbyggnad. Atomen består av tre elementarpartiklar: Protoner (+) Elektroner (-) Neutroner (neutral)

Atomens uppbyggnad. Atomen består av tre elementarpartiklar: Protoner (+) Elektroner (-) Neutroner (neutral) Atom- och kärnfysik Atomens uppbyggnad Atomen består av tre elementarpartiklar: Protoner (+) Elektroner (-) Neutroner (neutral) Elektronerna rör sig runt kärnan i bestämda banor med så stor hastighet att

Läs mer

Stora namn inom kärnfysiken. Marie Curie radioaktivitet Lise Meitner fission Ernest Rutherford atomkärnan (Niels Bohr atommodellen)

Stora namn inom kärnfysiken. Marie Curie radioaktivitet Lise Meitner fission Ernest Rutherford atomkärnan (Niels Bohr atommodellen) Atom- och kärnfysik Stora namn inom kärnfysiken Marie Curie radioaktivitet Lise Meitner fission Ernest Rutherford atomkärnan (Niels Bohr atommodellen) Atomens uppbyggnad Atomen består av tre elementarpartiklar:

Läs mer

Till exempel om vi tar den första kol atomen, så har den: 6 protoner, 12 6=6 neutroner, 6 elektroner; atommassan är också 6 men masstalet är 12!

Till exempel om vi tar den första kol atomen, så har den: 6 protoner, 12 6=6 neutroner, 6 elektroner; atommassan är också 6 men masstalet är 12! 1) Till exempel om vi tar den första kol atomen, så har den: 6 protoner, 12 6=6 neutroner, 6 elektroner; atommassan är också 6 men masstalet är 12! Om vi tar den tredje kol atomen, så är protonerna 6,

Läs mer

Atom- och kärnfysik! Sid 223-241 i fysikboken

Atom- och kärnfysik! Sid 223-241 i fysikboken Atom- och kärnfysik! Sid 223-241 i fysikboken 1. Atomen Kort repetition av Elin Film: Vetenskap-Atom: Upptäckten När du har srepeterat och sett filmen om ATOMEN ska du kunna beskriva hur en atom är uppbyggd

Läs mer

Föreläsning 3. Radioaktivitet, alfa-, beta-, gammasönderfall

Föreläsning 3. Radioaktivitet, alfa-, beta-, gammasönderfall Radioaktivitet, alfa-, beta-, gammasönderfall Halveringstid (MP 11-3, s. 522-525) Alfa-sönderfall (MP 11-4, s. 525-530) Beta-sönderfall (MP 11-4, s. 530-535) Gamma-sönderfall (MP 11-4, s. 535-537) Se även

Läs mer

Atomens uppbyggnad. Atomen består av tre elementarpartiklar: Protoner (+) Elektroner (-) Neutroner (neutral)

Atomens uppbyggnad. Atomen består av tre elementarpartiklar: Protoner (+) Elektroner (-) Neutroner (neutral) Atom- och kärnfysik Atomens uppbyggnad Atomen består av tre elementarpartiklar: Protoner (+) Elektroner (-) Neutroner (neutral) Elektronerna rör sig runt kärnan i bestämda banor med så stor hastighet att

Läs mer

Repetition kärnfysik Heureka 1: kap version 2019

Repetition kärnfysik Heureka 1: kap version 2019 Repetition kärnfysik Heureka 1: kap. 14-15 version 2019 Kärnfysik Atomkärnan består av protoner och neutroner. Dessa har följande massor: partikel massa i u massa i kg elektron 0,0005486 9,109 10-31 proton

Läs mer

Fysik, atom- och kärnfysik

Fysik, atom- och kärnfysik Fysik, atom- och kärnfysik T.o.m. vecka 39 arbetar vi med atom- och kärnfysik. Under tiden får vi arbeta med boken Spektrumfysik f.o.m. sidan 229 t.o.m.sidan 255. Det finns ljudfiler i mp3 format. http://www.liber.se/kampanjer/grundskola-kampanj/spektrum/spektrum-fysik/spektrum-fysikmp3/

Läs mer

Småsaker ska man inte bry sig om, eller vad tycker du? av: Sofie Nilsson 1

Småsaker ska man inte bry sig om, eller vad tycker du? av: Sofie Nilsson 1 Småsaker ska man inte bry sig om, eller vad tycker du? av: Sofie Nilsson 1 Ger oss elektrisk ström. Ger oss ljus. Ger oss röntgen och medicinsk strålning. Ger oss radioaktivitet. av: Sofie Nilsson 2 Strålning

Läs mer

Atom- och kärnfysik. Arbetshäfte. Namn: Klass: 9a

Atom- och kärnfysik. Arbetshäfte. Namn: Klass: 9a Atom- och kärnfysik Arbetshäfte Namn: Klass: 9a 1 Syftet med undervisningen är att du ska träna din förmåga att: använda kunskaper i fysik för att granska information, kommunicera och ta ställning i frågor

Läs mer

Mer om E = mc 2. Version 0.4

Mer om E = mc 2. Version 0.4 1 (6) Mer om E = mc Version 0.4 Varifrån kommer formeln? För en partikel med massan m som rör sig med farten v har vi lärt oss att rörelseenergin är E k = mv. Denna formel är dock inte korrekt, även om

Läs mer

Periodiska systemet. Atomens delar och kemiska bindningar

Periodiska systemet. Atomens delar och kemiska bindningar Periodiska systemet Atomens delar och kemiska bindningar Atomens delar I mitten av atomen finns atomkärnan där protonerna finns. Protoner är positivt laddade partiklar Det är antalet protoner som avgör

Läs mer

Föreläsning 3. Radioaktivitet, alfa-, beta-, gammasönderfall

Föreläsning 3. Radioaktivitet, alfa-, beta-, gammasönderfall Radioaktivitet, alfa-, beta-, gammasönderfall Halveringstid (MP 11-3, s. 522-525) Alfa-sönderfall (MP 11-4, s. 525-530) Beta-sönderfall (MP 11-4, s. 530-535) Gamma-sönderfall (MP 11-4, s. 535-537) Se även

Läs mer

Föreläsning 11 Kärnfysiken: del 3

Föreläsning 11 Kärnfysiken: del 3 Föreläsning Kärnfysiken: del 3 Kärnreaktioner Fission Kärnreaktor Fusion U=-e /4πε 0 r Coulombpotential Energinivåer i atomer Fotonemission när en elektron/atom/molekyl undergår en övergång Kvantfysiken

Läs mer

Björne Torstenson (TITANO) Sida 1 (6)

Björne Torstenson (TITANO) Sida 1 (6) Björne Torstenson (TITANO) Sida 1 (6) Namn: Ur centralt innehåll: Fysikaliska modeller för att beskriva och förklara uppkomsten av partikel-strålning och elektromagnetisk strålning samt strålningens påverkan

Läs mer

Kärnfysik och radioaktivitet. Kapitel 41-42

Kärnfysik och radioaktivitet. Kapitel 41-42 Kärnfysik och radioaktivitet Kapitel 41-42 Tentförberedelser (ANMÄL ER!) Maximipoäng i tenten är 25 p. Tenten består av 5 uppgifter, varje uppgift ger max 5 p. Uppgifterna baserar sig på bokens kapitel,

Läs mer

Grundläggande Kemi 1

Grundläggande Kemi 1 Grundläggande Kemi 1 Det mesta är blandningar Allt det vi ser runt omkring oss består av olika ämnen ex vatten, socker, salt, syre och guld. Det är sällan man träffar på rena ämnen. Det allra mesta är

Läs mer

Sönderfallsserier N 148 147 146 145 144 143 142 141 140 139 138 137 136 135 134. α-sönderfall. β -sönderfall. 21o

Sönderfallsserier N 148 147 146 145 144 143 142 141 140 139 138 137 136 135 134. α-sönderfall. β -sönderfall. 21o Isotop Kemisk symbol Halveringstid Huvudsaklig strålning Uran-238 238 U 4,5 109 år α Torium-234 234 Th 24,1 d β- Protaktinium-234m 234m Pa 1,2 m β- Uran-234 234 U 2,5 105 år α Torium-230 230 Th 8,0 105

Läs mer

Det mesta är blandningar

Det mesta är blandningar Det mesta är blandningar Allt det vi ser runt omkring oss består av olika ämnen ex vatten, socker, salt, syre och guld. Det är sällan man träffar på rena ämnen. Det allra mesta är olika sorters blandningar

Läs mer

VAD ÄR KEMI? Vetenskapen om olika ämnens: Egenskaper Uppbyggnad Reaktioner med varandra KEMINS GRUNDER

VAD ÄR KEMI? Vetenskapen om olika ämnens: Egenskaper Uppbyggnad Reaktioner med varandra KEMINS GRUNDER VAD ÄR KEMI? Vetenskapen om olika ämnens: Egenskaper Uppbyggnad Reaktioner med varandra ANVÄNDNINGSOMRÅDEN Bakning Läkemedel Rengöring Plast GoreTex o.s.v. i all oändlighet ÄMNENS EGENSKAPER Utseende Hårdhet

Läs mer

VAD ÄR KEMI? Vetenskapen om olika ämnens: Egenskaper Uppbyggnad Reaktioner med varandra KEMINS GRUNDER

VAD ÄR KEMI? Vetenskapen om olika ämnens: Egenskaper Uppbyggnad Reaktioner med varandra KEMINS GRUNDER VAD ÄR KEMI? Vetenskapen om olika ämnens: Egenskaper Uppbyggnad Reaktioner med varandra ANVÄNDNINGSOMRÅDEN Bakning Läkemedel Rengöring Plast GoreTex o.s.v. i all oändlighet ÄMNENS EGENSKAPER Utseende Hårdhet

Läs mer

Historia De tidigaste kända idéerna om något som liknar dagens atomer utvecklades av Demokritos i Grekland runt 450 f.kr. År 1803 använde John Dalton

Historia De tidigaste kända idéerna om något som liknar dagens atomer utvecklades av Demokritos i Grekland runt 450 f.kr. År 1803 använde John Dalton Atomen En atom, från grekiskans ἄτομος, átomos, vilket betyder "odelbar", är den minsta enheten av ett grundämne som definierar dess kemiska egenskaper. Historia De tidigaste kända idéerna om något som

Läs mer

En resa från Demokritos ( f.kr) till atombomben 1945

En resa från Demokritos ( f.kr) till atombomben 1945 En resa från Demokritos (460-370 f.kr) till atombomben 1945 kapitel 10.1 plus lite framåt: s279 Currie atomer skapar ljus - elektromagnetisk strålning s277 röntgen s278 atomklyvning s289 CERN s274 och

Läs mer

2 H (deuterium), 3 H (tritium)

2 H (deuterium), 3 H (tritium) Var kommer alla grundämnen ifrån? I begynnelsen......var universum oerhört hett. Inom bråkdelar av en sekund uppstod de elementarpartiklar som alla grund- ämnen består av: protoner, neutroner och elektroner.

Läs mer

Radioaktivt sönderfall Atomers (grundämnens) sammansättning

Radioaktivt sönderfall Atomers (grundämnens) sammansättning Radioaktivitet Radioaktivt sönderfall Atomers (grundämnens) sammansättning En atom består av kärna (neutroner + protoner) med omgivande elektroner Kärnan är antingen stabil eller instabil En instabil kärna

Läs mer

Fission och fusion - från reaktion till reaktor

Fission och fusion - från reaktion till reaktor Fission och fusion - från reaktion till reaktor Fission och fusion Fission, eller kärnklyvning, är en process där en tung atomkärna delas i två eller fler mindre kärnor som kallas fissionsprodukter och

Läs mer

ENKEL Kemi 2. Atomer och molekyler. Art nr 515. Atomer. Grundämnen. Atomens historia

ENKEL Kemi 2. Atomer och molekyler. Art nr 515. Atomer. Grundämnen. Atomens historia ENKEL Kemi 2 Atomer och molekyler atomkärna elektron Atomer Allting runt omkring oss är uppbyggt av atomer. En atom är otroligt liten. Den går inte att se för blotta ögat. Ett sandkorn rymmer ungefär hundra

Läs mer

TILLÄMPAD ATOMFYSIK Övningstenta 3

TILLÄMPAD ATOMFYSIK Övningstenta 3 TILLÄMPAD ATOMFYSIK Övningstenta 3 Skrivtid: 8 13 Hjälpmedel: Formelblad och räknedosa. Uppgifterna är inte ordnade efter svårighetsgrad. Börja varje ny uppgift på ett nytt blad och skriv bara på en sida.

Läs mer

Atomernas byggnad. Om en 2400 år gammal idé. Jonas Arvidsson,

Atomernas byggnad. Om en 2400 år gammal idé. Jonas Arvidsson, Atomernas byggnad Om en 2400 år gammal idé Jonas Arvidsson, 2012 1 Mål med avsnittet När vi är färdiga med detta avsnitt skall du kunna: förklara och använda begreppen proton, neutron och elektron, samt

Läs mer

Lösningar - Rätt val anges med fet stil i förekommande fall (obs att svaren på essäfrågorna inte är uttömmande).

Lösningar - Rätt val anges med fet stil i förekommande fall (obs att svaren på essäfrågorna inte är uttömmande). STOCKHOLMS UNIVERSITET FYSIKUM Tentamensskrivning i Materiens Minsta Byggstenar, 5p. Lördag den 15 juli, kl. 9.00 14.00 Lösningar - Rätt val anges med fet stil i förekommande fall (obs att svaren på essäfrågorna

Läs mer

KEMI 1 MÄNNISKANS KEMI OCH KEMIN I LIVSMILJÖ

KEMI 1 MÄNNISKANS KEMI OCH KEMIN I LIVSMILJÖ KEMI 1 MÄNNISKANS KEMI OCH KEMIN I LIVSMILJÖ FYSIK BIOLOGI KEMI MEDICIN TEKNIK Laborationer Ett praktiskt och konkret experiment Analys av t ex en reaktion Bevisar en teori eller lägger grunden för en

Läs mer

Atomen - Periodiska systemet. Kap 3 Att ordna materian

Atomen - Periodiska systemet. Kap 3 Att ordna materian Atomen - Periodiska systemet Kap 3 Att ordna materian Av vad består materian? 400fKr (före år noll) Empedokles: fyra element, jord, eld, luft, vatten Demokritos: små odelbara partiklar! -------------------------

Läs mer

Materien. Vad är materia? Atomer. Grundämnen. Molekyler

Materien. Vad är materia? Atomer. Grundämnen. Molekyler Materien Vad är materia? Allt som går att ta på och väger någonting är materia. Detta gäller även gaser som t.ex. luft. Om du sticker ut handen genom bilrutan känner du tydligt att det finns något där

Läs mer

ATOMER OCH ATOMMODELLEN. Lärare: Jimmy Pettersson

ATOMER OCH ATOMMODELLEN. Lärare: Jimmy Pettersson ATOMER OCH ATOMMODELLEN Lärare: Jimmy Pettersson Grundämnen Atomer och Grundämnen All materia byggs upp av mycket små byggstenar som kallas atomer. Varje typ av atom är byggstenar för varje kemiskt ämne.

Läs mer

Hur mycket betyder Higgspartikeln? MASSOR!

Hur mycket betyder Higgspartikeln? MASSOR! Hur mycket betyder Higgspartikeln? MASSOR! 1 Introduktion = Ni kanske har hört nyheten i somras att mina kollegor i CERN hade hittat Higgspartikeln. (Försnacket till nobellpriset) = Vad är Higgspartikeln

Läs mer

PERIODISKA SYSTEMET. Atomkemi

PERIODISKA SYSTEMET. Atomkemi PERIODISKA SYSTEMET Atomkemi Atomhistorik 400 f.kr nämner den grekiske filosofen Demokritos att materiens minsta delar är odelbara atomer. 300 f.kr så strider Aristoteles mot Demokritos och säger att materia

Läs mer

Atomen och periodiska systemet

Atomen och periodiska systemet Atomen och periodiska systemet Ringa in rätt svar 1. Exempel på elementarpartiklar är: joner protoner molekyler atomer elektroner 2. Atomen i sin helhet är: elektriskt neutral positivt laddad negativt

Läs mer

Materia Sammanfattning. Materia

Materia Sammanfattning. Materia Materia Sammanfattning Material = vad föremålet (materiel) är gjort av. Materia finns överallt (består av atomer). OBS! Materia Något som tar plats. Kan mäta hur mycket plats den tar eller väga. Materia

Läs mer

ATOMENS BYGGNAD. En atom består av : Kärna ( hela massan finns i kärnan) Positiva Protoner Neutrala Neutroner. Runt om Negativa Elektroner

ATOMENS BYGGNAD. En atom består av : Kärna ( hela massan finns i kärnan) Positiva Protoner Neutrala Neutroner. Runt om Negativa Elektroner periodiska systemet ATOMENS BYGGNAD En atom består av : Kärna ( hela massan finns i kärnan) Positiva Protoner Neutrala Neutroner Runt om Negativa Elektroner En Elektron har en negativt laddning. Och elektronerna

Läs mer

Varje uppgift ger maximalt 3 poäng. För godkänt krävs minst 8,5 poäng och

Varje uppgift ger maximalt 3 poäng. För godkänt krävs minst 8,5 poäng och Institutionen för Fysik Göteborgs Universitet LÖSNINGAR TILL TENTAMEN I FYSIK A: MODERN FYSIK MED ASTROFYSIK Tid: Lördag 3 augusti 008, kl 8 30 13 30 Plats: V Examinator: Ulf Torkelsson, tel. 031-77 3136

Läs mer

BFL122/BFL111 Fysik för Tekniskt/ Naturvetenskapligt Basår/ Bastermin 13. Kärnfysik Föreläsning 13. Kärnfysik 2

BFL122/BFL111 Fysik för Tekniskt/ Naturvetenskapligt Basår/ Bastermin 13. Kärnfysik Föreläsning 13. Kärnfysik 2 Föreläsning 13 Kärnfysik 2 Sönderfallslagen Låt oss börja med ett tankeexperiment (som man med visst tålamod också kan utföra rent praktiskt). Säg att man kastar en tärning en gång. Innan man kastat tärningen

Läs mer

1. 2. a. b. c a. b. c. d a. b. c. d a. b. c.

1. 2. a. b. c a. b. c. d a. b. c. d a. b. c. 1. Lina sitter och läser en artikel om utgrävningarna i Motala ström. I artikeln står det att arkeologerna funnit bruksföremål som är 7 år gamla. De har daterat föremålen med hjälp av kol-14-metoden. Förklara

Läs mer

TILLÄMPAD ATOMFYSIK Övningstenta 2

TILLÄMPAD ATOMFYSIK Övningstenta 2 TILLÄMPAD ATOMFYSIK Övningstenta 2 Skrivtid: 8 13 Hjälpmedel: Formelblad och räknedosa. Uppgifterna är inte ordnade efter svårighetsgrad. Börja varje ny uppgift på ett nytt blad och skriv bara på en sida.

Läs mer

Vilken av dessa nivåer i väte har lägst energi?

Vilken av dessa nivåer i väte har lägst energi? Vilken av dessa nivåer i väte har lägst energi? A. n = 10 B. n = 2 C. n = 1 ⱱ Varför sänds ljus av vissa färger ut från upphettad natriumånga? A. Det beror på att ångan är mättad. B. Det beror på att bara

Läs mer

Fysik 1 kapitel 6 och framåt, olika begrepp.

Fysik 1 kapitel 6 och framåt, olika begrepp. Fysik 1 kapitel 6 och framåt, olika begrepp. Pronpimol Pompom Khumkhong TE12C Laddningar som repellerar varandra Samma sorters laddningar stöter bort varandra detta innebär att de repellerar varandra.

Läs mer

Kemiskafferiet modul 3 kemiteori. Atomer och joner

Kemiskafferiet modul 3 kemiteori. Atomer och joner Atomer och joner Kan man se atomer? Idag har man instrument som gör att man faktiskt kan "se atomer" i ett elektronmikroskop. Med speciella metoder kan man se vilket mönster atomerna bildar i en kristall

Läs mer

Vad är allt uppbyggt av?

Vad är allt uppbyggt av? ÅR 4-6 Kemi KAPITEL 1 Vad är allt uppbyggt av? Kläderna du har på dig, vattnet du dricker och pennan du skriver med, huset du bor i är uppbyggd av små byggstenar. Vi kallar dem atomer. Atomer finns i allting

Läs mer

Higgsbosonens existens

Higgsbosonens existens Higgsbosonens existens Ludvig Hällman, Hanna Lilja, Martin Lindberg (9204293899) (9201120160) (9003110377) SH1012 8 maj 2013 Innehåll 1 Sammanfattning 2 2 Standardmodellen 2 2.1 Kraftförmedlarna.........................

Läs mer

Materiens Struktur. Lösningar

Materiens Struktur. Lösningar Materiens Struktur Räkneövning 4 Lösningar 1. Sök på internet efter information om det senast upptäckta grundämnet. Vilket masstal och ordningsnummer har det och vilka är de angivna egenskaperna? Hur har

Läs mer

Energi & Atom- och kärnfysik

Energi & Atom- och kärnfysik ! Energi & Atom- och kärnfysik Facit Energi s. 149 1. Vad är energi? Förmåga att utföra arbete. 2. Vad händer med energin när ett arbets görs? Den omvandlas till andra energiformer. 3. Vad är arbete i

Läs mer

Kärnfysikaliska grunder för radioaktiva nuklider

Kärnfysikaliska grunder för radioaktiva nuklider Institutionen för medicin och vård Avdelningen för radiofysik Hälsouniversitetet Kärnfysikaliska grunder för radioaktiva nuklider Gudrun Alm Carlsson Department of Medicine and Care Radio Physics Faculty

Läs mer

Atomnummer, masstal och massa. Niklas Dahrén

Atomnummer, masstal och massa. Niklas Dahrén Atomnummer, masstal och massa Niklas Dahrén Innehållet i denna undervisningsfilm: Atomnummer Masstal Isotoper Atommassa Molekylmassa Atomnummer och masstal ü Atomkärnans sammansä3ning kan beskrivas med

Läs mer

11 Kärnfysik LÖSNINGSFÖRSLAG. 11. Kärnfysik. 3, J 3, ev 1,9 ev. c 3, E hc. 5, m 0,36 pm. hc 1, m 1,43 pm

11 Kärnfysik LÖSNINGSFÖRSLAG. 11. Kärnfysik. 3, J 3, ev 1,9 ev. c 3, E hc. 5, m 0,36 pm. hc 1, m 1,43 pm 11 Kärnfysik 1101-1102. Se lärobokens facit. c 3,0 108 1103. a) f Hz 4,6 10 14 Hz 65010 9 b) E hf 6,6310 34 4,610 14 J 3,1 10 19 J 3,110 19 J 3,11019 ev 1,9 ev 1,6 1019 Svar: a) 4,6 10 14 Hz b) 3,1 10

Läs mer

Upp gifter. är elektronbanans omkrets lika med en hel de Broglie-våglängd. a. Beräkna våglängden. b. Vilken energi motsvarar våglängden?

Upp gifter. är elektronbanans omkrets lika med en hel de Broglie-våglängd. a. Beräkna våglängden. b. Vilken energi motsvarar våglängden? Upp gifter 1. Räkna om till elektronvolt. a. 3,65 10 J 1 J. Räkna om till joule. a.,8 ev 4,5 ev 3. Vilket är den längsta ljusvåglängd som kan slå loss elektroner från en a. natriumyta? kiselyta? 4. Kan

Läs mer

BFL 111/ BFL 120 Fysik del B2 för Tekniskt Basår/ Bastermin

BFL 111/ BFL 120 Fysik del B2 för Tekniskt Basår/ Bastermin Linköpings Universitet Institutionen för Fysik, Kemi och Biologi Avdelningen för Tillämpad Fysik Mike Andersson Lösningsförslag till Repetitionsuppgifter BFL 111/ BFL 120 Fysik del B2 för Tekniskt Basår/

Läs mer

1.5 Våg partikeldualism

1.5 Våg partikeldualism 1.5 Våg partikeldualism 1.5.1 Elektromagnetisk strålning Ljus uppvisar vågegenskaper. Det är bland annat möjligt att åstadkomma interferensmönster med ljus det visades av Young redan 1803. Interferens

Läs mer

KEMI 1 MÄNNISKANS KEMI OCH KEMIN I LIVSMILJÖ

KEMI 1 MÄNNISKANS KEMI OCH KEMIN I LIVSMILJÖ KEMI 1 MÄNNISKANS KEMI OCH KEMIN I LIVSMILJÖ Vad är KEMI? Ordet kemi kommer från grekiskans chemeia =blandning Allt som finns omkring oss och som påverkar oss handlar om KEMI. Vad du tycker DU att kemi

Läs mer

Introduktion till det periodiska systemet. Niklas Dahrén

Introduktion till det periodiska systemet. Niklas Dahrén Introduktion till det periodiska systemet Niklas Dahrén Det periodiska systemet Vad är det periodiska systemet?: Det periodiska systemet är en tabell där alla kända grundämnen och atomslag ingår. Hur är

Läs mer

Karl Johans skola Åk 6 MATERIA

Karl Johans skola Åk 6 MATERIA MATERIA Vad är materia? Överallt omkring dig finns det massor av föremål som du kan se eller känna på. De kan bestå av olika material som sten, trä, järn, koppar, guld, plast eller annat. Oavsett vilket

Läs mer

Experimentell fysik. Janne Wallenius. Reaktorfysik KTH

Experimentell fysik. Janne Wallenius. Reaktorfysik KTH Experimentell fysik Janne Wallenius Reaktorfysik KTH Återkoppling från förra mötet: Många tyckte att det var spännade att lära sig något om 1. Osäkerhetsrelationen 2. Att antipartiklar finns och kan färdas

Läs mer

atomkärna Atomkärna är en del av en atom, som finns mitt inne i atomen. Det är i atomkärnan som protonerna finns.

atomkärna Atomkärna är en del av en atom, som finns mitt inne i atomen. Det är i atomkärnan som protonerna finns. Facit till Kap 13 Grundboken s. 341-355 och Lightboken s. 213 222 (svart bok) även facit finalen. Testa Dig Själv 13.1TESTA DIG SJÄLV 13.1 GRUNDBOK proton Protoner är en av de partiklar som atomer är uppbyggda

Läs mer

Prov Ke1 Atomer och periodiska systemet NA1+TE1/ /PLE

Prov Ke1 Atomer och periodiska systemet NA1+TE1/ /PLE Prov Ke1 Atomer och periodiska systemet NA1+TE1/2017-10-12/PLE Hjalmar Namn: Fel svar på ervalsfrågorna ger poängavdrag! Del I: svara i provet 1. Ange masstal, atomnummer och antalet elektroner, protoner

Läs mer

facit och kommentarer

facit och kommentarer facit och kommentarer Testa Dig Själv, Finalen och Perspektiv 697 10. Atom- och k är n f ysik Facit till Testa dig själv Testa dig själv 10.1 Förklara begreppen atom Liten byggsten som all materia är uppbyggd

Läs mer

TESTA DIG SJÄLV 13.1 GRUNDBOK FÖRKLARA BEGREPPEN proton Protoner är en av de partiklar som atomer är uppbyggda av. Protonerna finns i atomkärnan, i

TESTA DIG SJÄLV 13.1 GRUNDBOK FÖRKLARA BEGREPPEN proton Protoner är en av de partiklar som atomer är uppbyggda av. Protonerna finns i atomkärnan, i TESTA DIG SJÄLV 13.1 GRUNDBOK proton Protoner är en av de partiklar som atomer är uppbyggda av. Protonerna finns i atomkärnan, i mitten av atomerna. Det är antalet protoner som bestämmer vilket atomslag

Läs mer

Föreläsning 2 Modeller av atomkärnan

Föreläsning 2 Modeller av atomkärnan Föreläsning 2 Modeller av atomkärnan Atomkärnan MP 11-1 Protonens och neutronens egenskaper Atomkärnors storlek och form MP 11-2, 4-2 Kärnmodeller 11-6 Vad gör denna ovanlig? Se även http://www.lbl.gov/abc

Läs mer

Tentamen: Baskurs B i Fysik, del1, 4p 2007-03-23 kl. 08.00-13.00

Tentamen: Baskurs B i Fysik, del1, 4p 2007-03-23 kl. 08.00-13.00 Institutionen för teknik, fysik och matematik Nils Olander och Herje Westman Tentamen: Baskurs B i Fysik, del1, 4p 2007-03-23 kl. 08.00-13.00 Max: 30 p A-uppgifterna 1-8 besvaras genom att ange det korrekta

Läs mer

7. Radioaktivitet. 7.1 Sönderfall och halveringstid

7. Radioaktivitet. 7.1 Sönderfall och halveringstid 7. Radioaktivitet Vissa grundämnens atomkärnor är instabila de kan sönderfalla av sig själva. Då en atomkärna sönderfaller bildas en mindre atomkärna, och energi skickas ut från kärnan i form av partiklar

Läs mer

TILLÄMPAD ATOMFYSIK Övningstenta 1

TILLÄMPAD ATOMFYSIK Övningstenta 1 TILLÄMPAD ATOMFYSIK Övningstenta 1 Skrivtid: 8 13 Hjälpmedel: Formelblad och räknedosa. Uppgifterna är inte ordnade efter svårighetsgrad. Börja varje ny uppgift på ett nytt blad och skriv bara på en sida.

Läs mer

Forelasning 13, Fysik B for D2. December 8, dar R 0 = 1:2fm. ( 1 fm = m) Vi har alltsa. ar konstant (R 3 = R 3 0A). 46.

Forelasning 13, Fysik B for D2. December 8, dar R 0 = 1:2fm. ( 1 fm = m) Vi har alltsa. ar konstant (R 3 = R 3 0A). 46. Forelasning 13, Fysik B for D2 Thomas Nilsson December 8, 1997 Subatomar fysik kallas allt som beror strukturer mindre an atomer, alltsa med en mer traditionell uppdelning, karn- och partikelfysik. 46

Läs mer

Miljöfysik. Föreläsning 5. Användningen av kärnenergi Hanteringen av avfall Radioaktivitet Dosbegrepp Strålningsmiljö Fusion

Miljöfysik. Föreläsning 5. Användningen av kärnenergi Hanteringen av avfall Radioaktivitet Dosbegrepp Strålningsmiljö Fusion Miljöfysik Föreläsning 5 Användningen av kärnenergi Hanteringen av avfall Radioaktivitet Dosbegrepp Strålningsmiljö Fusion Energikällor Kärnkraftverk i världen Fråga Ange tre fördelar och tre nackdelar

Läs mer

Björne Torstenson (TITANO) Sida 1 (6)

Björne Torstenson (TITANO) Sida 1 (6) Björne Torstenson (TITANO) Sida 1 (6) Namn: Ur centralt innehåll: Fysikaliska modeller för att beskriva och förklara uppkomsten av partikel-strålning och elektromagnetisk strålning samt strålningens påverkan

Läs mer

Föreläsning 1. Introduktion och repetition kapitel 1 och 2

Föreläsning 1. Introduktion och repetition kapitel 1 och 2 Föreläsning 1 Introduktion och repetition kapitel 1 och 2 1) Upprop 2) Introduktion till organisk kemi 3) Kursprogram 4) Kommentarer kring kursen 5) Atomer 6) Molekyler 7) Joner och radikaler Föreläsning

Läs mer

rep NP genomgång.notebook March 31, 2014 Om du har samma volym av två olika ämnen så kan de väga helt olika. Det beror på ämnets densitet.

rep NP genomgång.notebook March 31, 2014 Om du har samma volym av två olika ämnen så kan de väga helt olika. Det beror på ämnets densitet. 1. Materia 2. Ellära 3. Energi MATERIA Densitet = Hur tätt atomerna sitter i ett ämne Om du har samma volym av två olika ämnen så kan de väga helt olika. Det beror på ämnets densitet. Vattnets densitet

Läs mer

Fråga 1. Tipstolva Berzeliusdagarna 2019 Tema periodiska systemet och grundämnen

Fråga 1. Tipstolva Berzeliusdagarna 2019 Tema periodiska systemet och grundämnen Fråga 1 I gruvan i Bastnäs, Västmanland, har man hittat många mineraler; bland annat tre olika former av Bastnäsit. De tre har en gemensam nämnare. De innehåller alla detta grundämne i högre eller lägre

Läs mer

Fysik. Laboration 4. Radioaktiv strålning

Fysik. Laboration 4. Radioaktiv strålning Tekniskt basår, Laboration 4: Radioaktiv strålning 2007-03-18, 7.04 em Fysik Laboration 4 Radioaktiv strålning Laborationens syfte är att ge dig grundläggande kunskap om: Radioaktiva strålningens ursprung

Läs mer

Lösningar till problem del I och repetitionsuppgifter R r 0 A 13

Lösningar till problem del I och repetitionsuppgifter R r 0 A 13 Lösningar till problem del I och repetitionsuppgifter 03 Problem I. 6 0 08 Beräkna kärnradien hos 8O8, 50 Sn70 och 8 Pb6. Använd r 0 =, fm. L I. Enligt relation R r 0 A 3 får vi R. 6 3 3. 0 fm, R. 0 /

Läs mer

De delar i läroplanerna som dessa arbetsuppgifter berör finns redovisade på den sista sidan i detta häfte. PERIODISKA SYSTEMET

De delar i läroplanerna som dessa arbetsuppgifter berör finns redovisade på den sista sidan i detta häfte. PERIODISKA SYSTEMET Ar be tsu pp gi fte r ARBETSUPPGIFTER Uppgifterna är kopplade till följande filmer ur serien Area 1 Kemins grunder: 8. Livets atom Uppgifterna är av olika svårighetsgrad A-C, och du måste använda dig av

Läs mer

LÖSNINGSFÖRSLAG. 11. Kärnfysik. c 3, , J 3, ev 1,9 ev. E hc. 5, m 0,36 pm. hc 1, m 1,43 pm E 6, ,0 10 8

LÖSNINGSFÖRSLAG. 11. Kärnfysik. c 3, , J 3, ev 1,9 ev. E hc. 5, m 0,36 pm. hc 1, m 1,43 pm E 6, ,0 10 8 Kärnfysik 0-0. Se lärobokens facit. c 3,0 08 03. a) f Hz 4,6 0 4 Hz 6500 9 b) E hf 6,630 34 4,6 0 4 J 3, 0 9 J 3,0 9 J 3,09 ev,9 ev,6 09 Svar: a) 4,6 0 4 Hz b) 3, 0 9 J (,9 ev) 04. a) Kol är nr 6 i det

Läs mer

Tentamen Relativitetsteori , 27/7 2019

Tentamen Relativitetsteori , 27/7 2019 KOD: Tentamen Relativitetsteori 9.00 14.00, 27/7 2019 Hjälpmedel: Miniräknare, linjal och bifogad formelsamling. Observera: Samtliga svar ska lämnas på dessa frågepapper. Det framgår ur respektive uppgift

Läs mer

Tentamen: Atom och Kärnfysik (1FY801) Lördag 15 december 2012,

Tentamen: Atom och Kärnfysik (1FY801) Lördag 15 december 2012, Tentamen: Atom och Kärnfysik (1FY801) Lördag 15 december 2012, 9.00-14.00 Kursansvarig: Magnus Paulsson (magnus.paulsson@lnu.se, 0706-942987) Kom ihåg: Ny sida för varje problem. Skriv ditt namn och födelsedatum

Läs mer

LÖSNING TILL TENTAMEN I STJÄRNORNA OCH VINTERGATAN, ASF010

LÖSNING TILL TENTAMEN I STJÄRNORNA OCH VINTERGATAN, ASF010 Teoretisk fysik och mekanik Institutionen för Fysik och teknisk fysik Chalmers &Göteborgs Universitet LÖSNING TILL TENTAMEN I STJÄRNORNA OCH VINTERGATAN, ASF010 Tid: 25 augusti 2010, kl 8 30 13 30 Plats:

Läs mer

Fysiska institutionen april 1983 Hans Linusson, Carl-Axel Sjöblom, Örjan Skeppstedt januari 1993 FY 2400 april 1998 Distanskurs LEKTION 26.

Fysiska institutionen april 1983 Hans Linusson, Carl-Axel Sjöblom, Örjan Skeppstedt januari 1993 FY 2400 april 1998 Distanskurs LEKTION 26. GÖTEBORGS UNIVERSITET Fysiska institutionen april 1983 Hans Linusson, Carl-Axel Sjöblom, Örjan Skeppstedt januari 1993 FY 2400 april 1998 Distanskurs LEKTION 26 Delkurs 4 KÄRNSTRUKTUR I detta häfte ingår

Läs mer

De delar i läroplanerna som dessa arbetsuppgifter berör finns redovisade på den sista sidan i detta häfte. PERIODISKA SYSTEMET

De delar i läroplanerna som dessa arbetsuppgifter berör finns redovisade på den sista sidan i detta häfte. PERIODISKA SYSTEMET Ar be tsu pp gi fte r ARBETSUPPGIFTER Uppgifterna är kopplade till följande filmer ur serien Area 1 Kemins grunder:. Kemiska reaktioner. Fast, flytande och gas. Kemispråket Uppgifterna är av olika svårighetsgrad

Läs mer

BFL122/BFL111 Fysik för Tekniskt/ Naturvetenskapligt Basår/ Bastermin Föreläsning 7 Kvantfysik, Atom-, Molekyl- och Fasta Tillståndets Fysik

BFL122/BFL111 Fysik för Tekniskt/ Naturvetenskapligt Basår/ Bastermin Föreläsning 7 Kvantfysik, Atom-, Molekyl- och Fasta Tillståndets Fysik Föreläsning 7 Kvantfysik 2 Partiklars vågegenskaper Som kunnat konstateras uppträder elektromagnetisk strålning ljus som en dubbelnatur, ibland behöver man beskriva ljus som vågrörelser och ibland är det

Läs mer

14. Elektriska fält (sähkökenttä)

14. Elektriska fält (sähkökenttä) 14. Elektriska fält (sähkökenttä) För tillfället vet vi av bara fyra olika fundamentala krafter i universum: Gravitationskraften Elektromagnetiska kraften, detta kapitels ämne Orsaken till att elektronerna

Läs mer

Alla svar till de extra uppgifterna

Alla svar till de extra uppgifterna Alla svar till de extra uppgifterna Fö 1 1.1 (a) 0 cm 1.4 (a) 50 s (b) 4 cm (b) 0,15 m (15 cm) (c) 0 cm 1.5 2 m/s (d) 0 cm 1.6 1.2 (a) A nedåt, B uppåt, C nedåt, D nedåt 1.7 2,7 m/s (b) 1.8 Våglängd: 2,0

Läs mer

Lösningar del II. Problem II.3 L II.3. u u MeV O. 2m e c2= MeV T += MeV Rekylkärnans energi försummas 14N

Lösningar del II. Problem II.3 L II.3. u u MeV O. 2m e c2= MeV T += MeV Rekylkärnans energi försummas 14N Lösningar del II Problem II.3 Kärnan 14 O sönderfaller under utsändning av en positiv elektron till en exciterad nivå i 14 N, vilken i sin tur sönderfaller till grundtillståndet under emission av ett kvantum

Läs mer

De delar i läroplanerna som dessa arbetsuppgifter berör finns redovisade på den sista sidan i detta häfte. PERIODISKA SYSTEMET

De delar i läroplanerna som dessa arbetsuppgifter berör finns redovisade på den sista sidan i detta häfte. PERIODISKA SYSTEMET Ar be tsu pp gi fte r ARBETSUPPGIFTER Uppgifterna är kopplade till följande filmer ur serien Area 1 emins grunder: 1. emikunskap är makt. Atomer och molekyler 3. Grundämnen Uppgifterna är av olika svårighetsgrad

Läs mer

Vågrörelselära & Kvantfysik, FK januari 2012

Vågrörelselära & Kvantfysik, FK januari 2012 Räkneövning 10 Vågrörelselära & Kvantfysik, FK2002 9 januari 20 Problem 42.1 Vad är det orbitala rörelsemängdsmomentet, L, för en elektron i a) 3p-tillståndet b) 4f-tillståndet? Det orbitala rörelsemängdsmomentet

Läs mer

Instuderingsfrågor för godkänt i fysik år 9

Instuderingsfrågor för godkänt i fysik år 9 Instuderingsfrågor för godkänt i fysik år 9 Materia 1. Rita en atom och sätt ut atomkärna, proton, neutron, elektron samt laddningar. 2. Vad är det för skillnad på ett grundämne och en kemisk förening?

Läs mer