Radioaktivt sönderfall Atomers (grundämnens) sammansättning

Transkript

1 Radioaktivitet

2 Radioaktivt sönderfall Atomers (grundämnens) sammansättning En atom består av kärna (neutroner + protoner) med omgivande elektroner Kärnan är antingen stabil eller instabil En instabil kärna sönderfaller (förr eller senare). I samband med sönderfallet utsänds strålning. Ämnet betecknas som radioaktivt (ämne som utsänder strålning) Strålningen kallas joniserande strålning Benämningen radioaktiv strålning inte korrekt

3 ATOM ELEKTRONER (- Laddade) KÄRNA I Kärnan PROTONER NEUTRONER (+laddade) (oladdade)

4 Terminologi Beteckning 131 I eller I I eller I-127 Grundämnet (bestäms av antalet protoner) betecknas med en bokstav, masstalet med en siffra (summan av protoner och neutroner) Terminologi Nuklid = atomkärna Isotop syskon av samma grundämne (olika tunga) Radionuklid används för att beteckna ett radioaktivt ämne. Ex. I-131 är en vanlig radionuklid i sjukvården. Radioaktiv isotop av ett visst ämne. Ex. I-131 är en radioaktiv isotop av jod. I-127 är en stabil isotop av jod.

5 Periodiska systemet

6 Varför är ett ämne instabilt (radioaktivt)? Atomkärnan behöver ha en viss balans mellan antalet neutroner och protoner. För lätta ämnen gäller att N Z (N= antal neutroner, Z= antal protoner). För tunga ämnen ska N vara lite större än Z. Stabila ämnen ligger utmed en stabilitetslinje i ett N-Z diagram.

7 Vad händer när kärnan är instabil? Kärnan vill ändra förhållandet mellan N och Z så att den blir stabil. En neutron vill bli en proton alt en proton vill bli en neutron. En ß- eller ß+ partikel kan skickas ut. Kallas betasönderfall. Hos vissa tunga instabila nuklider kan en partikel skickas ut (ger också bättre balans mellan neutroner och protoner). Kallas alfasönderfall. En sällsynt form av sönderfall för tunga atomkärnor är spontan fission Kärnan delas då i ungefär två lika stora delar.

8 Hur ser den nya kärnan ut? -Det blir nästan alltid ett nytt grundämne Exempel: 14 C blir 14 N - Den nya kärnan ( dotterkärnan) kan vara stabil eller instabil (Om den är instabil kommer denna också att sönderfalla)

9 A Z X A Z = number of protons + number of neutrons = number of protons A Z = number of neutrons Number of neutrons = Mass Number Atomic Number

10 There are many types of flouride: F F 9 9 A 19 Z 9 Number of protons 9 Number of neutrons 10 A 18 Z 9 Number of protons 9 Number of neutrons 9 Isotopes of any particular element contain the same number of protons, but different numbers of neutrons.

11 Följder av sönderfallet Vid varje sönderfall kan en eller flera partiklar/fotoner av följande slag utsändas (emitteras): * Gammafotoner * Karakteristisk röntgenstrålning (liknar gammafotoner, men kommer från elektronskalet) * Annihilationsfotoner (2 gammafotoner då ß+ går upp i rök ) Elektroner av olika ursprung (från kärnan eller elektronskalet) Alfapartiklar

12 Radioactive Decay Radioactive decay results in the emission of either: an alpha particle ( ), a beta particle (b), or a gamma ray(g).

13 Alpha Decay A X Z A - 4 Z - 2 Y 4 + He 2 unstable atom more stable atom alpha particle

14 Alpha Decay Ra Rn He 4 2

15 Alpha Decay A Z X A - 4 Y + He Z Ra Rn + He

16 Beta Decay A beta particle is a fast moving electron which is emitted from the nucleus of an atom undergoing radioactive decay. Beta decay occurs when a neutron changes into a proton and an electron.

17 Beta Decay As a result of beta decay, the nucleus has one less neutron, but one extra proton. The atomic number, Z, increases by 1 and the mass number, A, stays the same.

18 Beta Decay I Xe 0 b -1

19 Beta Decay A Z X A 0 Y + b Z I Xe + b

20 Gamma Decay Gamma rays are not charged particles like and b particles. Gamma rays are electromagnetic radiation with high frequency. When atoms decay by emitting or b particles to form a new atom, the nuclei of the new atom formed may still have too much energy to be completely stable. This excess energy is emitted as gamma rays (gamma ray photons have energies of ~ 1 x J).

21 Gamma Decay A Z X A Y + g Z 99m 99 Tc Tc g

22 Egenskaper hos en radionuklid Kemiska egenskaper (samma som den stabila isotopen) Bestämmer hur den fria radionukliden uppför sig i kroppen. Avgör hur den kan bindas till andra molekyler. Strålningsegenskaper Avgör hur lämplig radionukliden är att använda för patientundersökningar. - Ev gammastrålning (antal fotoner per sönderfall) - Ev ß+ strålning - Energi hos gammastrålningen - Energi hos ß strålningen - Halveringstid

23 Aktivitet hos en strålkälla (flaska, spruta, patient,..) Mängden av en radionukliden anges som aktivitet (eller radioaktivitet) Antalet atomer och benägenheten att sönderfalla bestämmer aktiviteten: A = n, där är sönderfallskonstanten och n är antalet atomer. Aktiviteten anges i Bq (sönderfall per sek). Gammal enhet Ci. Då tiden går minskar n. Minskningen är exponentiell. Därmed minskar också aktiviteten exponentiellt. Halveringstiden T är den tid då antalet atomer minskat till hälften. Aktiviteten har då också minskat till hälften.

24 Hur kan ett grundämne bli radioaktivt? Naturliga radionuklider a) Mycket långlivade ex 40 K b) Döttrar till långlivade ex 222 Rn c) Bildas i atmosfären ex 14 C Artificiella radionuklider * En neutron adderas till kärnan man får en ß- strålare (sker i reaktor) * En proton adderas till kärnan man får en ß+ strålare (sker i cyklotron) * Döttrar från sönderdelade urankärnor man får ß- strålare (sker i reaktor)

25 Beräkning av aktivitet vid en viss tid t A(t) = A(0) e- ln(2) t /T T är halveringstiden A(0) är aktiviteten vid starttiden A(t) är aktivitet vid tiden t senare Om man vill ha reda på vad aktiviteten var tidigare ta bort minus-tecknet i formeln. ln(2) = 0,693 OBS Måste vara samma enheter på t och T, t ex timmar

26 Tid (tim) Sönderfallstabell 99m Tc 0,5 0,94 1,06 1,0 0,89 1,12 1,5 0,84 1,19 2,0 0,79 1,27 2,5 0,75 1,33 3,0 0,71 1,41 3,5 0,67 1,49 4,0 0,63 1,59 Reduktionsfaktor Korrektionsfaktor Exempel 1: Aktivitet kl är 650 MBq Vad är aktiviteten 11.30? Exempel 2: Aktiviteten är kl MBq. Hur stor var den kl 9? 4,5 0,59 1,69

27 Exempel på seriesönderfall (generatorprincip) Mo-99 T= 66 tim Tc-99m T = 6 tim Tc-99 T = år Ru-99 stabil