Grundidén
En atomkärna är gjord av protoner och neutroner som är tätt sammanpackade. Vanligtvis håller naturens starka krafter ihop dem för evigt, men ibland är balansen fel och då blir kärnan ostabil.
En ostabil kärna strävar efter att bli stabil. Den gör sig av med extra energi genom att skicka ut små bitar eller strålning. Detta sker helt slumpmässigt, och ingen kan förutse exakt när en viss atom ska falla sönder.
Som popcorn i en skål
Tänk dig en skål med popcorn i en varm ugn. Du vet inte exakt vilket korn som poppar näst, men du vet ungefär hur många som poppar per minut totalt. Radioaktivt sönderfall fungerar likadant: varje atomkärna är ett eget korn, och även om varje enskild händelse är slumpmässig är det genomsnittliga mönstret för miljarder kärnor extremt förutsägbart.
Trots att enskilda atomer är oförutsägbara, följer stora mängder atomer ett tydligt mönster. Det gör att vi kan använda radioaktivitet för att mäta åldern på gamla fynd eller för att bota sjukdomar.
Tre typer av strålning
När radioaktivitet först upptäcktes märkte forskarna att strålningen kom i olika former. De döpte dem efter de grekiska bokstäverna alfa, beta och gamma.
Alfastrålning (α)
En tung partikel bestående av två protoner och två neutroner – i praktiken en heliumkärna. Den är så stor och långsam att ett vanligt pappersark stoppar den helt. Farlig bara om man andas in eller sväljer ett alfastrålande ämne.
Betastrålning (β)
En snabb elektron (eller positron) som slungas ut när en neutron omvandlas till en proton inne i kärnan. Den tar sig igenom papper men stoppas av några millimeter aluminium.
Gammastrålning (γ)
Högenergetiska , samma sorts strålning som ljus och röntgen fast med mycket mer energi. Den kräver tjocka lager av bly eller betong för att dämpas och är den som tränger djupast in i kroppen.
Hur fungerar det egentligen?
är namnet på den tid det tar för hälften av alla radioaktiva atomer i ett ämne att försvinna. Oavsett om du har en liten smula eller en stor klump, kommer hälften att vara kvar efter den tiden.
Start
Du har N₀ radioaktiva kärnor av ett ämne, till exempel en bit uran eller en skalbit med kol-14.
Efter en halveringstid
Hälften av kärnorna har sönderfallit till ett annat ämne. Kvar finns N₀/2 ursprungliga kärnor.
Efter två halveringstider
Ytterligare hälften av de kvarvarande har sönderfallit. Kvar finns N₀/4 – en fjärdedel av ursprungsmängden.
Och så vidare, oändligt
Mängden halveras om och om igen men når aldrig exakt noll – matematiskt finns det alltid ett litet spår kvar, hur länge man än väntar.
Sönderfallslagen
Vad betyder symbolerna?
- antalet radioaktiva kärnor som finns kvar vid tiden t
- antalet radioaktiva kärnor vid starten, t = 0
- förfluten tid, i samma enhet som T
- – unik för varje
Räkneexempel
Kol-14 har en på 5 730 år och används för att datera gamla organiska fynd, till exempel ett träredskap som innehöll ursprungligen N₀ = 1 000 enheter kol-14 när trädet dog.
Efter 11 460 år återstår bara 250 av de ursprungliga 1 000 enheterna kol-14 – en fjärdedel. Genom att mäta hur mycket som faktiskt är kvar i ett prov kan arkeologer räkna baklänges och få fram exakt ålder.
Prova själv
Halveringstidssimulator
Välj en och spola fram tiden för att se hur atomerna sönderfaller en efter en.
Halveringstid för Cesium-137 (Tjernobyl): 30 år
= 28,7 % kvar av ursprungsmängden
Dra reglaget framåt i tiden och se hur punkterna slumpmässigt "slocknar" en efter en – men alltid så att ungefär hälften försvinner per halveringstid.
Ämnet cesium från Tjernobyl-olyckan halveras vart trettionde år. I dag finns ungefär 40 procent kvar i naturen, så det dröjer länge innan det är helt borta.
Hur vet vi det?
Radioaktivitet upptäcktes av en slump 1896. Henri Becquerel lämnade uran på en fotoplåt i en mörk låda. När han tog ut den såg han att uranet hade gett ifrån sig osynliga strålar.
När han framkallade plåten såg han att den blivit påverkad trots att den legat i totalt mörker. Uranet måste ha skickat ut en egen, osynlig strålning. Becquerel hade därmed upptäckt radioaktiviteten av en ren slump.
Marie Curie, tillsammans med sin man Pierre, tog upptäckten vidare. Hon myntade själv ordet "radioaktivitet" och upptäckte två nya grundämnen, polonium och radium, genom att mödosamt bearbeta ton efter ton av uranmalm i ett läckande skjul i Paris. Hon fick Nobelpriset två gånger – i fysik 1903 och i kemi 1911 – den enda person som gjort det inom olika vetenskaper.
1896
Becquerels upptäckt
Uransalter exponerar fotografisk plåt utan solljus – det första beviset för radioaktivitet.
1898
Polonium och radium
Marie och Pierre Curie isolerar två nya radioaktiva grundämnen ur uranmalm.
1934
Halveringstidens lag preciseras
Sönderfallslagen etableras fullt ut i kärnfysiken och blir grunden för dateringsmetoder.
1949
Kol-14-metoden
Willard Libby utvecklar radiokoldatering, vilket senare ger honom Nobelpriset i kemi 1960.
1986
Tjernobyl
Reaktorolyckan i Ukraina sprider cesium-137 och jod-131 över stora delar av Europa, inklusive Sverige.
Strålning i vardagen
Vi lever i en svag strålning hela tiden. Den kommer från rymden, berggrunden och maten vi äter. I Sverige får vi i oss ungefär lika mycket strålning som människor i resten av världen.
Ungefärlig fördelning av svenskens årliga stråldos
| Källa | Andel av dosen | Kommentar |
|---|---|---|
| Radon i inomhusluft | ~50 % | Varierar kraftigt mellan hus och berggrund |
| Kosmisk strålning | ~10 % | Ökar med höjd över havet och vid flygresor |
| Mark och byggmaterial | ~15 % | Naturligt uran och torium i berggrunden |
| Mat och dryck (t.ex. kalium-40) | ~10 % | Finns i bananer, potatis, kött |
| Sjukvård (röntgen m.m.) | ~15 % | Den enda källan vi aktivt kan välja bort |
Radon är en osynlig gas från marken och är den vanligaste källan till strålning i våra hem. Det är klokt att mäta radonhalten där man bor, särskilt om huset har en källare.
2,4 mSv/år
Så mycket strålning får en genomsnittlig svensk varje år – utan en enda röntgenundersökning eller flygresa.
Wow-siffror
4,5 miljarder år
för uran-238
ungefär jordens egen ålder – hälften av allt uran-238 som fanns när jorden bildades finns fortfarande kvar.
0,0002 sekunder
för polonium-214
snabbare än ett ögonblinkande – ämnet försvinner nästan direkt.
8 000 per sekund
Sönderfall i en vuxen människokropp
mest från kalium-40 i musklerna – du är alltid lite radioaktiv.
~40 %
Kvarvarande cesium-137 i svensk mark sedan Tjernobyl
nästan 40 år senare, eftersom ämnets är omkring 30 år.
1 g radium
Aktivitet enligt definitionen av Curie (Ci)
motsvarar hela 37 miljarder sönderfall per sekund i bara ett enda gram.
Nytta och nackdel
Radioaktivitet är varken "bra" eller "dåligt" i sig – det handlar om dos, strålningstyp och hur länge man exponeras. Samma fysik som gör cesium-137 farligt i miljön gör kobolt-60 användbart för att sterilisera sjukvårdsmaterial och bota tumörer med strålbehandling.
Läkare använder radioaktiva ämnen för att se in i kroppen, och rökdeckare innehåller ofta en pytteliten mängd strålande material. Till och med rymdsonder långt ute i rymden drivs av värmen från radioaktiva ämnen.
Myt
Allt som är radioaktivt är extremt farligt.
Sanningen
Dosen avgör allt. Bananer, kroppen och till och med granitberg är svagt radioaktiva utan att vara farliga – det är koncentration, strålningstyp och exponeringstid som avgör risken.
Myt
Radioaktiva ämnen 'smittar' som ett virus och gör allt de rör vid radioaktivt för alltid.
Sanningen
Strålning kan jonisera material tillfälligt, men bara om radioaktivt material (t.ex. damm eller vätska) faktiskt fastnar på eller i något blir det kontaminerat – ren bestrålning gör inte saker radioaktiva.
Myt
betyder att allt är borta efter två halveringstider.
Sanningen
Efter två återstår fortfarande en fjärdedel. Matematiskt sett blir mängden aldrig exakt noll, den bara halveras om och om igen i all oändlighet.
Vanliga missförstånd
Myt
Kärnkraftverk kan explodera som en atombom.
Sanningen
Bränslet i ett kärnkraftverk är för utspätt (låganrikat) för att kunna ge en kärnvapenexplosion. Olyckor som Tjernobyl orsakades istället av ångexplosioner och bränder som spred radioaktivt material.
Myt
Man kan 'se' eller 'känna' radioaktiv strålning.
Sanningen
Strålning är osynlig och känns inte förrän skadan redan är gjord vid mycket höga doser. Det är precis därför vi behöver mätinstrument som Geiger-Müller-räknare för att upptäcka den.
Det är bra att förstå skillnaden mellan hur mycket något strålar och hur mycket skada det faktiskt gör. Siffror i media kan låta skrämmande stora utan att det behöver innebära någon fara.
Radioaktivitet i Sverige idag
Sverige har stationer som vaktar och mäter strålning dygnet runt. Det finns fortfarande spår efter Tjernobyl i vissa skogar, men myndigheterna ser till att allt är tryggt för oss människor.
Våra kärnkraftverk är konstruerade för att vara säkra. Det gamla bränslet kommer att grävas ner djupt i berget under lång tid så att det aldrig kan skada naturen eller människor.
.jpg?width=1400)
