Atomfysik

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

2. Atom (grek. odelbar) • Ordet atom användes för att beskriva materians minsta beståndsdel. • Nu vet vi att atomen också kan delas in i mindre delar.  Dansken Niels Bohr utformade en modell för hur atomen fungerar. Modell av en kväveatom.

3. Atomen delar • Atomen består av en kärna som innehåller protoner (som är positivt laddade) och neutroner (som är oladdade). • Runt kärnan kretsar elektroner (som är negativt laddade) på olika avstånd. Kolatomen har sex protoner i kärnan och har därför atomnummer 6.

4. Grundämnenas periodiska system • Ger information om alla grundämnen vi känner till, bl.a: • Atomnumret (hur många protoner som finns i atomens kärna). • Kemisk beteckning (en eller flera bokstäver, förkortning av namnet). • Atommassa (hur mycket atomen väger, antalet protoner + neutroner).

5. Elektronskalen • Elektronerna befinner sig i olika elektronskal runt kärnan. • Det innersta skalet (k-skalet) kan ha som mest 2 elektroner. • Nästa skal (l-skalet) kan ha som mest 8 elektroner. • Nästa skal (m-skalet) också 8. • Atomen strävar efter att det yttersta skalet ska vara fullt. Det yttersta skalets elektroner kallas valenselektroner.

6. Atomer och joner • Atomer har lika många elektroner som protoner och har då laddningen ±0. • Om det finns fler eller färre elektroner än det finns protoner så kallas det för en jon och den är antingen positivt eller negativt laddad.  koksalt Här ser vi en natriumatom och en kloratom. När natriumatomen ger bort en elektron till kloratomen, får de båda som de vill: Ett fullt yttersta elektronskal. Natriumjonen får laddningen +1 och kloridjonen -1.

7. Radioaktivitet • De flesta grundämnena har stabila atomkärnor. • En del har de inte, deras kärnor faller sönder så att nya atomer bildas. • Dessa ämnen är radioaktiva. Radium Uran Polonium

8. Madame Curie • Marie Curie, född 1867 i Polen, blev senare fransk medborgare. • Arbetade tillsammans med sin man Pierre Curie, de studerade radioaktivitet. • Fick nobelpriset två gånger: • 1903 tillsammans med Henri Becquerel för sitt arbete med radioaktivitet. • 1911 för upptäckten av grundämnena Radium och Polonium. • Fick ett grundämne uppkallad efter sig (Curium). • Dog 1934 av strålningen som hon utsattes för i sitt arbete.

9. Alfastrålning och betastrålning • När en atom sönderfaller avges strålning. • Det finns olika sorters sönderfall • Alfasönderfall • Betasönderfall Från en atomkärna sticker det iväg två protoner + två neutroner (alltså en heliumkärna). Detta kallas alfastrålning. En neutron kan falla sönder och bli till en proton och en elektron. Elektronen skickas iväg och detta kallas betastrålning.

10. Gammastrålning • Vid vissa sönderfall uppstår också gammastrålning. • Den är en sorts elektromagnetisk strålning som liknar röntgenstrålar. • Gammastrålning tränger igenom mycket och det behövs en c:a 10 cm tjock blyplatta för att stoppa den. • Om man utsätts för gammastrålning uppstår cancer.

11. Halveringstid • I t.ex. ett stycke Uran sönderfaller atomerna i hyfsat jämn takt, inte alla samtidigt alltså. • Den tid det tar för hälften av atomerna i uranstycket att sönderfalla, kallar man halveringstid. • Olika ämnen har olika halveringstid. Den här kunskapen kan vi använda för att bestämma åldern på t.ex. dinosaurieskelett. Kol-14-metoden handlar om att vi vet hur lång halveringstiden är på kol med atomvikten 14.

12. Hur mäter man radioaktivitet? • Jo man mäter antalet sönderfall per sekund. • Ett sönderfall per sekund = 1 becquerel (förkortas Bq). • Med ett GM-rör kan man registrera sönderfall. GM är förkortning för Geiger-Müller

13. Fusion • Fusion är en sammanslagning av atomkärnor. • Detta sker hela tiden i solen, då två väteatomer slås ihop till en heliumatom.

14. Enorma mängder energi frigörs vid fusionen av två atomer. • Om vi skulle kunna ta till vara denna energi skulle vi till stor del ha löst energifrågan. I filmen ”The Saint” från 1997, har Dr. Russel (t.v.) hittat ett sätt att ta till vara energin hos fusioner genom en metod som hon kallar Cold Fusion. I dagsläget kan vi inte göra detta i verkligheten, men kan vi det i framtiden?

15. Fission • Fission är motsatsen till fusion. Atomkärnorna delas och blir till två mindre atomer. • Vi har bemästrat fissionen och kan använda det både för att utvinna energi och som vapen. (Kallas klyvningsprodukter) • En neutron träffar en atomkärna • Den klyvs och blir till två mindre atomer, samtidigt frigörs fria neutroner + en massa värmeenergi • De fria neutronerna träffar andra atomkärnor, osv. • Det blir alltså en kedjereaktion

16. Kärnkraftverk • I kärnkraftverkets reaktor sker hela tiden kärnklyvningar, där vi använder Uran som bränsle. • Vi kan kontrollera hastigheten på reaktionerna med styrstavar och genom att kombinera uran-238 och uran-235 till rätt proportioner. • Värmen som uppstår vid reaktionerna värmer upp vatten till ånga, som i sin tur driver en turbin som alstrar ström. Genom induktion!

17. Faror med kärnkraft • Om vi tappar kontrollen över reaktionerna så kan en katastrof inträffa. Detta hände i Tjernobyl 1986. • Trots att det skedde ända borta i nuvarande Ukraina så påverkade detta Sverige i form av höga stråldoser.

18. Kärnvapen • Om man medvetet framkallar en okontrollerad kedjereaktion, kan detta användas som ett massförstörelsevapen. • Konsekvenserna av att använda kärnvapen blir stora. Bl.a. genetiska sjukdomar hos de som överlever. • Ironiskt nog har kärnvapen benämnts som en fredsbevarande uppfinning. Eftersom ingen vill starta kärnvapen krig, upprätthålls så kallad terrorbalans.

19. Albert Einstein • Föddes i Tyskland 1879, flyttade senare till Italien, Schweiz och slutligen till USA. • Teoretisk fysiker som ligger bakom relativitetsteorin. • Hans formel E = mc2 förklarar sambandet mellan energi och massa. • Fick nobelpriset i fysik 1921 för sina upptäckter om fotoelektrisk effekt. • Hans arbete ledde senare bl.a. till uppfinningar som kärnkraft och kärnvapen.

20. Svara på dessa frågor • Vad består en atom av för delar? • Vad är en jon? • Vad innebär det att ett ämne är radioaktivt? • Vad är alfastrålning? • Vad är betastrålning? • Vad är gammastrålning? • Vad är halveringstid? • Hur kan man mäta radioaktivitet? • Vad är fusion? • Vad är fission? • Hur fungerar ett kärnkraftverk? • Hur fungerar en atombomb?

21. Ta reda på detta • Hur fungerar Kol-14 metoden?