Atomfysik

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 också kan delas in i mindre delar.
Modell av en kväveatom.
 Dansken Niels
Bohr utformade
en modell för
hur atomen
fungerar.
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.
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).
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.
Det yttersta skalets
elektroner kallas
valenselektroner.
• Atomen strävar efter att det yttersta skalet ska vara fullt.
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.
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
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.
Alfastrålning och betastrålning
•
När en atom sönderfaller avges strålning.
•
Det finns olika sorters sönderfall
– Alfasönderfall
Från en atomkärna sticker det iväg två protoner + två
neutroner (alltså en heliumkärna). Detta kallas
– alfastrålning.
Betasönderfall
En neutron kan falla sönder och bli till en proton och en
elektron. Elektronen skickas iväg och detta kallas
betastrålning.
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.
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-14metoden handlar om att vi vet
hur lång halveringstiden är på
kol med atomvikten 14.
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
Fusion
•
Fusion är en sammanslagning av atomkärnor.
•
Detta sker hela tiden i solen, då två väteatomer slås ihop till en heliumatom.
•
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?
Fission
• Fission är motsatsen till fusion. Atomkärnorna delas
och blir till två mindre atomer. (Kallas klyvningsprodukter)
• Vi har bemästrat fissionen och kan använda det både
för att utvinna energi och som vapen.
1.
2.
3.
4.
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
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!
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.
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.
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.
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?
Ta reda på detta
•
Hur fungerar Kol-14 metoden?