Fysikaliska grunder

Fysikaliska grunder
Fysik
Fysik (från grekiska φυσικός eller physikos,
"naturlig") är vetenskapen om naturen i dess
vidaste bemärkelse.
Fysiken handlar om de beståndsdelar som bygger
upp universum, de fundamentala krafter som
verkar mellan dessa beståndsdelar, och de resultat
som dessa krafter ger.
Film!
https://www.youtube.
com/watch?v=GiItrJISQE
Atomens uppbyggnad
ca 10-15 m
ca 10-10 m
Namn
Symbol
Beteckning
Laddning
Proton
p
p
+1
Neutron
n
n
0
Elektron e
e
-1
Skala
Begreppet jon
Jon
En jon är en atom eller molekyl som har fler eller färre
elektroner än protoner. Joner har en nettoladdning.
Joner är reaktiva och kan skada vävnad
neutral atom
jon
Beteckningar inom kärnfysik
antalet protoner + antalet neutroner
9
4
Be5
antalet neutroner
antalet protoner
Allmänt:
A
Z
XN
X = grundämnets kemiska beteckning
Z = atomnummer = antalet protoner
N = neutrontal = antalet neutroner
A = masstal = antalet protoner + antalet neutroner
Exempel på isotoper
Isotoper av väte
vanligt väte
tungt väte
(Deuterium)
tretungt väte
(Tritium)
Antalet protoner avgör
hur stor andel neutroner
som behövs för att
kärnan skall vara stabil.
Z = antal protoner
Stabilitet och kärnans storlek
N=Z
stabila kärnor
N = antal neutroner
Sönderfall
•  - sönderfall (partikelstrålning)
•  - sönderfall (partikelstrålning)
•  - sönderfall (foton, elektromagnetisk strålning)
Alfasönderfall
Sönderfall som resulterar i att en alfapartikel sänds ut kallas
alfasönderfall.
ex)
222
86
Rn 
218
84
Po  α
Vad är  för partikel?
Antag att antalet neutroner och antalet protoner inte förändras vid sönderfallet.
86 – 84=2
2 protoner
222 – 218=4 4 – 2=2 neutroner.
 är en heliumkärna:
4
2
He
Beta- och
gammasönderfall
Betasönderfall är en elektron eller positron som
sänds ut från atomkärnan (partikelstrålning)
Gammasönderfall är en foton som sänds ut från
atomkärnan, sker i samband med alfa- eller
betasönderfall (elektromagnetisk strålning)
Genomträngningsförmåga



Gammastrålning har
ingen maximal räckvidd,
men dess intensitet
dämpas vid passage
genom materia. Bly ger
kraftig dämpning.
hudens aluminium
hornlager
betong
bly
Räckvidd i luft


Några centimeter
Några meter

figuren är ej skalenlig
Några hundra meter
Gammastrålning har ingen maximal
räckvidd, men dess intensitet dämpas
vid passage genom materia.
Aktivitet
Ett ämnes aktivitet bestäms av antalet
sönderfall per sekund. (1 Becquerel (Bq) = 1
sönderfall per sekund)
A
A0
Aktivitet när mätningen börjar, t=0
A0
2
Aktiviteten har sjunkit till hälften av A0
0
t = T½ = halveringstiden
t
Aktivitet: matematisk beskrivning
A(t ) är aktiviteten vid tiden t
T½ är halveringstiden
A
A(t )  A0  e

t
 ln( 2 )

T½





A0
A0
2
0
T½
ln( 2 )
T½ 
, där  är sönderfallskonstanten
λ
t
Halveringstid
Halveringstid är den tid det tar för ett preparat
att halvera sin aktivitet.
Antal
halveringstider
Aktivitet
0
100%
1
50%
2
25%
3
12.5%
4
6.25%
5
3.125%
Seriesönderfall
Dos och dosrat
Dos = absorberad energi per kg vävnad, J/kg,
benämns sievert (Sv).
Vanligen används millisievert (mSv) eller
mikrosievert (µSv)
Dosrat = dos per tidsenhet, t.ex. µSv/h
Effektiv dos = är ett mått på
skaderisken, anges som sievert.
Dosrat kan mätas
Instrumentet visar
miljödosekvivalentrat
Dosratens avtagande med avståndet
Punktformig källa: Fördubbling av avståndet ger en fjärdedels dosrat
2
 a1  

D2    D1
 a2 
a1
a2
Vår strålmiljö
Stråldos till en genomsnittlig svensk – 3,0 mSv/år
Övrigt (kärnkraft, kärnvapen
och Tjernobyl) 0,02 mSv/år
Mat
0,2 mSv/år
40K
i kroppen 0,2 mSv/år
Mark o. byggnads-matrl 0,6
mSv/år
Medicinsk undersökn. 0,9 mSv/år
Genomsnittlig radonhalt inomhus: 83 Bq/m³
Radon inomhus 0,8 mSv/år
Kosmisk stråln. 0,3 mSv/år