Radioaktivitet
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
ATOM
ELEKTRONER
(- Laddade)
KÄRNA
I Kärnan
PROTONER
NEUTRONER
(+laddade)
(oladdade)
Terminologi
Beteckning
131I
eller I-131
127I
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.”
Periodiska systemet
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.
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.
Hur ser den nya kärnan ut?
-Det blir nästan alltid ett nytt grundämne
Exempel: 14C blir 14N
- Den nya kärnan ( dotterkärnan) kan vara stabil eller instabil
(Om den är instabil kommer denna också att sönderfalla)
A
X
Z
A
= number of protons + number of neutrons
Z
= number of protons
A – Z = number of neutrons
Number of neutrons = Mass Number – Atomic Number
There are many types of flouride:
19
18
F
9
F
9
A
19
A
18
Z
9
Z
9
Number of protons
9
Number of protons
9
Number of neutrons
10
Number of neutrons
9
Isotopes of any particular element contain the same
number of protons, but different numbers of neutrons.
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
Radioactive Decay
Radioactive decay results in the emission of either:
• an alpha particle (),
• a beta particle (b),
• or a gamma ray(g).
Alpha Decay
A
X
Z
A- 4
4
Y
He
+
Z-2
2
unstable atom
alpha particle
more stable atom
Alpha Decay
222
226
Ra
88
Rn
86
4
He
2
Alpha Decay
A
A- 4
4
226
222
4
X
Z
Ra
88
Y
+
Z-2
Rn
+
86
He
2
He
2
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.
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.
Beta Decay
131
131
I
53
Xe
54
b
-1
0
Beta Decay
A
X
Z
131
I
53
A
b
-1
131
b
-1
Y
+
Z+1
Xe
+
54
0
0
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 10-12 J).
Gamma Decay
A
A
g
99m
99
g
X
Z
Tc
43
Y
+
Z
Tc
+
43
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
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.
Hur kan ett grundämne bli radioaktivt?
Naturliga radionuklider
a) Mycket långlivade
b) Döttrar till långlivade
c) Bildas i atmosfären
ex 40K
ex 222Rn
ex 14C
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)
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
Sönderfallstabell 99mTc
Tid (tim)
Reduktionsfaktor
Korrektionsfaktor
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
4,5
0,59
1,69
Exempel 1:
Aktivitet kl 08.00 är
650 MBq
Vad är aktiviteten
11.30 ?
Exempel 2:
Aktiviteten är kl 13
300 MBq. Hur stor
var den kl 9?
Exempel på seriesönderfall (generatorprincip)
Mo-99 T= 66 tim
Tc-99m T = 6 tim
Tc-99 T = 200 000 år
Ru-99 stabil
