3.7 γ strålning. Absorptionslagen

Transkript

1 3.7 γ strålning γ strålningen är elektromagnetisk strålning. Liksom α partiklarnas energier är strålningen kvantiserad; strålningen kan ha endast bestämda energier. Detta beror på att γ strålningen utsänds då exciterade kärnor återgår till lägre excitationsnivåer eller till grundtillståndet. γ strålningen är högenergetisk (~ 1MeV), och har våglängder <10 11 m. γ strålning. Absorptionslagen Eftersom strålningen är en vågrörelse hindras den inte av material på samma sätt som partikelstrålning; varje foton har alltid en viss sannolikhet att genomtränga en materialbarriär så strålningen har ingen bestämd räckvidd. Vi kan dock ange hur strålningens intensitet beror på materialets tjocklek: I 0 är intensiteten för γ strålningen då den träffar ett material. I är strålningens intensitet efter att den genomträngt en sträcka x i materialet. μ är absorptionskoefficienten. Vi ser att intensiteten alltså följer ett exponentiellt avtagande, beroende av materialets tjocklek. Med halveringstjockleken d 1/2 menas den tjocklek för vilken strålningens intensitet minskar till hälften av den ursprungliga. Absorptionen av gammafotonerna sker genom någon av följande processer i materialet: fotoelektrisk effekt, frigörelse av elektroner i materialet Comptoneffekt, foton elektron kollisioner parbildning 1

2 Parbildning Annihilation är en process där antimateria omvandlas till elektromagnetisk strålning. Vid parbildning är processen omvänd; i närheten av en atomkärna kan en gammastrålningsfoton omvandlas till ett elektron positron par. Har gammafotonen mycket stor energi kan den till och med omvandlas till ännu massivare materie antimateriepar. Processen kräver dock att fotonen är nära en atomkärna, utanför den kan gammafotonen inte omvandlas. Läs s Uppgifter: 4 36, 4 38,

3 3.8 Halveringstid Genom att undersöka olika radioaktiva ämnen har man kunnat bestämma hur länge det tar för dem att sönderfalla. Halveringstiden anger hur länge det i genomsnitt tar innan hälften av ämnets atomer har sönderfallit. Då hälften av ämnet är kvar, tar det igen lika länge innan hälften av den mängden har sönderfallit. Man kan ange halveringstiden för ett stort antal atomer, men man kan inte säga när en enskild atom kommer att sönderfalla. Vid medicinska försök injiceras ibland radioaktiva ämnen i kroppen, eftersom man kan följa hur de sprider sig i kroppen. Genom att använda ett ämne med kort halveringstid, sönderfaller ämnet snabbt. Datering Med hjälp av halveringstider kan vi datera (åldersbestämma) organiska ämnen som hittas i arkeologiska utgrävningar. Man gör detta genom att jämföra andelen radioaktivt kol i fyndet med andelen radioaktivt kol i levande organismer. 3

4 4

5 3.9 Sönderfallslagen Antalet radioaktiva kärnor minskar hela tiden, men inte linjärt. Man kan härleda ett uttryck för antalet kärnor vid en viss tidpunkt: λ är sönderfallskonstanten. Den får olika värden beroende på vilket ämne det är som sönderfaller, och anger sannolikheten för att en kärna skall sönderfalla under en sekund. Dess enhet är 1/s. Halveringstid T 1/2 Vi kan med hjälp av sönderfallslagen härleda ett utryck för halveringstiden. Då vi känner till sönderfallskonstantens värde fås halveringstiden genom uttrycket Aktivitet A Aktiviteten anger antalet kärnor som sönderfaller varje sekund. Enheten för akivitet är alltså 1/s, vilket också kallas Bq, becquerel. Sönderfallslagen ger oss ett uttryck för antalet kärnor som funktion av tiden. Genom att derivera funktionen med avseende på tiden får vi ett uttryck för hur snabbt kärnorna sänderfaller, dvs. ett uttryck för aktiviteten: Aktiviteten vid en viss tidpunkt är alltså produkten av antalet kärnor vid den tidpunkten och sönderfallskonstanten. 5

6 1. januari kl 12:00 innehöll lådan 1,25*10 12 atomer av jod 131. Hur många atomer innehöll lådan samma tid den 31. januari? Läs sidorna samt Lös uppgifter 4 51, 4 54, 4 56 samt 4 63 och