Radioaktivitet, halveringstid & stråldos
Radioaktivt sönderfall är slumpmässigt för en enskild kärna men förutsägbart statistiskt för ett stort antal kärnor. För att bedöma strålning behöver aktivitet, absorberad dos och biologisk effekt hållas isär.
- Nivå 1b
Förstå → Se exempel → Träna
Förstå
Sönderfallstyper
Alfasönderfall avger en heliumkärna, betasönderfall förändrar proton- och neutronantal genom svag växelverkan och gammasönderfall avger elektromagnetisk strålning från en exciterad kärna. De tre strålningstyperna har olika genomträngningsförmåga och jonisationsegenskaper.
Halveringstid
Efter en halveringstid återstår i genomsnitt hälften av de ursprungliga radioaktiva kärnorna. Antalet följer N = N₀(1/2)^(t/T₁/₂). Halveringstiden påverkas i normalfallet inte av temperatur eller kemisk form.
Aktivitet
Aktivitet A mäts i becquerel, där 1 Bq betyder ett sönderfall per sekund. Aktiviteten minskar med samma typ av exponentiellt förlopp som antalet osönderfallna kärnor.
Dos och biologisk effekt
Absorberad dos mäts i gray, J/kg. Biologiskt viktade dosstorheter anges ofta i sievert och tar hänsyn till strålningstyp och ibland vävnad. Risk beror på dos, doshastighet, strålningstyp och vilka organ som exponeras.
Exponentiellt sönderfall
Radioaktivt sönderfall har en konstant sannolikhet per tidsenhet för en given kärntyp. Därför minskar inte antalet kärnor linjärt utan exponentiellt. Samma matematiska form kan skrivas med halveringstid eller sönderfallskonstant, och båda beskriver samma statistiska process.
Exempel
Exempel: halveringstid
- Ett prov har aktiviteten 1600 Bq och halveringstiden 6 timmar.
- Efter 6 timmar är aktiviteten cirka 800 Bq, efter 12 timmar cirka 400 Bq och efter 18 timmar cirka 200 Bq.
- Samma relativa minskning sker under varje halveringstid, inte samma absoluta minskning.
- Efter många halveringstider blir aktiviteten liten men når matematiskt inte exakt noll.
Så gör du
- 1Identifiera halveringstiden och hur många halveringstider som passerat.
- 2Använd antingen upprepad halvering eller exponentformeln.
- 3Skilj aktivitet i Bq från absorberad eller biologiskt viktad dos.
- 4Vid riskfrågor: identifiera strålningstyp, energi, exponeringstid och geometri.
- 5Kontrollera om problemet gäller källa, absorberad energi eller biologisk effekt.
Vanliga misstag
Vanligt misstag
Efter en halveringstid är varje kärna 'hälften sönderfallen'.
Bättre
Varje kärna är antingen sönderfallen eller inte; halveringstid beskriver sannolikhet och statistik för en population.
Det är antalet kärnor som i genomsnitt halveras.
Vanligt misstag
Hög aktivitet betyder automatiskt hög biologisk dos.
Bättre
Aktivitet anger sönderfall per sekund, medan dos beror på hur mycket energi som faktiskt absorberas och av vilken strålning.
En stark källa långt bort kan ge mindre dos än en svag källa inne i kroppen.
Fundera
Varför kan två källor med samma aktivitet ge mycket olika stråldos till en människa?
Träna
Övning
1600 Bq efter två halveringstider?
Sammanfattning
- Halveringstid beskriver statistiskt exponentiellt sönderfall.
- Aktivitet mäts i Bq.
- Absorberad dos mäts i Gy.
- Strålningsrisk kräver mer information än bara aktivitet.
Relaterade genomgångar
Fortsätt med något som hänger ihop med den här genomgången.
Standardmodellen – materiens minsta delar
Få grepp om kvarkar, leptoner och växelverkningar i standardmodellen.
Läs genomgångenKärnreaktioner, bindningsenergi & massa–energi
Förstå fusion, fission, massdefekt och energiutbyte.
Läs genomgångenLaborationer, frågeställningar & riskbedömning
Planera systematiska fysikundersökningar med tydliga variabler och säkerhetsåtgärder.
Läs genomgången