Forsøk: Måling av radioaktiv stråling

 

MÅLING AV RADIOAKTIV STRÅLING

  • Forsøk utført: 04.01.2017

Innledning: I dette forsøket skal vi måle alfa-, beta- og gammastråling samt bakgrunnsstrålingen med en geigerteller for å teste teorien om radioaktiv stråling. Vi skal også få et innblikk i hvor mye stråling de tre strålingstypene slipper ut, og hvilke materialer som stopper dem.

Hypotese/hensikt: Å måle ioniserende stråling ut i fra teorien om alfa-, beta- og gammastråling.

Generell teori:

Isotoper er varianter av et grunnstoff, der nøytrontallet varierer men der antall protoner er det samme. En nuklide er et mer generelt ord om isotoper. Det er nuklider som sender ut ioniserende stråling, altså radioaktiv stråling.

Hvordan vi måler stråling

Bakgrunnsstråling er kjerne-stråling fra verdensrommet, elektromagnetisk stråling fra Sola, og stråling fra radioaktive grunnstoffer på Jorda. Strålinga er «reststråling». Denne strålinga blir man konstant utsatt for, men styrken varier. Bakgrunnsstrålinga ligger normalt mellom 10 og 20.

En geigerteller måler partiklene i ioniserende stråling. Den egner seg ikke like godt til å måle gammastråling. Det skyldes at gammafotonene ikke ioniserer gassmolekylene inne i geigertelleren like lett som elektroner og heliumkjerner.

Vi oppgir strålingsaktiviteten i enheten Bq. Bq, eller Bequerel forteller hvor mange atomkjerner som blir omdannet hvert sekund. F. eks. en strålingsaktivitet på 1 Bq betyr at én atomkjerne omdannes hvert sekund.

Halveringstid er en måte å fastslå hvor gammelt et stoff er. Det er den tiden det tar før halvparten av atomkjernene i det radioaktive stoffet er omdannet til andre atomkjerner.  Etter 10 halveringstider er aktiviteten om lag 1‰ av den opprinnelige. F.eks. halveringstiden til uran-238 er 4.5 milliarder år, det vil si at en masse x uran-238 vil bruke 4.5 milliarder år på å bli x/2.

De radioaktive stoffene sender ut tre forskjellige typer stråling; alfa-, beta- og gammastråling.

Alfastråling

Figur 1: Her ser vi uran-238 som sender ut alfastråling og blir til thorium-234. Uran-238 mister 4 nukleoner, 2 protoner og 2 nøytroner, som danner alfapartikkelen helium-4.

Alfastråling er når ustabile atomkjerner sender ut partikler som består av to nøytroner og to protoner, alfastråling er dermed partikkelstråling. Heliumkjernen består igjen av to protoner og to nøytroner. Dermed kan vi definere alfastråling som heliumkjerner som med stor fart forlater atomkjernen. Når en atomkjerne sender ut alfastråling vil atomkjernen inneholde to protoner og to nøytroner mindre. Atomkjernen som blir igjen etter utsendelsen av alfapartikkelen vil da tilhøre et annet grunnstoff. Alfastråling rekker bare noen centimeter i luft (4cm) før den stanser og stoppes av papir, det skyldes at heliumkjernene er så store og tunge at de gir fra seg mye energi i løpet av kort tid.

Betastråling

Betastråling er elektroner som i stor fart blir sendt ut av atomkjernen. Siden det er elektroner som blir sendt ut, kalles det partikkelstråling. Betastråling har større rekkevidde enn alfastråling, og kan trenge et stykke gjennom huden, men ikke gjennom tre (15cm-3m).

Figur 2: Her ser vi thorium-234 som sender ut betastråling og blir til protactinium-234. Her ser vi at nukleontallet fortsatt er det samme.

I atomkjernen blir et nøytron omdannet til et elektron og et proton. Elektronet forlater atomkjernen i stor fart mens protonet blir igjen. Siden kjernen nå inneholder ett proton mer, blir det dannet et nytt grunnstoff. Likevel er nukleontallet det samme både før og etter at elektronet er sendt ut.

Gammastråling

Gammastråling består av energirike fotoner som er elektromagnetisk stråling. Energien er overskuddsenergi fra alfa- og betastråling. Energien til gammafotonene er mange tusen ganger større enn energien til røntgenfotonene og flere hundre tusen ganger større enn energien til fotonene i synlig lys.

Gammastråling blir bare stoppet av tykke bly- eller betongplater/vegger. Rekkevidden til strålingen er dermed veldig lang.

Utstyr:

  • 1x geigerteller
  • 1x papirbit
  • 1x trebit
  • 1x blyplate

 

  • 1x alfastrålingskilde
  • 1x betastrålingskilde
  • 1x gammastrålingskilde
Figur 3: De tre strålingskildene i staver med gjenger som står skrudd fast i en plate. I enden av hver er det tre radioaktive stoffer. én er merket alfa, én er merket beta, og den tredje er merket gamma.
Figur 4: Fra venstre: Geigerteller, blyplate, papir, trebit.

Gjennomføring av forsøket:

  • Målte bakgrunnsstrålingen=16
  • Geigertelleren ble stilt inn til å måle pulser i 30 sekunder på hver kilde.
  • Noter etter hver måling.

Legg merke til at målingene av alfa-, beta- og gammastrålingskildene blir utført på samme måte. Man vil derfor gjennomføre målingene etter *x strålingskilder.

  • Mål strålingskilde x uten noe mellom beholderen og målevinduet.
  • Mål strålingskilde x med papir mellom beholderen og målevinduet. Det er viktig at beholderen med det radioaktive stoffet holder samme avstand til målevinduet hver gang.
  • é strålingskilde x med tre mellom beholderen og målevinduet.
  • Mål strålingskilde x med bly mellom beholderen og målevinduet.
Figur 5: Her er et bilde av hvordan vi utførte målingene. Strålingskilden ligger mot målevinduet, papirbiten er satt opp mellom strålingskilden og geigertelleren/målevinduet.

 

Resultater:

(Målinger tatt med geigerteller, målt antall pulser per 30 sek) Bakgrunnsstråling=16

Uten Papir Tre Bly
Alfastråling 108 98 81 16
Betastråling 6360 5074 2614 33
Gammastråling 1107 1057 1012 846

Diskusjon/Konklusjon:

Vi trakk ikke fra bakgrunnsstrålingen på målingene våre, fordi resultatene ville ha fått de samme prosentvise forskjellene med og uten bakgrunnsstrålingen. Men vi må ta høyde for at bakgrunnsstrålingen har variert gjennom målingene.

Alfastråling har både den svakeste strålingen og den korteste rekkevidden som vi ser i tabellen over, men selv om alfastråling er den svakeste typen, betyr ikke det at den er den minst farlige. Hvis vi f. eks. får alfastråling inn gjennom kroppen vår er det veldig farlig på grunn av at alfastråling ikke kan trenge gjennom hud, og dermed ikke komme ut igjen.

Den prosentvise nedgangen på alfastråling er på rundt 10 % fra ingenting til papir, og rundt 10% fra papir til tre. Hvis vi ser på resultatet av alfastråling der den prosentvise nedgangen var 80% fra tre, bly=16, ser vi at det tilsvarer bakgrunnsstråling=16, dermed kan vi se at alfastråling har blitt stanset av tre i dette forsøket. I teorien skal alfapartikler bli stoppet av papir, men ved bare 1 måling per papir/tre/bly er det vanskelig å få helt presise og nøyaktige resultater.

Vi ser tydelig at betastråling er den sterkeste strålingstypen, men rekkevidden er relativt kort. Den prosentvise nedgangen fra uten til papir var ca. 20%, fra papir til tre nærmere 50%, og fra tre til bly var prosenten på nærmere 99%.

Den prosentvise nedgangen til gamma var ubetydelige endringer helt fram til bly, der den prosentvise nedgangen var på 99%. Dette stemmer med teorien der gammastråling skal stoppes ved blyplater eller tykke betongplater. Vi må også ta med i beregningen at en scintillasjonsteller ville kunnet telle og måle gammafotonene bedre enn en geigerteller.

Vi kan ikke sammenligne de tre strålingstypene helt slavisk opp mot hverandre på grunn av halveringsmetoden. Stråling med lav energi svekkes lettere enn stråling med høy energi. Vi må også huske på at ved målinger kan bakgrunnsstrålingen være ganske varierende. Pcer og det trådløse nettet kan også spille inn på målingene.

Oppsummering:

Forsøket ble utført 04.01.2017. Etter dette forøket kan vi konkludere med at alfastråling var den svakeste, at strålingen stoppet ved tre. Betastråling hadde den sterkeste strålingen med størst prosentvis nedgang, her stemte ikke helt teorien ved de målingene vi hadde. Gammastrålingsmålene passet med teorien og ble helt stoppet av blyplata.

Kildeliste:

Del artikkelenShare on FacebookTweet about this on TwitterPrint this pageEmail this to someone