Forsøk: Skjerming av radioaktiv stråling

 

Rapport: Skjerming av radioaktiv stråling

Forsøket ble utført 20.11.16

Hensikt: 

Hensikten med forsøket er å undersøke hvordan ulike materialer kan skjerme mot ulike typer radioaktiv stråling.

Teori:

Radioaktiv stråling:

At et grunnstoff er radioaktivt, vil si at det sender ut radioaktiv stråling. Radioaktiv stråling er ioniserende. Det har alltid vært radioaktiv stråling på jorda, selv om det først ble oppdaget for litt over hundre år siden. Det kalles for den naturlige bakgrunnsstrålingen, og stammer fra verdensrommet og fra naturlige radioaktive stoffer i jordskorpen. (Marion, P. m.fl. 2014, side 82)

Isotoper:

En isotop er en variant av et grunnstoff. De ulike variantene har alltid samme antall protoner og elektroner, men ulikt antall nøytroner i kjernen.  Et eksempel er grunnstoffet karbon (C), som har seks protoner i kjernen, de fleste karbonatomer har i tillegg seks nøytroner i kjernen. Men noen av karbonatomene har sju, eller åtte nøytroner i kjernen.  Disse variantene av karbonatomene er ulike isotoper av grunnstoffet. (Marion, P. m.fl. 2014, side 83)

Alfastråling:

Alfastråling er partikkel stråling, hvor det blir sendt ut to nøytroner og to protoner (en alfapartikkel) av kjernen. Et grunnstoff som sender ut alfastråling, blir omdannet til et nytt grunnstoff, fordi alfapartikkelen som blir sendt ut av kjernen reduserer atomnummeret med to og nukleonnummeret med fire.

Uran (U) er et eksempel på et grunnstoff med ustabil kjerne som avgir alfastråling. Uran har atomnummeret 92, som vil si at den har 92 protoner i kjernen. Urankjernen sender ut en alfapartikkel av kjernen. Det som er igjen da, er ikke lenger et uranatom, men et thoriumatom (Th) med 90 protoner i kjernen. (Marion, P. m.fl. 2014, side 84)

 

238 92U   à   234 90 Th + 4 2 He

Alfapartikler er store og har stor ladning. Partiklene avgir mye av energien sin når den støter på molekyler i for eksempel luft. De blir fort bremset ned, og rekker ikke langt før de stoppes helt opp. I luft har alfapartiklene en rekkevidde på noen få centimeter. Alfastråling skal kunne bli stoppet av kun et tynt papir. (Marion, P. m.fl. 2014, side 87)

Betastråling:

Betastråling er strøm av elektroner (betapartikler). Et nøytron i kjernen blir omgjort til et proton (som blir igjen i kjernen) og et elektron som sendes ut som betastråling.

Thorium (Th) med atomnummer 90, er et eksempel på et grunnstoff med ustabil kjerne som sender ut betastråling. Når thorium sender ut betastråling, skjer det noe inne i kjernen, og den blir dermed omdannet til et nytt grunnstoff. Et nøytron blir omgjort til et proton og et elektron. Protonet blir værende i kjernen, som fører til at atomnummeret øker med en, mens nukleonnummeret forblir det samme fordi nøytronet har omdannet seg til et proton. Elektronet blir sendt ut i form av betastråling. (Marion, P. m.fl. 2014, side 84 og 85)

234 90 Th  à 234 91Pa + 0-1 e

Betapartikler har som regel mindre energi enn alfapartikler. I likhet med alfapartiklene, så bremses også betapartiklene gradvis ned når de går i gjennom luft eller et annet stoff, men betapartiklene avgir ikke energien like fort som alfapartiklene. Betapartiklene har større rekkevidde enn alfapartiklene, i luft har den en rekkevidde på maksimalt noen meter.  Betastråling skal kunne bli stoppet opp av 1cm tykt glass. (Marion, P. m.fl. 2014, side 87)

Gammastråling:

Når et grunnstoff sender ut alfa- eller betastråling, så mister grunnstoffet noe masse. Massen forsvinner ikke, men blir omgjort til energi. Massen kan bli omdannet til energi og motsatt, og blir bestemt av likningen E=mc2, Energi=masse*Lysets hastighet2. Massen som forsvinner blir dermed omgjort til bevegelsesenergi og gammastråling. (Marion, P. m.fl. 2014, side 87 og 88)

Gammastråling er elektromagnetisk stråling. Strålingen blir sendt ut av atomkjerner som har sendt ut alfa- eller betastråling, men som fortsatt har et overskudd av energi. (Marion, P. m.fl. 2014, side 85)

Gammastråling er høyfrekvent, og er den radioaktive strålingen som har størst rekkevidde. For å stoppe gammastråling trengs det flere centimeter tykk bly eller flere meter tykk betong. (Marion, P. m.fl. 2014, side 87)

Måling av radioaktivitet:

Radioaktivitet måles i becquerel (Bq). 1 Bq vil si at det i gjennomsnitt omdannes en radioaktiv atomkjerne i sekundet. Man kan måle radioaktivitet ved hjelp av en geigerteller, som gir fra seg lydsignaler hver gang den blir truffet av ioniserende stråling, og teller antall treff i et tidsintervall. (Marion, P. m.fl. 2014, side 89)

Hypotese:

Forsøket vil vise hvilke materiale som skal til for å skjerme de ulike radioaktive strålingene. Teorien tilsier at det skal minst til for å skjerme for alfa stråling, og mer til for å skjerme får betastrålingen, og mest skjerming for å hindre gammastrålingen.

Utstyrsliste:

  • Geigerteller
  • Geigertellersensor på stativ
  • Radioaktive kilder (for skolebruk) Alfa, beta og gamma
  • Stativ for de radioaktive kildene
  • Ulike materialer:
  • Papir
  • Glass
  • Tre
  • Aluminium
  • Bly

Metode:

  • Sett opp stativer og geigerteller. Den radioaktive kilden skal peke rett mot geigertellersensoren. Pass på at avstanden mellom stativene alltid er den samme.
  • Mål opp bakgrunnsstråling.
  • Mål strålingen fra de ulike radioaktive kildene tre ganger, og noter ned.
  • Mål etter tur strålingen gjennom alle de ulike materialene tre ganger, og noter ned.
  • Regn ut gjennomsnittet fra de ulike målingene, og trekk fra bakgrunnsstrålingen.
  • Regn deretter ut andelen som blir stoppet av de ulike materialene, og presenter svarene i tabeller.

Resultat og observasjoner:

Resultatet fra forsøket er presentert i tabellene under.

Tabell nr.1:

Tabell nr. 1 viser til de ulike målingene som ble gjort under forsøket. Målingene er presentert i Bq.

Regnestykke:

Gjennomsnitt – Bakgrunnsstråling / 10 = måling i Bq

Bakgrunnsstråling:

0,367

Uten skjerming: Skjerming av Papir: Skjerming av Glass: Skjerming av Tre: Skjerming av Aluminium: Skjerming av Bly:
  måling i Bq: måling i Bq: måling i Bq: måling i Bq: måling i Bq: måling i Bq:
α (Alfa) 1,133 1,29967 0,79967 1,133 0,99967 0
β (Beta) 28,6663 27,39967 10,3663 9,3663 18,433 0,133
Y (Gamma) 11,79967 12,5663 11,49967 11,5663 11,69967 8,933

 

Tabell nr. 2:

Tabell nr.2 viser andelen stråling som har blitt stoppet av de ulike materialene i prosent.

Regnestykke:

(skjerming/ uten skjerming)*100% = andelen av strålingen som kommer igjennom i %

100% -andel stråling som kommer gjennom i %=andelen som blir stoppet i %

  Skjerming av Papir: Skjerming av Glass: Skjerming av Tre: Skjerming av Aluminium: Skjerming av bly:
  andel stoppet i %: andel stoppet i %: andel stoppet i %: andel stoppet i %: andel stoppet i %:
α (Alfa) -14,7105 29,42012 0 11,7679 100
β (Beta) 4,4185 63,83803 67,32644 35,698 99,53604
Y (Gamma) -6,497 2,5179 1,9778 0,8475 24,2945

 

Bilder:

radioaktiv-straling-forsok
Bilde 1
Bilde 2
Bilde 2

Bilde 1 viser til geigertelleren som ble brukt ved forsøket. Bilde 2 viser til stativet som holder geigertellersensoren og stativet som skal holde de ulike radioaktive kildene.

 

Feilkilder:

Mulige feilkilder for forsøket kan være at avstanden på stativene har vært ulike under målingene, og vil dermed ha påvirket resultatene. Tykkelsen på de ulike materialene burde ha vært den samme for å få et mer nøyaktig utfall på målingene.

Forsøket burde ha blitt utført med flere målinger før gjennomsnittet hadde blitt regnet ut, får et mer nøyaktig resultat.

Bakgrunnsstrålingen varierer og kan ha variert under målingen av de ulike materialene, og kan dermed ha påvirket resultatene.

Konklusjon:

Forsøket støtter ikke hypotesen fult på grunn av mulige feilkilder, og burde kanskje vært utført på nytt mer nøye.

Tabell nr.2 viser andelen stråling som blir stoppet av de ulike materialene i prosent. Tabellen tilsier at alfa- og gammastrålingen skjermet av papir viser negativt, men det går ikke an å få negativ ståling. Enten har man positiv stråling, eller så har man null stråling. Det er her de ulike feilkildene kan ha spilt inn. Målingene kan ha blitt lest opp feil, eller så kunne det ha vært mer gunstig for forsøket med flere målinger før utregningen av gjennomsnittet. I tillegg så kan bakgrunnsstrålingen ha variert mellom målingene, og dermed har resultatene blitt feil.

Forsøket burde ha blitt utført med lik tykkelse på de ulike materialene, slik at resultatene hadde gitt et mer nøyaktig utfall for målingene.

I følge teorien skal alfastrålingen kunne bli stoppet av tynt papir, betastråling bli stoppet av 1cm tykt glass og gammastråling bli stoppet av flere cm tykt bly, resultatet av forsøket viser seg og ikke stemme helt med teorien, som også kan ha vært på grunn av feilkildene.

Til tross for at forsøket har blitt påvirket av mange ulike feilkilder, så kan resultatene fortsatt fortelle at bly skjermer best mot de radioaktive strålingene, og at papir skjermet dårligst.

 

Kilder:

–          Marion, P. m.fl. (2014), Senit, påbygging naturfag, Gyldendal

Les også: Hvordan skrive en forsøksrapport, Forsøk: Ekstrahere DNA fra jordbær

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