Geislun og geislavirkni

1
Geislun og geislavirkni
2
Atómið

• Atómið hefur róteindir og nifteindir í kjarna en
  rafeindir á braut umhverfis.
• Kjarninn er afar lítill, þvermálið er
• 10-14 m en þvermál atóms er ekki minna en 10-11m

3

• Við getum dregið helstu atriði um agnir atómsins
  saman í eftir farandi töflu

4
Táknmál

• Við setjum upp heiti frumefnanna (A) með
  sætistölu (Z) og massatölu (M) á eftirfarandi
  hátt

Sætistalan er fjöldi róteinda í
kjarna. Massatalan er samanlagður fjöldi róteinda
og nifteinda í kjarna
5
Samsætur efna

• Samsætur kallast ólíkar gerðir sama frumefnis.
• Munurinn felst í ólíkum fjölda nifteinda í kjarna
  og þar með er massi samsætanna ekki sá sami.

6
Stöðugleiki kjarna

• Kjarnar eru misjafnlega stöðugir. Sumir er mjög
  stöðugir og haldast alltaf óbreyttir. Aðrir eru
  óstöðugir og brotna upp eftir einhvern tíma.
• Hvort kjarni er stöðugur eða óstöðugur ræðst af
  hlutfalli p og n í kjarnanum.

7

• Fyrir léttari kjarna gildir að þeir eru stöðugir
  ef fjöldi nifteinda er sá sami og fjöldi
  róteinda.
• Fyrir þyngri kjarna þurfa nifteindirnar að vera
  fleiri.
• Engir stöðugir kjarnar eru með hærri sætistölu en
  83.

8
Orka í kjarnahvörfum

• Við kjarnaklofnun og kjarnasamruni myndast
  stöðugri kjarnar en voru fyrir.
• Við samruna losnar meiri orka á kjarneind og þar
  með á kg, en við klofnun losnar meiri orka á
  hvert atóm.

9
Geislavirkni
Óstöðugir kjarnar brotna upp eftir einhvern
tíma og kallast það ferli hrörnun.

• Við hrörnunina myndast úr upphaflega kjarnanum
  (móðurkjarni) nýr kjarni (dótturkjarni) auk
  lítillar agnar sem þeytist frá dótturkjarnanum á
  miklum hraða.

10
Tegundir geislunar

• Alfageislun
• Agnirnar sem losna eru alfaagnir en það eru í
  raun He-kjarnar sem eru tvær róteindir og tvær
  nifteindir.
• Geislunin verður til vegna fráhrindikrafta milli
  jákvæðra hleðsla Coulomb kraftur

11

• Betageislun
• Agnirnar sem losna eru betaagnir en það eru í
  raun rafeindir.
• Rafeindirnar myndast í kjarna við það að
  nifteind hrörnar í rafeind og róteind.
• Dótturkjarninn hefur því hærri sætistölu en
  móðurkjarninn.

12

• Gammageislun
• Gammaagnir eru orkumiklar ljóseindir og
  gammageislun er því rafsegulgeislun.
• Geislunin myndast þegar kjarnar aförvast með því
  að geisla frá sér orku sem rafsegulgeislun eða
  ljóseindir.

Gammaagnir eða ljóseindir eru massalausar og
óhlaðnar. Þær flytja því aðeins orku frá
kjarnanum
13

• Nifteindageislun.
• Við hrörnun ýmissa kjarna losna nifteindir sem
  mynda nifteindageislun.
• Dæmi um losun nifteinda er hrörnun Úran þar sem
  frjálsar nifteindir gegna lykil-hlutverki í að
  viðhalda kjeðuverkun.

14
Yfirlit yfir geislun
15
Kjarnajöfnur

• Notum táknmál til að skrifa kjarnajöfnur. Sem
  dæmi Ra-226 hrörnar í Rn-222 og sendir frá sér
  ?-ögn

Athugið að summa massatalna verður að vera sú
sama beggja vegna við örina. Sama gildir um
summu sætistalnanna.
16
Kjarnajöfnur

• Þegar kjarnajafna er stillt þarf að gæta að summu
  massatalnanna og sætis- talnanna

Niðurstaðan er að ögnin sem myndast er ?-ögn,
þ.e. rafeind, og því er I-131 ?-virkt. Sömu
aðferð má nota til að finna móðurkjarnann eða
dótturkjarnann ef annað er þekkt.
17
Helmingunartími

• Ekki er hægt að segja til um hvenær tiltekinn
  óstöðugur kjarni hrörnar. Aðeins er hægt að
  segja til líkurnar á að það gerist innan einhvers
  tímabils.
• Hins vegar er hægt að segja til um eftir hve
  langan tíma tiltekinn fjöldi kjarna í sýni hefur
  hrörnað. Ef helmingur kjarna hefur hrörnað eftir
  einhvern tíma er sá tími kallaður helmingunartími
  efnisins.

18
Helmingunartími

• Helmingunartími segir eftir hve langan tíma
  helmingur af óstöðugum kjörnum hefur hrörnað.
• Helmingunartími fyrir C-14 er um 5600 ár. Það
  merkir að á 5600 árum hrörna helmingur C-14
  kjarna í sýni.
• Fyrir sérhvern helmingunartíma sem líður
  helmingast fjöldi óstöðugra kjarna og geislunin
  minnkar um helming.

19
Helmingunartími

• Helmingunartími C-14 er um 5700 ár. Það þýðir að
  á 5700 árum klofnar helmingur C-14 kjarnanna og
  styrkur C-14 í efninu helmingast.

20
Geislavá

• Þegar geislavirkni uppgötvaðist fyrst gerði
  enginn sér grein fyrir skaðsemi hennar. Hún
  þótti sniðug og voru geislavirk efni sett í alls
  konar hluti eins og drykki og tannkrem.

21
Geislavá

• Skaðsemi geislunar felst í jónunarhæfni
  geislunarinnar.
• Skaðsemin getur falist í
• jónun efna í frumu sem getur leitt til dauða
  frumunnar
• jónun erfðaefnis frumunnar sem skemmir DNA og það
  getur valdið stökkbreytingu, svo sem
  krabbameinum.
• ef fruman er kynfruma getur stökkbreytingin komið
  fram í afkomendum

22
Geislavá

• Stórsæ áhrif jónandi geislunar er m.a.
• Myndun og hugsanleg örvun krabbameins
• Erfðagallar
• Ófrjósemi
• Staðbundinn skaði á yfirborði líkamans, brunasár,
  húðroði
• Vagl, ský á auga
• Skaði á blóðmyndun

23

• Vægistuðlar ICRP fyrir einstaka líffæravefi
  Vefur (líffæri)          Vægisstuðull
  vefs/líffæris, wT          Samtala wT
  gildaRauður beinmergur,ristill, lungu,
  magi,brjóst, aðrir vefira                   
  0,12                                      
  0,72Kynkirtlar                                
  0,08                                       0,08B
  laðra, vélinda, lifur,skjaldkirtill              
                   0,04                            
             0,16Yfirborð beina,
  heili,munnvatnskirtlar, húð             
  0,01                                       0,04
• Heild                                           
                                               
  1,00

24
Geislavá

• Tjónið sem geislunin veldur er mjög háð magni
  þeirra geislaagna sem lenda á efninu.
• Þrír lykilþættir eru
• 1. Tími sem geislun varir, því styttri tími því
  minni líkur á tjóni.
• 2. Fjarlægð frá geislagjafa, geislunin fellur
  mjög ört með fjarlægð.
• 3. Styrkur geislunar, veik geislun þýðir færri
  agnir og minni líkur á tjóni.

25
Bakgrunnsgeislun

• Í umhverfi okkar er ávallt einhver geislun. Sú
  geislun kemur frá geislavirkum efnum í umhverfinu
  og utan úr geimnum. Hluti af geisluninni er af
  völdum mannsins, t.d. vegna orkuframleiðslu og
  lækningatækjum.
• Á Íslandi er bakgrunngeislunin fremur lág vegna
  þess hve lítið er af geislavirkum efnum í bergi.

26
Bakgrunnsgeislun
27
Bakgrunnsgeislun
Xkcd radiation chart
28
Hagnýting geislavirkra efna

• Hagnýting geislavirkra efna og geislunar er með
  mismunandi hætti. Sem dæmi má nefna
• Kjarnaklofnunarver
• Kjarnasamrunaver
• Gerilsneyðing matvæla
• Til lækninga

29
Kjarnaklofnunarver

• Kjarnaklofnunarver nota orkuna sem losnar við
  klofnun U-kjarna til framleiðslu raforku.
• Lykilatriði í ferlinu er keðjuverkunin. Til að
  örva hrörnunina er n skotið á U kjarnann, myndast
  þá mjög óstöðug samsæta sem klofnar strax. Við
  það myndast nýjar n sem rekast á nýja kjarna.

30
Eldsneytið

• Til að viðhalda keðjuverkuninni þarf að hafa nógu
  mikið af U-235.
• Í náttúrulegu úrani eru aðeins 0,7 U-235 en
  99,3 eru U-238.
• U-238 tekur til sín nifteind, myndar U-239 og
  geislar frá sér ?-ögnen myndar ekki nýja
  nifteind og viðheldur ekki keðjuverkuninni.
• Unnt er að hækka hlutfall U-235 í sýnimeð
  auðgun.

Úran náma í Ástralíu
31
Kjarnklofnunarver
32
Kjarnaklofnunarver
33
(No Transcript)
34
Kostir og gallar

• KostirMikil orka á hvert kg af eldsneytiLítil
  losun gróðurhúsaloftegunda
• GallarMikil varmamengunGeislavirkur
  úrgangurMyndun geislavirkra efna í
  byggingunniTakmarkaður líftími (30
  ár)SlysahættaTakmarkað magn eldsneytis

35
Kjarnasamrunaver

• Léttir kjarnar renna saman og mynda þyngri kjarna
  og losa orku um leið. Sú orka er margfalt meiri
  á hverja ögn (og þar með hvert kg) heldur en
  losnar við kjarnaklofnun.
• Í kjarnasamrunaverum er vetni (tví- og þrívetni)
  notað til að mynda helíum.
• Til að það geti orðið þarf mjög hátt hitastig.

36
(No Transcript)
37
ITER
38
(No Transcript)
39
Í lækningum

• Geislameðferð
• - sem hluti af meðferð við sjúkdómum
• - getur verið ytri geislun og innri
• Rannsóknir
• - við greiningu sjúkdóma og rannsóknir á
  starfsemi
• ákveðinna líffæra
• Myndataka
• -röntgenmyndir
• -PET
• -NMR - MRI

40
Geislameðferð

• Notað sem hluti af meðferð við krabbameini.
• - Ytri geislun á sjúkling
• Kröftugum geisla oftast gammageisla er beint
  að meininu. Stundum einnig notuð rafeinda eða
  róteindageislun.