Radioaktivitet

25 februar 2017

Ei atomkjerne består av kjernepartiklar eller nukleoner. Noken av disse er nøytrale (nøytronane) og noken er positive (protonane). Og som vi veit frå elektrisitetslæra, så fråstøyter positive ladningar kvarandre, mens dei nøytrale ikkje vil føla noken elektrisk kraft. Likevel heng kjernene saman. Korfor? Svaret er at det er ein av dei to kjernekreftene, nemlig den sterke kjernekrafta sørger for at kjerna blir halden saman. Men den klarer det bare under visse betingelsar. Hvis vi prøvde å setja saman ei atomkjerne med eit tilfeldig antal nøytroner og protoner, så ville den høyst sannsynlig falla i bitar umiddelbart! Stabilitet i kjerneverdenen er med andre ord ikkje noken selvfølge. Det er bare visse kombinasjonar av nøyroner og protoner som gir ei stabil  kjerne. For små kjerner må det vera tilnærma like mange kjernepartikler av kvart slag. For eksempel gir to nøytroner og to protoner en stabil kjerne (det blir helium, He-4). I tyngre kjerner behøver vi flere nøytroner enn protober for å motvirke den elektriske krafta som blir meir dominerande. Eksempelvis gir 56 protoner og 82 nøytroner ei stabil kjerne (Ba-138). Hvis vi plottar kjernene i et diagram med Z (protontalet) på den eine aksen og N (nøytrontalet) på den andre, så vil dei stabile kjernene liggja lenger og lenger borte frå linja Z = N etter som Z aukar. Dette er vist i figuren nedanfor.

 Grafen til venstre viser dei stabile kjernene i rødt og linja Z = N i grønt. Den horisontale aksen er protontalet Z, og den vertikale er nøytrontalet N. Det er verdt å merke seg at
  • Det er ingen stabile kjerner med protontal over 83 eller nøytrontal høgare enn 126. 
  • I stabile kjerner er som regel både antalet protoner og antalet nøytroner eit partal. 168 av dei stabile kjernene er partal-partal mens 4 av dei er odde-odde.
 

Dei kjernene som ikkje er stabile, vil falla i stykker etter ei kortere eller lenger tid. Dei vil dela seg, ved å sende ut mindre eller større deler. I noken tilfeller vil den dela seg i nesten like store deler. Dette kallast for spontan fisjon. Men det vanligaste er å senda ut små deler. Nedenfor er ein oppsummering av dei ulike måtane det kan skje på. 

 

 Type stråling  Utsendt partikkel  Eksempel  Gjennomtrengningsevne
 Alfastråling  heliumkjerne   1
 Betastråling  elektron   100
 Gammastråling  foton   10000
 Positron-utsending  positron   100
 elektroninnfanging  elektron frå indre skall    ingen stråling

Ei enkelt kjerne kan falla sund på fleire ulike måtar, som for eksempel Kalium-isotopem K-40 som kan senda ut både β+, β- og K*-partiklar.

Ofte er den restkjerna vi set igjen med også radioaktiv. I slike tilfelle vil den også falla sund, og dette vil fortsetja med mange alfa- eller beta-sundafall heilt til vi sit igjen med ei stabil kjerne. Vi får då det som kallast ein radioaktiv serie.