Radioaktivitet
From Wikipedia, the free encyclopedia
Radioaktivitet beskriver spontane omdanninger i atomkjerner. I slike omdanninger frigjøres energi som stråling. Radioaktivitet er en tilfeldig prosess. Hele atomet er med i prosessen fordi kjerneomdanningene også kan påvirke atomskallets struktur og føre til utsendelse av elektroner, fotoner eller begge deler.
Atomene er oppdelt i «nuklider». En nuklide er en gruppe av atomer som har et bestemt antall protoner og nøytroner i kjernen. Ustabile nuklider som omdannes til stabile eller ustabile datternuklider kalles radionuklider. Omdanningen resulterer i en annen nuklide eller i omdanning til en lavere energitilstand for samme nuklide. Det franske nasjonale måleinstituttet LNHB vedlikeholder opplysninger om alle radionuklider.
Størrelser som brukes til å beskrive radioaktivitet er omdanningskonstanten, halveringstid, aktivitet og luftkerma-konstanten. Aktivitet til de forskjellige radionuklidene måles blant annet med metoden trippel til dobbel koinsidensteller (TDCR).
Omdanningskonstanten, λ, for en radionuklide i en bestemt energitilstand er forholdet mellom -dN/N og dt, der -dN/N er midlere endring av brøkdelen i antall nuklider i den bestemte energitilstanden på grunn av spontan kjerneomdanning i tidsintervallet dt; λ=-dN/N/(dt). Enheten for λ er s−1.
Halveringstiden T1/2= (ln 2)/λ er den midlere tiden det tar for radionuklider i en bestemt energitilstand å avta til halvparten av det opprinnelige antall. Ved tid t vil antall radionuklider være N=N0e-λt, der N0 er antall radionuklider ved t=0.
Aktiviteten, A, til en mengde av en radionuklide i en bestemt energitilstand ved en bestemt tid er forholdet mellom -dN og dt, der dN er gjennomsnittlig endring i antallet nuklider i den bestemte energitilstanden på grunn av spontan kjerneomdanning i tidsintervallet dt; A=-dN/dt. Enheten for aktivitet er becquerel (Bq). A er også lik produktet av omdanningskonstanten, λ, og antall nuklider, N, for denne tilstanden; A= λN.
Luftkerma-konstanten, Γδ, for en radionuklide som sender ut fotoner i luft er forholdet mellom og A, der er luftkermaraten fra fotoner med energi større enn δ, i avstand l i vakuum fra en punktkilde av denne nukliden med aktivitet A. Luftkerma-konstanten har enhet m2Jkg−1, men kan også uttrykkes ved Gy og Bq; m2GyBq−1s−1. Fotonene dannes ved gammastråling, karakteristisk røntgen eller intern bremsestråling.
Radionuklide | Halveringstid T1/2 | Fotonenergi, E (MeV) | Luftkerma-konstanten, Γ20keV (μGym2GBq−1h−1) |
---|---|---|---|
18F | 1,8288 t | 0,511 | 135,1 |
57Co | 271,80 d | 0,12206065 | 14,11 |
60Co | 5,2711 år | 1,173228 1,332492 | 309,0 |
67Ga | 3,2613 d | 0,093307 | 19,45 |
99mTc | 6,0067 t | 0,140511 | 14,10 |
131I | 8,0233 d | 0,36449 | 52,20 |
137Cs | 30,05 år | 0,661659 | 82,10 |
192Ir | 73,827 d | 0,31650618 | 109,1 |
201Tl | 3,0421 d | 0,011785 0,07082 | 10,22 |
241Am | 432,6 år | 0,0595409 | 3,97 |
Radioaktivitet kalles det fenomenet at atomkjerner henfaller (omdannes) og sender ut ioniserende stråling i form av partikler og/eller elektromagnetisk stråling under denne prosessen.
Ved radioaktiv omdanning sendes ioniserende stråling ut i form av alfastråling, betastråling eller elektromagnetisk stråling som i denne sammenhengen ofte blir kalt gammastråling. På grunn av stråle/partikkel-dualiteten kan man omtale stråling som spesifikke partikler. Strålingen oppstår ved at ustabile atomkjerner spaltes til andre grunnstoffer og avgir overflødig energi i utsendte partikler.
- Alfastråling består av heliumkjerner (4He2+ med to protoner og to nøytroner) i høy hastighet. Rekkevidden av alfastråling i luft er 2 – 10 centimeter, i vann og biologisk vev noen hundredels millimeter, og stanses av papir, men har høy energi og kan være svært ødeleggende hvis de radioaktive atomene befinner seg inni kroppen.
- Betastråling består av elektroner (e- eller β-) eller positroner (e+ eller β+) i høy hastighet. Rekkevidden i vann og vev er typisk ½ cm, men energien er lavere enn i alfa- eller gammastråling. Siden positronet er elektronets antipartikkel, vil et positron i den virkelige verden alltid kollidere med et elektron og de to forsvinner, og de sender ut to identiske fotoner i hver sin retning.
- Gammastråling er høyenergisk elektromagnetisk stråling, fotoner (γ), som dannes ved endringer i atomkjerners energinivåer. Gammastråling kan ha høyere energi enn røntgenstråling, som dannes ved endringer i elektroners energinivåer. Gammastrålingen er den mest gjennomtrengende av de vanlige stråletypene, ca. ½ m i vann og vev, men har lavere energi pr. partikkel enn de øvrige. Med partikkel menes i denne sammenheng foton.
SI-enheten for aktivitet er becquerel (Bq), der 1 Bq tilsvarer et henfall pr. sekund. Aktivitet kan bli oppgitt i kilobecquerel (1 kBq = 1000 Bq) eller megabecquerel (1 MBq = 1 000 000 Bq). En eldre og nå forlatt måleenhet er curie (Ci), der 1 Ci = 3,7×1010 Bq, eller 1 Ci = 37 GBq.
Som skjerming rundt kraftige strålingskilder brukes bly, stål eller andre tunge materialer. Tidligere kunne også utarmet uran bli brukt i spesielle tilfeller.