Det er helt umulig på forhånd å vite når en ustabil atomkjerne vil gå i stykker. Under normale forhold er det ikke mulig for oss å gjøre noe med atomkjernene. De lar seg ikke påvirke av hva vi gjør med stoffet.
Kjemiske reaksjoner
Ved alle kjemiske reaksjoner er det atomene som bytter plass og danner nye molekyler. Men selve atomkjernene er uberørt av kjemiske reaksjoner. Når vi varmer opp et stoff, er det atomene og molekylene som får større bevegelsesenergi, men det skjer ingen endringer i atomkjernen.
Kjernereaksjon
Når en radioaktiv atomkjerne går i stykker, foregår det som en eksplosjon innerst i atomet. Kjernepartiklene får da så stor energi at de blir slengt ut av atomet med en fart på flere tusen kilometer per sekund. Vi kan hverken se, lukte eller kjenne stråling av slike kjernepartikler. Derfor er det kanskje ikke så rart at radioaktiviteten ikke ble oppdaget før forskerne på slutten av 1890-årene tok i bruk film og andre instrumenter som kunne registrere denne usynlige strålingen.
Oppdagelsen
Høsten 1895 røntgenstråling
Vinteren 1896 radioaktiviteten.
Wilhelm von Röntgen (1845-1923) oppdaget de usynlige strålene som kunne gå tvers gjennom menneskekroppen, og som svertet fotografisk film.
De ble først kalt X-stråler, men ble siden omdøpt til røntgenstråler
(på engelsk sier man fortsatt X-rays).
Vinteren 1896 oppdaget den franske fysikeren Henri Becquerel (1852-1908) at krystaller av et uransalt sendte ut stråling som svertet fotografisk film, selv om filmen fortsatt lå i det lystette og svarte innpakningspapiret. Strålene hadde gått tvers gjennom papiret. Becquerel selv trodde det kom røntgenstråler fra uranet, fordi røntgenstråler også svertet fotografisk film.
Ernest Rutherford (1871-1937) fant senere ut at strålene bestod av tre forskjellige slag. Han kalte dem alfa-, beta- og gammastråler (α, β og γ), men det var fortsatt uklart hvor strålene kom fra. På den tiden var det ingen som visste hva en atomkjerne var. Først femten år senere brukte Rutherford alfastråler i et forsøk som førte til oppdagelsen av atomkjernen. Strålingsfenomenet ble kalt radioaktivitet i betydningen «strålingsaktivitet» (fra latin radius, som betyr stråle). Av de grunnstoffene vi finner på jorda i dag, er de fleste stabile, det vil si ikke-radioaktive. Noen få, blant annet grunnstoffene med atomnummer høyere enn 84, er naturlig radioaktive. Alle de kunstig framstilte grunnstoffene er radioaktive.
Ioniserende stråling er stråling som har evne til å rive løs elektroner i de atomene eller molekylene som blir truffet. Da sier vi at atomene eller molekylene blir ionisert.
Ioniserende stråling
Det er ikke bare strålene fra radioaktive stoffer som er ioniserende. Røntgenstråling og energirik ultrafiolett stråling er også ioniserende. Synlig lys er derimot ikke ioniserende. Det betyr at fotonene i synlig lys ikke har energi nok til å rive løs elektroner i stoffene de treffer.
Ved å sende ioniserende stråler fra et radioaktivt stoff gjennom et elektrisk felt (det vil si et område der det virker krefter på elektriske ladninger) ser vi at α-strålene består av positivt ladde partikler, og at β-strålene består av negative partikler. γ-strålene avbøyes ikke i det elektriske feltet og består derfor ikke av elektrisk ladde partikler.
Stråling av fortoner
Fotonene i røntgenstråling og gammastråling er usynlige, og hvert enkelt av dem er mye mer energirikt enn de synlige lysfotonene. Røntgenfotonene går lett gjennom muskelvevet i kroppen vår, men ikke så lett gjennom knoklene. Det er det som skaper kontrastene i et røntgenbilde.
Gammafotonene er enda mer energirike enn røntgenfotonene og går praktisk talt uhindret gjennom en gris på langs. De kan til og med gå tvers gjennom tykke murvegger.
Gammafotonene fra radioaktive stoffer kommer fra de ustabile atomkjernene. Når en atomkjerne har eksplodert og sendt av gårde en a- eller b-partikkel, blir den gjenværende kjernen ofte etterlatt i en ustabil og svært energirik tilstand. Den kvitter seg med denne energien ved å sende den ut som et gammafoton. Det energirike gammafotonet har en meget liten bølgelengde. Av tabellen ser vi at gammafotonene har bølgelengder som bare er brøkdeler av en nanometer (nm = 10-9 m).
Stråling av partikler
I alfa- og betastråling er det partikler som strømmer. Ved å studere hvordan strålene ble avbøyd i et elektrisk felt, fant forskerne tidlig ut både hva slags elektrisk ladning de hadde, og hvor tunge de var.
Alfapartikkelen består av to protoner og to nøytroner, og er dermed et bruddstykke av selve atomkjernen som eksploderer. Det som blir igjen etter atomkjerneeksplosjonen, er en ny kjerne av et annet grunnstoff med to protoner og to nøytroner færre enn den gamle. Det nye grunnstoffet får da et atomnummer som er to enheter lavere enn det gamle. Det rykker to plasser bakover i periodesystemet.
Elektroner fra kjernen
At det kommer elektroner fra en atomkjerne, kan synes uforklarlig, siden kjernen består av bare protoner og nøytroner. Men ved en atomkjerneeksplosjon som gir β-stråler (elektroner), regner vi med at ett av nøytronene i atomkjernen blir omdannet, slik at det oppstår ett elektron og ett proton.
Elektronet farer ut av kjernen med enorm fart, mens protonet blir tilbake, og det nye atomet får ett proton mer og ett nøytron mindre enn det gamle. Det nye grunnstoffet får et atomnummer som er én enhet høyere enn det gamle, og rykker da én plass framover i periodesystemet. Det som skjer med et nøytron i kjernen, er at den blir til en positiv og en negativ partikkel. Dette kan vi skrive slik: nøytron → proton + elektron (betapartikkel)
Bakgrunnsstråling
Jorda har alltid vært utsatt for en svak ioniserende stråling. Den er en del av naturen. Mesteparten av strålingen kommer fra bakken og skyldes radioaktive stoffer i jordskorpen. Noe kommer fra verdensrommet som kosmisk stråling. Denne strålingen - enten den kommer fra bakken eller verdensrommet - kaller vi bakgrunnsstrålingen. Når vi bruker en geigerteller for å måle strålingen fra radioaktive stoffer, må vi alltid ta hensyn til bakgrunnsstrålingen.
Kosmisk stråling
Kosmisk stråling er ioniserende stråling fra verdensrommet og fra sola. Denne strålingen ble oppdaget av en prest i 1910. Han ville vise at bakgrunnsstrålingen fra bakken avtok med høyden og klatret derfor opp i Eiffeltårnet med en geigerteller. Men han fant det motsatte av hva han ventet. Strålingen økte i stedet for å avta. Geigertelleren registrerte en annen ioniserende stråling enn strålingen fra radioaktive stoffer i bakken. Siden den økte med høyden, var det rimelig å anta at den kom fra verdensrommet.
Strålingen fra verdensrommet består for det meste av protoner, men også nøytroner, alfapartikler og andre atomkjerner med en fart som er tett oppunder lysfarten. Partikler med en slik enorm fart skriver seg fra voldsomme stjerneeksplosjoner andre steder i verdensrommet.
Kosmisk stråling fra sola består også for det meste av protoner, men også alfapartikler og andre atomkjerner. Protonene fra sola har noe mindre fart enn protonene fra verdensrommet, ca. en tredel av lysfarten.
I tillegg til disse partiklene kommer det i begge tilfellene både elektroner og gammastråling. Både atmosfæren og magnetfeltet rundt jorda beskytter oss mot kosmisk stråling. Mesteparten av de hurtige protonene blir stoppet i atmosfæren fordi de kolliderer med luftmolekylene, men mange nøytroner slipper helt ned til bakken.
Magnetfeltet hjelper til med å styre elektrisk ladde partikler unna slik at de ikke kommer ned til jordoverflaten. Den kosmiske strålingen er derfor ufarlig ved jordoverflaten. Men siden den øker med høyden over bakken, betyr det økt kosmisk strålefare jo høyere vi er. Ved flyreiser kan den kosmiske strålingen bli rundt ti ganger så kraftig som ved bakken. skjul
