Radioaktivitet

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.

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.


== Konserveringslover ==
I radioaktivt henfal, i likhet med andre nukleære reaksjoner må visse konserveringslover bli oppfylt. For en generell reaksjon: 

  
    
      
        
          
            X
            
              1
            
            
              
            
          
          
            +
          
          
            X
            
              2
            
            
              
            
          
          ⟶
          
            X
            
              3
            
            
              
            
          
          
            +
          
          
            X
            
              4
            
            
              
            
          
        
      
    
    {\displaystyle {\ce {X_1 {+}X_2->X_3 {+}X_4}}}
  
Må følgende konserveringslover bli oppfylt:
a) Den totale energien i systemet må bli bevart:

  
    
      
        
          E
          
            1
          
        
        
          +
        
        
          E
          
            2
          
        
        =
        
          E
          
            3
          
        
        
          +
        
        
          E
          
            4
          
        
      
    
    {\displaystyle E_{1}{+}E_{2}=E_{3}{+}E_{4}}
     
hvor E inkluderer alle former for energi: masse energi, kinetisk energi, elektrostatisk energi, etc. 
b) Det lineære momentet må bli bevart: 

  
    
      
        p
        =
        m
        ν
      
    
    {\displaystyle p=m\nu }
    
dermed vil dette gi oss

  
    
      
        
          p
          
            1
          
        
        
          +
        
        
          p
          
            2
          
        
        =
        
          p
          
            3
          
        
        
          +
        
        
          p
          
            4
          
        
      
    
    {\displaystyle p_{1}{+}p_{2}=p_{3}{+}p_{4}}
    
Relasjonen mellom kinetisk energi (
  
    
      
        
          E
          
            k
            i
            n
          
        
      
    
    {\displaystyle E_{kin}}
  ) og det lineære momentet blir:

  
    
      
        
          E
          
            k
            i
            n
          
        
        =
        
          
            
              p
              
                2
              
            
            
              2
              m
            
          
        
      
    
    {\displaystyle E_{kin}={p^{2} \over 2m}}
  
c) Den totale ladningen (protoner og elektroner) til systemet må bli bevart:

  
    
      
        
          Z
          
            1
          
        
        +
        
          Z
          
            2
          
        
        =
        
          Z
          
            3
          
        
        +
        
          Z
          
            4
          
        
      
    
    {\displaystyle Z_{1}+Z_{2}=Z_{3}+Z_{4}}
    
her er ladning i elektron enheter
d) Massetallet (antallet nukleoner) må bli bevart:

  
    
      
        
          A
          
            1
          
        
        +
        
          A
          
            2
          
        
        =
        
          A
          
            3
          
        
        +
        
          A
          
            4
          
        
      
    
    {\displaystyle A_{1}+A_{2}=A_{3}+A_{4}}
  
e) Det totale angulære momentet (
  
    
      
        
          p
          
            I
          
        
      
    
    {\displaystyle p_{I}}
  ) må bli bevart:

  
    
      
        (
        
          p
          
            I
          
        
        
          )
          
            1
          
        
        +
        (
        
          p
          
            I
          
        
        
          )
          
            2
          
        
        =
        (
        
          p
          
            I
          
        
        
          )
          
            3
          
        
        +
        (
        
          p
          
            I
          
        
        
          )
          
            4
          
        
      
    
    {\displaystyle (p_{I})_{1}+(p_{I})_{2}=(p_{I})_{3}+(p_{I})_{4}}
    
Siden det eksisterer to typer angulært moment, et på grunn av orbitalbevegelse av de individuelle nukleonene, og det andre på grunn av internt spinn av nukleoner (internt angulært moment), kan det også skrives som:

  
    
      
        Δ
        I
        =
        
          I
          
            3
          
        
        +
        
          I
          
            4
          
        
        −
        
          I
          
            1
          
        
        −
        
          I
          
            2
          
        
      
    
    {\displaystyle \Delta I=I_{3}+I_{4}-I_{1}-I_{2}}
  


== Referanser ==


== Se også ==
Grunnstoffliste
Isotop
Isotoptabell
Karbondatering
Kjernekraft
PET
Røykvarsler
SPECT
Tsjernobylulykken


== Eksterne lenker ==
Det internasjonale kontoret for vekt og mål (BIPM)
Miljøstatus i Norge: Radioaktiv forurensning
Miljøstatus i Norge: Stråling
Radioaktiv stråling - Livgiver og dødbringer - artikkel fra forskning.no 22.3.11
Fakta om alle radionukider hos LNHB.
Måling av aktivitet foregår med metoden trippel til dobbel koinsidensteller (TDCR)