Atom- og kernefysik 1

Små byggesten | Et enkelt atom | Hvad vejer en proton? | Hvor store er atomer og atomkerner? | Hvordan kan atomkernen hænge sammen? | Skadevirkninger | Måling af radioaktivitet | UheldTransport | Affald |  Atomkraft i Danmark og hos vore naboer | Links

  

Små byggesten

Alt stof består af mindre dele. Det gælder, uanset om stoffet er fra levende organismer eller fra dødt materiale.

Lad os se på, hvad der sker, hvis vi knuser en sukkerknald:

Først bliver den til almindeligt sukker og senere flormelis.
Begge dele består af krystaller - flormelis af meget små krystaller

Krystallerne består af sukkermolekyler, som igen
består af carbon-, hydrogen- og oxygenatomer.

 

 



Alle ting er opbygget af sådanne byggesten, vi kalder dem atomer. Atomerne er bittesmå. Der kan ligge 10.000.000 i række på en millimeter!

 

Jern er opbygget af jernatomer og svovl af svovlatomer.

Jern-atom:

Svovl-atom:

Jern:

      Svovl:

 

Der findes kun 92 slags atomer i naturen, men vi kender flere millioner forskellige stoffer. Hvordan går det nu til? Jo, to eller flere atomer kan slå sig sammen og danne nye byggesten. F.eks. kan svovlatomer og jernatomer slå sig sammen og danne små svovl-jern-byggesten. sådanne byggesten, der består af flere atomer, kalder vi molekyler.


Svovl-jern-molekyle Svovljern

En klump svovljern består at milliarder af svovl-jern-molekyler.

 

 

Du kan forestille dig, at der kan laves uendeligt mange forskellig molekyler, når man har 92 slags atomer at bygge af. Nogle atomer kan kombineres på særlig mange måder. Det gælder bl.a. carbon- og hydrogenatomer (kulstof- og brintatomer).


Kul og brintatomer


Kulbrinte-molekyle (lightergas)

 

Et enkelte atom

Vi vil kikke nærmere på de enkelte atomer, hvordan de er opbygget, og hvordan de "virker".

Alle atomer er opbygget af en positiv kerne, og uden om den bevæger sig nogle små negativt ladede partikler, elektroner.


Atom med positiv kerne og negative elektroner omkring

 

Lad os starte med det simpleste atom i verden, hydrogenatomet (på dansk: brintatomet).

Hydrogenatomet består af en kerne med bare én proton, og omkring den i en kugleskal suser en elektron rundt. Hydrogenatomer med én proton og én elektron giver vi atomnummer 1.

Vi ser nu på et lidt mere sammensat atom, nemlig carbonatomet (kulstofatomet).

 

Til sidst det største og mest sammensatte atom, der forekommer i naturen (kunstigt kan man lave dem mere kompliceret), uranatomet.

 

I uranatomet er der 92 protoner og 146 neutroner i kernen og uden om flyver 92 elektroner i flere "lag af kugleskaller" - det har atomnummer 92.
Det er antallet af protoner i kernen, der bestemmer, hvilket atomnummer et givet atom har

 

 

Hvad vejer en proton?
Der går 600.000.000.000.000.000.000.000 protoner på ét gram Det skrives også 6 gange 1023 protoner. En protons masse kalder vi 1u (= 1 unit), på dansk 1 atommasseenhed. 
Det er bekvemt at bruge en proton som masseenhed i stedet for at regne i gram og hele tiden skulle styre alle de nuller, der så bliver.
En neutrons masse er næsten som en protons, altså 1u.
Elektronens masse er ca. 1/2000 u, så den kan vi faktisk se bort fra, når vi skal beregne et atoms masse.
Lad os beregne massen af de tre atomer ovenfor:
Hydrogenatomet må jo have massen 1u.
Carbonatomets masse bliver 6 u + 6 u = 12 u.
Uranatomets bliver 92 u + 146 u = 238 u.

Hvor store er atomer og atomkerner?
Det mindste af alle atomer, hygdrogenatomet, er 1/10.000.000 mm. i diameter, mens dens kerne, protonen, er 2/1000.000.000.000 mm. Dvs. 50.000 gange mindre, så nok er et atom lille, men i forhold til hele atomet, er kernen igen langt, langt mindre.
Elektronen, der suser rundt om kernen, afgrænser atomets størrelse, så elektronerne befinder sig altså fjernt fra kernen, og ind imellem er der blot tomt. Det betyder, at langt det meste af et stof, f.eks. af et stykke jern, er tomrum, ingenting!

Hvordan kan atomkernen hænge sammen?
Fra forsøg med elektrisk ladede kugler ved vi, at to ensladede kugler frastøder hinanden, mens to med forskellige ladninger tiltrækker hinanden. Hvordan kan det så være, at atomkernerne med flere protoner ikke falder fra hinanden? Protonerne frastøder jo hinanden. 
Det er neutronerne, der virker som "klister" og samtidig holder protonerne på en vis afstand af hinanden.

Faktisk kan nogle atomkerner godt falde fra hinanden, så taler vi om en kernespaltning. Engang imellem sker det af sig selv, at en atomkerne falder fra hinanden (henfalder), men vi kan også få det til at ske ved at "skyde på" en atomkerne.


En atomkerne går i stykker (spaltes),
og der udsendes stråler, radioaktivitet

Når atomkerner går i stykker, udsendes samtidig stråling. Vi kalder det radioaktivitet eller radioaktiv stråling. De tre vigtigste strålingstyper er: 

Alfa-, beta- og gammastråling.

Skadevirkninger
Radioaktiv stråling virker meget kraftigt på omgivelserne, fordi der er stor energi i den. Det betyder, at den kan ødelægge levende organismers væv, så der f.eks. kan udvikles kræft eller, hvis den rammer ægceller eller sædceller, at afkommet bliver mere eller mindre vanskabt.
Da nogle slags atomer af sig selv går i stykker og dermed afgiver radioaktivitet, vil vi altid være omgivet af radioaktivitet. Vi kalder det baggrundsstrålingen. Den har en nogenlunde konstant størrelse, afhængigt af hvor man befinder sig.
Desuden kan vi blive udsat for stråling fra uheld på A-kraftværker, A-våben eller fra udslip i forbindelse med atomforsøg og lignende.

Måling af radioaktivitet
Når man skal måle radioaktivitet, udnytter man dét, at radioaktiv stråling gør luften elektrisk ledende (den ioniserer luften), hvor den kommer frem. Med en geigertæller registrerer man så, hvor mange luftmolekyler, der ioniseres i et næsten lufttomt rør, et Geiger-Müllerrør.

Hvor bruger vi vores viden om atomer og radioaktivitet?

bullet

I medicin
Vi så før, at radioaktivitet kan ødelægge celler og dermed også kroppens væv (muskler ol.). Dét kan også udnyttes positivt.
På sygehusene bruger man radioaktiv stråling til at ødelægge kræftceller med. Ved at "beskyde" det syge område fra forskellige retninger får det raske væv kun en lille dosis stråling, mens svulsten får så meget, at det syge væv ødelægges, så det ikke vokser og breder sig mere.

bullet

I industrien
I industrien bruger man bl.a. radioaktivitet til at "gennemlyse" visse materialer for at lede efter eventuelle fejl i dem.

bullet

I landbruget
Nogle landbrugsprodukter gøres mere holdbare ved radioaktiv bestråling, der dræber svampe og bakterier. Det gælder især letfordærvelige frugter som f.eks. de udenlandske jordbær, vi køber, før den danske jordbærhøst sætter ind.

bullet

I hjemmet
I mange hjem har man røgalarmer under loftet. De virker ved hjælp af svag radioaktivitet og noget, der minder om princippet i Geiger-Müllerrøret.

 

Når atomkerner spaltes, udvikles foruden stråling også rigtig meget energi. Det udnytter man især på to måder: 

bullet

Kernekraft (A-kraft)
På atomkraftværker varmer man vand op ved en kontrolleret kernespaltning og sender dampen ind i dampturbiner, der igen trækker store generatorer. Fra dem får vi så elektrisk strøm til huse og virksomheder.
Den eneste forskel, der er på et A-kraftværk og et almindeligt kul/oliefyret kraftværk, er, at man bruger "atombrændsel" i stedet for de gammelkendte brændstoffer til at lave damp.

bullet

Kernevåben (A-våben)
I kernevåben eller atomvåben slipper man på én gang den enorme energimængde løs, der fremkommer ved atomkerne-spaltning. Det giver en frygtindgydende effekt både i forbindelse med selve sprængningen og senere på grund af strålingsskader fra den kraftige radioaktivitet der samtidig opstår.

Problemer ved udnyttelsen af atomkerne-energi i kraftværker
Kernekraft er så godt som forureningsfri, når alt går problemfrit, altså hvis der ikke sker ulykker, og man kan finde et sikkert sted til affaldet. I modsætning til afbrænding af kul, olie og gas (fossile brændstoffer) tilfører den ikke atmosfæren CO2 , og derfor bidrager den ikke til forøgelse af drivhuseffekten.

Uheld
Til gengæld kan der ske alvorlige uheld på A-kraftværker, så store mængder radioaktive partikler slipper ud på grund af fejl i systemet eller betjeningen af det. Sådanne uheld har der været mange af, men det mest kendte og det værste er Tjernobyl-ulykken i 1986, hvor en reaktor kom ud af kontrol og udsendte enorme mængder af radioaktivitet ud over omgivelserne, og hvor de nordiske lande også fik deres del af forureningen.

Transport
Når farligt materiale skal transporteres, vil der være forøget risiko for, at der sker uheld med radioaktiv forurening til følge. Det gælder naturligvis også, når det drejer sig om højradioaktivt gods til og fra atomreaktorer. Derfor laver man ekstra sikkerhedsforanstaltninger ved sådanne transporter.

Affald
Affald fra atomkraftværker er stærkt radioaktivt i mange, mange år efter brug. Dermed får man problemer med at få gemt det godt og sikkert af vejen. Som regel bliver det deponeret i dybe underjordiske gange, enten gamle minegange eller gange lavet specielt til formålet.

Atomkraft i Danmark og hos vore naboer
For mange år siden besluttede folketinget, at vi ikke ville have atomkraft i Danmark. Det var forbundet med for stor risiko, mente man. I stedet udbyggede man kulkraftværkerne, men selvom man efterhånden er omhyggelig med at rense røgen godt, forurener de enormt meget. Resultatet er bl.a. sur regn, som for en stor del blæser til Sverige og ødelægger deres søer.
Der bliver også enorme affaldsmængder i form af aske og slagger. Det forsøger man at genanvende i f.eks. vejbelægning, tagplader og betonelementer. Det er imidlertid langt fra problemfrit. Hvad gemmer f.eks. affaldet af tungmetaller, der med tiden kan blive vasket ud af regnen og sive ned til grundvandet?
Sverige og Tyskland bruger for en stor del atomenergi i elforsyningen. Begge steder er der konstante debatter for og imod og af og til også demonstrationer. Foreløbig er det endt med, at man har besluttet at afvikle atomkraften i Sverige. Først vil man lukke Barsebäck-værket ned, fordi det kun ligger omkring 20 km fra København, som dermed vil være stærkt udsat i tilfælde af et alvorligt uheld.
Problemerne med valg af energikilder er ikke simple, der er mange ting for både de valgte politikere og os alle sammen at tage stilling til. Man må forsøge med forstanden at afveje fordele og ulemper, men vi kommer ikke uden om, at følelserne også spiller en stor rolle - og det skal de vel også?