Atom- og kernefysik 1

       

Små byggesten

       
Atom- og kernefysik drejer sig om stoffernes mindste dele: Atomerne og specielt deres kerner.    

Acceleratorer (fx cyklotroner) bruger man for at finde ud af atom-kernernes opbygning:

Enden af en lille accelerator (ca. 5 meter i diameter)
på Ørsted-laboratoriet i København

   

Når man skal undersøge stoffernes mindste dele, må man ofte bruge de største apparater, acceleratorer. Med dem kan man sætte fart på partikler og bruge dem som projektiler til at beskyde lidt af det stof, hvis atomer, man vil vide mere om.
Verdens største cyklotron er CERN i Schweitz - den er 27 km i omkreds!

Vi må nøjes med at forestille os, at vi kan klare undersøgelserne med sukker-knald og en hammer til at knuse den med:

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

Forestil dig, vi smadrer en krystal: Den består af sukker-molekyler.

Det er sukkerets mindste dele.

Smadrer vi igen et sukkermolekyle, får vi atomer:
kulstof-atomer (carbon-atomer), brint-atomer (hydrogen-atomer) og ilt-atomer (oxygen-atomer).

Nu er der ikke tale om sukker længere.

   

Alle ting er bygget af sådanne bittesmå atomer (der kan ligge10.000.000 i række på én millimeter!).

Jern er opbygget
af jern-atomer

Svovl af svovl-atomer

Der findes kun ca. 90 forskellige slags atomer i naturen, men vi kender flere millioner forskellige stoffer.

Det skyldes, at forskellige slags atomer kan slå sig sammen til molekyler, som er stoffernes byggesten.

Svovl-atomer kan slå sig sammen med jern-atomer
og danne svovl-jern-molekyler.

Stoffet svovl-jern er opbygget af sådanne molekyler

Du kan forestille dig, at der kan laves uendeligt mange molekyler, når man har 90 slags atomer at bygge af.

Nogle atomer kan kombineres på særligt mange måder, det gælder kulstof-atomer og brint-atomer:

Kulstof-atom

Brint-atom

Kulbrinte-molekyle (lighter-gas)

Vi kikker lidt nærmere på det enkelte atom:

    Alle atomer er opbygget af en positiv kerne, og uden om den bevæger sig nogle små minus-ladede partikler, elektroner.
Lad os starte med det simpleste atom i verden: Hydrogen-atomet (på dansk: brint-atomet).

Det består af en kerne med bare én positiv partikel, en proton.

Uden om kernen futter én elektron.

Vi giver det atom-nummer 1.

   
   

Et lidt mere sammensat atom: Kulstof-atomet.

Det har 6 positive protoner og 6 neutrale neutroner i kernen og 6 elektroner omkring kernen.

Vi giver den atom-nummer 6.

Til sidst det største og mest sammensatte atom i naturen: Uran-atomet.

Det består af 92 protoner, 146 neutroner og 92 elektroner.

Det har atom-nummer 92.

   
       

Hvad vejer en proton?

       

Der går 600.000.000.000.000.000.000.000 protoner på ét gram!

Vi skriver det også:

6 · 1023 protoner

   
 

Hvor store er atomer og atom-kerner?

 

Det mindst atom er 1/10.000.000 mm i diameter.

En proton er bare 100.000 gange mindre, altså:

1/1.000.000.000.000 mm

Et atom består altså mest af "ingenting".

       

Hvordan kan atom-kernerne hænge sammen?

       
     Positive elektriske partikler frastøder hinanden.

Hvordan går det da til, at en atomkerne kan hænge sammen?

Neutronerne "lægger sig imellem" og virker nærmest som "klister".

Faktisk kan nogle atomkerner godt af sig selv (spontant) falde fra hinanden.

Så taler vi om spontan kerne-spaltning.

En atom-kerne, der spaltes, udsender radio-aktiv stråling.

   
       

Skade-virkninger ved radio-aktivitet

Radio-aktiv stråling virker kraftigt på omgivelserne, fordi der er meget energi i den.

Den kan fx ødelægge levende organismers væv (hud, muskler osv.).

Den kan også gøre skade på ægceller og sædceller, så nyfødte børn bliver misdannede.

For planter og dyr kan naturligvis ske tilsvarende.

     
       

Hvordan bruger vi vores viden om atomer og radio-aktivitet?

 
Medicin Radio-aktiv stråling kan ødelægge celler - også syge kræft-celler. Ved bestråling kan man altså ødelægge kræft-cellerne.
Industrien I industrien bruger man radio-aktiv stråling til at "gennemlyse" materialer med for at se, om der er fejl i dem.
Landbruget Nogle landbrugs-varer kan gøres mere holdbare ved bestråling, der dræber bakterier og svampe og ødelægger spirings-evnen.
Hjemmet I røg-alarmer er der et radio-aktivt materiale.
Atom-kraftværker Energien fra atom-spaltning kan varme vand op - det driver en damp-turbine, og vi kan få el ud af det.
A-våben Energien kan også frigøres med et brag - så har vi atom-bomben.
Forskning

Atom- og kerne-fysik anvendes i høj grad i forskningen
- som Jonathan her på Ørsted-laboratoriet i København:

   

Hvordan måler vi radioaktivitet?

    Radioaktivitet måles med en Geiger-tæller