Elevøvelse 8 - Halveringstid

Hensikten med dette forsøket var å simulere halveringstiden til et radioaktivt stoff, med terninger.

Utstyr:

• Et krus
• 20 terninger

Først litt teori

Halveringstid forbindes for det meste med radioaktive stoffer, men det brukes også innen andre områder. Denne øvelsen går ut på å simulere halveringstiden til et radioaktivt stoff . Et radioaktivt stoff er en isotop av et grunnstoff hvor atomkjernen er ustabil. Det frigjøres derfor energi i form av radioaktivt stråling fra atomkjernen: alfastråling, betastråling og gammastråling.

Alfastråling er heliumkjerner. Når ustabile atomkjerner sender ut partikler av to nøytroner og to protoner (helium) er det alfastråling. Når en atomkjerne har sendt ut heliumkjerner vil de nye atomkjernene inneholde to protoner mindre og det blir derfor dannet et nytt grunnstoff. For eksempel hvis grunnstoffet radium- 226 sender ut alfastråling vil det bli dannet det nye grunnstoffet radon-222. Vi ser at radium-226 ligger som nr 88 i det periodesystemet. Det vil si at grunnstoffet har 88 protoner i kjernen. Når den da sender ut alfastråling blir det slik: 88 protoner - 2 protoner (helium) = 86 protoner. Da ser vi i det periodiske systemet at grunnstoffet som har 86 protoner er Radon-222. Når det sendes ut alfastråling betyr det at det nye grunnstoffet alltid vil bli et lenger ned i det periodiske systemet, det er omdannet og er ikke radioaktivt lenger.

Betastråling er elektroner. Når atomkjernen sender ut betastråling er det elektroner som sendes ut i en stor fart. Grunnen til at atomkjernen sender ut elektroner fra kjernen (der det egentlig ikke skal være noen elektroner) er fordi et nøytron blir omdannet til et proton og et elektron. Protonet blir værende i atomkjernen, mens elektronen sendes ut som radioaktiv stråling. Nå har atomkjernen et proton for mye og det har derfor blitt omdannet til et nytt grunnstoff. For eksempel når bly-211 sender ut betastråling blir det dannet grunnstoffet vismut-211. Bly-211 har 82 protoner i kjernen + et til som ble omdannet fra nøytronet. Nå er det 83 protoner i kjernen som betyr at det er blitt grunnstoffet vismut-211. I betstråling vil det nye grunnstoffet alltid være et grunnstoff lenger opp i periodesystemet.

Gammastråling er elektromagnetisk stråling av energirike gammafotoner. Det er energien som atomkjernen slipper ut etter at den har sendt ut alfastråling og betastråling. Gammastråling er rett og slett overskuddenergien fra atomkjernen. I kontrast til de to andre strålingstypene er energien til gammastråling mange tusen ganger større. 

Halveringstiden til et radioaktivt stoff er derfor det tidsrommet det tar for stoffet å spaltes. Altså den tiden det tar der halvparten av atomkjernene i et stoff er omdannet til andre atomkjerner/nytt grunnstoff (så blir den halvert igjen, og igjen til nesten alle atomkjernene er bitt omdannet). Radioaktive stoffer kan bli spaltet på kort halveringstid eller lang halveringstid. For eksempel er halveringstiden for det radioaktive stoffet uran-238 så mye som 4,5 milliarder år!

Framgangsmåte:

Først lagde vi en tabell som består av 5 serier der vi skal kaste 20 terninger, 10 ganger i en serie. Da vil det bli til sammen kastet 100 terninger (grunnen til at vi kastet i serier var fordi vi ikke hadde 100 terninger å kaste samtidig). En sekser på terningen simulerer spalting av en atomkjerne. Derfor skulle vi ta bort hver sekser terning i hvert kast og skrive ned hvor mange ikke-seksere det var igjen. I tabellen under ser vi utfallet av alle kastene:

Vi tenker oss at terningene kastes en gang i minuttet, altså 100 minutter til sammen etter vi har kastet alle. I linjediagrammet under er y-aksen antall terninger/radioaktive stoffer og x-aksen er antall minutter. Hvis vi leser av tabellen ser vi at det har gått 3,5 minutter, når stoffet er halvert.

Resultat: halveringstiden for det radioaktive stoffet vi simulerte er da ca 3 minutter og 30 sekunder.

Kilder: Wikipedia, NDLA og boken Naturfag 3

Bilder: meg

- Emma