3.3 HALVERINGSTID

Daniel Espegren Dutta | 3MKA | 15. Desember 2014

HENSIKT

Simulere halveringstiden til et radioaktivt stoff gjennom alfastråling. Dette gir oss en forståelse på hva halveringstid er

UTSTYR

 - 20x Terninger
 - En kopp
 - Penn og papir / Excel / Google Spreadsheet

TEORI
Halveringstiden blir bestemt ut ifra sannsynligheten for at et radioaktivt stoff skal sende ut partikler. Etter X tid vil dette stoffet være halvparten av hva det opprinnelig var. Noen stoffer har lang halveringstid og andre har korte. I dette forsøket brukes det terninger for å simulere halveringstiden. 

FREMGANGSMÅTE 

 - Legg alle terningene i koppen
 - Rist koppen
 - Kast ut terningene ut av koppen
 - Fjern alle seksere og legg alle ikke-seksere tilbake i koppen
 - Noter ned hvor mange terninger du har igjen
 - Gjenta prosessen
 - Etter 10 kast skal man begynne på en ny serie
 - Etter 5 serier kan man lage et diagram som viser hva halveringstiden er

HYPOTESE

Det er 1/6 sjanse for å få en sekser per terning. For hver sekser som kommer på bordet, blir sjansen mindre for å få en ny sekser. I en perfekt verden vil man få 1/6 av den totale antall terninger bli seksere. På første kast vil man derfor enda opp med 3 ⅓ seksere. Med denne formelen vil man derfor være på cirka 10 terninger (halvert) etter kast #4. 

Statistisk riktig fremstilling av hva halveringstiden burde være

RESULTAT
Dette excelarket burde forklare antall terninger som var igjen etter X antall kast. Ifølge gjennomsnittet var halveringstiden etter 3 kast.

Resultater fra forsøket

FEILKILDER

Dette er et forsøk som baseres reint på sannsynlighet. Noen ganger kan man få mange seksere, andre ganger færre. Vi hadde "flaks" og fikk mange flere seksere enn hva som var beregnet i hypotesen. 

Det er mulig å øke sjansene for å få sekser ved å steke dem i ovnen. Tvilsomt at dette er gjort, men man vet aldri. Dessuten vil kasteteknikken påvirke resultatet også.

KONKLUSJON

Resultatene er annerledes enn hypotesen, noe som er forventet. Tilfeldighetene spiller en stor rolle, og sannsynligheten for et perfekt resultat blir ekstremt sjeldent.

Denne grafen illustrerer gjennomsnittet av Y antall terninger igjen etter X kast. Den røde linjen markerer halveringspunktet 

Hvis vi hadde gjennomført dette forsøket mange flere ganger eller samlet resultatene fra alle gruppene, ville vi fått et samlet resultat som var mer lik hypotesen. 

RADIOACTIVE - Imagine Dragons

RD1503

Dette er et dosimeter av typen RADEX 1503. 

Stor knapp til høyre: A

Liten knapp nede til venstre: B

Liten knapp over B: C

Batteriikon: Batterilevetid som er igjen

µSv / h: Hvilken måleenhet som brukes

0.30: Terskelsignal. Enheten lager lyd dersom signalet blir høyere enn dette tallet

Stort tall i midten: Mengden radioaktivitet oppgitt i µSv

INNHOLD

1. Power

 1.1: Knappen

2. Menu

 2.1: Åpne / Lukke menyen

 2.2: Inni menyen

 2.3: Units

 2.4: Levels

 2.5: Setup

   2.5.1: Backlight

   2.5.2: Audio

3. Måling

 3.1: Starte å måle

 3.2: Under måling

 3.3: Etter måling

1. POWER

1.1: KNAPPEN

For å skru på dosimeteret trykk på A.

For å skru av dosimeteret hold inne A.

2. MENU

2.1: ÅPNE / LUKKE MENYEN

For å åpne menyen; trykk på C

For å gå ut av menyen; trykk på A

2.2: INNI MENYEN

For å gå tilbake trykk på A

Naviger nedover med B

Velg alternativ med C

2.3: UNITS

Velg µSv / h (Mikro-Sievert / time) - Dette er standardmåleenheten

2.4: LEVELS

Du kan velge hvor kraftig terskelstyrken skal være. Hvis mengden radioaktivitet går over dette tallet vil dosimeteret lage en pipelyd.

2.5: SETUP

2.5.1: BACKLIGHT

Skru bakgrunnslys av eller på

2.5.2: AUDIO

Skru pipelyden til høyt, lavt eller av.

3. MÅLING

3.1: STARTE Å MÅLE

Den starter automatisk. Ingen grunn til panikk

3.2: UNDER MÅLING

Vent til at alle 4 Ba'ene til venstre er ferdig, dermed har enheten kalibrert seg.

3.3: ETTER MÅLING

Det store tallet i midten indikerer hvor mye µSv / h som er i lufta. Dette er basert på gjennomsnittet i løpet av kalibreringstiden.

_______________________________________________________________________

Hensikt:

Lære mer om radioaktivitet og stråling ved bruk av radioaktive steiner. Kunne bruke et dosimeter for å måle stråledoser.

Følgende utstyr ble brukt:

- Dosimeter (Radex 1706)

- Radioaktive steiner (Orthitt, Euxenitt og Raudberg)
- Naturfagsbok og notatblokk

Oppgaver teori:

1. Finn fakta om de tre radioaktive isotopene Strontium-90, Americum-241 og Cesium-137.

Strontium-90

Er et radioaktivt isotop av Strontium. Har en halveringstid på 29 år og brukes hovedsaklig i medisinsk behandling. Brukes til radioaktiv terapi ved behandling av enkelte typer kreft knyttet til knokler og skjelett. Fordi stoffet kan generere mye varme, kan det også brukes som erstatning for plutonium i kjernekraftverk. Strontium-90 sender ut betastråling og har en biologisk halveringstid på gjennomsnittlig 18 år.

Kilder: http://en.wikipedia.org/wiki/Strontium-90

Americum-241

Americum finnes ikke i naturen, men fremstilles kunstig ved nøytron-bombardement av plutonium. Den radioaktive isotopen am-241 brukes for å måle glassruters tykkelse, og som strålekilde i røykvarslere. En ionisk røykvarsler består av en radioaktiv kilde som ligger inne i et ionkammer. Siden strålingen ioniserer luften i kammeret blir det generert elektrisk strøm. Hvis røykpartikler kommer inn i kammeret, reduseres strømmen og alarmen går. Stoffet sender ut alfa-stråling (og gamma), men i svært små mengder og utgjør derfor en svært liten helserisiko. Halveringstiden er på 433 dager, den biologiske halveringstiden i lever er på 20 år og 50 år i ben.
Kilde: http://no.wikipedia.org/wiki/Americium

Cesium-137
Er et radioaktivt isotop av Cesium som ofte er et resultat av fusjon av uranium. Har en halveringstid på rundt 30 år og forekommer ofte i atomreaktorer og i atomvåpen. Er et av de mest problematiske radioaktive stoffene siden det sprer seg hurtig og høy vannløselighet. Har også flere praktiske bruksområder i små doser ved industri og medisinsk behandling av kreft. Sender ut betastråling. Stoffet kan være svært skadelig for vitale organer i kroppen ved store mengder. Den biologiske halveringstiden er på tre måneder.
Kilde: http://en.wikipedia.org/wiki/Caesium-137

Illustrasjon av alfa-, beta- og gammastråling.

2. Fysisk halveringstid er tiden som går før halvparten av atomkjernene i det radioaktive stoffet er omdannet til andre atomkjerner. Mengden og intensiteten fra strålingen er dermed halvert.

Biologisk halveringstid er tiden det tar før halvparten av konsentrasjonen av stoffet er utskilt fra kroppen. Denne tiden er avhengig av fysiologiske faktorer.

3. Undersøkelser viser at små barn er to til tre ganger mer sensitive for radioaktiv stråling enn voksne. Forskere har ikke kommet frem til en fastsatt konklusjon, men begrunner resultatene ved at barnas kropp og organer ikke er ferdig utviklet. Dette gjør barn mer skjøre og sårbare for stråling.

Målinger:

Her er resultatene av målingene av de radioaktive steinene Orthitt, Euxenitt og Raudberg. Alt er oppgitt i mikrosievert (µSv/t).

Orthitt: 0,58 µSv/t

Er et av de vanligste mineralene i norske pegmitt-ganger og kan forekomme i store mengder i krystaller på over 100 kilo. Kan inneholde 0-3% uran eller thorium. Har høyest utslag av de tre prøvene.

Raudberg: 0,25 µSv/t

Består av mørk sideritt med noe metallisk hematitt. Forekommer ved Ulefoss i Telemark med smeltemasser i jordskorpen. Er kun svakt radioaktiv.

Euxenitt: 0,26 µSv/t

Et svart blankt material som ofte forekommer i norske granitt-pegmanitter, spesielt i Agderfylkene. Inneholder vanligvis betydelige mengder uran og thorium (opptil 10% av vekt) og finnes i flere kilo tunge klumper. 

Bakgrunnsstråling:

Inne: 0,20 µSv/t

Ute: 0,21 µSv/t


Konklusjon:
Om man blir utsatt for stråling fra disse radioaktive kildene utgjør det ingen fare på kort sikt, målingene er generelt sett veldig lave. Likevel vil Orthitt (også kalt Allanitt) utgjøre størst risiko over lenger tid grunnet den største gjennomsnittlige stråledosen.

Balgrunnsstrålingen var nærmest uforandret inne som ute. Mulig dette har noe med at vi befant oss i en bygning laget av et materiale som kan redusere strålingen innendørs (selv om det her ofte er flere potensielle strålingskilder). Ellers var den gjennomsnittlige strålingen som forventet, og bekrefter det faktum at vi omgir oss med radioaktiv stråling hver dag.


Feilkilder:
Mulige feilkilder kan være ujevn måling, feil eller unøyaktig utstyr/dosimeter, samt andre radioaktive kilder som kan gi effekt på resultatet. Spesielt gjelder dette ved de individuelle målingene av steinene.