alfastråling

Figur 1. Radioaktiv atomkjerne med alfa-partikkel utsendelse.
Lisens: CC BY NC SA 3.0

Alfastråling er en form for partikkelstråling som består av heliumkjerner med positiv ladning, det vil si to protoner og to nøytroner. Disse partiklene kalles også for alfa-partikler (α-partikler), og skrives som 4He2+. Alfa-stråling, som også skrives som α-stråling, er en av de tre vanligste formene for radioaktivitet ved nukleær nedbrytning (desintegrasjon). Slik partikkelutsendelse kalles for nukleær stråling. De andre to er beta stråling og gamma-stråling.

Faktaboks

også kjent som:

α-stråling

Det er i hovedsak tunge atomkjerner som sender ut alfastråling. Alle grunnstoffer fra og med atomnummer Z = 66, som er dysprosium (Dy), til det tyngste kjente grunnstoffet med atomnummer Z = 118, som er oganesson (Og), har radioaktive isotoper med alfa-utsendelse.

Opprinnelse

Figur 2. Prinsippskisse av en lineærakselerator for akselering av ladete partikler, såsom alfa-partikler, til høye energier (opptil ti-talls MeV) for induksjon av kjernereaksjoner.
Lisens: CC BY NC SA 3.0
Figur3. Prinsippskisse av en syklotron for akselering av ladete partikler, såsom alfa-partikler, til høye energier (opptil ti-talls MeV) for induksjon av kjernereaksjoner.
Lisens: CC BY NC SA 3.0

Alfa-stråling med nukleær opprinnelse oppstår når en tung atomkjerne henfaller spontant til en lettere atomkjerne og i denne prosessen sender ut en alfa-partikkel (Figur 1). Slike partikler, som altså består av to protoner og to nøytroner som er bundet sammen, er en spesielt stabil nukleær konfigurasjon. Utsendelsen av alfa-partikler fra en atomkjerne kan forstås som en kvantemekanisk tunneleringseffekt.

Betegnelsen alfa-stråling brukes både om nukleær alfa partikkelstråling og om kunstig akselererte heliumkjerner som kan produseres i partikkelakseleratorer, for eksempel i lineærakseleratorer (Figur 2) og syklotroner (Figur 3). Slike ekstranukleære alfa partikler produseres ved å ionisere helium gass (4He04He2+ + 2e-). Akseleratorproduserte alfa-partikler kan brukes til å indusere kjernereaksjoner av ulike slag.

Vekselvirkning med materie

Materiepartiklene fra nukleære transmutasjoner (desintegrasjon) skytes ut av atomkjernen med en hastighet tilsvarende cirka 1/20 av lysets hastighet. På grunn av alfa-partiklenes elektriske ladning vil de, når de penetrerer materie, ionisere dette materialet langs hele den strekningen de går før deres bevegelsesenergi nærmer seg null og de stoppes helt. Vi sier at de har sterk ioniserende virkning. Denne egenskapen er viktig i flere anvendelser.

På grunn av den sterke vekselvirkningen med materie har partiklene kort rekkevidde. De stoppes lett av et vanlig papirark eller i hudens ytre hornlag. Derfor utgjør ikke alfa-stråling noen spesiell helserisiko så lenge strålingen befinner seg utenfor kroppen. Derimot bør man unngå å unødvendig utsette indre organer for slik stråling. Det er derfor man har tiltak mot at den alfa-radioaktive gassen radon (222Rn) skal sive inn i hus og oppholdsrom.

Historikk

Alfa-stråling (og beta-stråling) ble definert og eksperimentelt studert av Ernest Rutherford i perioden fra 1899 og framover. Disse studiene ble basis for Rutherfords Nobelpris i kjemi i 1908. Sammen med Ernest Marsden og Hans Geiger studerte Rutherford senere spredningen av alfa-partikler på en tynn folie laget av gull. Dette eksperimentet var sentralt for utviklingen av den moderne atommodellen, da spredningen av alfa-partikler viste at atomer hadde en kompakt, elektrisk ladet kjerne.

Anvendelser

Tracere og strålekilder.

Som nevnt ovenfor brukes alfa-partikler som er akselerert til høy energi (ofte flere titalls MeV) for å indusere ulike typer kjernereaksjoner. Hensikten er produksjon av bestemte radioaktive nuklider med egenskaper som er interessante for tekniske anvendelser. Slike radionuklider kan for eksempel brukes som sporingsstoffer (tracere) i

  • industrielle prosesser,
  • miljøundersøkelser
  • medisin

og som strålekilder i ikke-destruktiv testing av materialkvalitet under industriell produksjon.

Alfa-partiklere kan også brukes i kjemisk/radiokjemisk analyse som strålingskilder for analyse av grunnstoffinnhold i ulike prøver ved induksjon av grunnstoff-spesifikk røntgenutsendelse og/eller partikkel tilbakespredning.

Den alfa-emmiterende radionukliden 241Am (halveringstid 432.6 år) brukes i såkalte ioniske brannvarslere som er montert i mange private og offentlige bygninger.

Energikilde

Alfa-emitterende nuklider anvendes som energikilde ved såkalt termoelektrisk energigenerering. Slike nukleære batterier er hovedsakelig brukt som energikilder for ubemannet elektrisk utstyr som må stå uten tilsyn i lange perioder. Eksempler er romsonder, pacemakere, undervannssystemer og automatiske vitenskapelige og værmeldingsstasjoner på fjerntliggende steder.

Medisin

Da alfa stråling, som nevnt ovenfor, er ioniserende, kan den forårsake stråleskader, spesielt ved inntak av alfa-emittere gjennom luft, væske eller fast føde. Den sterke ioniseringstettheten kan medføre for eksempel at kjemiske bindinger kan brytes i en etter begge av DNA-molekylets dobbelheliks. Dette kan i alvorlige tilfeller føre til dannelsen av kreftvev, noe som selvsagt er negativt, men slike stråleskader kan oftest repareres av kroppens eget immunsystem. Men denne egenskapen kan også føre til positive effekter. Kreftceller som allerede er dannet, «skytes i stykker» fordi slike celler er mer sensitive mot stråling enn kroppens friske celler og vanskelig lar seg reparere.

Derfor foregår det mye forskning på nytteeffekten av alfa-emittere i nukleærmedisin for bruk innenfor kreftbehandling. Noen produkter er allerede tatt i bruk. Den mest kjente er kanskje 223Ra2+, som brukes mot prostatakreft og som distribueres kommersielt over hele verden med produktnavnet Xofigo fra produksjonslaboratorier ved IFE, Kjeller. Dette radiofarmasøytiske produktet ble opprinnelig utviklet av norske kjernekjemikere ved Universitetet i Oslo sammen med onkologi ved Radiumhospitalet i Oslo.

Les mer i Store norske leksikon

Kommentarer

Kommentaren din publiseres her. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan.

Du må være logget inn for å kommentere.

eller registrer deg