alfastråling

Radioaktiv atomkjerne med utsendelse av en alfapartikkel.
.
Lisens: CC BY NC SA 3.0

Alfastråling er en form for radioaktiv stråling som består av heliumkjerner med positiv ladning, det vil si to protoner og to nøytroner. Disse partiklene kalles også for alfapartikler (α-partikler), og skrives som 4He2+. Alfastråling, 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 to andre er betastråling og gammastråling.

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 alfautsendelse.

Opprinnelse

Figur 2. Prinsippskisse av en lineærakselerator for akselerering av ladede partikler som for eksempel alfapartikler til høye energier (opptil titalls MeV) for induksjon av kjernereaksjoner
.
Lisens: CC BY NC SA 3.0
Figur3. Prinsippskisse av en syklotron for akselerering av ladede partikler som for eksempel alfapartikler til høye energier (opptil titalls MeV) for induksjon av kjernereaksjoner
.
Lisens: CC BY NC SA 3.0

Alfastråling oppstår når en tung atomkjerne henfaller spontant til en lettere atomkjerne og i denne prosessen sender ut en alfapartikkel (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 alfapartikler fra en atomkjerne kan forstås som en kvantemekanisk tunneleringseffekt.

Betegnelsen alfastråling brukes både om denne typen nukleær alfapartikkelstråling og om kunstig akselererte heliumkjerner som kan produseres i partikkelakseleratorer, for eksempel i lineærakseleratorer (figur 2) og syklotroner (figur 3). Slike ekstranukleære alfapartikler produseres ved å ionisere heliumgass (4He0 → 4He2+ + 2e-). Akseleratorproduserte alfapartikler 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 alfapartiklenes elektriske ladning vil de, når de trenger inn i materie, ionisere dette materialet langs hele den strekningen de går før bevegelsesenergien deres 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 alfastråling noen spesiell helserisiko så lenge strålingen befinner seg utenfor kroppen. Derimot bør man unngå å utsette indre organer for slik unødvendig stråling. Det er derfor man har tiltak mot at den alfaradioaktive gassen radon (222Rn) skal sive inn i hus og oppholdsrom.

Historikk

Både alfastråling og betastråling ble definert og eksperimentelt studert av Ernest Rutherford i perioden fra 1899 og framover. Disse studiene ble basis for at Rutherford i 1908 ble tildelt Nobelprisen i kjemi. Sammen med Ernest Marsden (1889–1970) og Hans Geiger studerte Rutherford senere spredningen av alfapartikler på en tynn folie laget av gull. Dette eksperimentet var sentralt for utviklingen av den moderne atommodellen, da spredningen av alfapartikler viste at atomer hadde en kompakt, elektrisk ladet kjerne.

Anvendelser

Tracere og strålekilder.

Som nevnt ovenfor brukes alfapartikler som er akselerert til høy energi (ofte flere titalls megaelektronvolt – 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.

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

Den alfaemitterende radionukliden 241Am (halveringstid 432,6 år) brukes i såkalte ioniske røykvarslere som er montert i mange private og offentlige bygninger.

Energikilde

Alfaemitterende 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

Siden alfastråling er ioniserende, kan den forårsake stråleskader, spesielt ved inntak av alfaemittere gjennom luft, væske eller mat. Den sterke ioniseringstettheten kan for eksempel medføre at kjemiske bindinger kan brytes i én eller begge av DNA-molekylets dobbeltheliks. Dette kan i alvorlige tilfeller føre til dannelse av kreftvev, noe som selvsagt er negativt, men slike stråleskader blir som oftest reparert 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 alfaemittere 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 under produktnavnet Xofigo fra produksjonslaboratorier ved Institutt for energiteknikk (IFE) på Kjeller. Dette radiofarmasøytiske produktet ble opprinnelig utviklet av norske kjernekjemikere ved Universitetet i Oslo sammen med onkologer ved Radiumhospitalet.

Les mer i Store norske leksikon

Kommentarer

Kommentarer til artikkelen blir synlig for alle. Ikke skriv inn sensitive opplysninger, for eksempel helseopplysninger. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan. Det kan ta tid før du får svar.

Du må være logget inn for å kommentere.

eller registrer deg

Fagansvarlig for Kjernekjemi

Tor Bjørnstad
Professor emeritus i kjernekjemi, Universitetet i Oslo